專利名稱：油膜軸承變過盈量彈性結(jié)合錐套的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金機械領(lǐng)域，特別是涉及一種用于大型板帶軋機軋輥輥頸的油膜軸承變過盈量彈性結(jié)合錐套。
背景技術(shù)：
在大型板帶四輥軋機支承輥油膜軸承中，錐套與輥頸的最新結(jié)合方式有日本三菱重工專利的彈性結(jié)合(Elastic Force Joint)，亦即過盈配合，屬無鍵連接方式。其最突出的優(yōu)點是消除了軋輥輥頸與錐套采用鍵連接方式引起的軋制力波動，提高了板厚精度。彈性結(jié)合錐套與輥頸采用液壓脹形方式裝拆，目的是裝配快速省力且減少接觸面劃傷。液壓脹形和液壓推進兩套裝置的壓力及先后作用次序，按照優(yōu)化配合工藝規(guī)程進行操作。目前，國內(nèi)只有寶山鋼鐵公司得到應(yīng)用，國外有日本的鋼鐵企業(yè)及韓國的浦項制鐵公司的少數(shù)板帶軋機上得到應(yīng)用。
寶鋼1580熱連軋機所采用的三菱重工Mesta型油膜軸承彈性結(jié)合錐套，過盈量沿軸線均等設(shè)計，稱等過盈量彈性結(jié)合錐套(見圖1和圖2)。
自1580熱連軋機投入生產(chǎn)以來，彈性結(jié)合錐套盡管顯示出了無鍵連接帶來的軋制力不波動而提高板帶厚度精度的突出特點，但也暴露出錐套與輥頸接觸表面嚴重“拉毛”劃傷、邊端開裂和錐套與軋輥輥頸粘結(jié)抱死等事故，不能發(fā)揮彈性結(jié)合錐套的優(yōu)越性。1999年度共發(fā)生錐套粘結(jié)抱死事故達18次之多，給企業(yè)的生產(chǎn)造成嚴重的經(jīng)濟損失。
近年，日本三菱重工株式會社廣島制作所曾給出錐套粘結(jié)和邊端開裂等嚴重損傷事故的分析報告，認定為只是“錐套淬火處理不當而硬度低”造成的。然而，錐套損傷問題一直未能得到解決。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)在使用的等過盈量彈性結(jié)合錐套存在的上述不足，本發(fā)明提供一種適用于大型板帶軋機油膜軸承的變過盈量彈性結(jié)合錐套，在確保錐套與輥頸所需固持力條件下，可防止兩體接觸面“拉毛”、粘結(jié)抱死或錐套薄端開裂等損傷。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該油膜軸承變過盈量彈性結(jié)合錐套，它的變過盈量沿軸線分布，其特征在于a.錐套薄端至密封槽凸臺小等過盈量；b.從密封槽內(nèi)側(cè)局部區(qū)域由小到大的變過盈量、c.中部長區(qū)域大等過盈量、d.至另一邊端密封槽的由大到小的變過盈量；e.密封槽外側(cè)至錐套厚端凸臺的小等過盈量；錐套b、d段的內(nèi)表面由過渡圓錐面和大圓角兩段構(gòu)成，其過盈量同凸臺等過盈量相匹配；錐套a、e段(凸臺)小等過盈量相對c段(中部長區(qū)域)大等過盈量降低11％。
本發(fā)明的有益效果是降低彈性結(jié)合錐套兩邊端高度集中接觸壓力峰值，并使其小于輥頸(錐套更硬)屈服應(yīng)力的1/3。在不削弱原固持力條件下，防止錐套損傷且維持設(shè)計壽命，充分發(fā)揮彈性結(jié)合錐套的優(yōu)越性。


圖1為三菱重工Mesta型油膜軸承結(jié)構(gòu)2為等過盈量彈性結(jié)合錐套結(jié)構(gòu)3為等過盈彈性結(jié)合錐套A部放大4為等過盈彈性結(jié)合錐套B部放大5為等過盈彈性結(jié)合錐套接觸應(yīng)力分布6為接觸應(yīng)力峰值與過盈量的關(guān)系圖7為錐套兩邊端過盈量改變位置示意8變過盈量彈性結(jié)合錐套b、d段示意9為變過盈量與接觸壓力分布(有限元法、快速多極邊界元法計算)具體實施方式
等過盈量彈性結(jié)合錐套外柱面直徑D＝984.4mm，錐套厚端內(nèi)徑D1＝893.87mm，錐套薄端內(nèi)徑D2＝918.4mm，錐套長L＝725mm，給出變過盈量彈性結(jié)合錐套的部分參數(shù)①S1＝S2＝36mm，覆蓋邊端高度接觸壓力集中區(qū)域。
②密封槽外側(cè)凸臺減少過盈量Δδ1＝Δδ2＝0.065mm。
③密封槽內(nèi)側(cè)減少過盈量Δδ′1＝Δδ′2＝0.04mm。
④倒角半徑R1＝R2＝0.3mm，倒角位置S′1，S′2，用下式(1)、(2)確定
S1′=R1[1-sinarctan(Δδ1′S1+tanφ2)]--(1)]]>S2′=R2[1-sinarctan(tanφ2-Δδ2′S2)]--(2)]]>式中，φ——錐套內(nèi)表面錐角。
對于等過盈量彈性結(jié)合錐套(見圖2)，根據(jù)等過盈量下錐套與輥頸彈性結(jié)合接觸壓力分布數(shù)值模擬(見圖3、4)，在保證錐套固持力條件下，以平緩錐套接觸應(yīng)力集中效應(yīng)為目標，對錐套內(nèi)表面的圓錐面形狀作分段設(shè)計，改變局部區(qū)域的過盈量(見圖5)。
變過盈量彈性結(jié)合錐套的關(guān)鍵點在于，在原等過盈量基礎(chǔ)上降低錐套兩端密封槽凸臺過盈量，降低密封槽內(nèi)側(cè)局部區(qū)域過盈量等，給出變過盈量結(jié)構(gòu)方案，使邊端接觸壓力峰值降低至輥頸屈服應(yīng)力的1/3以下(見圖6)，而且密封槽內(nèi)外側(cè)過盈量保持匹配關(guān)系。
基于快速多極邊界元法和有限元法數(shù)值分析，彈性結(jié)合錐套變過盈量設(shè)計遵循以下原則1.錐套兩邊端密封槽外側(cè)凸臺，在原等過盈量結(jié)構(gòu)減少過盈量Δδ1和Δδ2，只保證密封圈承壓不泄漏脹形油，也不被擠出密封圈。
2.錐套密封槽內(nèi)側(cè)局部區(qū)域減小過盈量Δδ′1和Δδ′2，在保證彈性結(jié)合固持力的條件下，按照密封槽內(nèi)外側(cè)過渡連接點接觸壓力峰值小且相近的匹配原則確定喇叭形變過盈量。變過盈量區(qū)域?qū)挾萐要短，既要考慮錐套內(nèi)的脹形油槽位置，又要兼顧各段過盈量連接點和倒角圓弧圓滑過渡。
依據(jù)三維彈性摩擦接觸多極邊界元法，闡明錐套兩端邊緣區(qū)域的接觸壓力高度集中效應(yīng)、三維彈性摩擦接觸有限元法分析錐套裝配過程脹形油壓與殼體彈性耦合變形及錐套與輥頸裝配過程磨損機制、軋制動態(tài)微滑移粘結(jié)機制和脹形裝配過程測試等3項模擬試驗，在理論和實驗分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)變過盈量彈性結(jié)合錐套，降低彈性結(jié)合錐套兩邊端高度集中接觸壓力峰值，并使其小于輥頸(錐套更硬)屈服應(yīng)力的1/3。在不削弱原固持力條件下，防止錐套損傷且維持設(shè)計壽命，充分發(fā)揮彈性結(jié)合錐套的優(yōu)越性。
權(quán)利要求
1.一種油膜軸承變過盈量彈性結(jié)合錐套，其變過盈量沿軸線分布，其特征是a.錐套薄端至密封槽凸臺小等過盈量；b.從密封槽內(nèi)側(cè)局部區(qū)域由小到大的變過盈量、c.中部長區(qū)域大等過盈量、d.至另一邊端密封槽的由大到小的變過盈量；e.密封槽外側(cè)至錐套厚端凸臺的小等過盈量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油膜軸承變過盈量彈性結(jié)合錐套，其特征在于錐套b、d段的內(nèi)表面由過渡圓錐面和大圓角兩段形成，其過盈量同凸臺等過盈量相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油膜軸承變過盈量彈性結(jié)合錐套，其特征點在于錐套a、e段(凸臺)小等過盈量相對c段(中部長區(qū)域)大等過盈量降低11％。
全文摘要
本發(fā)明涉及冶金機械領(lǐng)域，特別是涉及一種用于大型板帶軋機軋輥輥頸的油膜軸承變過盈量彈性結(jié)合錐套。其特征是a.錐套薄端至密封槽凸臺小等過盈量；b.從密封槽內(nèi)側(cè)局部區(qū)域由小到大的變過盈量、c.中部長區(qū)域大等過盈量、d.至另一邊端密封槽的由大到小的變過盈量；e.密封槽外側(cè)至錐套厚端凸臺的小等過盈量。本發(fā)明可確保錐套與輥頸所需固持力條件下，錐套兩邊端接觸壓力峰值控制在輥頸屈服應(yīng)力的1/3以下，防止兩體接觸面“拉毛”、粘結(jié)抱死或錐套薄端開裂等損傷，維持其設(shè)計壽命，提高板帶軋制質(zhì)量，降低成本。
文檔編號B21B31/00GK1539566SQ200310104279
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月28日
發(fā)明者申光憲, 李慧劍 申請人:燕山大學(xué)