TW201703891A - 滾子裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種用於在滾壓設備中滾壓軋材的滾子裝置100。該滾子裝置包括滾子110，其透過滾頸114可旋轉地支承在嵌入件120的軸套130中。在該軸套與該滾頸之間設有用於容置潤滑劑的環形間隙180。該環形間隙在該嵌入件之滾身側及遠離滾身之側上被密封圈140、150密封。為在保持或減小體積的同時增大滾子裝置的承載力或滾壓力，而不使得該滾子裝置過熱，根據本發明，該軸套130在通流角度範圍β內具有流出通道132，其用於將該環形間隙180中的潤滑劑排出至集油腔160、170。
Description
本發明係有關於一種如申請專利範圍第1項之前言所述的用於在滾壓設備中滾壓軋材的滾子裝置。
採用通常在用於金屬軋材之滾壓架中用來支承支撐滾子的油膜軸承時，滾頸在一靜止式軸套中轉動，其中該軸套佈置在一嵌入件中。滾頸與軸套之直徑差通常為軸承直徑的1‰，亦即，軸承直徑為1m時，遊隙約為1mm，從而在滾頸與軸套之間形成相對應之環形間隙。此環形間隙通常被潤滑劑(如油)填滿，故在環形間隙中形成一油膜。
若在滾壓架工作期間對支承裝置施加外力，如滾壓力，則轉動中的滾頸首先以相對軸套偏心的方式沿徑向反向於外部施力方向移動。在此情況下，滾頸與軸套間之環形間隙的一側具有最小橫截面，正好相對的一側具有最大橫截面。經由流體動力凹槽輸入環形間隙的油，基於滾頸之轉動表面上的附著條件而輸入該最小橫截面。該間隙之橫截面朝最窄處愈來愈小，故油料朝軸承的一側被壓出。與此同時，油膜中的壓力有所增大，遂使軸承能夠承載極大的作用力。朝軸承兩側被壓出的油料通常稱作軸承之側流。
公開案EP 1 031 389 B1、EP 1 699 575 B1及DE 198 31 301 A1
描述了用於滾壓機中之滾子的密封裝置。
公開案DE 3117 746 A1描述一種流體動力徑向軸承。
技術文獻《OIL-FILM BEARINGS FOR ROLLING-MILLS》，Copyright 1967, American Society of Lubrication Engineers (prepared by the Steel Industrie Council of the American Society of Lubrication Engineers)描述了用於滾壓機中之滾子的流體動力油膜支承裝置。
下文中，位於滾頸與容置該滾頸之軸承面之間的油膜亦稱潤滑膜。不實施側流減輕之系統的缺點在於，潤滑劑的側流較大，即使在毋需用其實施冷卻時亦是如此。為足量地提供潤滑劑就需要提高供應成本並增大周邊。轉速較低時就需要另提供流體動力支持，以便承受較大的滾壓力；否則就會相對削弱軸承的承載能力。此外，具體體積還會視所需滾壓力而有所增大。
採用全密封式環形間隙且潤滑劑無法流出的系統的缺點在於，潤滑劑及滾頸之工作溫度特別是在轉速較高時會有所升高，故需配設昂貴的冷卻系統來對升溫加以限制或使其保持勻速。升溫會降低潤滑劑黏度。潤滑劑壓力及支承裝置承載力亦會減小。通常在閉式系統中整合有止回閥以免冷卻循環發生空轉。
本發明之目的在於，以某種方式改良習知滾子裝置：使得在保持或減小體積的情況下增大其承載力或滾壓力，而不使得該滾子裝置過熱。本發明之滾子裝置還易於安裝且能夠在現有設備中進行改裝。
本發明用以達成上述目的之解決方案為申請專利範圍第1
項之標的。本發明之滾子裝置的實質之處在於，該軸套沿周向視之劃分為通流角度範圍與阻斷角度範圍；該軸套在該通流角度範圍內具有至少一流出通道，其用於將該環形間隙中的潤滑劑排出至集油腔；該通流角度範圍鄰接該阻斷角度範圍且其角度範圍為360°減去阻斷角度範圍；以及，該阻斷角度範圍α自A+γ(-10°<γ<35°)出發，反向於該滾子之旋轉方向以最大270°的角度延伸，其中A定義了在負荷工況中滾頸與嵌入件間之最小間隙(hmin)的角位置A所表示的支撐負荷點。
首先，由於利用密封圈將潤滑劑之側流阻斷，本發明之滾子裝置增大了環形間隙中支撐負荷點之區域內的潤滑劑壓力，從而增大該滾子裝置的承載力及滾壓力。同時還增大了支撐負荷點之區域內的潤滑膜厚度，從而提高了例如在碾子(Kantenläufer)及起動特性方面的工作安全度。特別是在滾壓設備之前滾壓架中，本發明能夠透過設置密封圈來簡單有利地實現壓力形成，該等前滾壓架中的轉速相對較低，在軸承中僅產生較少熱量，故所需冷卻裝置同樣較少。
採用基於長期經驗及實驗的運算模式後，在對滾子裝置進行規劃時就能定義軸套的阻斷範圍及通流範圍以及潤滑劑的流出通道，從而即使在轉速較高時亦能實現滾子裝置的期望承載力，而不會使得該滾子裝置過熱。一般不必對嵌入件及/或滾子實施結構變更。隨著阻斷範圍之角度大小的增大，環形間隙中之潤滑劑的通流減小。支承裝置內之潤滑劑側流的減輕或節流有利於提高滾子裝置的承載能力。
承載能力的此種提高較佳地以支承裝置不會過熱的方式發生。其原因在於，在該軸套之與該阻斷角度範圍互補之通流角度範圍(360°
減去該阻斷角度範圍)內，本發明中之該至少一流出通道採用某種尺寸，使其實現了潤滑劑之充分側流，該側流又能充分地將熱量自軸承排出。
本發明有利於在現有設備中進行方便的改裝。毋需增大體積便能例如透過對現有滾壓設備採取現代化措施來達到將該現有滾壓設備之滾壓力及工作能力提高40%的效果。能夠簡單且廉價地對現有設備進行改裝，從而滿足在加工其他材料或材料厚度方面更高的滾壓力要求。可簡單地用本發明之軸套替換迄今為止之軸套。此外，可在現有之滾子裝置上對該滾身側或遠離滾身之密封圈進行改裝。
若毋需增大滾壓力，則可在新設備中整體減小滾子裝置的尺寸，從而獲得與迄今為止相同之承載力。此舉主要節約了體積、材料成本及生產時間。
根據第一實施例，設有用於套裝至該滾頸的滾頸套。發生磨損時能夠簡單且廉價地更換該滾頸套。在此情況下，該環形間隙構建在軸套與滾頸套之間。
根據另一實施例，相對該滾子之垂直於該軋材之平面的中心軸Y而言，該支撐負荷點A在負荷工況中以φ=+/- 25°的角度範圍佈置。
根據本發明的另一實施例，該軸套在該通流角度範圍內具有至少一用於將該環形通道與一滾身側集油腔導流連接的滾身側流出通道，及至少一用於將該環形通道與一遠離滾身之集油腔導流連接的遠離滾身之流出通道。該二流出通道有利於軸套之環形間隙中的油料徑向及側向流出。與透過嵌入件中之原本就存在的收集-回流相比，採用該流出之油料能將更多熱量排出環形間隙，因而即使在承載力有所增大的情況下亦能可靠
防止環形間隙過熱，特別是防止滾頸套及滾頸過熱。
該等特別是徑向的流出通道較佳地在該滾頸套之周邊角度範圍內沿周向分佈式佈置或者沿周向延伸。該等流出通道例如可具有沿周向在該通流角度範圍內延伸之槽形橫截面，或者，可設有多個流出通道，其在該滾身側上或在該遠離滾身之側上，在該軸套之通流角度範圍內沿周向並排佈置。
在該通流角度範圍內，該軸套可在其朝向該滾頸的內側上具有集油槽，在此情況下，該至少一流出通道較佳地以能夠將該集油槽中的油料排入該集油腔的方式佈置。
本發明之滾子裝置的滾子可指工作滾子、支撐滾子或中間滾子。
本發明的更多有利設計方案參閱附屬項。
100‧‧‧滾子裝置
110‧‧‧滾子
112‧‧‧滾身
114‧‧‧滾頸
116‧‧‧滾頸套
120‧‧‧嵌入件
130‧‧‧軸套
132‧‧‧流出通道
132-1‧‧‧滾身側流出通道
132-2‧‧‧遠離滾身之流出通道
136‧‧‧集油槽
140‧‧‧滾身側密封圈
150‧‧‧遠離滾身之密封圈
160‧‧‧滾身側集油腔
170‧‧‧遠離滾身之集油腔
180‧‧‧環形間隙
A‧‧‧支撐負荷點
α‧‧‧阻斷角度範圍
β‧‧‧通流角度範圍
γ‧‧‧角度
φ‧‧‧針對支撐負荷點的角度範圍
發明內容附有五個附圖，其中圖1為第一實施例中之本發明之滾子裝置的縱向剖面圖；圖2為本發明之滾子裝置的橫截面圖；圖3為第二實施例中之本發明之滾子裝置；圖4為第三實施例中之本發明之滾子裝置；及圖5為本發明之軸套，具有多種用於流出通道的方案。
下面結合附圖所示不同實施例對本發明進行詳細說明。所有附圖中相同的技術元件用相同元件符號表示。
圖1為第一實施例中之本發明之滾子裝置100。滾子裝置100包括具有滾身112及滾頸114的滾子110。在一滾壓架中，該滾子可旋轉地支承在嵌入件120中，確切而言係支承在一抗扭地佈置在該嵌入件中的軸套130中。軸套130具有用於容置滾頸114的插口，其中該插口的內徑大於該滾頸或套裝於其上之滾頸套116的外徑，使得在該軸套與該滾頸或滾頸套116之間留有一用於容置潤滑劑(通常為油)的環形間隙180；參閱圖2。
在該插口之滾身側端面上佈置有密封圈140，其用於在此將該環形間隙與滾身側集油腔160隔絕。類似地，在該插口之遠離滾身之端面上佈置有另一密封圈150，其用於在此將環形間隙180與此處之遠離滾身的集油腔170隔絕。
如圖1所示，軸套130具有至少一流出通道132，用於將環形間隙180中的潤滑劑排出至該等集油腔160、170中的一個。在圖1所示第一實施例中，設有用於將環形間隙180中的油排出的滾身側流出通道132-1及遠離滾身之流出通道132-2。為此，流出通道132-1、132-2與該環形間隙且與相對應之集油腔160、170導流連接。如圖1所示，該等流出通道例如局部地沿徑向及軸向延伸。
圖2為本發明之滾子裝置在施加滾壓力F時的橫截面圖，該滾壓力在此示例性地朝中心面y作用。在滾壓力F之作用與反作用的相互作用下，滾頸114視情況連同滾頸套116在軸套130中偏心移動，從而產生不對稱之環形間隙180或不對稱之油膜。環形間隙180在支撐負荷點A之位置上具有最小高度或厚度hmin。
根據本發明，軸套130沿周向視之劃分為通流角度範圍β
與阻斷角度範圍α，其視為360°與通流角度範圍β之差。阻斷角度範圍α自A+γ(-10°<γ<35°)出發，反向於該滾子之旋轉方向以最大270°的角度延伸。相對應地，該通流區域定義為該阻斷角度範圍的互補角度範圍，即360°-該阻斷角度範圍α。
相對該滾子之垂直於該軋材之平面的中心軸Y而言，該支撐負荷點A在負荷工況中處於φ=+/- 25°的角度範圍。
圖3為針對該滾子裝置的第二實施例，具體而言係針對流出通道132之可能的佈置方案。確切而言在該第二實施例中，滾身側及遠離滾身之流出通道132-1、132-2並非僅自環形間隙180出發沿徑向穿過軸套130，而是亦自該軸套出發進一步穿過嵌入件120，以便在其端面上較佳地沿軸向伸入相對應之集油腔160、170。
圖4為針對本發明之裝置的第三實施例，特別是針對流出通道之可能的佈置方案。該實施例的特別之處在於，軸套130在其朝向滾頸114的內側上具有集油槽136，該至少一流出通道132-1、132-2與該集油槽136存在導流連接。該集油槽係指軸套之內側上的局部凹處，故該集油槽用作該環形間隙之局部的體積增大部；在該集油槽之區域內，環形間隙180及其中之油膜的厚度皆有所增大。
根據本發明，流出通道132、132-1、132-2總是僅構建在通流角度範圍β內，絕不會構建在阻斷角度範圍α內。
圖5為該等流出通道的可能之佈置方案及橫截面形狀。圖示之槽形、圓形或矩形之橫截面形狀僅起示例性作用；該等流出通道當然可具有任意橫截面形狀。較佳地，在該等流出通道沿軸套之周向延伸的情況
下，例如如圖5左邊所示呈槽形，或者如圖5右邊所示，形式為多個沿周向分佈式佈置的單獨之流出通道。
100‧‧‧滾子裝置
110‧‧‧滾子
112‧‧‧滾身
114‧‧‧滾頸
116‧‧‧滾頸套
120‧‧‧嵌入件
130‧‧‧軸套
132-1‧‧‧滾身側流出通道
132-2‧‧‧遠離滾身之流出通道
140‧‧‧滾身側密封圈
150‧‧‧遠離滾身之密封圈
160‧‧‧滾身側集油腔
170‧‧‧遠離滾身之集油腔
180‧‧‧環形間隙
Claims (9)
- 一種用於在滾壓設備中滾壓軋材的滾子裝置(100)，具有：包括滾身(112)及至少一滾頸(114)的滾子(110)；包括抗扭佈置之軸套(130)的嵌入件(120)，該軸套具有用於容置該滾頸的插口，其中該插口的內徑大於該滾頸的外徑，使得在該軸套與該滾頸之間留有一用於容置潤滑劑的環形間隙(180)；佈置在該插口之滾身側端面上的密封圈(140)，其用於就地密封該環形間隙；及佈置在該插口之遠離滾身之端面上的密封圈(150)，其用於就地密封該環形間隙；其特徵在於，該軸套(130)沿周向視之劃分為通流角度範圍(β)與阻斷角度範圍(α)；該軸套(130)在該通流角度範圍(β)內具有至少一流出通道(132)，其用於將該環形間隙(180)中的潤滑劑排出至集油腔(160，170)；該通流角度範圍(β)鄰接該阻斷角度範圍(α)且其角度範圍為360°減去阻斷角度範圍(α)；以及，該阻斷角度範圍(α)自A+γ(-10°<γ<35°)出發，反向於該滾子之旋轉方向以最大270°的角度延伸，其中A定義了在負荷工況中由滾頸與嵌入件間之最小間隙(hmin)的角位置A所表示的支撐負荷點。
- 如申請專利範圍第1項之滾子裝置(100)，其特徵在於 抗扭地套裝至該滾頸(114)的滾頸套(116)；其中該軸套(130)之插口係用於容置該具有滾頸套的滾頸(114)；且其中該用於潤滑劑的環形間隙(180)構建在該軸套(130)與該滾頸套(116)之間。
- 如前述申請專利範圍中任一項之滾子裝置(100)，其特徵在於，相對該滾子之垂直於該軋材之平面的中心軸Y而言，該支撐負荷點(A)在負荷工況中以φ=+/- 25°的角度範圍佈置。
- 如前述申請專利範圍中任一項之滾子裝置(100)，其特徵在於，該集油腔係指位於該嵌入件(120)與該滾身(112)之間的滾身側集油腔(160)或者位於該滾頸(114)之遠離滾身之末端上的遠離滾身之集油腔(170)。
- 如申請專利範圍第4項之滾子裝置(100)，其特徵在於，該軸套(130)在該通流角度範圍(β)內具有至少一用於將該環形通道(180)與該滾身側集油腔(160)導流連接的滾身側流出通道(132-1)，及至少一用於將該環形通道(180)與該遠離滾身之集油腔(170)導流連接的遠離滾身之流出通道(132-2)。
- 如前述申請專利範圍中任一項之滾子裝置(100)，其特徵在於，該至少一流出通道(132-1，132-2)自該軸套(130)穿過該嵌入件(120) 且自該嵌入件出發與該等集油腔(160，170)中的一個連通。
- 如前述申請專利範圍中任一項之滾子裝置(100)，其特徵在於，該至少一流出通道(132)具有沿周向在該通流角度範圍(β)內延伸之槽形橫截面；以及/或者設有多個流出通道(132)，其沿周向在該通流角度範圍(β)內並排佈置。
- 如前述申請專利範圍中任一項之滾子裝置(100)，其特徵在於，在該通流角度範圍(β)內，該軸套在其朝向該滾頸的內側上具有集油槽(136)；以及該至少一流出通道(132)與該集油槽(136)存在導流連接。
- 如前述申請專利範圍中任一項之滾子裝置(100)，其特徵在於，該滾子(110)係指工作滾子、支撐滾子或中間滾子。
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