CN102470409B - 用于辊轧机内的滚动元件轴承的定位的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于将一组轴承组件(100)组装至轧辊(10)上并且用于建立所需的轴承定位的方法。轧辊(10)构造为在每个轴向端部均容纳一组轴承组件(100)，使轴承滚动元件(100A)容纳于支承轴承座(102)中，该支承轴承座(102)适于放置在轧机机架内。首先，将辊的第一端部处的轴承座组件(102R)和轴承组件(100)定位，并且将其联接至穿过辊(12)的轴向钻孔(24)的轴向中央杆(22)的第一端部。随后，将辊(12)的第二端部处的轴承座组件(102L)和轴承组件(100)定位在辊(12)的相反端部上，并且将连接子组件(300)、(400)、(504A)固定至轴向中央杆(22)的第二端部。该连接子组件接合第二轴承座组件(102L)和轴承组件(100)，并且受到调整以便通过中央杆(22)为两个轴承组件(100)实现所需的轴承定位。

Description

用于辊轧机内的滚动元件轴承的定位的方法和设备
相关申请的交叉参引
本申请涉及于2009年7月30日提交的美国临时专利申请，序列号为No.61/229,829，并且要求其优先权，所述临时申请通过参引结合于此。
本申请还涉及于2010年01月20日提交的美国临时专利申请，序列号为No.61/296,613，并且要求其优先权，所述临时申请通过参引结合于此。
关于联邦政府资助的研究的声明
不可用
技术领域
本发明总体涉及辊轧机应用中的支承滚柱的轴承，具体涉及用于安装滚柱支承轴承的系统和方法。
背景技术
在这种辊轧机械中，广泛使用两种类型的轴承，这两种类型的轴承是圆锥滚柱轴承和圆柱滚柱轴承，其中每一种均能够承受很大的径向载荷。圆锥滚柱轴承适合于调整支承滚道相对于彼此的轴向位置以控制径向间隙或者游隙，甚至可以完全消除径向间隙。这又提供了对载荷区的尺寸的控制，即在任意时刻实际承受载荷的轴承中滚柱的数量。尽管具有这种能力，但当用于例如在辊轧机中传递极大的载荷时，圆锥滚柱轴承通常制造为使它们的圆锥滚柱设置为四列，并且使相邻的列的锥度方向相反。这使得在工作现场调整很困难，而实际上，这些多列式轴承通过选择隔圈在工厂进行调整。在工厂中，通常为轴承设有少量轴向间隙。但是，圆锥或者内座圈上的滚道的轮廓并非完全为圆形，其轴线也与旋转轴线不完全一致。这些缺陷造成振摆。
另一方面，圆柱滚柱轴承无法进行调整，并且由于为了组装轴承而使滚柱与滚道之间必须存在一些径向间隙，因此，如果内座圈无法被磨削为完全圆形的条件，则圆柱滚柱轴承固有地将移动会振摆。尽管固有地存在振摆，但是在轧辊中使用圆柱滚柱轴承提供对由于制造公差的振摆更容易的控制。例如，一旦将座圈安装在辊颈上，则该内座圈的滚道可以相对于辊的轴线相当准确地磨削。通常，在轧辊的轴承的内座圈处于适当位置的情况下，该轧辊通过稍后将被支承在稳定架上的辊颈而被放置在中央之间。磨削在很大程度上消除了由辊颈和滚道中的制造公差以及压接配合的膨胀公差引起的振摆。但是，主要由于磨削操作本身的缺陷，可能在磨削后使内座圈在其轮廓上具有一个或多个凸角，而仍将保留有一些振摆。
消除振摆的磨削操作尚不可以用于圆锥滚柱轴承，这主要是应为其滚道的倾斜度不同，而且内座圈或圆锥内圈具有肋部，所有这些均妨碍了磨削操作。此外，锥形滚道的径向尺寸的变化影响了轴承中的轴向尺寸，并且需要使用额外的隔圈或者薄垫片来补偿轴向尺寸的改变。
如果后备辊轧机内的辊的轴承未能适当地安设，则各种问题会接踵而来。对于具有过大的端部间隙的轴承，滚柱滑移(即低载荷区)和更低的轴承寿命(随着低载荷区减小，每个滚柱的载荷的比率增加，因而轴承寿命减小)的几率会增加。相反，对于设置为承受过大预加载荷的轴承，则存在轴承烧蚀的风险，这一般而言是严重的损坏而无法容易地修复。
因此，提供便利于适当安装和设定的例如用于后备辊轧机应用中的后备辊的滚柱轴承的方法和设备将会是有利的。更有利的是，提供一种实现从冷状态直至稳定状态操作条件的对轴承定位的良好控制的方法和设备。
发明内容
简言之，本发明提供了一种用于将一组轴承组装至轧辊以及用于建立所需的轴承定位的方法。所述轧辊构造为在每个轴向端部均容纳一组轴承，使轴承容置在适于被放置在轧机机架内的支承轴承座内。首先定位辊的第一端部处的轴承座和轴承，并且借助于穿过辊的轴向钻孔的中央杆将所述轴承座和轴承联接至该第一端部。随后，将辊的第二端部处的轴承座和轴承设置在辊的相反端部上，并且将连接子组件固定至中央杆的第二端部。该连接子组件接合第二轴承座和轴承，并且沿轴向调整以获得所需轴承定位。
通过连同附图阅读下文描述，本发明中阐述的上述特征和优点以及当前的优选实施方式将变得更为显而易见。
附图说明
在形成本说明书一部分的附图中:
图1A和图1B示出支承在装配机座上的辊，该辊带有插入辊端部的可选的衬套，所述装配机座用于组装辊支承轴承和轴承座；
图2示出用于将非可调轴承座放置在辊端部上的安装过程中的起始步骤；
图3示出用于将非可调轴承座放置在辊端部上的完成的安装过程；
图4A示出带有借助于在中央杆的相反端部处的临时限制装置而固定至辊端部的非可调轴承座的辊的剖视图；
图4B是图4A中的临时限制装置的放大图；
图5示出用于将可调轴承座放置在与非可调轴承座相反的辊端部上的安装过程中的起始步骤；
图6示出用于将可调轴承座固定至辊端部上的连接板子组件的剖视图；
图7示出用于通过连接板子组件将可调轴承座放置在辊端部上的装过程的完成；
图8是安装上可调轴承座及非可调轴承座的辊的剖视图；
图9是组装后的辊的“操作定位-时间”的曲线图，呈现出热膨胀应及补偿定位；
图10示出采用液压缸来实现对轴承定位的调整的替代性实施方的剖视图；
图11是本发明的辊系统的替代性实施方式的剖视图，使端部轴承结合关节轴承组件(plainsphericalassembly)；
图12是在图11所示辊系统的一个端部处的非可调轴承座的放大剖视图；和
图13是图11所示的辊系统的第二端部处的可调轴承座的放大剖图。
所有附图中，相应的附图标记指示相应的零件。应当理解，附图用于图示本发明中阐述的概念，而且未按比例绘制。
具体实施方式
下文的详细描述以示例的方式而并非以限制的方式来说明本发明。说明书使本领域普通技术人员能够制造和使用本发明，并且描述多个施方式、改型、变型、替代以及本发明的用途，其中包括现在被认为实施本发明的最佳模式。
轧机机座具有多个辊10，每个辊10均在其轴向端部在轴承组件10内旋转，而轴承组件100本身又被限制在轴承座102R和102L(轴承102R是非可调的，轴承座102L是可调的)内，所述轴承座102R和102配装至牢固地安装在支承底座上的重型端部框架内。本领域技术人员理解的是，除非另有指出，轴承组件100包括轴承组件100R和100L以及轴承座102包括轴承座102R和102L。实际上，每个辊10是至少两个辊、可能是四个辊中的一个，如同典型的四辊轧机机座具有两个作辊，待加工的一片金属在这两个工作辊之间通过，此外还具有工作更大的一对后备辊，所述一对后备辊用于防止工作辊受到减少金属片的(或者薄板的)厚度所需要的分离力而偏斜。如同在任何轧机机座中，轴承座102R和102L相对于其中设置有此轴承座102R和102L的端部框架沿竖直方向滑动，但是通常由很大的下旋(turndown)螺钉固持在一起，所述下旋螺钉被旋拧至框架内，支靠在用于上部后备辊的轴承座102R和102L上。可以使用通过反馈环路控制的液压活塞来代替下旋螺钉沿竖直方向定位轴承座102R和102L，实际上这在现有的轧机设计中更为常用。
本发明的轴承组件100可以用于支承工作辊或者后备辊中的任意一个或者两者均可，但是支承工作辊和后备辊两者可以是主要应用。轴承组件100归类为圆锥滚柱轴承，如此就能够承受由被受支承的辊10加工的金属片所给予的大的径向载荷以及推力载荷。作为一对圆锥滚柱轴承中的一个，轴承组件100也可以在端部间隙条件与预加载荷条件之间调整。
辊10绕轴承组件100中的纵向轴线即绕旋转轴线X转动，该旋转轴轴线X在理想情况下与辊10自身的中央轴线相一致。辊10包括可能为圆柱形的辊体12以及位于本体的每一端部处的辊颈14。每个辊颈14均在其与本体结合处具有倒圆环16，并且在倒圆环16更远端侧具有座置有轴承组件100的锥面18。此锥面18可以直接形成在辊颈14上，或优选地，由安装至辊颈14并且抵接倒圆环16的锥形轴套20构成。
用于辊轧机的轴承组件可以通常以“直接安装装置”安装在辊上，而典型的轴承组件将包括四列滚柱。在授予贝克的美国专利No.4,938,615——其通过参引结合于此——中可见一种示例性常规辊轧机轴承组件。直接安装装置的独有特征在于包括延伸穿过后备辊的轴向钻孔24的中央杆22。此(静止的)中央杆用于将右轴承座102R连接至左轴承座102L。此外，此中央杆22用于在轴承系统(两个四列式组件)中方便地建立间隙，这通过这样来实现：首先建立“基准预加载荷定位”，随后通过旋拧至中央杆22的一个端部的轴承座调整螺母退回预定的距离，从而在辊10进入或者放置在轧机机座内之前建立轴承间隙。
在形成之初，辊10(包括每一端部上的辊颈14及辊体12两者)本质上是很常规的。辊10首先在车床上转动以获得所需的圆度和尺寸，在车床上转动以前，先使用轴向钻孔24的每个开口内的定心塞为辊10提供定心。在轧辊磨床上进行表面磨削过程中也需要这些塞在将辊10支承在稳定架上以前首先支承辊10以便精磨辊颈14。在精磨以后必须去除这些定心塞以露出在辊10的轴向长度上延伸的轴向钻孔24。
一旦辊10已经被精磨，则每个轴承组件100的倒圆环16和锥形轴套20均通过压接配合置于辊颈14上。锥形轴套20供给有额外的磨料，从而可以在安装至辊颈14上之后对锥形轴套20进行精磨。这种实践在如今对圆柱轴承的内圈的处理中是很典型的。一旦已经安装了锥形轴套20，则在每个锥形轴套20的外端部处安装夹持环26以保持锥形轴套20的轴向定位。一旦完成安装，则使辊10后退至轧辊磨床的稳定架上，以便将锥形轴套20精磨至适当的尺寸和锥度。
优选地，本发明的辊10是后备非驱动辊。通常，用于后备辊的锻造的辊(40.0英寸的辊体或更大)包括穿过中央的轴向钻孔24以优化锻造过程(并且防止产生可能的裂纹)。其余部分由铸造过程形成(并且中央没有此“自动形成的”孔)。铸造辊可以在轧板机以及一些热轧机中找到，但是任何良好的扁平轧材轧机均会使用用于所有冷轧机和绝大多数热轧机的锻造辊10。
本发明的后备辊系统设计的实施方式可作为包括轧板机、热轧机、冷轧机、平整机和箔材轧机在内的所有轧制扁平轧材的轧机的潜在性替代物。基本上，轴承组件100设计用于低推力载荷(分离力的0.5％至2％)的这些应用。本发明提出的安装系统用于在安装过程期间轴承损坏的潜在可能性较少的情况下提供简单的安装过程，以及在轴承组件100的整个使用寿命中对轴承间隙的控制。
转到图1A和图1B，将为本发明的后备辊系统所需的一件新的“固定装备”是“装配支架”1。此装配支架1的主要功能是在轴承组件装配过程期间使辊10能够旋转，在该过程中建立轴承系统的间隙。建议无论何时旋转轴承座调整螺母以影响轴承定位——即放松或者收紧该定位——均使辊10一直旋转。但是，将两个轴承座102R和102L均组装至辊10上的最初几个步骤将在辊10保持静止的情况下完成。
图1A和图1B中示出了该过程的第一个步骤。去除在辊成形过程中存在的任何定心塞，并替换为辊10的每个端部内的可选衬套28。注意，辊10可能需要辊10的轴向端部中的埋头孔28A以容纳定心塞和衬套28两者(此二者均压接配合至辊10内)。这些衬套28包括浅角度倒角，所述浅角度倒角用于导引中央杆22沿轴向穿过辊10的轴向钻孔24。一旦已经将衬套28压接配合至适当位置，则中央杆22将从将要配装轴承座102R(非可调)的轴向端部穿过辊10，至可以对轴承座102L(可调)进行轴承座侧向调整的辊10的相反轴向端部。本领域普通技术人员将认识到，将一个轴承座102指定为可调的仅仅表示将进行轴承座侧向调整的一侧，而无意于将本发明局限为仅在辊10的左侧进行调整。固定有肩部螺母30的中央杆22的轴向端部将形成用于将轴承座102R(非可调)放置在辊颈14上的端部。
转到图2和图3，每个轴承100的圆锥外圈-隔圈-滚柱组件被预先组装至轴承座102R(非可调节)内，并且被紧紧夹持在适当位置。端盖104被紧密地固定至非可调轴承座102R的外表面。端盖104设计得坚固以吸收净外部推力，当完全组装后，此净外部推力将通过中央杆22吸收。一般来说，只需要高架起重机C将轴承座-滚柱组件装配在辊颈14上的内圈或者锥形轴套20上，但是，在有条件的情况下，也可以利用其他提升机械来组装轴承座102R和102L。此处，当滚柱100A最初越过辊颈或者锥形轴套20时，径向间隙异常地高。优选地，此径向间隙等于轴承100的宽度除以12。例如，当越过在直径上(onthediameter)具有1/12的锥度的锥形轴套20的小端时，36英寸宽的轴承100将具有3英寸的直径间隙(11/2英寸的径向间隙)。
如图3中示出的，在滚柱100A已经与锥形轴套20上的内圈最终接触以后，轴承座102R将停止沿轴向向内移动。此时，轴承座102R(非可调)仍保持与高架起重机C或者其他提升机构固定。接下来，将端盖104固定在肩部螺母30与定位螺母32之间。在中央杆22的端部额外地应用防松螺母34以保证端盖104仍牢固地固定在中央杆22上，并且该中央杆无法相对于端盖104自由旋转。可以将可选的防尘罩置于露出的端部上。但是，请注意，在此阶段，轴承座102R并未完全固定为不从内圈或者锥形轴套20的锥形部上滑下。轴承座102R仅仅连接至在辊10的中央钻孔24内为“松弛”的中央杆22。为了防止中央杆22拉动穿过辊10，可以借助于轴向螺栓202将图4A和图4B中示出的临时固持装置200固定在中央杆22的相反轴向端部上，以便当转变为在相反的轴向端部上组装“可调轴承座”时(图5)，保持轴承座102R不从辊10的端部掉落。
接下来，如图5至图7中示出的，与轴承座102R(非可调)沿轴向相反地，将轴承座102L(可调)固定至辊10。轴承座102L(可调)包括刚性地固定至轴承座102L的轴向外表面的端盖104A。可以使用高架起重机C或者提升机构(类似于非可调的一侧)将轴承座102L以及相关联的轴承组件100移动至辊颈14上的适当位置。
一旦已经使轴承组件100和轴承座102L靠在锥形轴套20内圈上，则使用如图7中示出的临时带T将两个轴承座组件102L和102R连接在一起，限制两个轴承座102L和102R中的每一个，使其无法滑动脱离辊10的各轴向端部。一旦这已经完成，则可以安全地去除中央杆22的轴向端部上的临时限制装置200。
为了将轴承座102L(可调)固定至辊10和中央杆22的轴向端部，采用图6和图7中示出的包括连接板302的子组件300。该子组件300必须在将轴承座调整螺母34旋拧至中央杆22的有螺纹的端部上以前被组装。限制螺母(trappingnut)306和防松螺母308将连接板302固定为靠在轴承座调整螺母304上的凸缘310上。但是，由于需要使连接板302中的螺栓孔与可调轴承座端盖104A上的相应螺栓孔对准，因此轴承座调整螺母304和限制螺母306之间需要轻微的轴向间隙AG，使连接板302可以绕轴承座调整螺母304的圆周自由旋转。优选地，连接板302的圆周表面设置有球形面或者弧形面，使连接板302能相对于轴线X-X枢转，以适应中央杆22与端盖104A之间的不对准。
如图7中示出的，子组件300被旋拧至中央杆22的端部上，直至连接板302与可调轴承座的端盖104A接触为止。随后，连接板302被旋转，以便使螺栓孔与端盖104A的螺栓孔成一线，从而借助于适当的螺栓(未示出)附连至端盖104A。组合的端盖104A和子组件300借助于定位螺母32又被固定至中央杆22，并且将防松螺母34额外地应用于中央杆22的端部以确保防止两者之间的相对旋转。在子组件300已经连接至中央杆22和端盖104A以后，固定轴承座102R和102L。定位螺母32(如图8中示出的)用于建立总的轴承间隙，而防松螺母34则用于固定定位螺母的位置。此时，两个轴承座102L和102R均被固定在辊10的每个端部上，并且可以去除临时带T，以及与支承起重机C或者其它提升机构的任何其它连接，如图8中示出的。
在可选的构造中，辊组件10的可调端部处的子组件300被诸如图10中示出的受精确控制的液压缸组件400代替，该液压缸组件400具有支承在壳体组件404内的液压致动活塞402。连接板405以与如图6中示出的几乎相同的方式绕壳体404的圆周、绕调整螺母同心地固定，并且与轴承座102L(可调)的端盖104A接合，同时诸如抵接定位螺母32的轴套406之类的联接装置使被致动的活塞与轴向中央杆22的轴向端部接合。优选地，连接板405的内圆周表面设置有球形面或者弧形面，使连接板405能相对于轴线X-X枢转，以适应中央杆22与可调轴承座端盖104A之间的不对准。
在每个实施方式中，在辊轧机从冷启动状态至稳定状态的操作温度的过渡的过程中，借助于在轴承座102L(可调)的端盖104A与轴向定心杆22之间施加力，对液压缸组件400的被制动的活塞402的受控的轴向位置调整改变或者维持轴承定位。
本领域普通技术人员将认识到，可以利用与图10中示出的不同的各种构造的液压缸组件400实现对轴承定位的调整。例如，液压缸组件400可以构造成同心地围绕轴向中央杆22，并且在被旋拧至轴向中央杆22的端部的定位螺母32与轴承座102L(可调)的端盖104A之间施加致动力。
图10中示出的液压缸实施方式的装配首先需要将液压缸组件400以未加压状态联接至轴承座102L(可调)。辊10开始转旋。接下来，根据从相关联的传感器的监测，在辊10绕轴线X旋转期间，向轴向中央杆22的端部处的定位螺母32施加转矩，直至获得所需预加载荷力(例如8500磅)。接下来，将薄垫片(未示出)插入组件，与定位螺母32相邻，使薄垫片的厚度选择为对应于所需预加载荷力和冷定位值，并且将防松螺母34紧固至轴向中央杆22上，将薄垫片(未示出)夹靠在定位螺母32上。随后，在不改变防松螺母34的定位的情况下去除薄垫片，并且将定位螺母32旋拧返回至防松螺母34，建立冷定位位置。一旦将被组装并设定的轧辊10放置在轧机支架内，则将液压缸组件400联接至液压受控源，并且可以借助于通过适当的通道408从液压缸组件400引入或者去除液压流体，使活塞402能在已建立的公差范围内移动，从而根据需要而动态地控制轴承定位以便维持所需定位。
接下来，转到图11至图13，图中示出了辊10的替代性实施方式的组装。起初，如图11中所示，使中央杆22从将配装轴承座102R(非可调)的端部穿过辊10至辊10的设置轴承座102L(可调)的端部。如图12中最佳示出的，在中央杆22的一个端部，从有螺纹的端部沿径向向内将环形隔圈500焊接至中央杆22，以形成可以使轴承座102R(非可调)靠住固定的固定肩部。
在非可调或者“驱动侧”轴承座102R处，将轴承组件100预先组装至轴承座102R的内部，并且通过如上文描述的轴承圆锥外圈紧紧地夹持。结合有关节轴承组件504的端盖502被紧密地固定至轴承座102R(非可调)，其中，中央杆22的端部穿过所述关节轴承组件504。关节轴承组件504包括内轴套506、关节轴承元件508和外轴承构件510，内轴套506适于绕中央杆22配装，关节轴承元件508具有预先组装至内轴套506上的球形外直径表面，而外轴承构件510具有借助于容纳元件512沿轴向固定至端盖502的匹配球形内直径表面。环形轴承构件508与外轴承构件510之间的轴承接合适应端盖502与中央杆22之间的轴向不对准，而在两者之间仅传递纯推力载荷。
端盖502必须设计得坚固以吸收净外部推力，该净外部推力将通过中央杆22吸收。如图12中示出的，为了吸收中央杆22与轴承座102R(非可调)之间的任何不对准，使中央杆22的有螺纹的轴向端部穿过关节轴承组件504。关节轴承组件504的主要功能是减少当轴承座102R(非可调)受到载荷时倾斜或者旋转时，弯曲载荷传递至中央杆22的潜在可能性。相反的，中央杆22将在纯推力载荷下作用。出于以下三个原因使中央杆22优选地受到纯推力载荷：a)中央杆22的弯曲会增加最大应力，这就需要更大的杆直径；b)中央杆22的弯曲将需要在旋转过程中杆的外径(静止)与轴向钻孔24的内径之间更大的间隙，以保证在辊组件10的操作过程中杆的外径(静止)与辊钻孔24的内径之间不存在接触；和c)使得受载荷时轴承座102R与102L的任何倾斜限制最小化。关节轴承组件504将保持“静止”不旋转，使轴承座102R(非可调)能绕轴线X相对于该关节轴承组件504运动。
整个安装装置(包括端盖504)作为将被夹持至轴承座102R(非可调)的轴承座面的完整单元被组装在中央杆22的端部。尽管并非必需如此，但是这减少了组装过程期间需要处理的部件的数量。具体地，如图12中所示，该安装装置包括抵接环形隔圈500而绕中央杆22的端部座置的内轴套506。关节轴承元件508被支承在内轴套506的外径上，并且借助于旋拧至内轴套506的外径上的防松螺母或者护圈507固定靠在轴套的肩部506A上。反过来，关节轴承元件508容纳在外轴承构件510的相应球形轴承表面内，其中所述外轴承构件510固定于轴承座端盖502的轴向开口内。轴承座端盖502又被座置并且固定靠在绕辊颈14安装的轴承组件和轴承座的轴向面上。
由于中央杆22端部穿过内轴套506，适当的防松螺母34或者保持螺母32被旋拧至杆的露出的端部上，并且靠住内轴套506的轴向外侧端部紧固，而轴套506又被限制靠在中央杆22上的环形隔圈500上，由此以相对于轴向中央杆22的固定排列形式固定在驱动侧上的轴承座102R(非可调)的整个安装装置。但是，请注意，此时轴承座102R(非可调)仍未被完全固定，使其不从锥形轴套20的锥形表面滑下。轴承座102R(非可调)仅仅是被连接至中央杆22，而中央杆22本身是在辊10中是“松弛的”。为了防止中央杆22拉动穿过辊10，可以采用如之前在图4A和图4B中示出的临时装置22，以便当转变为在相反的轴向端部上组装轴承座102L(可调)时，保持轴承座102R(非可调)不从辊的端部跌落。
在辊组件10的相反的轴向端部(可调或者操作员侧)，第二轴承组件被预先组装轴承座102L(可调)，并且通过圆锥外圈紧紧地夹持。结合有第二关节轴承组件504A的第二端盖502被紧密地固定至轴承座102L(可调)的外表面，其中轴向中央杆22的自由端部穿过所述第二关节轴承组件504A。与轴承座102R(非可调)一样，端盖502必须设计得坚固以吸收净外部推力，该净外部推力将通过中央杆22吸收。如图13中示出的，为了吸收中央杆22与轴承座102L(可调)之间的任何不对准，使中央杆22的自由端部穿过关节轴承组件504A。关节轴承组件504A的目的在于消除在轴承座102L受到载荷而倾斜或者旋转的情况下，弯曲载荷被传递至中央杆22的任何潜在可能性。相反地，中央杆22将在纯推力载荷下作用。如前所述，出于三个原因使中央杆22优选地受到纯推力载荷：a)中央杆22的弯曲会增加最大应力，这就需要更大的杆直径；b)中央杆22的弯曲将需要杆的外径(静止)与辊钻孔24的内径之间更大的间隙，以保证在辊组件10的操作过程中杆的外径(静止)与辊钻孔24的内径之间不存在接触；和c)使受载荷时轴承座102R与102L的任何倾斜限制最小化。关节轴承组件504A将保持“静止”不旋转，使轴承座102L(可调)能绕轴线X相对于该关节轴承组件504A运动。
整个安装装置(包括端盖502)作为将被夹持至轴承组件100的轴承座面的完整单元被组装在中央杆22的自由端部。尽管并非必需如此，但是这减少了组装过程期间需要处理的部件的数量。具体地，如图13中所示，在轴承座102L(可调)处的安装装置大体类似于轴承座102R(非可调)的安装装置，并且包括绕中央杆22的端部座置的轴套(“轴承座调整装置”)505。轴套505包括在内侧端部处围绕轴向钻孔的导引表面505B，以便从“偏离中央”位置组装中央杆22。关节轴承元件508被支承在轴套505的外径上，并且借助于旋拧至轴套505的外径上的防松螺母或者护圈507固定靠在轴套505的肩部505A上。关节轴承元件508容纳在外轴承构件510的相应球形轴承表面内，其中所述外轴承构件510固定于轴承座端盖502的轴向开口内。轴承座端盖502又被座置靠在绕辊颈14安装的轴承组件和轴承座102L(可调)的轴向面上。
在轴向中央杆22的自由端部穿过轴套505的情况下，将防松螺母34或者调整螺母32“松弛地”旋拧至杆的露出的端部上。进一步地，将带内螺纹的轴套以适当的螺母转矩旋拧至中央杆22上，直至在轴承座102L(可调)上施加了所需预加载荷力。本领域普通技术人员可以认识到，可以在调整螺母32与轴套505的轴向外侧端部之间插入薄垫片以设定适当间隙。一旦将调整螺母32旋拧至所需位置，则可以去除薄垫片，并且使轴套从其“预加载荷位置”后退，以获得两个轴承组件中的所需间隙。将防松螺母34旋拧至轴向中央杆22的自由端部上，并且抵靠调整螺母32以便将定位锁定在适当位置，并防止在辊组件10的操作过程中后退。
对于每个实施方式，一旦将轴承座102R和102L固定至辊组件10的中央杆22，则必须在最终组装至轧机支架内以前，建立如图9中示出的轴承组件100的冷定位。需要预加载荷状态以便为建立“最终冷定位”建立“基准点”。此最终冷定位将通常为一个端部间隙，以应对辊体12的热膨胀，当辊体12在轧制过程期间在轧机环境内操作时，会自然地产生所述热膨胀。当轧机开始操作时，辊体12的温度将上升，而在此过渡定位阶段期间，轴承的间隙定位将减小。当稳定状态温度已经稳定时，将达到轧机内的最终操作定位。初始冷定位与最终操作定位之间的过渡在图9中以标注为“操作定位，未补偿”的曲线表示。替代性地，如果可以控制轴向中央杆22的温度以补偿辊的热膨胀(在图9中以标注为“中央杆热膨胀”的曲线表示)，则有可能减少轴承系统的初始冷定位，使之更靠近其所需操作定位，所述所需操作定位在图9中以标注为“操作定位，补偿”的曲线表示。在此公开的系统和方法使得能够对每个轴承座102R和102L内的轴承组件100进行调整，以适应辊组件10从冷启动条件至稳定状态温度的热增长，使轴承定位能处于稳定状态温度以保持最佳条件。
可以使用多种方法为轴承组件100建立尺寸性预加载荷基准点。每个方法均包括对预加载荷力与尺寸性预加载荷之间的联系的在先轴承分析，所述分析可以通过已知分析程序容易地获得。典型的定位曲线作为轴承几何形状的函数而产生。
作为示例，为了建立0.020英寸的预加载荷尺寸性定位作为基准点，认为获得0.020英寸预加载荷所需的预加载荷力为8500磅。还已知获得8500磅预加载荷力所需的名义螺母转矩为600英尺-磅。所以，存在两种方法建立此预加载荷力：使用轴承座调整螺母转矩(如果未使用应变仪)，随着轴承座调整螺母505上(轴承座102L(可调)的一侧上)的转矩增加，必须使辊在装配支架上缓慢旋转。持续增加轴承座调整螺母505上的转矩，直至最终达到600英尺-磅的目标为止。随后，使辊12能旋转若干分钟，以保证螺母转矩保持稳定。在向轴承座调整螺母505施加600英尺-磅的转矩以后，如有必要则重新施加转矩，直至轴承座调整螺母505不再运动为止。
替代性地，优选方法是使用预加载荷力的测量(如果应变仪是中央杆22设计的一部分)：使用相同的过程，在辊12旋转的同时向轴承座调整螺母505施加转矩。但是，这一次，力能够从附连至与中央杆22相关联的应变仪的测试设备被观察到。一旦达到了8500磅的预加载荷力，辊12继续旋转若干分钟。如果在初次达到8500磅的预加载荷力以后，测量到的预加载荷力下降，则可能不得不重新施加螺母转矩。一旦此力达到稳定状态，则可以认为辊12处于0.020英寸的预加载荷的条件，并且现在已经建立了基准预加载荷定位。
在建立了基准预加载荷定位的情况下，下一步骤是建立冷定位，所述冷定位将达到所需的操作定位，一旦轧机达到稳定状态操作条件则轴承在所述所需的操作定位下操作。继续此示例，冷安装定位在每个组件约0.180英寸或者0.015英寸径向间隙的情况下开始。随着轧机启动而轧制过程开始，辊12的温度将增长，直至其达到稳定状态温度。此时，安装定位测量为0.100英寸，这意味着由于冷定位以0.180英寸开始，故而辊12的热增长为0.080英寸。很重要的是应当注意，在离开轧机支架以后，必须快速测量操作定位，以获得热操作定位的精确读数。
存在两种方法可以建立冷定位。在本发明的第一方法中，冷定位(初始在端部间隙中)通过估计辊12的热膨胀将在多大程度上减少该定位而建立。冷定位被保守地选择以防止间隙被热膨胀完全消除，并且避免在预加载荷定位中操作。知晓了轧机速度，对预期热变化进行估计，初始定位是根据此估计而建立的。基本上，将冷定位(初始)设定为等于与辊12的热膨胀(估计)相结合的操作定位(所需的)。通过此初始定位，可以并且应当借助于在将辊12从轧机去除以后测量操作定位(测量)来进行调整。如果操作定位(测量)在操作定位(所需)的公差以内，则无需进一步变化。如果操作定位(测量)超过了操作定位(所需)，则冷定位被减少一个等于测量操作定位与所需操作定位之间的差的量。最后，如果操作间隙(测量)小于操作间隙(所需)，则冷定位增加一个等于测量操作定位与所需操作定位之间的差的量。
在本发明的第二方法中，轴承组件100的定位通过随着轧辊朝向稳定状态操作条件发展的过渡定位阶段而稳定。这允许将操作定位控制为冷启动条件下的更小的间隙，同时通过为穿过辊12联接相反的轴承座102R和102L和轴承组件的中央杆22设置温度控制装置，避免在轧机操作过程中在轧机达到热均衡以后的轴承预加载荷的条件。该温度控制装置可以包括施加至中央杆22的热源，该热源被控制以与辊12自然升温相同的速率加热中央杆22(增加轴承中的端部间隙)，其中辊12的自然升温在从轧机的冷启动至稳定状态操作的过渡过程中发生。例如，中央杆22可以包括沿轴向设置在中央杆22内的加热元件。只要在过渡过程中对中央杆22施加热补偿，这允许将轴承组件100的冷定位调整为与所需操作定位相对应，由此保持从冷启动至稳定状态操作始终如一的操作定位。
一旦辊组件10被安装在轧机机架内，可以认识到，无需对现有轧机进行任何轧机的修改来适应在此描述的本实施方式。此外，对于新型轧机，已存在多年的用于将操作员侧轴承座栓锁至轧机的上述“锁紧板”技术对于通过此替代性后备辊装置构造的新型轧机仍保持不受影响。
在可选的构型中，摒弃了在轴向钻孔24的每个端部中使用定心衬套28，允许中央杆22穿过辊12的额外间隙。中央杆22将借助于将每个轴承组件100座置在每个辊端部而自然地定心。
由于在不脱离本发明的范围的情况下可以对上述构造进行各种改变，故而上文描述中包含的或者附图中示出的全部内容都应理解为示例性的而不具有限制意义。

Claims (29)

1.一种用于将轴承组件(100)组装至轧辊(10)的轴向端部上的方法，所述轧辊(10)具有在每个轴向端部均带有缩径的第一和第二辊颈(14)的辊部分(12)和轴向中央钻孔(24)，所述方法包括：
将轴向中央杆(22)设置在所述轧辊(10)的所述轴向中央钻孔(24)内，所述轴向中央杆具有大于所述轧辊的轴向长度的轴向长度；
将形成轴承组件(100)的内圈的相应的第一和第二锥形轴套(20)设置在所述轧辊的相应的第一和第二辊颈上；
将第一轴承组件设置在非可调轴承座(102R)内，所述第一轴承组件包括第一外圈和第一具有滚柱(100A)的滚柱组件，所述第一轴承组件具有用于容纳安装至所述轧辊的所述第一辊颈的第一锥形轴套(20)的轴向敞开面，以及与所述轴向敞开面相反的端盖(104，502)，所述端盖具有用于容纳所述轴向中央杆的轴向端部的轴向开口；
将所述第一轴承组件和所述非可调轴承座(102R)设置在所述轧辊(10)的所述第一辊颈(14)上，使所述轴承组件与所述第一锥形轴套(20)的外径表面接触，并且所述轴向中央杆(22)的轴向端部穿过所述端盖中的所述轴向开口；
将所述第一轴承组件和所述非可调轴承座(102R)固定至所述轴向中央杆(22)的所述轴向端部；
将第二轴承组件设置在可调轴承座(102L)内，所述第二轴承组件包括第二外圈和第二具有滚柱(100A)的滚柱组件，所述第二轴承组件具有用于容纳安装至所述轧辊(10)的所述第二辊颈(14)的所述第二锥形轴套(20)的轴向敞开面，以及与所述第二轴承组件的所述轴向敞开面相反的端盖(104A，502)，所述第二轴承组件的所述端盖具有用于容纳所述轴向中央杆(22)的自由轴向端部的扩大轴向开口；
将所述第二轴承组件和所述可调轴承座(102L)定位在所述轧辊的所述第二辊颈(14)上，使所述第二轴承组件与所述第二锥形轴套(20)的外径表面接触，并且所述轴向中央杆(22)的所述自由轴向端部穿过所述第二轴承组件的所述端盖(104A，502)中的所述扩大轴向开口；
将所述第二轴承组件和所述可调轴承座(102L)固定至所述轴向中央杆(22)的自由轴向端部；和
通过所述轴向中央杆(22)为所述可调轴承座(102L)以及所述非可调轴承座(102R)之间的所述第一轴承组件和所述第二轴承组件建立轴承定位。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述为所述第一轴承组件和所述第二轴承组件建立轴承定位的步骤包括为所述第一轴承组件和第二轴承组件中的每一个轴承组件建立在端部间隙状态下的冷定位。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述第一轴承组件和所述第二轴承组件的所述冷定位选择为，使得从冷启动状态过渡至稳定状态操作温度的过程中，所述轧辊(10)的热膨胀使所述轴承定位从所述冷定位改变为最佳定位。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述第一轴承组件和所述第二轴承组件的所述冷定位选择为，在稳定状态的操作条件下，适应所述轧辊(10)的热膨胀。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述为所述第一轴承组件和所述第二轴承组件建立轴承定位的步骤包括监测所述轴向中央杆(22)上的力。
6.如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：改变已建立的轴承定位以便在操作过程中适应所述轧辊(10)的热膨胀。
7.如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：在穿过所述轧辊的所述轴向中央钻孔设置所述轴向中央杆(22)以前，将衬套(28)插入所述轧辊的所述轴向中央钻孔(24)的每个轴向端部。
8.如权利要求1所述的方法，其中，在所述轧辊(10)从冷启动状态过渡至稳定状态操作温度的过程中，所述轴向中央杆(22)的热膨胀被控制为保持已建立的轴承定位。
9.如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：
组装连接板子组件(300、400)；
使所述连接板子组件(300、400)与穿过所述第二轴承组件的所述端盖(104A)中的所述扩大轴向开口的所述轴向中央杆(22)的所述自由轴向端部接合，由此所述连接板子组件(300)接合所述第二轴承组件的所述端盖(104A)；
其中，所述将所述第二轴承组件和所述可调轴承座(102L)固定至所述轴向中央杆(22)的所述自由轴向端部的步骤包括将所述连接板子组件(300、400)固定至所述第二轴承组件的所述端盖(104A)；并且
其中，所述建立所述轴承定位的步骤包括调整所述连接板子组件(300、400)与所述轴向中央杆(22)之间的所述接合。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述连接板子组件(300)包括轴承座调整螺母(304)、连接板(302)和至少一个限制螺母(306)，所述连接板(302)绕所述轴承座调整螺母同轴心地设置，而所述至少一个限制螺母(306)将所述连接板固定靠在所述轴承座调整螺母上的圆周凸缘(310)上；并且
其中，所述将所述连接板子组件(300)固定至所述第二轴承组件的所述端盖(104A)的步骤包括将所述连接板联接至所述第二轴承组件的所述端盖。
11.如权利要求10所述的方法，还包括如下步骤：调整所述轴承座调整螺母(304)以增加或减小所述轴承组件(100)中的端部间隙。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述连接板(302)相对于所述轴承座调整螺母(304)的轴线枢转，以适应所述轴向中央杆(22)与所述第二轴承组件的所述端盖(104A)之间的轴向不对准。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述连接板(302)在球形内直径表面上枢转。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述连接板(302)与所述圆周凸缘(310)以及带有球形表面的所述至少一个限制螺母(306)接合。
15.如权利要求9所述的方法，其中，所述连接板子组件包括受到精确控制的液压缸组件(400)，所述液压缸组件(400)具有：以液压方式致动的活塞(402)，所述活塞(402)支承在壳体(404)内；连接板(405)，所述连接板(405)同心地联接至所述壳体(404)；和联接装置(406)，所述联接装置(406)用于将所述活塞固定至所述轴向中央杆的所述轴向端部；并且
其中，所述将所述连接板子组件固定至所述第二轴承组件的所述端盖(104A)的步骤包括：将所述连接板联接至所述第二轴承组件的端盖。
16.如权利要求15所述的方法，还包括如下步骤：调整所述壳体(404)内的被致动的活塞(402)的位置，以增加或减小所述轴承组件(100)内的端部间隙。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述连接板(405)相对于所述液压缸组件(400)的轴线枢转，以适应所述轴向中央杆(22)与所述第二轴承组件的所述端盖(104A)之间的轴向不对准。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述连接板(405)在球形内直径表面上枢转。
19.如权利要求1所述的方法，其中，所述轴向中央杆(22)受到纯推力载荷。
20.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一轴承组件和所述非可调轴承座(102R)通过关节轴承组件(504)被固定至所述轴向中央杆(22)的所述轴向端部，所述关节轴承组件(504)被固定至所述轴向中央杆(22)的所述轴向端部；
其中，所述第二轴承组件和所述可调轴承座(102L)通过第二关节轴承组件(504A)被固定至所述轴向中央杆(22)的所述自由轴向端部，所述第二关节轴承组件(504A)被固定至所述轴向中央杆(22)的所述自由轴向端部；并且
其中，为所述第一轴承组件和所述第二轴承组件建立轴承定位的步骤借助于调整所述第二关节轴承组件(504A)相对于所述轴向中央杆(22)的轴向位置来执行。
21.如权利要求20所述的方法，其中，用于将所述第一轴承组件和所述非可调轴承座(102R)固定至所述轴向中央杆(22)的所述轴向端部的所述关节轴承组件(504)包括：轴套构件(506)，所述轴套构件(506)绕所述轴向中央杆的所述轴向端部配装，所述轴套构件抵接所述轴向中央杆上的固定肩部(500)并且借助于定位螺母(32)保持在所述轴向中央杆上；关节轴承元件(508)，所述关节轴承元件(508)在保持肩部(506A)与旋拧至所述轴套构件的外表面的第二防松螺母(507)之间绕所述轴套构件的外表面配装；和外轴承构件，所述外轴承构件固定在所述第一轴承组件的端盖(502)的轴向开口内。
22.如权利要求20所述的方法，其中，用于将所述第二轴承组件和所述可调轴承座(102L)固定至所述轴向中央杆(22)的所述自由轴向端部的所述第二关节轴承组件(504A)包括：轴套构件(505)，所述轴套构件(505)绕所述轴向中央杆(22)的所述自由轴向端部配装，所述轴套构件(505)具有导引表面(505B)，所述导引表面(505B)用于引导在所述轴向中央杆(22)的所述自由轴向端部上的布置；关节轴承元件(508)，所述关节轴承元件(508)在保持肩部(505A)与被旋拧至所述轴套构件的外表面的第二防松螺母(507)之间绕所述轴套构件的外表面配装；和外轴承构件，所述外轴承构件固定在所述第二轴承组件的端盖(502)的扩大轴向开口内；并且
其中，所述轴套构件(505)借助于被旋拧至所述轴向中央杆的所述自由轴向端部上的调整螺母(32)被保持在所述轴向中央杆的所述自由轴向端部上。
23.如权利要求22所述的方法，还包括如下步骤：调整所述调整螺母(32)的轴向位置以增加或减小所述轴承组件(100)内的端部间隙。
24.一种用于轧辊(10)的可调轴承装置，所述轧辊(10)具有延伸穿过辊部分(12)的轴向中央钻孔(24)和在所述轧辊的每个轴向端部处的辊颈(14)，所述可调轴承装置包括：
第一轴承组件，所述第一轴承组件被安装至所述轧辊(10)的第一轴向端部处的第一辊颈；
第二轴承组件，所述第二轴承组件被安装至在所述轧辊(10)的相反轴向端部处的第二辊颈；和
轴向中央杆(22)，所述轴向中央杆(22)穿过所述轴向中央钻孔将所述第一轴承组件联接至所述第二轴承组件，
其中，所述轴向中央杆(22)承受纯推力载荷。
25.如权利要求24所述的可调轴承装置，其中，所述第一轴承组件和第二轴承组件均包括锥形轴套(20)、外圈和一组滚柱(100A)，所述锥形轴套(20)配装至所述轧辊的相关联的辊颈(14)，所述外圈联接至所述轴向中央杆(22)，所述一组滚柱(100A)设置在所述锥形轴套与所述外圈之间。
26.如权利要求25所述的可调轴承装置，其中，所述第一轴承组件和所述第二轴承组件均通过关节轴承组件(504、504A)被联接至所述轴向中央杆(22)，所述关节轴承组件(504、504A)构造为适应所述中央杆与相关联的轴承组件之间的不对准。
27.如权利要求24所述的可调轴承装置，还包括联接至所述中央杆的定位调整组件(32、300、400)，所述定位调整组件构造为选择性地同时改变所述第一轴承组件和所述第二轴承组件的定位。
28.如权利要求27所述的可调轴承装置，其中，所述定位调整组件(32、300、400)包括调整螺母，所述调整螺母用于改变所述轴向中央杆(22)上的张紧力。
29.如权利要求27所述的可调轴承装置，其中，所述定位调整组件(32、300、400)包括以液压方式致动的活塞(402)，所述以液压方式致动的活塞(402)与所述轴向中央杆(22)接合以改变所述轴向中央杆上的力。
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