摘要:针对轧机滚动轴承短寿及烧损的问题，进行了一系列理论计算和实验研究，轴承损坏的原因在于轧机辊系的超静定性和静不定性，轧辊受载荷发生弯曲成挠度而辊颈倾斜，轴承座因缺少铰链副而不能同步倾斜，导致轴承异常偏载，降低了轴承承载能力。由于轧辊之间交叉产生异常轴向力损坏止推轴承。解决的方法:改造轧机的机构学静定性;在设计非静定轧机轴承承载能力时，必须在结构容许条件下乘上安全系数3以上。
关键词:轧机滚动轴承;机构学静定性;静定性轧机
中图分类号:TG文献标识码:A文章编号:－X()06－－07
DOI:10./j.cnki.zxjxqk..06.
收稿日期:－06－15;修订日期:－09－21
基金项目:国家自然科学基金();燕山大学青年教师自主研究计划课题(14LGB)和燕山大学博士基金(B)。
作者简介:申光宪(－)，男，博士，教授，主要研究方向为轧钢机械设计理论、轧制工程中的边界元法。
通讯作者:郑永江(－)，男，讲师，主要研究方向为轧钢机械设计理论、轧机振动。
0前言
随轧机的高速、精密、高强度、高刚性和多功能化的发展，普遍采用宽系列滚动轴承。尽管严格按照轧机设计理论依据承载能力和轴承手册选定，但在生产中出现的国产高刚度轧机的滚动轴承大量烧损问题，年损耗50余套。为此，冶金部技术司曾特发号文件攻关滚动轴承短寿烧损问题。棒线二辊轧机的轧辊轴承使用情况也与此类似。
从德国SMS引进的CVC四辊轧机，工作辊组合轴承平均年损耗约18套，并出现相应的连带事故。
引进国外的mm高速铝箔四辊轧机(图1)工作辊止推轴承频繁烧损，并引发现场失火。
1.轧辊2.四列短圆柱轴承3.轴承座4.双列止推轴承
图1铝箔四辊轧机
Fig.1Aluminumfoil4-Himill
据2年的统计，国产47台六辊轧机的工作辊轴承年损耗达到余套。
综上所述，在各类轧机中，都有轧机轴承短寿烧损的事故频频发生，严重影响轧制生产。在长期的科研攻关中，关于滚动轴承损坏原因形成了几种比较普遍的说法，分别认为是恶劣的轧制工况使轴承密封损伤进而导致杂物侵入、轴承润滑不到位或装配不到位，甚至有说法认为轴承寿命是概率行为。
随着生产的发展，对上述问题足够的重视。但是，轧机轴承短寿烧损的事故仍然没有得到有效解决。例如，近年从德国引进SMS制造的先进六辊板带冷轧机，其中间辊止推轴承(图2)发生烧损事故，烧1套损失超过万元人民币。而据现场调查得知，现场维护情况良好，喷雾润滑通畅，装配到位，密封效果良好，但未能够解决烧损事故的发生。由此可见，轧机轴承短寿与烧损问题与其说是轴承本身强度与维护问题，不如说是轧机辊系不适应轴承正常运行问题。
图2六辊冷轧板机中间辊止推轴承
Fig.2End-thrustrollerbearingofintermediaterollof6-Hicoldmill
1高刚度轧机轴承的承载特性
SY型轧机是国产高刚度的典型机型，其辊系[1]如图3所示。
空载状态下，轧辊仅受自重作用，弯曲挠度很小，可以忽略，轧机运行无异常。
可是进入轧制状态，两点支撑的轧辊受轧制力作用而产生相对较大的弯曲挠度导致辊颈倾斜。但轴承座因机架和挡板等约束不能与辊颈同步倾斜，亦即辊系机构没有铰链运动副而使轴承偏载，减弱了轴承承载能力，如图4所示。轧制力越大，轧辊弯曲挠度越大，轴承偏载状况越严重。针对mmSY型高刚度轧机的滚动轴承各列短圆柱的承载特性试验结果示于图5所示。第1列和第4列之间的压扁差仅0.08～0.13mm，而承载压力差达2倍以上，轴承寿命则会相应降低10倍。
图3高刚度轧机的辊系(空载)
Fig.3Ｒollsystemofhighrigidityrollingmillwithoutload
图4轧制状态的高刚度轧机
Fig.4Highrigidityrollingmillwithhighload
图5四列滚动轴承及其每列承载特性试验数据
Fig.5Four-rowrollerbearingandthetestdataof
bearingcharacteristicsofeachrow
mmCVC热轧四辊精轧机(德国SMS)是板带热轧的常用机型，其工作辊设计有弯辊功能，并可以横向抽动。轧机空载状态如图6所示，轧制状态如图7所示。
图6CVC热轧四辊精轧机(空载)
Fig.6CVChotplate4-Hifinishmillwithoutrollingload
图7CVC热轧四辊精轧机辊系(轧制状态)
Fig.7CVChotplate4-Hifinishmill(inrollingcondition)
年至年两年间该轧机工作辊SKF制组合轴承(图8)烧损39套，换用国产组合轴承，则寿命仅h亦即2个月。分析工作辊受力状态，如图9所示。当为改善板形而在轴承座施加弯辊力～kN时，因运动副缺陷，组合轴承严重偏载。
图8组合轴承
Fig.8Combiningbearing
图9工作辊受弯辊力的弯曲变形状态
Fig.9Bendingdeflectionstatusofworkrollwithbendingrollforce
施加弯辊力后，工作辊辊系的杆系如图10所示。含有组合轴承的轴承座的辊系为2杆·1铰链低副·2滑移低副·1高运动副杆系[2]。
1.横向约束低副2.轴承座3.工作辊4.等价铰链副5.液压缸
图10工作辊操作侧机构杆系
Fig.10Linkagestructureofworkrollonoperationside
空载场合的自由度为
F=－1
施加弯辊力场合杆系成为3杆·2铰链副·2滑移低副·1高副，其自由度为
F=0
很显然是超静定杆系，组合轴承不能随轧辊辊颈倾斜均载[2-7](图11)。
图11组合轴承三维载荷分布(边界元法)
ig.11Three-dimensionalloaddistributionof