专利名称：用于轧钢机油膜轴承的套筒的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对轧钢机轧辊的辊颈进行可旋转支承的油膜轴承。
背景技术：
轧钢机的油膜轴承通常包括一沿轴向接纳并可旋转地固定于一辊颈的套筒。该套筒被一包含在一个轴承座(chock)中的衬套所环绕，所述轴承座安装在一轧机机架中。工作时，套筒可旋转地支承在一个薄油膜层上，该油膜层按照流体动力学的原理保持在位于套筒和衬套之间的轴承负载区域内。
套筒可以是供圆柱形的或“直的”辊颈使用的内圆筒形，或者可以是供锥形辊颈使用的内锥形的，此外，套筒可以是“自锁”或“非锁定”的。自锁的套筒是通过紧配合摩擦固定于辊颈，而非锁定的套筒则需要连接键或类似物来实现与辊颈的相互配合。
本发明涉及一种对内锥形套筒的改进，其具有至少为500mm的相对较大的轴颈和至少为3度的非锁定锥形角。
请参见
图1，图中的标号10表示这样一个套筒，该套筒是一轧钢机油膜轴承12的一个组成部分。套筒10可拆卸地接纳在辊颈的一锥形段上，并通过连接键14或类似物可旋转地固定于辊颈。该套筒被一衬套18所环绕，并固定在一轴承座20中。工作时，如前所述，该套筒可旋转地支承在一个薄油膜层(未图示)上，该油膜层按照流体动力学的原理保持在位于套筒和衬套之间的轴承负载区域内。
请参见图2，从中可以看到，套筒10具有一长度为L的内锥形段21、一沿轴向伸出至内锥形段外端的端部段22、以及一围绕内锥形段的圆柱形外表面23。圆柱形外表面具有直径D(通常也称之为“轴颈”直径)。内锥形段具有一锥度角α、一在其内端的最小厚度t、以及一在其靠近端部段22之外端的最大厚度t’。键槽15与连接键14机械地相互配合，连接键和键槽都在内锥形段21的内侧，并只设置在端部段22的范围内。
内锥形段21的轴颈直径D和长度L决定了轴承的尺寸和承载能力。锥度角α决定了套筒是自锁的还是非锁定的。
当最开始在二十世纪三十年代将油膜轴承引入轧钢机时，熟悉本领域的人员认识到，重要的是，在负载区域的套筒壁所具有的最小厚度t应足以承受套筒在受载情况下的弹性变形，并且其具有的最大厚度t’应足以抵抗由于扭矩所产生的应力在键槽处造成损坏。因此，如图5中的曲线24所示，对轴颈直径为500-2100mm的套筒而言，最小厚度t通常为30-70mm，平均为t＝0.024D+22.6，如图中虚线曲线所示。
这个设计准则一直保持不变，直到七十年代中期，到那时，熟悉本领域的人员认识到(如美国专利4,093,321所揭示的那样)键槽对内锥形段所造成的中断会造成被轧制产品的尺寸不一致。为了纠正这一问题，将连接键和键槽从内锥形段21移到它们现在的、只位于端部段22的位置，如图1和2所示。虽然这样就无需在内锥形部分的外端维持较大的厚度t’，但套筒的厚度仍保持不变，因为熟悉本领域的人员还是相信，引起套筒发生弹性变形的载荷是有害的，无论如何都应该加以避免。
发明内容
然而，与传统的知识相反，目前发现一定量的套筒弹性变形不但是可容许的，而且是较佳的，因为这样会使在承载区域支承于油膜层的套筒表面积增大，进而可以提高轴承的承载能力。因此，对于一给定的轴颈直径D和锥度角α而言，可以通过减小最小厚度t来引入一个有益的弹性变形幅度，这个最小厚度t对于给定的长度L和锥度角α来说，将会导致套筒的厚度沿内锥形段的整个长度方向减小。较佳的是，可以通过增大套筒的孔径同时维持轴颈直径D保持不变来实现厚度t的减小。这样就能使套筒接纳较大的辊颈，从而进一步加强整个组件。
本发明的一个主要的目的在于，通过使套筒的最小厚度t减小10％，最好是20％，提高具有内锥形非锁定套筒的相对较大的油膜轴承的承载能力。
本发明的一个附带的目的在于，减小用于通过机加工而形成套筒的金属锻造件或铸造件的尺寸和重量，从而有利地降低原材料成本。
以下将结合附图对本发明的这些和其它的目的、优点和特征进行详细描述。
附图简要说明图1是用于在轧钢机中可旋转地支承辊颈的油膜轴承组件的示意图；图2是图1所示之内锥形非锁定套筒的放大的纵剖视图；图3A以图解的方式示出了当一传统的内锥形非锁定套筒在负载情况下转动时的负载区域的宽度；图3B是类似于图3A的视图，以图解的方式示出了在其它所有条件相等时，由于减小套筒厚度t而造成的负载区域的宽度增大的情况；图4是一曲线图，示出了将图3A和3B所示的套筒的套筒中心线周向应力(centerline circumferential stress)作比较的情况；以及图5是一曲线图，示出了传统的套筒与根据本发明改进的套筒的t/D的相互关系。
具体实施例方式
在图3A中，为表述起见将尺寸夸大了，图中示出了一具有轴颈直径D和厚度ta的套筒10a，该套筒在负载情况下于一衬套18中顺时针旋转。图4中的曲线Sa表示在内锥形段21处作用于套筒10a的、合成的中心线周向应力。偏离平均应力的最大偏差是从θ1开始，上升至最大值，而后再落回到最小值θ2。θ1和θ2之间的周向距离Wa代表负载区域的宽度，在这里，套筒支承在按流体动力学原理维持的油膜层上。
在图3B中，示出了一个具有相同的轴颈直径D但是具有减小的厚度tb的套筒10b，该套筒在相同的载荷条件下工作。减小的厚度tb允许套筒在负载条件下能有更大的弹性变形，其具有一如图4中的曲线Sb所示的合成中心线周向应力。
可以看到，对曲线Sb而言，偏离平均应力的最大偏差还是从θ1开始，在上升至最大值之后，在θ3处回落到最小值。周向距离Wb与Wa相比超过了WΔ，WΔ是由于套筒的厚度从ta降到tb而导致套筒弹性变形变大所造成的。由于这两个套筒的内锥形段21的长度L相同，因而在负载区域内的增长百分比可以用WΔ/Wa×100来表示。
按照本发明(参见图5)，现在已经可以确定，与结合有传统尺寸套筒(其平均最小厚度t为0.024D+22.6)的轴承相比，其承载能力提高大约10％至20％，只要将最小厚度t降低到大约10mm至0.024D+14.5的范围内，最好是降低到大约19mm至0.024D+7.4的范围内，可以进一步地提高承载能力。
最小厚度t取10mm，较佳的取19mm，可以确保套筒有足够的结构刚性，可以防止在将锻造或铸造的外壳机加工成最终成品的过程中所施加的相对不太大的力造成变形。然而，一旦将套筒安装到辊颈上，在较高的轧制载荷下的变形则有利于增加套筒支承在负载区域上的面积。
权利要求
1.一种套筒，供对轧钢机中的轧辊的辊颈进行可旋转支承的油膜轴承使用，所述套筒具有一内锥形段、一沿轴向对准所述内锥形段的端部段、以及一围绕所述内锥形段的圆柱形外表面，所述圆柱形外表面适于可旋转地结合在所述轴承的一衬套中，并具有至少为500mm的直径D，所述内锥形段可安置在所述辊颈的外锥形部分上，具有一大于3度的锥度角和一介于大约10mm至0.024D+14.5之间的最小厚度，该套筒还具有一位于所述内锥形段外侧并只位于所述端部段内的机械接合装置，用于将所述套筒可旋转地固定于所述辊颈。
2.如权利要求1所述的套筒，其特征在于，所述最小厚度t最好是至少为19mm。
3.如权利要求2所述的套筒，其特征在于，所述最小厚度t最好是不超过0.024D+7.4。
全文摘要
本发明揭示了一种套筒,供对轧钢机轧辊的辊颈进行可旋转支承的油膜轴承使用。该套筒具有一内锥形段、一沿轴向对准所述内锥形段的端部段、以及一围绕所述内锥形段的圆柱形外表面。所述圆柱形外表面适于可旋转地结合在所述轴承的一衬套中,并具有至少为500mm的直径D。所述内锥形段可安置在辊颈的外锥形部分上,具有一大于3度的锥度角和一介于大约10mm至0.024D+14.5之间的最小厚度。该套筒还具有一位于内锥形段外侧并只位于端部段内的键槽,用于将套筒可旋转地固定于辊颈。
文档编号B21B31/07GK1357418SQ0114351
公开日2002年7月10日 申请日期2001年12月7日 优先权日2000年12月8日
发明者小T·C·沃伊特科夫斯基, P·N·奥斯古德, 小E·S·温斯洛 申请人:摩根建设公司