CN116512019B - 高精度头尾架顶尖结构及轧辊磨床 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种高精度头尾架顶尖结构及轧辊磨床，在高精度头尾架顶尖结构的芯轴上共布置三组轴承，在芯轴前部布置一双外圆滚子轴承，在芯轴后部间隔布置一圆锥滚子轴承和一止推圆锥滚子轴承，芯轴的径向负载主要由双外圆滚子轴承，轴向负载主要由止推圆锥滚子轴承承担，圆锥滚子轴承主要提供径向力平衡和轴向力平衡，能够获得高精度的轧辊磨削加工效果。

Description

高精度头尾架顶尖结构及轧辊磨床

技术领域

本申请涉及磨削加工领域，尤其涉及一种高精度头尾架顶尖结构及轧辊磨床。

背景技术

对大型轧辊进行磨削加工过程中，利用头尾架将大型轧辊顶紧并驱动转动，头尾架顶尖结构的转动精度直接决定大型轧辊的磨削加工精度，例如在轧辊磨削工艺中，由于轧辊重量大，现有头尾架顶尖结构在径向力、轴向力承载方面无法做到合理分配，无法满足轧辊磨削精度要求，同时也无法兼顾头尾架顶尖结构简化需求和制造成本问题。

发明内容

本申请提供一种高精度头尾架顶尖结构及轧辊磨床。

具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种高精度头尾架顶尖结构，用于在磨削加工过程中承载轧辊旋转，包括：

基座；

芯轴，包括靠近所述轧辊的前部，以及远离所述轧辊的后部，所述前部直径大于所述后部直径的1.5倍；

一双外圆滚子轴承，支承在所述前部的第一轴承位置，所述双外圆滚子轴承呈向心接触角对称且方向相反布置；

一圆锥滚子轴承，支承在所述后部的第二轴承位置，所述圆锥滚子轴承具有朝向远离所述轧辊方向的向心接触角；

一止推圆锥滚子轴承，支承在所述后部的第三轴承位置，且位于所述双外圆滚子轴承和圆锥滚子轴承之间；

顶尖，设置在所述芯轴前部；

其中，所述第三轴承位置与所述第一轴承位置之间距离，大于所述第三轴承位置与所述第二轴承位置之间距离的2倍。

根据本申请实施例提供的技术方案，本申请在头尾架顶尖结构的芯轴上共布置三组轴承，在芯轴前部布置一双外圆滚子轴承，在芯轴后部间隔布置一圆锥滚子轴承和一止推圆锥滚子轴承，当头尾架顶尖结构装载轧辊时，芯轴同时承担轧辊传递的轴向负载和径向负载。其中，由于芯轴前部区域所承载的轧辊传递的径向负载相比于后部区域更大，一方面通过将双外圆滚子轴承布置在与止推圆锥滚子轴承的距离大于止推圆锥滚子轴承与圆锥滚子轴承距离的2倍，使芯轴的径向负载尽量聚集在前部区域，避免大量径向负载由后部区域的圆锥滚子轴承分担和止推圆锥滚子轴承分担；另一方面将芯轴前部直径至少设置为大于后部直径的1.5倍，保证双外圆滚子轴承内径尺寸足够大，径向负载承载能力足够强，使芯轴的径向负载主要由双外圆滚子轴承承担。

通过在芯轴后部布置一圆锥滚子轴承，在双外圆滚子轴承承载芯轴径向负载的同时，对芯轴提供径向力平衡，保证头尾架顶尖结构的转动精度；由于径向力平衡所需承载相对较小，将芯轴后部直径设置为较小，可以使圆锥滚子轴承内径尺寸较小，简化头尾架顶尖结构，降低制造成本；并且，圆锥滚子轴承布置在距离双外圆滚子轴承较远的位置，能够最大程度发挥圆锥滚子轴承的径向力平衡能力。

芯轴承担的轧辊传递的轴向负载方向主要是沿芯轴轴向指向后部，通过专门布置一止推圆锥滚子轴承，主要用于承载轧辊传递的轴向负载，保证头尾架轴向精度。同时，止推圆锥滚子轴承的接触角进一步分担芯轴的径向力平衡，由于芯轴轴向负载在芯轴轴向全长上分布均匀，将止推圆锥滚子轴承布置在芯轴后部距离双外圆滚子轴承较远位置，能够最大限度发挥止推圆锥滚子轴承对芯轴径向力平衡的贡献程度。

通过将双外圆滚子轴承的两列接触角对称且方向相反布置，在主要承载径向负载的同时，还具备从前后两个方向承载轴向负载的能力，进一步避免芯轴发生轴向窜动；通过圆锥滚子轴承布置的朝向远离所述轧辊方向的向心接触角，能够进一步提供轴向力平衡。

第二方面，本申请实施例提供一种轧辊磨床，包括第一方面所述的头尾架顶尖结构。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请一实施例中的高精度头尾架顶尖结构剖面示意图；

图2是本申请一实施例中的高精度头尾架顶尖结构受力示意图。

附图标记：

10：基座；11：端盖；

20：芯轴；21：前部；211：台阶；22：后部；23：中部；221：环槽；

30：双外圆滚子轴承；

40：圆锥滚子轴承；

50：止推圆锥滚子轴承；

60：轴承座；61：隔环；62：凸台；

70：隔套；71：第一支承部；72：第二支承部；73：本体部。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

需要说明的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

图1是本申请一实施例中的高精度头尾架顶尖结构剖面示意图。参见图1，本申请实施例提供的头尾架顶尖结构，用于在磨削加工过程中承载轧辊旋转，包括：基座10；芯轴20，包括靠近轧辊的前部，以及远离轧辊的后部，前部直径大于后部直径的1.5倍；一双外圆滚子轴承30，支承在前部的第一轴承位置，双外圆滚子轴承30呈向心接触角对称且方向相反布置；一圆锥滚子轴承40，支承在后部的第二轴承位置，圆锥滚子轴承40具有朝向远离轧辊方向的向心接触角；一止推圆锥滚子轴承50，支承在后部的第三轴承位置，且位于双外圆滚子轴承30和圆锥滚子轴承40之间；顶尖，设置在芯轴前部；其中，第三轴承位置与第一轴承位置之间距离，大于第三轴承位置与第二轴承位置之间距离的2倍。

本申请实施例的高精度头尾架顶尖结构，用于在磨削加工过程中装载轧辊并驱动轧辊旋转，尤其能够提高大型重载轧辊磨削加工，例如轧辊磨削过程中，提高磨削精度。示例性的，轧辊磨削精度可以包括圆度、圆柱度、同轴度、表面粗糙度、尺寸精度、辊型误差终稿和中凹对称度，还可以包括磨削后的轧辊表面光洁度，无螺旋纹、振纹、亮印、白点等缺陷。

在轧辊磨削顶持加工过程中，轧辊被顶尖顶紧，因此轧辊会传递给芯轴20径向负载和轴向负载，头尾架顶尖结构设计时要保证轧辊磨削精度，就要保持芯轴20沿理论轴线旋转，一方面要保证轴承针对芯轴20整体上，对径向负载和轴向负载具有足够承载能力；另一方面也要考虑轴承的布置位置分配合理，保证芯轴20在沿轴向各个位置，均对径向负载和轴向负载具有足够承载能力；同时，还要考虑头尾架顶尖结构的结构简化问题和制造成本问题。

本申请实施例在头尾架顶尖结构的芯轴20上共布置三组轴承，在芯轴20前部布置一双外圆滚子轴承30，在芯轴20后部间隔布置一圆锥滚子轴承40和一止推圆锥滚子轴承50，双外圆滚子轴承30主要承担芯轴20径向负载，同时辅助承担轴向负载，避免芯轴20轴向窜动；止推圆锥滚子轴承50主要承担芯轴20轴向负载，同时辅助承担径向负载，提供芯轴20径向力平衡；圆锥滚子轴承40主要承担芯轴20径向力平衡和轴向力平衡。

由于芯轴20前部21所承载的轧辊传递的径向负载相比于后部区域更大，一方面通过将双外圆滚子轴承30布置在与止推圆锥滚子轴承50的距离大于止推圆锥滚子轴承50与圆锥滚子轴承40距离的2倍，使芯轴20的径向负载尽量聚集在前部21区域，避免大量径向负载由圆锥滚子轴承40分担和止推圆锥滚子轴承50分担，此时需要芯轴20前部21的双外圆滚子轴承30具备足够的径向承载能力，通过将芯轴20前部直径至少设置为大于后部直径的1.5倍，保证双外圆滚子轴承30内径尺寸足够大，径向负载承载能力足够强，使芯轴20的径向负载主要由双外圆滚子轴承30。

通过将双外圆滚子轴承30的两列接触角对称且方向相反布置，在主要承载径向负载的同时，还具备从前后两个方向承载轴向负载的能力，进一步避免芯轴20发生轴向窜动；通过圆锥滚子轴承40布置的朝向远离轧辊方向的向心接触角，能够进一步提供轴向力平衡。

示例性的，双外圆滚子轴承30的双列滚子的向心接触角可以相同，也可以一大一小，双列滚子的向心接触角可以呈相对布置，也可以呈相背布置。例如，双列滚子的向心接触角呈相背布置时，双列滚子分别朝向轧辊和芯轴20后端提供轴向预紧，防止芯轴20轴向窜动效果更好。

由于双外圆滚子轴承30承载芯轴20主要径向负载，芯轴20后部22会产生绕芯轴20前部的翘起倾向，通过在芯轴20后部布置一圆锥滚子轴承40，对芯轴20在后部22提供径向力平衡，保证头尾架顶尖结构的转动精度。由于径向力平衡所需承载相对较小，将芯轴20后部直径设置为较小，可以使圆锥滚子轴承40内径尺寸较小，简化头尾架顶尖结构，降低制造成本，并且，圆锥滚子轴承40布置在距离双外圆滚子轴承30较远的位置，能够最大程度发挥圆锥滚子轴承40的径向力平衡能力。

由于芯轴20承担的轧辊传递的轴向负载方向主要是沿芯轴20轴向指向后部，通过专门布置一止推圆锥滚子轴承50，主要用于承载轧辊传递的轴向负载，保证头尾架轴向精度，无需在芯轴20前部21轴承、后部22轴承设计时过多考虑轴向负载问题，保证芯轴20前部21轴承最大程度承载径向负载，芯轴20后部22轴承在平衡轴向力和径向力的情况下尽量简化配置。同时，止推圆锥滚子轴承50的接触角进一步分担芯轴20的径向力平衡，由于芯轴20轴向负载在芯轴20轴向全长上分布均匀，将止推圆锥滚子轴承50布置在芯轴20后部22距离双外圆滚子轴承30较远位置，能够最大限度发挥止推圆锥滚子轴承50对芯轴20径向力平衡的贡献程度。

图2是本申请一实施例中的头尾架顶尖结构受力示意图。如图2所示，双外圆滚子轴承30主要承载径向负载Fr1，辅助承载轴向负载Fa1；圆锥滚子轴承40辅助承载径向负载Fr2和轴向负载Fa2，以提供径向力平衡和轴向力平衡；止推圆锥滚子轴承50主要承载轴向负载Fa3，辅助承载径向负载Fr3以提供径向力平衡；本申请实施例中，当头尾架顶尖结构装载轧辊旋转磨削过程中，轧辊传递给芯轴20的径向力如下式所示：

Fr=Fr1+Fr2+Fr3 （1）

式（1）中，Fr是轧辊传递给芯轴20的径向力。

本申请实施例中，当头尾架顶尖结构装载轧辊旋转磨削过程中，轧辊传递给芯轴20的轴向力如下式所示：

Fa=Fa1+Fa2+Fa3 （2）

式（2）中，Fa是轧辊传递给芯轴20的轴向力。

在一些实施例中，芯轴20还包括：

设置在前部和后部之间的中部23，中部23形成为在前部和后部之间过渡的外锥面。

将芯轴20前部21直径设置为较大，以使双外圆滚子轴承30提供足够大的径向承载力，而在双外圆滚子轴承30远离轧辊侧，芯轴20承载的径向负载开始降低，为简化芯轴20尺寸，降低制造成本，将芯轴20设置为由前部、中部23、后部三段组成，示例性的，芯轴20前部和后部均为圆柱面，芯轴20中部23设置为在前部和后部之间过渡的外锥面，外锥面过渡结构避免芯轴20产生应力集中，提高芯轴20使用寿命。

示例性的，外锥面的起点可以是双外圆滚子轴承30远离轧辊侧的任一点，外锥面的终点可以是止推圆锥滚子轴承50靠近轧辊侧的任一点，例如，外锥面的起点设置为双外圆滚子轴承30远离轧辊侧且接近双外圆滚子轴承30，最大程度简化芯轴20尺寸；又例如，外锥面的终点可以是止推圆锥滚子轴承50靠近轧辊侧且接近止推圆锥滚子轴承50，最大程度时外锥面锥角平滑，降低临界点的应力集中。

在一些实施例中，头尾架顶尖结构还包括：

轴承座60，用于将圆锥滚子轴承40和止推圆锥滚子轴承50间隔支承在芯轴20的后部；

隔套，间隔布置在双外圆滚子轴承30和止推圆锥滚子轴承50之间。

由于芯轴20后部22直径相对较小，圆锥滚子轴承40和止推圆锥滚子轴承50外圈直径也较小，通过设置轴承座60，一方面将圆锥滚子轴承40和止推圆锥滚子轴承50安装在基座10上，实现小尺寸轴承对芯轴20的支承，另一方面将圆锥滚子轴承40和止推圆锥滚子轴承50间隔安装，同时实现圆锥滚子轴承40的外圈固定、内圈转动，以及止推圆锥滚子轴承50的后圈固定、前圈转动。

示例性的，轴承座60包括：隔环61，止推圆锥滚子轴承50、圆锥滚子轴承40分别安装在隔环61的前侧和后侧，通过隔环61将圆锥滚子轴承40和止推圆锥滚子轴承50间隔安装；隔环61的后侧形成有凸台62，凸台62抵挡圆锥滚子轴承40的外圈，通过凸台62使圆锥滚子轴承40外圈固定，通过隔环61的后侧使止推圆锥滚子轴承50后圈固定。

在一些实施例中，芯轴20还包括：后部形成有环槽221，环槽221沿芯轴20的轴向覆盖隔环61和止推圆锥滚子轴承50的后圈，设置环槽221使芯轴20对隔环61、止推圆锥滚子轴承50后圈让位，避免芯轴20与隔环61、止推圆锥滚子轴承50后圈接触，而止推圆锥滚子轴承50前圈支承在隔环61靠近轧辊侧的芯轴20上，实现止推圆锥滚子轴承50前圈转动。

在一些实施例中，隔套包括：第一支承部71、第二支承部72和本体部73，第一支承部71支承在前部并抵紧双外圆滚子轴承30的内圈，第二支承部72支承在后部并抵紧止推圆锥滚子轴承50的前圈，本体部73横跨中部23且连接于第一支承部71和第二支承部72之间。

示例性的，第一支承部71内侧可以支承在芯轴20的前部或中部23，例如第一支承部71内侧支承在芯轴20前部，第一支承部71内侧设置为圆柱面，保证了隔套在第一支承部71的支承力几乎不存在轴向干扰力，进一步保证三个轴承之间的力平衡。示例性的，第二支承部72内侧可以支承在芯轴20的后部或中部23，例如第二支承部72内侧支承在芯轴20后部，第二支承部72内侧设置为圆柱面，保证了隔套在第二支承部72的支承力几乎不存在轴向干扰力，进一步保证三个轴承之间的力平衡。

在一些实施例中，芯轴20还包括：前部靠近轧辊侧形成有台阶211，台阶211远离轧辊的侧面抵紧双外圆滚子轴承30的内圈，通过设置台阶211，实现对双外圆滚子轴承30内圈的轴向定位。

在一些实施例中，基座10包括：靠近轧辊侧的端盖11，端盖11远离轧辊的侧面抵紧双外圆滚子轴承30的外圈，由于大直径尺寸的双外圆滚子轴承30外圈可以直接安装在基座10内周，若设置的外圈轴向定位结构是直接安装在芯轴20上，导致定位结构尺寸大，结构复杂，通过设置端盖11直接安装在基座10端部，简化结构。

需要说明，本申请实施例中的“距离”，指两轴承之间最小距离，例如一双外圆滚子轴承30与止推圆锥滚子轴承50之间的距离L1，是一双外圆滚子轴承30中远离轧辊之一的远离轧辊侧，到止推圆锥滚子轴承50靠近轧辊侧之间的距离；一角接触轴承40与止推圆锥滚子轴承50之间的距离L2，指一角接触轴承40中靠近轧辊侧之一的靠近轧辊侧，到止推圆锥滚子轴承50远离轧辊侧之间的距离。

本申请另一实施例中，轧辊磨床采用前述实施例中的头尾架顶尖结构，将轧辊磨床的一端头架、另一端尾架、或两端头尾架设置为本申请实施例中的头尾架顶尖结构，装载轧辊旋转磨削，能够获得高精度的磨削轧辊。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高精度头尾架顶尖结构，用于在磨削加工中承载轧辊旋转，其特征在于，包括：

基座（10）；

芯轴（20），包括靠近所述轧辊的前部（21）、远离所述轧辊的后部（22）、以及设置在所述前部（21）和后部（22）之间的中部（23），所述前部（21）和后部（22）均为由等截面直径圆柱轴，所述前部（21）的圆柱轴直径至少大于所述后部（22）的圆柱轴直径的1.5倍，所述中部（23）形成为在所述前部（21）和后部（22）的等截面直径圆柱轴之间过渡的外锥面；

一双外圆滚子轴承（30），支承在所述前部（21）等截面直径圆柱轴的第一轴承位置，所述双外圆滚子轴承（30）呈向心接触角对称且方向相反布置；

一圆锥滚子轴承（40），支承在所述后部（22）等截面直径圆柱轴的第二轴承位置，所述圆锥滚子轴承（40）具有朝向远离所述轧辊方向的向心接触角；

一止推圆锥滚子轴承（50），支承在所述后部（22）等截面直径圆柱轴的第三轴承位置，且位于所述双外圆滚子轴承（30）和圆锥滚子轴承（40）之间；

顶尖，设置在所述芯轴（20）前部；

其中，所述第三轴承位置与所述第一轴承位置之间距离，至少大于所述第三轴承位置与所述第二轴承位置之间距离的2倍。

2.根据权利要求1所述的高精度头尾架顶尖结构，其特征在于，还包括：

轴承座（60），用于将所述圆锥滚子轴承（40）和止推圆锥滚子轴承（50）间隔支承在所述芯轴（20）的所述后部；

隔套（70），间隔布置在所述双外圆滚子轴承（30）和止推圆锥滚子轴承（50）之间。

3.根据权利要求2所述的高精度头尾架顶尖结构，其特征在于，所述轴承座（60）包括：

隔环（61），所述止推圆锥滚子轴承（50）、圆锥滚子轴承（40）分别安装在所述隔环（61）的前侧和后侧，所述隔环（61）的后侧形成有凸台（62），所述凸台（62）抵挡所述圆锥滚子轴承（40）的外圈。

4.根据权利要求3所述的高精度头尾架顶尖结构，其特征在于：所述芯轴（20）还包括：

所述后部（22）形成有环槽（221），所述环槽（221）沿所述芯轴（20）的轴向覆盖所述隔环（61）和所述止推圆锥滚子轴承（50）的后圈。

5.根据权利要求2所述的高精度头尾架顶尖结构，其特征在于，所述隔套（70）包括：

第一支承部（71）、第二支承部（72）和本体部（73），所述第一支承部（71）支承在所述前部（21）并抵紧所述双外圆滚子轴承（30）的内圈，所述第二支承部（72）支承在所述后部（22）并抵紧所述止推圆锥滚子轴承（50）的前圈，所述本体部（73）横跨所述中部（23）且连接于所述第一支承部（71）和第二支承部（72）之间。

6.根据权利要求1所述的高精度头尾架顶尖结构，其特征在于，所述双外圆滚子轴承（30）呈向心接触角相背布置。

7.根据权利要求1所述的高精度头尾架顶尖结构，其特征在于，所述芯轴（20）还包括：

所述前部（21）靠近所述轧辊侧形成有台阶（211），所述台阶（211）远离所述轧辊的侧面抵紧所述双外圆滚子轴承（30）的内圈。

8.根据权利要求1所述的高精度头尾架顶尖结构，其特征在于，所述基座（10）包括：

靠近所述轧辊侧的端盖（11），所述端盖（11）远离所述轧辊的侧面抵紧所述双外圆滚子轴承（30）的外圈。

9.一种轧辊磨床，包括如权利要求1-8中任一项所述的高精度头尾架顶尖结构。