油膜轴承变过盈量弹性结合锥套 【技术领域】
本发明涉及冶金机械领域，特别是涉及一种用于大型板带轧机轧辊辊颈的油膜轴承变过盈量弹性结合锥套。
背景技术
在大型板带四辊轧机支承辊油膜轴承中，锥套与辊颈的最新结合方式有日本三菱重工专利的弹性结合(Elastic Force Joint)，亦即过盈配合，属无键连接方式。其最突出的优点是消除了轧辊辊颈与锥套采用键连接方式引起的轧制力波动，提高了板厚精度。弹性结合锥套与辊颈采用液压胀形方式装拆，目的是装配快速省力且减少接触面划伤。液压胀形和液压推进两套装置的压力及先后作用次序，按照优化配合工艺规程进行操作。目前，国内只有宝山钢铁公司得到应用，国外有日本的钢铁企业及韩国的浦项制铁公司的少数板带轧机上得到应用。
宝钢1580热连轧机所采用的三菱重工Mesta型油膜轴承弹性结合锥套，过盈量沿轴线均等设计，称等过盈量弹性结合锥套(见图1和图2)。
自1580热连轧机投入生产以来，弹性结合锥套尽管显示出了无键连接带来的轧制力不波动而提高板带厚度精度的突出特点，但也暴露出锥套与辊颈接触表面严重“拉毛”划伤、边端开裂和锥套与轧辊辊颈粘结抱死等事故，不能发挥弹性结合锥套的优越性。1999年度共发生锥套粘结抱死事故达18次之多，给企业的生产造成严重的经济损失。
近年，日本三菱重工株式会社广岛制作所曾给出锥套粘结和边端开裂等严重损伤事故的分析报告，认定为只是“锥套淬火处理不当而硬度低”造成的。然而，锥套损伤问题一直未能得到解决。
【发明内容】
为了克服现在使用的等过盈量弹性结合锥套存在的上述不足，本发明提供一种适用于大型板带轧机油膜轴承的变过盈量弹性结合锥套，在确保锥套与辊颈所需固持力条件下，可防止两体接触面“拉毛”、粘结抱死或锥套薄端开裂等损伤。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该油膜轴承变过盈量弹性结合锥套，它的变过盈量沿轴线分布，其特征在于：a.锥套薄端至密封槽凸台小等过盈量；b.从密封槽内侧局部区域由小到大的变过盈量、c.中部长区域大等过盈量、d.至另一边端密封槽的由大到小的变过盈量；e.密封槽外侧至锥套厚端凸台地小等过盈量；锥套b、d段的内表面由过渡圆锥面和大圆角两段构成，其过盈量同凸台等过盈量相匹配；锥套a、e段(凸台)小等过盈量相对c段(中部长区域)大等过盈量降低11％。
本发明的有益效果是：降低弹性结合锥套两边端高度集中接触压力峰值，并使其小于辊颈(锥套更硬)屈服应力的1/3。在不削弱原固持力条件下，防止锥套损伤且维持设计寿命，充分发挥弹性结合锥套的优越性。
附图说明：
图1为三菱重工Mesta型油膜轴承结构图
图2为等过盈量弹性结合锥套结构图
图3为等过盈弹性结合锥套A部放大图
图4为等过盈弹性结合锥套B部放大图
图5为等过盈弹性结合锥套接触应力分布图
图6为接触应力峰值与过盈量的关系
图7为锥套两边端过盈量改变位置示意图
图8变过盈量弹性结合锥套b、d段示意图
图9为变过盈量与接触压力分布(有限元法、快速多极边界元法计算)
【具体实施方式】
等过盈量弹性结合锥套：外柱面直径D＝984.4mm，锥套厚端内径D1＝893.87mm，锥套薄端内径D2＝918.4mm，锥套长L＝725mm，给出变过盈量弹性结合锥套的部分参数：
①S1＝S2＝36mm，覆盖边端高度接触压力集中区域。
②密封槽外侧凸台减少过盈量：Δδ1＝Δδ2＝0.065mm。
③密封槽内侧减少过盈量：Δδ′1＝Δδ′2＝0.04mm。
④倒角半径：R1＝R2＝0.3mm，
倒角位置S′1，S′2，用下式(1)、(2)确定：
S1′=R1[1-sinarctan(Δδ1′S1+tanφ2)]--(1)]]>
S2′=R2[1-sinarctan(tanφ2-Δδ2′S2)]--(2)]]>
式中，φ——锥套内表面锥角。
对于等过盈量弹性结合锥套(见图2)，根据等过盈量下锥套与辊颈弹性结合接触压力分布数值模拟(见图3、4)，在保证锥套固持力条件下，以平缓锥套接触应力集中效应为目标，对锥套内表面的圆锥面形状作分段设计，改变局部区域的过盈量(见图5)。
变过盈量弹性结合锥套的关键点在于，在原等过盈量基础上降低锥套两端密封槽凸台过盈量，降低密封槽内侧局部区域过盈量等，给出变过盈量结构方案，使边端接触压力峰值降低至辊颈屈服应力的1/3以下(见图6)，而且密封槽内外侧过盈量保持匹配关系。
基于快速多极边界元法和有限元法数值分析，弹性结合锥套变过盈量设计遵循以下原则：
1.锥套两边端密封槽外侧凸台，在原等过盈量结构减少过盈量Δδ1和Δδ2，只保证密封圈承压不泄漏胀形油，也不被挤出密封圈。
2.锥套密封槽内侧局部区域减小过盈量Δδ′1和Δδ′2，在保证弹性结合固持力的条件下，按照密封槽内外侧过渡连接点接触压力峰值小且相近的匹配原则确定喇叭形变过盈量。变过盈量区域宽度S要短，既要考虑锥套内的胀形油槽位置，又要兼顾各段过盈量连接点和倒角圆弧圆滑过渡。
依据三维弹性摩擦接触多极边界元法，阐明锥套两端边缘区域的接触压力高度集中效应、三维弹性摩擦接触有限元法分析锥套装配过程胀形油压与壳体弹性耦合变形及锥套与辊颈装配过程磨损机制、轧制动态微滑移粘结机制和胀形装配过程测试等3项模拟试验，在理论和实验分析的基础上，设计开发变过盈量弹性结合锥套，降低弹性结合锥套两边端高度集中接触压力峰值，并使其小于辊颈(锥套更硬)屈服应力的1/3。在不削弱原固持力条件下，防止锥套损伤且维持设计寿命，充分发挥弹性结合锥套的优越性。