CN112983992A - 油膜轴承密封装置及轧机油膜轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油膜轴承密封装置及轧机油膜轴承，该密封装置套装在轧机的锥套、衬套、轴承座和轧辊形成的空间内，包括：密封盖、水封组件、铝环和脚型密封，密封盖安装在轴承座的外端面上，水封组件安装在密封盖的外端面上，铝环套装在脚型密封上，脚型密封套设在密封盖内孔内部，密封盖内孔为偏心内孔结构，密封盖的位于轧辊承载区的内孔壁到油膜轴承中心线的距离大于密封盖的位于轧辊非承载区的内孔壁到油膜轴承中心线的距离。本发明的油膜轴承密封装置及轧机油膜轴承能够保证在偏心运转过程中承载区和非承载区的脚型密封与密封盖的压缩量保持一致，避免因轧辊的偏心而造成密封失效、受力不均、漏油进水等问题，提高轴承使用效果及使用寿命。

Description

油膜轴承密封装置及轧机油膜轴承

技术领域

本发明涉及油膜轴承技术领域，尤其涉及一种油膜轴承密封装置及轧机油膜轴承。

背景技术

由于轧机的工作环境恶劣，为了避免润滑油外漏以及冷却水、乳化液及氧化铁皮等污物侵入轴承，轧机油膜轴承在使用时需要安装相应的密封装置。

公布号为CN102513968A、发明名称为《一种用于轧机油膜轴承锁紧及拆卸的装置》，以及公布号为CN205559564U、发明名称为《一种轧机油膜轴承的油封装置》的中国专利文献均公开了一种油膜轴承密封装置，参见图1-2，该油膜轴承密封装置套装在轧机的锥套、衬套、轴承座和轧辊形成的空间内，锥套套设在轧辊上，衬套套设在锥套上，衬套外侧套装有轴承座；该油膜轴承密封装置包括：密封盖、水封组件、铝环和脚型密封，密封盖安装在轴承座的外端面上，水封组件安装在密封盖的外端面上，铝环套装在脚型密封上，脚型密封套设在密封盖内孔内。

现有的油膜轴承密封装置集静密封、唇式动密封及迷宫密封于一体，以密封盖中心凸缘为分界线，两侧分别构成封水防线和封油防线。脚型密封以弹性骨架和橡胶形成的躯干为中心，脚型密封与轧辊接触的两个肢，形成静密封，用于防止油的外泄及冷却水的侵入；脚型密封与锥套接触的肢为抛油肢，在离心力和惯性力作用下，抛油肢可将锥套和衬套缝隙间排出的润滑油导入轴承座回油槽；脚型密封与密封盖内孔壁面接触的两个肢分别为封油肢和封水肢，用于防止锥套旋转时润滑油的外泄及外界冷却水的侵入。

现有的油膜轴承是利用锥套和衬套之间的间隙形成合理的油楔进行工作，当锥套与轧辊一起旋转时，具有一定粘度的润滑油不断被卷吸进锥套和衬套之间的楔形间隙内，形成油膜以平衡轧机的轧制载荷。在锥套外壁与衬套内壁之间的表面形成了完整的压力油膜，使两个零件金属表面完全分离，不发生任何表面接触而导致的滑动摩擦。由于轧机轴承座的中心位置是固定的，油膜轴承的衬套安装在轴承座内，锥套与轧辊一起转动。所以，锥套外壁与衬套内壁之间的楔形间隙大小随着轧机油膜轴承本身的间隙及轧制工况中的轧制压力和速度而变化，从而使锥套的旋转在一定的偏心位移中运转。

参见图3-4，由于油膜轴承运转是偏心运动，靠油膜轴承锥套和衬套之间的压力油膜承受载荷，随着轴承转速和承受载荷的变化，轴承油膜厚度也发生变化；并且由于脚型密封通过弹性元件将内肢牢牢压住轧辊而同轧辊一起旋转，外肢(封油肢和封水肢)与密封盖内孔面配合，在偏心回转情况下，外肢会受到挤压，而外肢会处于松弛状态。此时若采用现有的密封装置将会导致承载区压缩量过大，脚型密封的封油肢和封水肢磨损严重，而非承载区压缩量过小，冷却水和氧化铁皮已侵入，且随着冷却水和氧化铁皮的浸入，容易产生进水漏油，失去封水封油的功能，严重时还将损坏轴承。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种油膜轴承密封装置及轧机油膜轴承。

第一方面，本发明公开了一种油膜轴承密封装置，所述密封装置套装在轧机的锥套、衬套、轴承座和轧辊形成的空间内，所述密封装置包括：密封盖、水封组件、铝环和脚型密封，所述密封盖安装在所述轴承座的外端面上，所述水封组件安装在所述密封盖的外端面上，所述铝环套装在所述脚型密封上，所述脚型密封套设在所述密封盖内孔内部，所述密封盖内孔为偏心内孔结构，所述密封盖的位于轧辊承载区的内孔壁到油膜轴承中心线的距离大于所述密封盖的位于轧辊非承载区的内孔壁到所述油膜轴承中心线的距离。

在一些可选的实施方式中，所述密封盖内孔的偏心距利用以下公式计算；

其中，ψ表示油膜轴承相对间隙，q表示油膜轴承平均比压，η表示润滑油动力粘度，n表示油膜轴承转速，z表示油膜轴承承载系数偏心距，c表示偏心距，π表示圆周率。

第二方面，本发明还公开了一种轧机油膜轴承，所述轧机油膜轴承包括上述的油膜轴承密封装置。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的油膜轴承密封装置及轧机油膜轴承通过采用偏心内孔结构的密封盖，能够保证油膜轴承密封装置在偏心运转过程中承载区和非承载区的脚型密封与密封盖的压缩量保持一致，避免因轧辊的偏心而造成密封失效、受力不均、漏油进水等问题，能够提高油膜轴承的使用效果及使用寿命，扩展油膜轴承的使用范围。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附

图中：

图1为现有技术的油膜轴承密封装置的结构示意图；

图2为图1的I区域的放大视图；

图3为现有技术的油膜轴承密封装置的受力侧在使用状态下的结构示意图；

图4为现有技术的油膜轴承密封装置的非受力侧在使用状态下的结构示意图；

图5为本发明一实施例的密封盖的结构示意图；

图6为本发明一实施例的一种油膜轴承的受力状态示意图；

图7为本发明一实施例的另一种油膜轴承的受力状态示意图；

图8为本发明一实施例的密封盖的偏心距的位置示意图。

附图标记说明：

1-锥套，2-衬套，3-轴承座，4-轧辊，5-密封盖，6-水封组件，7-铝环，8-脚型密封。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

参见图5，第一方面，本发明一实施例提供了一种油膜轴承密封装置，该密封装置套装在轧机的锥套、衬套、轴承座和轧辊形成的空间内，该密封装置包括：密封盖、水封组件、铝环和脚型密封，密封盖安装在轴承座的外端面上，水封组件安装在密封盖的外端面上，铝环套装在脚型密封上，脚型密封套设在密封盖内孔内部，密封盖内孔为偏心内孔结构，密封盖的位于轧辊承载区的内孔壁到油膜轴承中心线的距离大于密封盖的位于轧辊非承载区的内孔壁到油膜轴承中心线的距离。

具体地，本发明一实施例提供的油膜轴承密封装置在使用时，密封盖内孔远离中心的一侧安装在轧辊承载区一侧，密封盖内孔靠近中心的一侧安装在轧辊非承载区的一侧，由于脚型密封固定在轧辊上，随轧辊旋转运动，当轧辊带动脚型密封旋转至承载区时，脚型密封的外肢与距离较远的密封盖内孔壁面接触，不会压缩过大而造成磨损，当轧辊带动脚型密封旋转至非承载区时，间隙增大，密封盖的内孔偏心量将补偿一部分间隙，使脚型密封的外肢与密封盖的内孔保持紧密配合，保证密封效果。

可见，本发明一实施例提供的油膜轴承密封装置通过采用偏心内孔结构的密封盖，能够保证油膜轴承密封装置在偏心运转过程中承载区和非承载区的脚型密封与密封盖的压缩量保持一致，避免因轧辊的偏心而造成密封失效、受力不均、漏油进水等问题，能够提高油膜轴承的使用效果及使用寿命，扩展油膜轴承的使用范围。

油膜轴承是高精密的滑动轴承，油膜轴承利用锥套和衬套之间的间隙形成合理的油楔进行工作。当锥套与轧辊一起旋转时，具有一定粘度的润滑油不断被卷吸进锥套和衬套之间的楔形间隙内，形成油膜以承受轧机的轧制载荷。在锥套外壁与衬套内壁之间的间隙形成了完整的压力油膜，使两个摩擦表面完全分离，不发生任何金属接触。由于油膜轴承的轴承座的中心是固定的，油膜轴承的衬套安装在轴承座内，锥套与轧辊一起转动，轧辊轴与轴承之间的楔形间隙由轴承的偏心距形成。

参见图6，油膜轴承在轧辊静止时，轴在自重作用下，以速度υ向衬套靠拢，设OO₁＝e为偏心距，设定R为轴承半径，r为轴颈半径；则轴承半径间隙δ＝R-r，偏心率ε＝e/δ，此时最小油膜厚度处于竖直位置，它的变化正比于轴的垂直移动速度υ，当达到ε＝1时，油膜厚度为零。

参见图7，油膜轴承处于稳定工作状态时，基于流体的动压原理，旋转的轴不断地把具有一定粘度的润滑油带入收敛的楔形间隙，由于润滑油在被轴吸入楔形间隙的过程中受到压迫，就产生了反抗力，这个分布的反抗力为流体动压力。此时轴受到流体动压力而产生偏心运动，流体动压力平衡了轴承的外载荷，最大载荷在偏心连线OO₁的附近。

基于上述分析，轴承的偏心大小完全取决于轧机的轧制规程、轴承规格、轴承间隙和润滑油品等因素的匹配，油膜轴承需要保证为液体润滑，以满足轧机要求。根据流体动力润滑理论中的雷诺方程，可以得到形成油膜润滑的条件为：

式中，ψ表示油膜轴承相对间隙，q表示油膜轴承平均比压，η表示润滑油动力粘度，n表示油膜轴承转速，z表示油膜轴承承载系数偏心距，c表示偏心距，π表示圆周率。

根据上述公式计算确定偏心后将密封盖内孔设计为偏心内孔结构，以保证油膜轴承在偏心运转过程中在承载区和非承载区密封的压缩量保持一致。

其中，密封盖的偏心距的位置关系参见图8。

第二方面，本发明还公开了一种轧机油膜轴承，该轧机油膜轴承包括上述的油膜轴承密封装置。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种油膜轴承密封装置，所述密封装置套装在轧机的锥套、衬套、轴承座和轧辊形成的空间内，所述密封装置包括：密封盖、水封组件、铝环和脚型密封，所述密封盖安装在所述轴承座的外端面上，所述水封组件安装在所述密封盖的外端面上，所述铝环套装在所述脚型密封上，所述脚型密封套设在所述密封盖内孔内部，其特征在于，所述密封盖内孔为偏心内孔结构，所述密封盖的位于轧辊承载区的内孔壁到油膜轴承中心线的距离大于所述密封盖的位于轧辊非承载区的内孔壁到所述油膜轴承中心线的距离。

2.根据权利要求1所述的油膜轴承密封装置，其特征在于，所述密封盖内孔的偏心距利用以下公式计算；

其中，ψ表示油膜轴承相对间隙，q表示油膜轴承平均比压，η表示润滑油动力粘度，n表示油膜轴承转速，z表示油膜轴承承载系数偏心距，c表示偏心距，π表示圆周率。

3.一种轧机油膜轴承，所述轧机油膜轴承包括如权利要求1至2中任一项所述的油膜轴承密封装置。

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