油膜轴承的油膜厚度计算及其对板带材轧制精度的影响_杜晓钟

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轴承间隙计算
如图 1 所示 , 当轴在油膜轴承中转动时, 由于润
滑油的粘性作用, 轴中心 O 1 与轴承中 心 O 2 不重 合, 中心联线与外载荷作用线之夹角 距离 e 为偏心距。 为偏位角。
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h3 p = 6 z = p1
2
h x
( 1) ( 2) ( 3) ( 4)
图1 轴承间隙示意图
= 0
q dI = Q 0
杜晓钟
( 太原科技大学 山西省现代轧制工程技术研究中心, 太原 030024) 摘 要 : 分析油膜轴承最小间隙即油膜厚度的计算方法, 并联系板带材轧制控制数学
模型, 给出油膜厚度变化对板带轧制厚度变化的影响规律 , 并将其应用于实验室四辊轧机 控制系统中 。 关键词 : 油膜轴承 ; 板带轧制 ; 实验 中图分类号: 文献标识码: A
( 5) 式即为为轴承间隙即油膜厚度计算公式。
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油膜轴承间隙对板带轧制的影响
轧制生产中 , 常通过弹跳方程对轧件进行轧制
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结论
板带材精密轧制过程中 , 支承辊油膜轴承油膜
控制 , 一般认为基本的弹跳方程形式为 : H S+ P M
厚度的变化对板厚的控制精 度有着不可忽视的影 响, 通过对油膜厚度 的分析, 并在实 验室四辊可逆 轧机控制数 学模型 中引入 油膜厚 度变 化的 因素。 可进一步提高轧制精度, 实现优质生产。并满足科 研和教学工作的需要。
式中 : O 即为油膜轴承油膜厚度的变化量 , 可认为: O = ( h - h 0) 油膜轴承的油膜厚度; 对应于人工零位时的油膜厚度。
大量的研究实验表明 , 在板带轧制控制过程中 综合考虑油膜厚度的因素 , 对提高板带材轧制精度 具有重要的意义 , 已经广泛应用于现代大型板带连 轧和重载可逆轧制过程中。
设 h 为轴承间隙 , 则有 h = f ( ) , 如图 2 有 : A O 1 = h( 0 ) ; 即: h ( 0) = A O 1 - BO 1 , 由 A O 2 O 1 , 有: AO 1 = 设 < R 2 + e 2 - 2 eR cos( - ) e R , 故略去 e2 项, 则上式
第 25 卷
增刊
太
原
重
型
机 械
学
院
学
报
Vol. 25 Sep. 2004
2004 年 9 月
JOURNAL OF T AIYUAN H EAVY MACH INERY INST IT UT E
文章编号 : 1000- 159X( 2004) S0- 0047- 03
油膜轴承的油膜厚度计算及其对板带材 轧制精度的影响
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当 O 1 与 O 2 重合时, 有 h 0 = R - r , 称轴承半 径间隙, 由图知 BO 1 = , 故 BO 1 = R - h 0 。 h( ) A O 1 - BO 1 这样有: = R + e cos - R + h 0 = h 0 + e cos 令 = e/ h 0 ; 称为轴承偏心率。 则: h( ) = h 0 ( 1 + ecos ) ( 5) 式中 : h h0
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何边界, 所以 , 计算时 以此代替几何边 界。此边界 称为物理边界。其条件为: p | 式中 :
3
3
=
p x
= 0
3
物理边界。
当轴不转或转速 很低时, 动压效应低, 可视为 静压工作状态 , 则令 u = 0; 而当转速很高 , 或者切 换掉静压供油 ( 此时静压系统处于泄荷状态) 时 , 可 视为动压工作状态 , 即令 Q 0 = 0; 处于两者之间的 , 即为静 - 动压工作状态。 当前 , 作为静 - 动压油膜轴 承在低速重载设备上应用最为普通的例子 , 就是在 高强度可逆轧机上的应用。 由于在轧制工艺中采用 强化轧制方法 , 轧制压力已由过去的 3000t 左右 , 猛 增到 4000t- 6000t, 这么高的轧制压力 , 轧制又可逆 转, 只有静一动压轴承才能胜任。
作者简介 : 杜晓钟 ( 1974- ) , 男 , 硕士 , 讲 师 , 研究方向为冶金机械设备自动化。
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太 原 重 型 机 械 学 院 学 报
2004 年
油腔通 入高压 油之后 , 轴 承则具 有了静 压承 载能 力。由于这套 静压 供油 系统 是恒流 量系 统, 就是 说, 泵里打出来的静压润滑油一定要从油腔中排出 去, 势必在轴与轴瓦之间 挤开一个缝 , 这就建立起 润滑油膜。我们 知道, 对于 缝隙出流 , 流体的流动 阻力是与缝隙尺寸 ( 油膜厚度) 的三次方成反比的 , 所以 , 这个静压承载具有在油膜越薄时, 其效应 ( 静 压承载力 ) 越大的特点, 恰好弥补 了动压油膜轴承 在低速时不易形成油膜、 承载能力弱的不足。而当 轴的转速升高之后, 动压 能力强了, 承 载油膜变厚 了, 静压油的出流阻力变 小了, 静压系 统的供油压 力则随之相应降低了, 也就减少了静压供油系统的 动能消 耗以 及轴承 性能对 静压系 统工 作的 依赖。 这是一种非常好的组合 , 相互弥补不足 , 使轴承具 备了静 - 动压的双重优点。 1 3 静 - 动压油膜轴承的理论分析 从轴承的结构可以看出 , 它具备了三种工作状 态( 或称三种工作制度 ) 的条件, 即静压 工作状态、 动压工作状态及静 - 动压工作状态。描述这一物理 过程的数学表达式, 包括 基本微分方程、 流量连续 方程、 边界方程、 能量方程、 以及传热方程、 粘 - 温、 粘 - 压方程等。最简单的, 以式 ( 1)- ( 4) 来表达 h3 p + x x p | p | z
它表示了轧件厚度与空载辊缝、 轧制压力和轧机纵 向刚度模数之间的关系 , 实际生产中 , 应用的控制 模型为:
参考文献:
[ 1] [ 2] [ 3] [ 4] 黄庆学 , 申光宪 , 等 . 轧机轴承与轧辊寿命研究及应用 [ M ] . 北京 : 冶金工业出版社 , 2003 郭溪泉 , 李树青 . 现代大型连轧机油膜轴承 [ M ] . 北京 : 机械工业出版社 , 1998. 丁光正 . 摩擦学理论在轧机油膜轴承上的应用 [ J] . 太原重型机械学院学报 , 2002, 23( 增刊 ) 孙一康 . 带钢冷连轧计算机控制 [ M ] . 北京 : 冶金工业出版社 , 2002
瓦的承载区的适当位置挖出静压油腔, 这个油腔的 在轴瓦上钻出 在轴承中仍然
保留着动压供油的油孔和油 槽, 工作时 , 动压供油 始终进行。可见, 这种静 - 动压油膜轴承是以动压为 基础, 仍然保留着很 显著的动压效应 , 而当静压油 通入油腔之后 , 它又具有了静压承载能力。 1 2 静 - 动压油膜轴承的工作原理 该轴 承由 于保 留了绝 大部 分的 承载 面积 , 所 以, 当轴转动 之后, 就 具有了动压承载 能力。而当
收稿日期 : 2004- 06- 20
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静 - 动压油膜轴承简介
静 - 动压油膜轴承结构特点 从润滑原理上讲, 静 - 动压油膜轴承是静压与动
压联合润滑轴承。它的结构特点是:
在轴瓦的承 在轴
载区仍然保留着绝大部分的动压承载面积 ; 面积只占总承载区域的 5% 左右; 高压油孔, 借以通入高压 润滑油;
/ 2, 又
A O1 =
2
R 2 - 2 eR cos( - )
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p0 Q0 p
( R + eR cos ) - ( e cos ) = R + e cos 当 > / 2 时有同样结果。
( 略去 ( ecos ) 2 项 )
第 25 卷增刊
杜晓钟 : 油膜轴承的油膜厚度计算及其对板带材轧制精度的影响 H = S + SP + SF + S + G + O
Calculation of Film Thickness in Oil Film Bearing and Application in Four - roller Mill
DU Xiao -zhong
( T aiy uan Science & T echnology Universit y, T aiyuan 030024, China) Abstract: Based on the w orking principle of st at ic - dynamic oil f ilm bearing , t he calculat ion for minimumgap of oil film bearing is given . Contact wit h t he mat hemat ical models of st rip rolling control , t he influence of film thickness to t he st rip rolling is prov ided , and w hich is applied to t he four - roller mill automatic control system in lab. Key words: oil f ilm bearing, rolling of strip, t est
油膜轴承亦称液体摩擦轴承, 工作时在轴与轴 承的工作区域形成一个完整的压力油膜 , 使金属脱 离接触, 形成纯液体摩擦。轧机油膜轴承按力学原 理主要分为三大类: 动压油膜轴承、 静压油膜轴承、 静- - 动压油膜轴承。动压油膜轴承 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 , 由于润滑油在被轴卷吸入 收敛的楔状间隙的过程中受到压迫就产生抗力 , 当 在载荷方向动压力之和足以能平衡外载荷时 , 在轴 与轴承之间就形成了一个完整的压力油膜 , 使轴与 轴承的表面脱离接触, 形成纯液体摩擦。静压油膜 轴承靠外部压力形成纯液体摩擦, 因需要较为复杂 的供油系统 , 应用较少 ; 静 - 动压油膜轴承启动时靠 外部压力形成油楔; 正常工作时由外部压力和动压 压力共同作用下形成 纯液体摩擦。目 前在四辊可 逆冷带钢轧机上应用的为静 - 动压油膜轴承, 具有摩 擦系数小 , 功率消耗 低, 使用寿 命长, 回 转精度高 , 抗冲击等优点。
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式( 1) - ( 4) 中: p h x z u
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油膜压力;
油膜厚度; 油的粘度 ; 轴的周向座标 ; 轴的轴向座标 ; 相对滑动速度 ; 静压油腔边界 ; 轴承工作区几何边界; 静压油腔压力; 静压油腔流量 ; 静压腔单位边界上的流量。 当油膜破裂在发散间隙中时, 因该边界小于几 = 为: