改进轧机轴承，提高铝板精度
益阳市湘中锅厂 罗 经
【摘要】 通过对旧式两辊铝板轧机的铜瓦轴承和轴承座的改造，以及使 用新型号FC系列滚动轴承，使轧机的轴承发热减少，机器的稳定性提高，从而提高了轧机 的生产效率和轧制铝板的精度。
【主题词】 轴承 发热
1 前言
随着经济的市场化和竞争化，许多新生企业购买了倒闭企业的旧式轧机，经过 一定的技术改造，使之成为一种全新性能的铝板轧机。无论是从生产效率来讲，还是从轧制 铝板的精度和厚薄程度来讲，都有很大的提高。适应了经济市场化和竞争化。反过来也逼迫 工程技术人员绞尽脑汁，使工程设计尽可能完善。
在轧机的改造建设中，除了由轧制力引起的拖动力，轧辊转速，机械强度和刚度等方面的设 计问题会影响轧机的使用性能外，轧机的轴承选用，轴承和轴承座的结构型式和加工公 差，冷却润滑方式，当地的气候情况，都对轧机轴承的发热和寿命有很大的影响，尤其是轴 承的发热会对轧制铝板的厚薄程度和精度带来不良后果，使铝板的厚薄程度和轧制公差难以 控制。在几年的改造设计中稍有体会，现在讲出来供大家参考和指正。
2 轧机铜瓦轴承的改造设计
铜瓦轴承在我们原来的观念上是不能做得太大太长的，如果铜瓦做得太大太长， 虽然铜瓦单位面积上的压力减小了，但铜瓦中间部分的热量不容易被散发掉，热量的积累会 引起轴颈和铜瓦过热，过热的轴颈和铜瓦会使冷却润滑液无法进入轴颈和铜瓦之间去减少摩 擦和带走热量，即使你大量注入冷却润滑液也无济于事，反而会将冷却润滑液搞得满车间到 处都是，使车间又脏又滑。这样、发热和摩损进入恶性循环，越演越烈，造成轴颈和铜瓦的 快速摩损失效。所采用的方法是尽可能多的缩短传热路径，来解决发热问题。如果发热问 题一经解决，润滑液就能顺利进入轴颈和铜瓦之间，它们之间的摩擦会减少，发热也会随之 降低，机器的运行就进入了一个良性循环。根据这条思路，将轴瓦和轴瓦座作了三点改动 处理，由于这三点改动在以往的资料中较难找到，所以与大家一起研究探讨。
(1)轴瓦座冷却水通道的改进
图1 旧式轴瓦座上的冷却水通道
原来轧机轴瓦座上的冷却水通道，是“井”字形的，如图1中的虚线所示。这个“井”字形 水通道离铜瓦较远有50mm左右，通道稀少，每条通道的吸热面积较大，在下一次热量传来之 前很难带走前一次传的热量，造成热量的积累。另外轴瓦座内的水通道有两条，一条较长， 一条较短。很明显，较长的水通道的水会出现滞流现象，水会慢慢的变热，加上水又不大流 动，轴瓦座中的热量再一次积累。
图2 改进后的轴瓦座水道
现在将冷却水通道改成离铜瓦放置位置很近的“之”字形水通道，如图二所示。这样，冷却 水流径的面积增大，每段通道吸热面积相对较小，再者铜瓦与通道间的距离很短，小于10mm ，铜瓦上的热量能很快地传到通道的水中而被水带走。这种形式的水通道也不会象“井”字 形水通道那样出现滞流问题，冷却水总是带热而走不停滞，达到了吸热冷却的目的。
(2)铜瓦上油槽的改进
原来的铜瓦是一块又大又厚又长的弧形轴瓦，瓦的内面有一条X形的油槽，由于油槽又窄又 浅贮油量少，象轧机这样的重载设备轴承中间产生的热量很难传导散发出去。改造时将铜瓦 的厚度减薄到15mm左右，使铜瓦内的热量传到瓦背的距离缩短，另外在铜瓦的中间部位加工 一条宽50mm深3mm的油槽，如图3所示，作为润滑和散热用。
图3 改进后的铜瓦油槽
这种铜瓦中心部位不存在发热区，在油槽中可注入较多的冷却润滑液，带走铜瓦中间油槽两 边产生的热量，铜瓦两端的热量由空气带走，这时铜瓦上的热量传出路径就很短了。油槽中 的冷却润滑液会由铜瓦的中间，经轴颈和铜瓦之间的间隙向铜瓦的两端流去，很好的润滑了 轴颈和铜瓦，减少了因摩擦产生的热量，还带走了部分由摩擦产生的热量。实践中，使用这 种铜瓦效果很好。使用一个月后，在铜瓦的内弧面和轴颈上出现了一层均匀的薄薄的黑色油 膜，轴颈和铜瓦在近似于无磨损状态下运行。
图4 挡油环
(3)挡油装置的加装
由于这种铜瓦需要较大流量的冷却润滑液，在长时间的运转中，冷却润滑液会由轴颈爬到轧 辊工作面的两端，被羊毛毡挡油布吸收，经过羊毛毡逐渐向轧辊工作面的中间部位移去，造 成满辊都是冷却润滑液。轧板时，冷却润滑液会污染铝板表面，使铝板表面失去光泽。退火 时铝板表面会留下黄色斑迹。解决冷却润滑液爬上辊面的问题，是在轴颈上近辊面端加装一 个如图4的挡油环。加装这个装置后，冷却润滑液就不会再由轴颈爬上辊面了，保证铝板 不受其污染。
以上就是铝板轧机铜瓦及瓦座和挡油环的改动情况。
3 滚动轴承在铝板轧机中的使用设计
轧机的轴承选用滚动轴承，可以减少轧机的原动力，减少轴颈的磨损和发热，减 少维护费用，提高铝板的精度，减少铝板的公差。当滚动轴承的型号选用不当，滚动轴承与 辊颈和轴承座的配合公差选用不当时，轴承容易损坏，使维护费用大大增加，同时也耽误了 生产时间。
通过多件轴承型号的选用比较，我认为目前只有FC系列轴承比较适合于铝板轧机，该型号轴 承的承载能力大，性能稳定，安装调试方便简单，轴承不容易损坏。
设计滚动轴承轧机时，轴颈与轴承内圈的配合为静配合，轴颈的公差为P6，这样轴承内圈会 紧紧地箍着轴颈，并随轧辊的转动而转动，经常变换内圈上的受力点，内圈就不容易变形， 也较难损坏。轴承座孔与轴承外壳的配合为动配合，轴承座孔的公差为G7，这样外壳在受 力 时，会随轧辊的转动而缓慢的移动，也同样时刻在变换受力点，不至于外壳长期在一个位置 上受力而容易损坏。
图5 摩擦止推环
FC系列轴承是四列圆柱滚子轴承，这种轴承没有轴向定位结构，安装后轴向方向上只要有微 小的轴向力，轧辊就会发生较大的轴向窜动，使轧机运行不稳定而影响生产。解决这个问题 是 在每条轧辊上装配两个轴向止推环，防止轧辊轴向窜动。止推环可以是摩擦形式的推环，也 可以是滚动形式的止推环。
摩擦止推环是在轴颈的内圆角处加装一个如图5的耐磨环状零件。止推环的大端与轧辊工 作 面端面相靠，小端用来定位轴承内圈的安装位置，止推环孔内圆角与轴颈圆角相配，止推环 外面圆角与轴承座内盖上的圆角相配，而轴承座又由侧压板管着，这样轧辊两头都采用这个 装置轧辊就不会轴向窜动了。其缺点是止推环所用材料的耐磨性能较差，其加工精度和粗糙 又低时止推环就容易被磨损掉。
滚动止推环是为了克服摩擦止推环的缺点而改进的。是在原止推环和端盖之间增加一个止推 滚珠装置，形状如图6所示。原来安装摩擦止推环的位置换成一个如图7形状的止推垫圈。这 样就将滑动止推变成了滚动止推，减少了阻力和磨损，延长了零件的使用时间，减少了维 护费用。
图6 止推滚动装置 图7 止推垫圈
如果是在气温较高的夏天加工滚动轴承座，而在气温较低的冬天去装配时，轴承座内孔 的公 差要适当加大一点。这是因为轴承座使用的材料较差一点，质地松疏，膨胀系数较大，而轴 承外壳的材料质地较密，膨胀系数较小，如果仍按G7选用公差的话很可能会装不上去。膨胀 系数大的，在夏天会胀大得多，到冬天会缩小得多，缩得多的在冬天装配时，就需使劲敲或 重力压才能装配上，就不符合受压时轧辊转轴承外壳也移动的装配要求，会人为缩短轴承使 用寿命。
4 改造后的使用情况
(1)铜瓦轴承的使用情况
铜瓦轴承在第一次轧板时，温度达到了70℃左右，但只要不喂板让轧机空转2～3分钟，铜瓦 的温度就恢复到室温状况。这主要是由于轴瓦制造粗糙，公差和粗糙度没有达到图纸要求， 即使加工达到了图纸要求，也有一个磨合期的问题，在磨合期内温度肯定是要高一点的。使 用一个班后铜瓦的温度降到40～50℃，使用一个月后，轴颈上已有了一层均匀的 薄薄的黑色油膜，完全看不到轴颈原来的材料了，铜瓦上的温度略高于室温感觉不到什么 热 度。出现了如此好的效果。到了这种状况时，轴颈上只要不缺少冷 却润滑液，铜瓦和轴颈是在无磨损状态下工作，达到了理想的工作模式。轴颈两端无热量向 轧辊的工作面上传去，只要调整好两辊之间的间隙，轧制中的板的厚度就不会发生变化了。 在一次成品0.5mm厚板时，(当时精轧机还没安装好)，实际测量 板子厚度，两边为0.5mm，中间为0.49mm板子的厚度变化没有超出0.01mm。
(2)滚动轴承的使用情况：
滚动轴承在安装后，开始使用的一个多月内情况都很正常，一个多月后发现其中一只轴承座 有点发热，于是拆下来检查，发现发热原因是轴承的内圈破裂。原来在初次安装时就发现了 的；轴颈的公差小于P6的轴颈上的内圈破裂，装配内圈时不用加热就可以把内圈套进去。所 以在加工轧辊时，轴径的公差一定得符合要求。凡符合公差要求的，即是一天24小时不停的 生产，轴承部位也能保持在室温状况下运行，我跟踪了半年也没有发现破损的问题。对铝板 厚度的控制也非常稳定，目前这种轧机上生产的铝板厚度是0.3mm。
5 对轧机轴承设计工作的小结
在实际中遇到的问题和设计中解决的方法归纳起来，有如下几点要领：
(1)对铜瓦轴承轧机：
铜瓦上的单位面积上的压力要尽量小一点，最好是比使用的铜瓦材料的许用压力小30%左右 。
要尽可能多的缩短热传导路程，每条传导路程的长度最好不大于35mm。
要有充足的冷却液和润滑液(脂)供应给轴承和轴承座，不能间断。
其他要求有关资料中讲得多，这里就不重复了。
(2)对滚动轴承轧机：
轴颈与轴承内圈的配合一定要是静配合，轴颈的公差在P6左右选用。
轴承座与轴承外圈的配合一定是动配合，轴承座孔的公差在G7左右选用。
一定要有可靠的轴向定位止推装置，防止轧辊的轴向窜动。
注意当地的气候变化情况，是选择合理的配合公差的依据。
以上就是我多年来在设计和改造轧机中的体会，存在着较大的个别性和片面性，不对之处， 请不吝批评指正。
(收稿日期：20000904)
(责任编辑：闫玉芬)