（鐵姆肯公司）

　　當前軋機用戶的特點主（zhǔ）要（yào）表現在兩個方麵，一方麵對新設備的投（tóu）資少，另一方麵對產出的要求高。盡管（guǎn）現有軋機逐漸老（lǎo）化，但為增加產能，其工作負載越來越重。這種（zhǒng）極端環境（jìng）連同老舊、過時的軋輥設計（jì）是導致兩（liǎng）輥軋機工作輥和四輥軋機支撐輥的輥頸發生故障的（de）主要原因。因此，市場需要軋機翻新服務來減少嚴苛負載條件下輥頸在倒角環區域發生的損壞。而在成（chéng）功製定翻新方案的過（guò）程中，對軸承的選擇發揮（huī）著至（zhì）關重要的作用。
　　軋機是一種（zhǒng）要求極為嚴苛的應用場（chǎng）景，軸承和（hé）軋（zhá）輥必須（xū）在非常高的工作溫度、工作載荷和工作速度（dù）下運行。
　　在軋製過程中，軋輥轉動（dòng）的同時載荷通過軸承施加在半成品帶材上。輥頸上的某個點主要承受（shòu）拉應力，Z大值σ_max，而與該點以圓（yuán）心為（wéi）中心的對稱點承受壓應力，Z小值σ_min。當軋輥旋（xuán）轉180°後，兩點（diǎn）交換位（wèi）置和應力，拉應力從σ_max變到σ_min=-σ_max。見圖1。這兩點材料的（de）應力隨時間在兩個極限值之間變換多次（每旋（xuán）轉一周發生一次完整變化）。其結果（guǒ）是，輥頸在軸承和輥身之間的（de）區域（圓角半徑區域）要（yào）承受交替對稱的周期性彎曲應力，該應力（lì）隨軋輥的（de）轉動而波動。為了控製應力集中效應，需要通（tōng）過（guò）仔（zǎi）細評估（gū）來確定Z大允許（xǔ）應力，並且優化輥（gǔn）頸和輥（gǔn）身直（zhí）徑之（zhī）間過渡區域的（de）幾何特（tè）性（例如階梯形倒角和圓角半徑）。

　　鐵（tiě）姆肯公司翻新重載輥頸的解決方案是，為翻新項（xiàng）目提供下列輥頸解決方案工程支持：
　　（1）通過Z大化輥頸直徑優化輥（gǔn）頸設計。
　　（2）為複合（hé）輥頸圓角半徑提供設計支（zhī）持。
　　（3）選擇橫截麵積減小的軸（zhóu）承，內徑更大，外徑相同（翻新方案假定使用相同的軸承座，這需要外徑相（xiàng）同的軸（zhóu）承）。整體寬度相同或更小，引入一些特性來維持或增加軸承的額定載荷。
　　針對極端（duān）載荷對軋輥升級要考慮的因（yīn）素：
　　1.軋輥設計優化
　　（1）棍頸直（zhí）徑優化
　　重（chóng）載荷軋輥通常在低速下運轉，需要尺（chǐ）寸更大的輥頸（jǐng）來應對（duì）更高的彎曲應（yīng）力。根據這種需求，常規的重型軸承尺寸可能不（bú）合適。對（duì）於高（gāo）載荷的應用場景，建（jiàn）議使用橫截麵更小（xiǎo）、外徑相同且內徑更大的軸承作為（wéi）重型軸承。橫截麵積減小的軸承使得輥頸/輥身比（輥頸輥身直（zhí）徑之比約68%）更大，在（zài）可能的情況下，更小的軸承寬度也使得壓下載荷作用線與輥身端麵之間的（de）軸向距離更小。輥頸外徑增加同時彎曲力矩減少之後，輥頸在極端載荷下的性能更佳。
　　（2）用複（fù）合圓角半徑替換現有的圓角半徑
傳統的（de）輥頸設計在圓角時（shí）通常采用（yòng）簡單半徑設計。鐵姆肯公司（sī）在鋼鐵製造行業的豐富經驗表明，這種解決方案可能不適用於重載荷軋（zhá）機，建議使用複合圓角半徑替換簡單半徑。使用複合半徑（jìng）圓角（或稱為“雙半徑圓角“）的原因是這種設計能讓應（yīng）力在圓（yuán）角半徑區域內更好地分布，見（jiàn）圖2。說明為減少輥頸Z大應力，分別根據兩個（gè）預定圓角長度和高度尺寸r_a和（hé）r_b製作複合半徑圓角的過程。圓角半徑r_c和r_d的長度（dù）和高度可以按照下列公式計算：

　　r_a=圓角長度（在實際應用中，r_a小於2.5r_b）
　　r_b=圓角高度
　　r_c=複合圓角的大半（bàn）徑
　　r_d=複（fù）合圓角的小半徑
　　2.減小軸（zhóu）承的橫截麵積
　　鐵姆肯公司的工程師使用以應用場景為中心的精密計算機程序，為應用場景和操（cāo）作環境建模（mó），生產專門設計的壽命更（gèng）長的軸承。為盡可能改善軸承在嚴酷（kù）條件下的性能，鐵姆肯公司開發了Timken^®DuraSpexx^®Power Rating係（xì）列軸承（chéng）。DuraSpexx^®軸承完美適用於重載（zǎi）荷工業應用產品，如軋機和齒輪驅動（dòng）。采用增強特（tè）性並減少橫截麵積之（zhī）後，這種軸承（chéng）提高了軸承的額定載荷。Dura Spexx^®利用鐵姆肯公司的工程設計知識，將軸承的額定（dìng）動態（tài）載荷提高23%，相比Timken^®標準軸承延長了疲（pí）勞壽命，見圖3。

　　Dura Spexx^®軸承設計特點：采用更高品質的鋼材，潔淨度增加，雜質形狀經過改進，從而減少了雜（zá）質相關的損壞（huài）；提高表（biǎo）麵光潔度，在高溫和潤滑不良的環境下減少了剝落和疲勞；表麵修型，在高負載和（hé）/或偏心的情況下優化接觸應力分（fèn）布。
　　案例研究
　　根據現（xiàn）有（yǒu）的解決方案和問題描述，本產品適（shì）用於兩輥軋機，但可以推廣到四輥軋機的支撐（chēng）輥上。軋輥載荷和當前圓角半（bàn）徑的（de）細節，見圖4。

　　軋機的設計特點和類型：兩輥軋（zhá）機，Z大載荷列調整後的軸承疲勞壽命L10a，達到2800小時。見（jiàn）圖5。

　　因為軸（zhóu）承外圈在軸承座中靜止，在任何（hé）給定時間（jiān）點，外圈隻有一（yī）部（bù）分承受軋（zhá）製載荷，我們（men）稱該部分為“承載（zǎi）區”。輥頸軸承（chéng）外圈的大端麵和小端麵都帶有標記用以標明四個象限，外圈端麵的標記可以讓使用者記錄哪個象限一直用於載荷區。一個較好的做法是，安裝軸承時讓每個外圈的象限1處於承載區，然（rán）後在後續（xù）檢查中通過（guò）轉動（dòng）讓其他象限也依次（cì）處於承載區，重複該步（bù）驟，直到象限1再次處於承載區。每次（cì）檢（jiǎn）查時轉（zhuǎn）動外圈都會逐漸地將（jiāng）載荷（hé）分布到整個外圈滾道上，從而（ér）延長軸承的使用壽命，見圖6。倒角（jiǎo）區域軋輥（gǔn）Z大應力為352N/mm²，軋輥Z長疲勞壽命為4400小時。

　　根（gēn）據客戶要求，對增（zēng）加輥頸強度的方案提供支持，讓新軸承的疲勞壽（shòu）命維（wéi）持在可接受的限度內。調整（zhěng）後（hòu）的軸承壽命，還未發現任何問題。
　　軋輥升級解決方案，建議將輥頸直徑從Ø595mm增加到Ø610mm，並用複合圓角替換（huàn）當前的（de）圓角半徑，從而實現軋輥設計的優化。軸承的（de）外徑和寬度維（wéi）持原值。要注意的是，由於軸承內徑更大，軋機蓋板和密封件需要更換。
　　（1）增加輥頸直（zhí）徑，從595mm到610mm。
　　（2）用複合圓（yuán）角半徑替換現有的圓角半徑。輸入r_a=101mm，r_b=50mm。輸出r_c=0.036mm，r_d=33mm。設（shè）計調整之後，Timken^®標準軸承和（hé）Dura Spexx^®軸承的疲勞壽命L10a分別為4500小時和9000小時。見圖7。

 

　　軋輥升級的結果：將軋（zhá）輥Z大應力從352N/mm²降低到318N/mm²，降低9.6%。將軋輥的疲勞壽命從4400小時延長到6000小時，延長36%。將鐵姆肯標（biāo）準軸承的疲勞壽命L10a從2800小時延長到4500小時，延長60%。將新款（kuǎn）Dura Spexx^®軸承的疲勞壽命L10a從2800小時延長到9000小時，延長120%。
　　總（zǒng）結和結論（lùn）
　　當前，輥頸在倒角環區域的損壞導致故障頻發，因此市場急需軋機翻新服務。鐵姆肯公司（sī）在該領域（yù）擁有廣泛的專業（yè）知識，能為優化軋輥設計和減小軸（zhóu）承橫截（jié）麵積提供工程支持。這些措施能降低軋輥的Z大應力並延長疲勞壽命，從（cóng）而（ér）改善軋輥的（de）性能。