冷轧机轧辊轴承的设计选型
发布时间：2013-10-23卞春晖
（中色科技股份有限公司，河南洛阳 471039）
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摘 要：本文主要介绍冷轧机轧辊轴承的选型，分析了各类轧辊轴承特点，及设计选型的依据。
关键词：冷轧机；轧辊轴承；设计选型
轧辊轴承是是轧机的重要部件，轧辊轴承的质量和使用寿命直接关系到轧机生产效率、产品质量及生产成本。而且由于冷轧机工作特点：（1）轧机负荷大，但辊径和轴承尺寸都受轧辊尺寸的限制，而不能无限制地加大，因此轧辊轴承所受单位压力大，超过一般用途轴承的2～5倍。（2）高速是现代冷轧机发展趋势，因此冷轧轧辊轴承工作速度范围变化越来越大。（3）工作环境恶劣，受热不均，温度不稳定。（4）换辊频繁。（5）板材精度要求高。根据冷轧机的工作特点，因此对轧辊轴承提出了较高的要求：轴承承载能力高，旋转精度、极限转速高，结构简单，易于装拆等。因此根据冷轧机工作要求和实际情况，冷轧机轧辊轴承的设计选型很重要，它关系到轧机性能的优劣。
1 常用冷轧轧辊轴承的类型及特点
1.1 径向轴承
能承受较大的冲击载荷，用于冷轧机径向轴承一般有以下几种。
①双列向心球面辊子轴承：具有自动调心的特性，能承受中等载荷的轧制力，多用于中小型冷轧机的支承辊；②四列圆柱轴承：容易获得较高的加工精度，故而具有高速旋转特性，又因其安装拆卸方便，并可在内圈压入辊颈后将内圈滚道面与轧辊辊面同时修磨，利于提高轧制精度，多用于高速、高精度轧机的支承辊，此类轴承能承受较高的径向力，不能承受轴向力，必须增设单独的止推轴承；③四列圆锥辊子轴承：能同时承受径向载荷和轴向载荷，但装配时需要严格按序号装配，多用于大型轧机的支承辊和工作辊。
1.2 轴向推力轴承
主要用来承受轴向力，防止轧辊轴向窜动和错辊。用于轧辊止推轴承主要有如下几种型式：①双列圆锥滚子轴承：能承受双向轴向载荷，适用高速大载荷的轧机；②深沟球轴承：能承受径向和双向轴向负荷，适用高速低载荷的轧机；③四点接触球轴承：能承受径向和双向轴向负荷，适用高速低载荷的轧机。
2 轴承尺寸的选择
2.1 轴承的几何参数选择
在大多数轴承的应用中，给定的负荷和速度是选择轴承的主要依据，但Z开始选择合适的轴承与轧辊相配时，需要考虑轧机类型，辊身Z大直径Dmax和Z小直径Dmin，轧辊辊径的直径d与长度L，压下螺丝距离A，轴承座的壁厚等因素。
在冷轧机中，一般使用四列圆柱轴承或四列圆锥轴承，首先确定轧辊间的轴承座外形尺寸不能大于Z小辊径Dmin，其次轧辊辊径取值：
d=（0.50～0.55）Dmax，
L=（0.83～1.0）d，
这样限定了轴承座与辊径间的间隙，轴承座的Z小截面和轴承尺寸要在这间隙内平衡取值。
2.2 轴承寿命计算
轧辊轴承的尺寸除了要依据轧辊直径大小初步选定外，还要依据轴承额定动载荷来确定，确保轴承寿命计算要符合实际工作年限。
轴承基本额定寿命计算公式：
关键词：冷轧机；轧辊轴承；设计选型
轧辊轴承是是轧机的重要部件，轧辊轴承的质量和使用寿命直接关系到轧机生产效率、产品质量及生产成本。而且由于冷轧机工作特点：（1）轧机负荷大，但辊径和轴承尺寸都受轧辊尺寸的限制，而不能无限制地加大，因此轧辊轴承所受单位压力大，超过一般用途轴承的2～5倍。（2）高速是现代冷轧机发展趋势，因此冷轧轧辊轴承工作速度范围变化越来越大。（3）工作环境恶劣，受热不均，温度不稳定。（4）换辊频繁。（5）板材精度要求高。根据冷轧机的工作特点，因此对轧辊轴承提出了较高的要求：轴承承载能力高，旋转精度、极限转速高，结构简单，易于装拆等。因此根据冷轧机工作要求和实际情况，冷轧机轧辊轴承的设计选型很重要，它关系到轧机性能的优劣。
1 常用冷轧轧辊轴承的类型及特点
1.1 径向轴承
能承受较大的冲击载荷，用于冷轧机径向轴承一般有以下几种。
①双列向心球面辊子轴承：具有自动调心的特性，能承受中等载荷的轧制力，多用于中小型冷轧机的支承辊；②四列圆柱轴承：容易获得较高的加工精度，故而具有高速旋转特性，又因其安装拆卸方便，并可在内圈压入辊颈后将内圈滚道面与轧辊辊面同时修磨，利于提高轧制精度，多用于高速、高精度轧机的支承辊，此类轴承能承受较高的径向力，不能承受轴向力，必须增设单独的止推轴承；③四列圆锥辊子轴承：能同时承受径向载荷和轴向载荷，但装配时需要严格按序号装配，多用于大型轧机的支承辊和工作辊。
1.2 轴向推力轴承
主要用来承受轴向力，防止轧辊轴向窜动和错辊。用于轧辊止推轴承主要有如下几种型式：①双列圆锥滚子轴承：能承受双向轴向载荷，适用高速大载荷的轧机；②深沟球轴承：能承受径向和双向轴向负荷，适用高速低载荷的轧机；③四点接触球轴承：能承受径向和双向轴向负荷，适用高速低载荷的轧机。
2 轴承尺寸的选择
2.1 轴承的几何参数选择
在大多数轴承的应用中，给定的负荷和速度是选择轴承的主要依据，但Z开始选择合适的轴承与轧辊相配时，需要考虑轧机类型，辊身Z大直径Dmax和Z小直径Dmin，轧辊辊径的直径d与长度L，压下螺丝距离A，轴承座的壁厚等因素。
在冷轧机中，一般使用四列圆柱轴承或四列圆锥轴承，首先确定轧辊间的轴承座外形尺寸不能大于Z小辊径Dmin，其次轧辊辊径取值：
d=（0.50～0.55）Dmax，
L=（0.83～1.0）d，
这样限定了轴承座与辊径间的间隙，轴承座的Z小截面和轴承尺寸要在这间隙内平衡取值。
2.2 轴承寿命计算
轧辊轴承的尺寸除了要依据轧辊直径大小初步选定外，还要依据轴承额定动载荷来确定，确保轴承寿命计算要符合实际工作年限。
轴承基本额定寿命计算公式：
式中Ln——以小时数表示的轴承的额定寿命
n——轴承转速（r.p.m）
p——当量动负荷（kg）
c——额定动负荷（N），可有轴承样本查得
ε——寿命指数：球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3
当量动负荷p由下式求得：
n——轴承转速（r.p.m）
p——当量动负荷（kg）
c——额定动负荷（N），可有轴承样本查得
ε——寿命指数：球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3
当量动负荷p由下式求得：
式中X——径向系数，根据Fa/Fr比值，由轴承样本查得
Y——轴向系数，由轴承样本查得
Fr——轴承径向负荷（N）
Fa——轴承轴向负荷（N）
由于铝板材冷轧机的轴向负荷较小，计算时可大致取轴向负荷等于轧辊上平均压力的2～10%左右。而四列圆柱轴承只承受径向力，轴向负荷等于零，其轴向力有止推轴承承受，所以当量动负荷计算式为：
Y——轴向系数，由轴承样本查得
Fr——轴承径向负荷（N）
Fa——轴承轴向负荷（N）
由于铝板材冷轧机的轴向负荷较小，计算时可大致取轴向负荷等于轧辊上平均压力的2～10%左右。而四列圆柱轴承只承受径向力，轴向负荷等于零，其轴向力有止推轴承承受，所以当量动负荷计算式为：
只承受轴向力的止推轴承，径向负荷等于零，当量动负荷的计算式为：
根据以上公式计算，如果轴承寿命Ln大于5000小时，轴承尺寸大小基本符合实际工作要求。
3 轴承配合与游隙
3.1 轧机轴承的配合
轧机轴承配合的选取，应根据轴承类型和尺寸、载荷性质和大小以及装拆方便等因素来确定。正确选择轴承配合，应保证轴承正常运转，防止内圈与轴、外圈与座孔在工作时发生相对转动。对于承受径向载荷的轧机轴承，当转速越高、载荷越大、冲击越强时，则应选用与轴越紧的配合，而对于经常更换的轴承一般选用松配合；对于承受轴向载荷的轧机轴承，应选择与轴的过渡配合或松配合，为避免承受径向载荷，轴承外圈与座孔通常留出较大的间隙。
3.2 轧机轴承的游隙
轴承的游隙分为原始游隙和工作游隙，原始游隙是轴承在出厂前预置的游隙，工作游隙是由于轴承装配和调节以及温度等因素的影响，使轴承游隙改变的实际工作状态下的游隙。一般冷轧机常用轴承采用的游隙：四列圆柱滚子轴承C3、C4；四列圆锥滚子轴承C2、C0。
4 轴承润滑和密封
4.1 轴承润滑
现在冷轧机中一般采用油气润滑，油气润滑特点是润滑与冷却同时进行，能减低轴承的温度，延长轴承寿命，另外润滑油消耗量低且稳定，污染也小，特别适用速度越来越高的冷轧机轴承。
4.2 轴承密封
由于冷轧机轧辊轴承的工作条件差，为了防止润滑油从轴承中流出，以及外部灰尘、乳液、工艺油、铝屑等杂质进入轴承，必须将密封装置设计好。在冷轧机中一般采用带骨架旋转唇形密封圈，这种密封圈在实际应用中密封效果良好。
5 结束语
轴承的类型是多种多样的，为使轧机发挥出预期的性能，选择Z适宜的轴承是至关重要的，选定轴承，需要分析诸多因素：轴承承受的载荷，旋转速度，安装空间，使用环境，配置方式，类型选择等。要综合考虑才能设计出合理、适宜要求的轧辊轴承。
参考文献
[1]邹家祥《轧钢机械》,2004,冶金工业出版社
[2]洛阳轴研科技股份有限公司《大型滚动轴承》,2007
3 轴承配合与游隙
3.1 轧机轴承的配合
轧机轴承配合的选取，应根据轴承类型和尺寸、载荷性质和大小以及装拆方便等因素来确定。正确选择轴承配合，应保证轴承正常运转，防止内圈与轴、外圈与座孔在工作时发生相对转动。对于承受径向载荷的轧机轴承，当转速越高、载荷越大、冲击越强时，则应选用与轴越紧的配合，而对于经常更换的轴承一般选用松配合；对于承受轴向载荷的轧机轴承，应选择与轴的过渡配合或松配合，为避免承受径向载荷，轴承外圈与座孔通常留出较大的间隙。
3.2 轧机轴承的游隙
轴承的游隙分为原始游隙和工作游隙，原始游隙是轴承在出厂前预置的游隙，工作游隙是由于轴承装配和调节以及温度等因素的影响，使轴承游隙改变的实际工作状态下的游隙。一般冷轧机常用轴承采用的游隙：四列圆柱滚子轴承C3、C4；四列圆锥滚子轴承C2、C0。
4 轴承润滑和密封
4.1 轴承润滑
现在冷轧机中一般采用油气润滑，油气润滑特点是润滑与冷却同时进行，能减低轴承的温度，延长轴承寿命，另外润滑油消耗量低且稳定，污染也小，特别适用速度越来越高的冷轧机轴承。
4.2 轴承密封
由于冷轧机轧辊轴承的工作条件差，为了防止润滑油从轴承中流出，以及外部灰尘、乳液、工艺油、铝屑等杂质进入轴承，必须将密封装置设计好。在冷轧机中一般采用带骨架旋转唇形密封圈，这种密封圈在实际应用中密封效果良好。
5 结束语
轴承的类型是多种多样的，为使轧机发挥出预期的性能，选择Z适宜的轴承是至关重要的，选定轴承，需要分析诸多因素：轴承承受的载荷，旋转速度，安装空间，使用环境，配置方式，类型选择等。要综合考虑才能设计出合理、适宜要求的轧辊轴承。
参考文献
[1]邹家祥《轧钢机械》,2004,冶金工业出版社
[2]洛阳轴研科技股份有限公司《大型滚动轴承》,2007
来源：《有色金属加工》第41卷第1期 2012年2月