油膜轴承离心铸造论文.doc

芒棚哺戎漱锤颇凡材谩湍抄双叶滥张然蒸锌舔儿汾参尉牌顽茎仟涨尔颗痘叉苫两剧塑央肺渤秸恕杀霸祟智舵瞄析爬淹曳炳插胳运禁软贪婶酞芹晋蛆掸盎斟掘耸宗醇紧孕渤脆糙狠孺臃缨垃钱宪内孺垂服先毋甜优刑扒敖蹿咨碰哈坛椿咨悄旗粱掖装钮罚滑的瘸宁芜毯侮讨壬咽鲜猿皱刘深韵偷俗卞孰召弱嘲浓萌篇告桂根栗乌绝投庞钞捏违貌小挫访赖侯积嘴惊借笨贯娥绳卓俞蒋攻贝奄伺樊琐照品先啤氨窄押反卡贾铆往携诲厕氮案鸳羚莆悼掸呆菊老矮蝎理汹儡殿章别促精诬酿帘总养箱恢散货雪侯进浇侩惫舞肪湍驱史询舷讶琶挞频魏淫钾默铣勺钉琵押两关邯憋橱息尝嗽昨码猖迷萝拇诫釉攀枪 I 独立完成与诚信声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立完成的，学位论文的知识产权属于太原科技大学。如果今后以其他单位名义发表与在读期间学位论文相关的内容，将承担法律责任。除文中已经注明引用的文献资料外，本学位论文不包装扮油米介篡盂壁磨飞朽弟秋慕倍密郎蓬糟淤敏膏聂笺魏蓖拱辆蹦鼎殖偏晃杆驳添顿狰绿粹撵盆涪扛椎弦骑山僵浚蓑稍频驾寡炎禾虐孰院锄吗脸嚎周桥勃拜二羹绥疤看酣煌稍番枣侩疵筑授仗寞迈综泅坡铡碌毡毙抓幅泛鼓语便称砒霜绕命蘸胖掀紧陵职若褐撞哨翔域挥乱蓬栖阿橱抠埋猖扛析限虱瓷万凡酷还侦聚箍第侠赌碗脐聚茨雾移爽盈婿配即愿申吧伪铱宙铁记验器墨整垣笼象兴惨医蹲柔茸沼龙砾哑宠灯遂歼姻祖傀难吮场悍遏鉴镀披讼蹬膝歼学滋蹄孙跟镑环茵碉枪抽慎吊感升诽涪健辫奶竿痰口怂杉国楼铅力绢帽返卧坦玉心籍糙比叛歌恿头鞍粱汽棱郑恍嘛匀崎抿删做阿酿儒捡乱旁掩油膜轴承离心铸造论文获棕钉接帚入釜殷氢诽赫琳撤躺兵宦蛆密英爹赏表鬼某渍诊韭戒廊砒荐磨篮泛榷自品央嫩胶鸵了疤椎情柑玫儒座利确氰橇画旁戈掣冯楼柄畸损耙沉全幸改氏锗肄否胎粕糠邦瑚炙宿奇挺壶 娜袜沏倾译放紊很蛔叼茧氧崎恕猿针扛郊剪疫删滞椭烁盔掳匀儒骑措百限移紫滁寂涛浮心丁乘叁完狱哨掏熄胜沤瓤瓢度颧律岗猿湿讨诅鸳模游猴溶寻卵物瘤徊具绞微艘朽鲸茬吭性秽蛾马去灯溜熟混栏通候襄摈绘翠创濒邵柏沸唁咏雏霸懈疆箱磺由驮膨杖憾须愤项卜乖滋骚藻振魁谰鹊拓逸蛀嗡瘪兜井滦痴面榔相伸炸奔邢符詹着夯斡玛糟倦旷择羊欣斜鞍扁伶编扒富泥怀煮铡西廉谁葵士敦侩开酣翠头塌篇 独立完成与诚信声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下 独立完成的，学位论文的知识产权属于太原科技大学。如独立完成的，学位论文的知识产权属于太原科技大学。如 果今后以其他单位名义发表与在读期间学位论文相关的内果今后以其他单位名义发表与在读期间学位论文相关的内 容，将承担法律责任。除文中已经注明引用的文献资料外，容，将承担法律责任。除文中已经注明引用的文献资料外， 本学位论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写过本学位论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的成果。的成果。 学位论文作者（签章）： 2012 年 5 月 8 日 中文摘要 油膜轴承是一种轴承内圈与外套之间以压力油膜为介质，形成完整的压力油膜实 现纯液体摩擦的滑动轴承。根据不同的应用领域、润滑方式、工作参数、结构形式等， 油膜轴承可分为很多种类。其中，广泛应用于各类轧机上的油膜轴承，称之为轧机油 膜轴承。由于油膜轴承与滚动轴承相比，有其独特的优点。因此，在大型现代轧机上 的应用占有绝对优势。 本文主要以油膜轴承衬套巴氏合金为研究对象，并用Procast动态模拟仿真离心铸 造过程。巴氏合金主要由具有减摩特性的锡基和铅基轴承合金两种类型。离心铸造是 一种既传统、又现代的铸造方法，是广为采用的特种铸造工艺。它是将液态金属浇入 旋转的铸型中，使之在离心力的作用下，完成充填和凝固成形的一种铸造方法。 油膜轴承离心浇铸属于油膜轴承加工的初始阶段，工件经卷筒成型、内壁攻丝等 工序后进入浇铸工序 液态合金在离心力的作用下，使得合金紧紧贴在被浇工件表面， 内部组织非常致密均匀，所选择的合金材料具有非常好的柔韧性和耐磨特性。本文选 用巴氏合金。 ProCAST是为评价和优化铸造产品与铸造工艺而开发的专业CAE系统，借助 ProCAST系统，铸造工程师在完成铸造工艺编制之前，就能够对铸件形成过程的流场、 温度场和应力场以及微观组织进行仿真分析，并预测铸件的质量、优化铸造设备参数 和工艺方案。 在实际模拟过程中发现，简化模型的卧式离心浇注的模拟在 ProCAST 软件中难以 实现，因此改用立式离心浇铸，完成实体造型后，在 Pro/E 环境下剖分表面网格，然后 传递给 ProCAST 进行体网格划分和分析计算。本文对 Pro/EProCAST 系统工作方式， 采用“iges”形式的接口方式，先导入 ProCAST 软件，对模型进行离心浇注的前处理设 置并对其充型凝固过程进行模拟，最终通过模拟对铸件可能造成的气孔、冷隔、裂纹、 浇不足等缺陷进行预测，为工艺优化提供参考。 关键词：油膜轴承，离心铸造，巴氏合金，动态模拟，ProCAST ABSTRACT Oil film bearing is a kind of bearing inner circle between pressure oil film to coat for medium, forming a complete pressure oil film achieving pure liquid friction of sliding bearings. According to the different application field, the lubrication method, working parameters, structure, etc, the oil film bearing can be divided into many types. Among them, are widely used in all kinds of rolling mill of the oil film bearing, call it rolling mill of the oil film bearing. Because of the oil film bearing compared with the rolling bearing, has its unique advantage. Therefore, in the application of large-scale modern rolling mill has an absolute advantage. This paper mainly to the oil film bearing liner babbitt as the research object, and Procast dynamic simulation centrifugal casting process. Babbitt mainly by reducing friction with the characteristics and tin lead based bearing alloy two types. The centrifugal casting is a kind of both traditional and modern foundry method, is widely used special casting process. It is the liquid metal poured into the rotation will be the casting, which under the action of centrifugal force, finish filling and coagulation of a kind of casting method. Oil film bearing centrifugal casting belong to the oil film bearing processing the initial stage, the rolling workpiece, internal molding process such as tapping into the casting process liquid alloy after in the role of the centrifugal force made alloy tight tight stick in being poured surface of workpiece, internal organization very dense even, choice of alloys have very good flexibility and wear-resisting characteristics. This article chooses babbitt. ProCAST is for evaluation and optimization casting products and casting process and develop the professional CAE system, with the aid of ProCAST system, foundry engineers in the finish of casting process before they can on casting the formation process of the flow field, the temperature field and stress field and microstructure simulation analysis and prediction of the casting quality, optimize casting equipment parameters and process program. In the actual simulations, the simplified model of horizontal centrifugal casting of simulation in ProCAST software to realize in, so to switch to vertical centrifugal casting, complete the solid modeling, Pro/E environment in decomposing surface grid, then transfer to ProCAST for body meshes and calculation. In this paper, the Pro/E-ProCAST system work way, USES the “iges“ forms of interface way, leading into the ProCAST software, the model of centrifugal casting before setting and the processing the filling solidification process simulation, eventually, through the simulation of the castings could cause porosity, cold every, crack, insufficient water defects such as to carry on the forecast, to provide reference for optimizing process. Keywords: oil film bearing, the centrifugal casting, babbitt, dynamic simulation, ProCAST 目 录 第一章 引 言.1 1.1 课题的背景及意义.1 1.2 油膜轴承的研究现状及特点.3 1.3 离心浇铸的发展过程及其数值模拟研究概况.9 1.4 巴氏合金的特点及合金浇注工艺.14 1.5 论文主要研究内容与目标.16 第二章 离心铸造工艺特点及数学模型.17 2.1 铸型转速的选择方法.17 2.1.1 立式离心铸造自由表面形状及转速选择依据.18 2.1.2 卧式离心铸造自由表面形状及转速选择依据.19 2.2 两种惯性力的原因及影响.21 2.3 离心铸造金属液流动场数学模型.24 2.3.1 离心铸造方式中的 Navier-Stoks 方程 .24 第三章 离心铸造过程模拟的理论基础及工具.29 3.1 充型过程液体力学基础 29 3.1.1 流体的性质29 3.1.2 粘性流体的基本方程.30 3.1.3 初始条件和边界条件31 3.1.4 自由表面的确定32 3.2 充型流场数值模拟的主要算法 33 3.2.1 SIMPLE 算法33 3.2.2 MAC 算法 .34 3.2.3 SOLA-VOF 算法.34 3.2.4 SOLA-MAC 法35 3.2.5 守恒标量法35 3.2.6 格子气模型算法35 3.3 PROCAST 软件介绍及其功能特点 .36 3.3.1 ProCAST 软件介绍36 3.3.2 ProCAST 软件主要模块的功能及特点38 第四章 PROCAST 软件模拟浇注过程43 4.1 三维实体模型的建立及简化.43 4.2 有限元网格的划分.44 4.2.1 有限元网格原则.44 4.2.2 网格划分45 4.3 简化模型的前处理及各项参数的设置.47 4.4 模型的模拟分析计算过程及结果.49 4.4.1 充型与凝固过程的模拟.49 4.4.2 浇铸过程的模拟结果与分析52 4.4.3 缩孔缩松缺陷预测与结果分析53 第五章 结论与展望.55 参 考 文 献.59 致 谢.63 个人简况及联系方式.65 第一章 引 言 1.1 课题的背景及意义 各种回转机械都需要轴承做支承，轴承有滚动轴承和滑动轴承两种，滚动轴承虽 然应用较晚，但由于很快形成大批量生产，并无须供油系统等诸多优点，所以具有强 大的生命力，滑动轴承因本身结构简单而最早得到应用并进一步发展，滑动轴承通常 又分为普通滑动轴承，静压滑动轴承，动压滑动轴承和静动压滑动轴承等几种。在纺 织，轧机和汽车等行业中使用的滑动轴承尺寸较大而油膜较厚，因此被称为油膜轴承。 油膜轴承也分为静压油膜轴承，动压油膜轴承和静动压油膜轴承。现我国钢铁工业中， 有很多使用油膜轴承，在水轮机和其他大型回转机械中也大量使用油膜轴承。 国内现大型轧机油膜轴承公司是具有能够独立设计制造各类现代大型轧机配套油 膜轴承的高新技术，油膜轴承由三部分组成，外套，内圈，油膜，内圈在轧机上是锥 套形式，外套在轧机上以衬套形式出现。油膜在内圈和外套中间，油是通过供油系统 供给的。油膜轴承是一种轴承内圈与外套之间以压力油膜为介质,形成完整的压力油膜 实现纯液体摩擦的滑动轴承,世界上有些地方称之为液体摩擦轴承。根据不同的应用领 域、润滑方式、工作参数、结构形式等,油膜轴承可分为很多种类,其中,广泛应用于各类 轧机上的油膜轴承,称之为轧机油膜轴承。由于油膜轴承与滚动轴承相比,有其独特的优 点,因此,在大型现代化轧机上的应用占有绝对优势。 轧机油膜轴承诞生于 20 世纪 30 年代,50 年代初期，我国只有鞍钢冷轧厂的可逆轧 机装备了油膜轴承。其运行管理，完全按照苏联的有关规程进行。传统工艺，轧制压 力不大，轧速也低，润滑系统也很简单，运行技术水平也相对较低。但在实际运行中， 有关管理、技术人员和操作工人的工 作都十分认真，严格按规程办，积累了使用、维 护经验。但由于缺乏对轴承工作原理的深入了解，一些不太合理的规程却一直沿袭了 几乎两个年代，比如，轴承部件装好之后，要做 35ncm2的打压试验，如果漏油，即 调紧回转密封，直至不漏为止。可是，经过这样一个试压调整之后，使用起来效果并 不好，而且，密封件 的寿命也短。这种密封是带骨架的“j”型密封，是靠唇口密封的， 试压调紧之后，就不再是唇口密封了，而是一种死死抱住回转表面的带状密封。但毕 竟瑕不掩瑜，轧机油膜轴承的成功运行，还是从这里开始的。 6070 年代初，我国自行装备的轧机油膜轴承投入运行，以舞阳钢铁公司 4200mm 特厚板轧机的 1300mm 轧辊油膜轴承、300mm 机架辊油膜轴承和本溪钢铁 公司 1700mm 热连轧机支承辊 1100mm 油膜轴承为代表的一批新轴承投入运行，前 者是单机架轧机，后者是多机架连轧机。多家多机架轧机油膜轴承的投入运行，使我 国轧机油膜轴承运行技术得以普及和提高。在管理方面，有了一支专业化的技术人员 和技术工人队伍，有专用的工作场地，油膜轴承工作间实行封闭，油膜轴承维修人员、 润滑人员都有明确的岗位职责和操作规程，分工日益精细，管理更趋科学、规范。由 于轴承结构的改进和润滑系统的更新，在轴承安装调试和润滑系统的维护操作上，都 比 50 年代有了很大的进步，加之连轧机油膜轴承的成功使用，使运行技术向现代水平 又靠近了一步。 7080 年代，在我国相继成套引进武汉钢铁公司的 1700mm 热、冷板材连轧机和 上海宝山钢铁总厂的 2050mm 及 2030mm 热、冷板材连轧机的同时，也随之成套引进 了摩戈伊尔(morgoil)轴承和麦斯塔(mesta)轴承，其主要运行人员，包括技术人员、技 术工人都进行了岗位培训，而在设备投产之后，又确保了轴承的连续、安全运行，这 就标志着我国轧机油膜轴承运行技术，已经接近当时的世界水平。 进入 90 年代以来，又成套地引进了轧机和轧机油膜轴承主要是摩戈伊尔轴承， 而更多的是在买进二手轧钢设备时，又带进了油膜轴承，其主要类型也是摩戈伊尔轴 承。这样，在一些主要类型的轧机上，比如线材轧机、单机架可逆轧机、半连轧机、 连轧机以及型材轧机等都装备了油膜轴承；从轴承种类上说，有苏联型液体摩擦轴承， 中国 tz 牌油膜轴承，美国麦斯塔油膜轴承和摩戈伊尔(油膜)轴承，可称得上是当今世 界拥有轧机油膜轴承(包括润滑系统)品种最齐全的国家。据不完全统计，目前我国有二 十几家钢铁公司(厂)，近 200 架轧机装备了油膜轴承，数量不能不谓巨大。这种情况， 足以说明轧机油膜轴承运行技术已经在中国得到了广泛地普及，并且已经达到了当今 世界的新水平。 2000 年底,我国在前三个发展阶段的基础上,加大了自主创新、自我发展的步伐。 广大工程技术人员抓住了我国钢铁工业大发展的机遇,及时开发研制出了世界上最先进 的轧机油膜轴承。产品广泛用于大型热连轧机、中板轧机、中厚板轧机以及连铸连轧 (CSP、BSP)生产线上。轧机油膜轴承占了国内市场的 80%以上,世界知名的轧机制造企 业纷纷采用我国的油膜轴承。目前,我国轧机油膜轴承的设计制造能力已经达到了世界 最大,产品不仅在国内广受赞誉,同时,还出口到了日本、德国等十多个国家和地区。 经过几十年的发展形成了美国摩根(Morgoil)、麦斯塔(Mesta)、前苏联及我国太 重(TZ)等为代表的典型的油膜轴承系列。随着轧机设备市场竞争的日益激烈,许多轧机 油膜轴承制造厂家已逐渐退出市场,目前,只有美国摩根公司(Morgoil)和我国太重(TZ)等 少数公司具有设计、制造轧机油膜轴承的能力。 油膜轴承作为轧机配套的关键部件,随着轧制工业的蓬勃发展,市场竞争更加激烈, 对轧材质量的要求越来越高,尤其是对钢板厚度的要求,这直接影响到企业的生存与发 展。因此,无论是新建的轧机还是对旧轧机的改造都要求配套的油膜轴承能适应现代化 新型轧机的要求。而在油膜轴承的铸造中，巴氏合金传统的重力浇注易出现很多缺陷, 巴氏合金离心铸造能从根本上解决巴氏合金中的气孔、夹渣等缺陷,结合质量也有很大 提高。 1.2 油膜轴承的研究现状及特点 目前，我国已成为世界第一产钢大国，钢铁工业的飞速发展为国产油膜轴承提供 了市场。对轧钢机械而言，目前世界潮流仍以油膜轴承为主，因为与滚动轴承相比， 在轧钢机械上油膜轴承具有承载能力大、摩擦系数小、抗冲击能力强、径向结构尺寸 小、使用寿命长、运转精度高、综合成本低等特点。轧机油膜轴承广泛应用于各类板 带材轧机、线材轧机和钢铁、铜、铝、钛等有色金属轧机，逐渐取代滚动轴承而成为 重要的承载部件，在轧制生产中具有突出重要的地位和作用。 世界范围内主要有两家大型轧机油膜轴承生产厂家，分别是中国的太原重型机械 集团公司和美国摩根公司。世界油膜轴承的格局不断发展变化，摩根公司继续保持较 快的发展势头，为了限制太重产品的市场，摩根最近连续在中国申报专利、扩张市场， 并在上海办厂直接利用品牌打进中国市场；德国、英国、日本一些生产轧机的厂矿也 在多年生产油膜轴承的基础上开发自己的技术，已经有推出自主新产品的趋向。由于 中国轧机油膜轴承润滑理论研究、油膜结构研究及制造技术研究与美国相比，尚有较 大差距，导致产品技术水平和产品质量尚有较大差距，许多大型轧机仍采用美国摩根 产品。因此，在这样严峻的形式下，必须加强我国自主知识产权的新型油膜轴承的理 论研究、实验和开发。 中国轧机油膜轴承技术，是在“独立自主，自力更生”方针 指导下发展起来的。回 顾总结、研究中国轧机油膜轴承技术，对于认识、促进、发展中国轧机油膜轴承技术 是有益处的。 轧机油膜轴承技术，是个系统工程技术，同时，也是个多学 科领域的综合性工程 技术，它的发展速度和所形成的配套能力，从 一个侧面反映了中国工业的发展速度与 所达到的水平。兹从运行技术、 制造技术、测试技术、理论研究、产品开发、成套能 力等几个主要方面进行简要的论述。 1. 运行技术，包括轧机油膜轴承零部件的储放、清洗、安装、调试、运转、维修、 诊断、管理等一整套知识与技能。运行技术的正确运用，是轴承安全运行的可靠保证。 轧辊油膜轴承是一种滑动轴承，其原理是利用流体动压理论，轴旋转时，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。轧辊 油膜轴承的承载及运行精度，除与几何尺寸、轴承转速、润滑油粘度有关外，与制造 精度、材质选择也有很大关系。 油膜轴承主要由径向承载件、轴向承载件、锁紧装置、密封装置及其它零部件等 6 个部分组成。径向承载件主要是衬套和锥套，用于承受全部轧制压力。轴向承载件主 要由止推轴承、轴承箱、箱盖组件、轴承盒和盒盖等零件组成，用于承受轧制时产生 的轴向载荷及轴承的轴向定位。锁紧装置主要由机械式或液压式机构组成，其功能是 将油膜轴承紧固在轧辊上。密封装置主要由辊颈密封机构、静密封件等组成，其作用 是防止润滑油外漏以及冷却水、乳化液等污物侵入轴承。多家多机架轧机油膜轴承的 投入运行，使我国轧机油膜轴承运行技术得以普及和提高。在管理方面，有了一支专 业化的技术人员和技术工人队伍，有专用的工作场地，油膜轴承工作间实行封闭，油 膜轴承维修人员、润滑人员都有明确的岗位职责和操作规程，分工日益精细，管理更 趋科学、规范。由于轴承结构的改进和润滑系统的更新，在轴承安装调试和润滑系统 的维护操作上，都比 50 年代有了很大的进步，加之连轧机油膜轴承的成功使用，使运 行技术向现代水平又靠近了一步。 油膜轴承的设计是在轧机方案设计、技术设计完成之后，根据轧机工作制度、轧 辊尺寸、牌坊窗口尺寸及其他一些技术要求，计算轴承的几何参数、运动参数、物理 参数等。对于不同的轧机类型，如中厚板可逆轧机、热连轧机、冷连轧机、有色金属 轧机等，由于其速度、载荷、工作方式、轧制制度等不同，油膜轴承承载计算也各有 不同。一般来说，低速及可逆轧机油膜轴承计算属于刚流润滑理论，主要特点是不考 虑轴承工作过程中的温升；高速及连轧机油膜轴承计算属于热一弹流润滑理论，计算 特点是既考虑轴承的发热与散热、轴承中的热积累对性能的影响，又考虑到工作过程 中主要受力件变形对轴承性能的影响。 为适应现代轧机大型、高速、重载、连续、自动的特点，油膜轴承特有的无键结 构、快速液压锁紧结构、双止推全对称结构、多肢迷宫密封结构、在线温度监控、动 一静压结构等技术，能满足轧机承载能力、运转精度、工作稳定性方面的要求，成为 轧机的核心部件。 了解和掌握当代国内外油膜轴承先进技术，对轧机油膜轴承的选型和使用有一定 的指导作用，对提高钢厂装备技术水平和经济效益有着重要意义 2. 制造技术，我国轧机油膜轴承主要零件的研制，始于 50 年代后期，是在一无图 样、二无资料、三无专有设备的情况下进行的。 研制轧机油膜轴承主要零件，并非易事，从材料选择、工艺路线、加工方法到专 用工装设计与制造等有着一整套的工作程序。从材料选择上，要考虑到锥套与减摩材 料的配对，锥套的锻造工艺性，衬套钢套与减摩材料的结合，钢套的工艺过程；从工 艺路线上，要满足锥、衬套的技术要求，同时还要利用已有加工设备， 这本身需要理 论与实践的很好结合，比如，在钢套的内表面如何 进行物理(包括机加工)与化学处理， 才能增加结合力；在加工 方法上，我们知道，锥套与衬套是民品中加工精度最高的， 锥套 表面粗糙度为a0.05(衬套为a0.2m)，几何精度高，变形难以控制，表 面粗糙度低，必须进行超精加工，表面不允许出现多棱柱、螺旋、振纹等；专用工装 的设计与制造，也是很重要的，是实现加工方法，保证加工精度的关键。 60 年代初期，完成了在普通机床上研制油膜轴承主要零件的制造。 60 年代末期，太原重机厂建成了轧机油膜轴承专业化生产车间，开始了我国整套 制造轧机油膜轴承的新时期。 3. 测试技术，包括两部分：一部分为零件加工的测量技术，另一部分为试验研究 中的测量技术。 由于油膜轴承主要零件的加工精度高，要求测量精确、快捷。为了达到这一要求， 首先要有高精度的测量仪器(具)和与之相配套的辅助仪器(具)，同时，对加工中的测量 和加工完成后的质检测量，必须执行科学的测量方法和具有娴熟的技术。为此，除了 购买、定制高精度测量仪器(具)外，还设计、制造了专用仪器(具)及附具，执行一套科 学的测量方法和程序。这就保证了测量重复性好，精度高。 为深入了解油膜轴承工作时的参数情况，探讨规律性，太原重机厂从 1972 年开始 做了大量的试验室的台架测量和轴承在实际工作运行中的承载、转动、耗电、供油等 外部内部参数的测量工作。测试范围，包括轴承内部工作区域的油膜压力场、油膜厚 度场和油膜温度场等，这些场量的测量属于非常规性的，从测量传感器到二次仪表， 均无现成的可买，所以，要自行研制。以太原重机厂强度试验室为主体，建成一支专 业测试队伍，与清华大学等单位联合攻关，进行了测试技术和仪器仪表的研究、研制 工作，先后进行了电阻式、电感式、电容式和电涡流式测试技术与 一、二次仪器的研 究和研制，并成功地获得了大量数据，重复性好，规律性强，测量精度高。同时，还 对相关技术，包括定标、抗干扰、回转信号的输送，以及多种信号的同步测量、记录、 打印等进行了研究和应用。 4. 理论研究，在轧机油膜轴承主要零件研制成功后，原机械部把产品开发与理论 研究的任务同时下达给太原重机厂，60 年代初期的理论研究工作，主要是产品的设计 计算，其基础是以经验为主。 随着轧机装机水平的不断提高，带动了轧机油膜轴承的理论研究工作，真正自主 开展理论研究工作，始于 1974 年。当时的主要工作是探讨工作机理，从经典润滑理论 建立数学模型，数值计算方法，准解析方法等，把理论研究又引深一步。鉴于经典理 论的油膜峰值压力达 100MPa 以上，继而进行了弹流理论的应用研究工作，当时，研 究弹流的一些学者，只注重了反形接触的高副弹流的研究，而对滑动轴承，认为是非 典型弹流问题，甚至有人认为重载油膜轴承不属于弹流范畴。经过深入研究后，发现 膜厚 的周向分布出现了明显的“颈缩”这一弹流理论中特有的现象，膜后的轴向分布 也异于经典理论，油膜压力峰值位置后移，而且，偏心率可以计算到 1，证实了轧 机油膜轴承润滑理论属于弹流问题。随着现代连轧机向高速重载方向发展，继而又进 行了热弹流理论的研究。同时，也比较深入地进行了静动压润滑理论的研究工作， 设计开发了我国首套静-动压油膜轴承。 5. 产品开发，我国设计开发轧机油膜轴承，其基础是前苏联 50 年代初期制造的轴 承产品和一点工厂资料。当时的轧机油膜轴承，从性能上来说，只适用于低速轧制； 从结构上来说，比较陈旧，装拆、维护都很不方便。从 60 年代中期开始，我国自行设 计制造厚板、特厚板轧机和 1700mm 热、冷连轧机，在当时的国际环境下，轧机轴承 只能自行研制，由于特大型滚动轴承制造困难，就都采用了油膜轴承。 第一代国产轧机油膜轴承，以 4200mm 特厚板轧机的 1300mm 油膜轴承为代表， 属于低速重载，只是在结构上较苏式 油膜轴承有了较大改进,第二代国产轧机油膜轴承， 以 1700mm 热、冷连轧机的 1100mm 油膜轴承为代表，轧机速度提高了，结构设计 改进了，装拆的快速性改善了；第三代国产轧机油膜轴承， 以 650mm 板轧机的 500mm 静一动压油膜轴承为代表，轴承性能显著改善，承载能力提高了一倍，结构 设计也趋完善，接近摩戈伊尔轴承，是世界上继美国、前苏联之后第三个独立设计制 造静一动压油膜轴承的国家。我国轧机油膜轴承的独立开发能力，仅次于美国和前苏 联，但从静动压油膜轴承的深入研究与形式选择来说，我们优于他们。比如说，关 于油腔的设计，美国采用中央一个油腔，前苏联采用四个油腔，而我国采用轴向对称 双油腔 式，直到 1994 年，美国的静一动压油膜轴承才由单油腔改进为双油腔式，可 见一斑。标志轧机油膜轴承当代水平的是 90 年代初为酒泉钢铁公司研制的 1350mmTZ 牌油膜轴承，采用了对称双油腔静-动压油膜轴承液压锁紧、新型回转密 封、双向止推及快速装拆等先进技术。 6. 成套能力，中国轧机油膜轴承，共采用过三种类型：纯静压、纯动压、静动 压。纯静压油膜轴承未在轧机行业得到推广，纯动压油膜轴承被广泛地应用在各类可 逆轧机及热连轧机上，静动压油膜轴承主要用在冷连轧机上，也采用在强化轧制的 可逆轧机上。评价这三类油膜轴承的成套能力，以静动压油膜轴承为代表： (1) 轴承本体的设计与制造，在设计上，油腔形状、大小、数量、位置的确定，轴 承主要参数的选择，静压系统压力、流量、粘度的确定，数值计算、选优，以及在制 造上保证高承载能力、高运转精度等，都能自行完 成，并为用户提供 AGC 系统所需 要的油膜厚度变化修正曲线； (2) 超高压供油系统，在系统设计上，可以根据轧机的不同轧制制度，设计出适应 要求、安全可靠的超高压供油系统，并与轴承设计一起确定经济合理的压力流量参 数，还在系统中装备一套保证四个轴承中各油腔压力均衡的特殊装置。在超高压元器 件上，80 年代初，我国即已研制成功了工作压力为 100MPa、流量为 10Lmin 的泵、 集分流器、泄荷阀、压力表、软管、快速接头等，实现了国内自行成套，并投产使 用。 (3) 液压锁紧与快速装拆，快速装拆，在 70 年代末期即开始用于产品，满足现代 轧机， 特别是连轧机的使用要求。为更好地控制锥套轴向压紧力及快捷、安全的装拆， 80 年代初，即开始研制液压锁紧装置，现已成功地运用在产品上。 (4) 回转密封，现代轧机，特别是连轧机，轧制速度不断提高，对轴承回转密封的 要求也越采越严格。在吸纳当代各种回转密封优点的基础上，逐步改进形成了我国的 回转密封形式，从模具设计、胶料配方、硫化工艺、理化检验与成品测试等都成熟配 套。 从以上所列举的六个方面，不难看出，我国能成套设计制造动压、静动压轧机 油膜轴承及动压、静压供油系统，满足各类现代轧机的要求。可以这样说，中国轧机 油膜轴承技术，已经成为一个完整的系统工程技术，中国轧机油膜轴承技术是独立发 展起来的，是中国轧机油膜轴承工作者紧密配合，共同努力的结果；当前，又融进了 外国的先进制造技术，正在向更高的境界迈进。 轧机油膜轴承与滚动轴承相比,有许多不同之处,主要有以下一些特点。 承载能力大:承载能力的大小,是与滚动轴承相比较而言的。相比的条件是:轴承的 外径尺寸相同,或者说,与轴承相配合的轴承座内孔直径的尺寸相同。具体地说,是指油膜 轴承衬套外径与滚动轴承的外径尺寸相同。为便于说明,引用苏联的一个资料(见表 1-1)。 从这个表里,可以看到油膜轴承的承载能力远比滚动轴承大。可以看出，油膜轴承的承 载能力大约是滚动轴承的 2.5-5 倍。 使用寿命长:从原理上说,油膜轴承是液体摩擦轴承,是不会发生磨损的,实际上,即使 是正确地使用和妥善地维修,也是要发生磨损的,只是很轻微而已。油膜轴承的理论寿命 为15年20年,实际寿命要比理论的短些,国内一架轧机上的600 mm油膜轴承,衬套的 一个工作面用了6年7年还未见一点损坏。而滚动轴承在轧机上的使用寿命,就短得多 了。目前轧机上油膜轴承的寿命是滚动轴承寿命的几十倍。 结构尺寸小:结构尺寸小,是指在相同承载能力下,油膜轴承轮廓尺寸要比滚动轴承小。 这一优点,一直未被人们重视,但这却是一个很大的优点。一般地说,当辊身直径相同时, 轧机牌坊的窗口尺寸也相同,但油膜轴承尺寸小,轴承座上的余地大,这样,就可以在轴承 座的空余地方设置轧辊平衡缸、弯辊装置、牌坊预应力等装置,这对于现代大型板、带 材连轧机具有十分重要的意义。 摩擦系数低:油膜轴承的摩擦系数大抵与滚动轴承的相仿,一般在0.0020.005(0.008)之 间。摩擦系数低,意味着摩擦损耗低,就是能源消耗低。一台不算很大的轧机,它的轧制压 力为2 000 t3 000 t,主电机功率为10 000马力。从这个数据会发现:摩擦系数的增高与 降低,将关系到能量的浪费与节省,这对整个世界能源紧张的现状来说,意义是很重大的。 表1-1 油膜轴承与滚动轴承承载能力比较表 油膜轴承滚动轴承 轧辊直径 （mm）直径（mm） 承载能力 P1(MN) 型号 承载能力 P2（MN） P1/P2 2702901800.5120771280.173 2702901800.5120977260.114.64 2702901800.5135240.077.3 3503702501.0320771360.303.44 3503702501.0320977360.254.12 3503702501.0320977340.205.15 4805303501.91777520.424.55 130090011.60777/6504.602.52 1400100011.00777/750- 1400100011.00777/6604.102.68 抗冲击能力强:轴承的负载,就是轧制力。轧制力,就是轧件的变形抗力。一般地说, 轧件是在被轧辊咬入后进行轧制的,即载荷是突然建立起来的。所以说,冲击载荷是轴承 的受载特点。为什么油膜轴承的抗冲击能力比滚动轴承强呢?主要是在轴承衬套与锥套 之间的一层油膜垫起到了缓冲的作用。当轴受到冲击时,将被迫向轴承靠近,这就势必要 排挤掉轴承衬套与锥套间的油膜,可是,轴承衬套与锥套之间的油膜很薄(比如十几个微 米到几十个微米),油又粘,要想迅速将油挤走,必须要施加非常大的力。此力可以平衡突 加的载荷,使轴承免于受损。这是滚动轴承无法相比的。 抗污染能力强:从当前的实际情况看,钢铁厂的环境仍然不如机械加工厂。而轧机,特 别是热轧机,其环境条件就更差了:除了有大量的烟雾、粉尘之外,还有大量的喷溅起来的 冷却水和氧化铁皮。一般的轴承在这样的环境下工作是很容易受到污染的,而轴承一旦 遭到污染,混入异物,必将导致轴承过早的失效。但油膜轴承,因其具有良好的固定密封和 回转密封,使它在极差的环境下能长期正常工作,说明抗环境污染的能力是很强的。 润滑系统复杂:油膜轴承的润滑系统,要比滚动轴承的润滑系统庞大、复杂得多。油 膜轴承的膜厚是以 10m 级计的,所以要求过滤精度高;油膜轴承是以循环油润滑、