油膜軸承的制作方法
【專利摘要】一種用于在軋機中支撐軋輥頸部的油膜軸承，特別地適合用于在軸承的配合件輕微地且緩慢地彼此相對移動時傳輸高軸承力，所述油膜軸承具有軸承表面，由減小摩擦的材料(例如低摩擦化合物)制成的沿與軸承表面基本垂直的方向延伸的桿被裝入軸承表面中。桿在熱處理期間變形以限定軸承表面。軸承的配合件例如輥套抵靠在變形桿的自由面上。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及油膜軸承領域的進一步改進，并且更特別地涉及用于在軋機中可旋轉 地支撐軋輥頸部的軸承。 油膜軸承
【背景技術】
[0002] -種油膜軸承的示例是可以從奧地利林茨市的西門子公司（Siemens AG)獲得的 "M0RG0IL"軸承。M0RG0IL軸承具有在相對較大的區域上分配軸承負載的流體動力設計。軸 承在其上操作的油膜具有強大的承載能力，并且在按預期發揮作用時消除由金屬與金屬的 接觸造成的磨損。當在軋輥機架上使用時，通過套裝在軋輥頸部上的旋轉套筒以及安裝在 軸承座中的非旋轉軸套的流體動力作用持久地保持油膜。
[0003] 軋機油膜軸承通常包括軸向地接收在軋輥頸部上并且可旋轉地固定到軋輥頸部 的套筒。套筒被安裝在軋機殼體中的軸承座中包含的軸套圍繞。在使用時，套筒被可旋轉 地支撐在薄油膜上，薄油膜被流體動力地保持在套筒和軸套之間的軸承負載區域中。
[0004] 套筒可以是用于在圓柱形或"平直"軋輥頸部上使用的內圓柱形，或者可以是用于 在漸縮的軋輥頸部上使用的內漸縮形。此外，套筒可以是"自鎖定"或"非鎖定"的。自鎖 定套筒通過干涉配合摩擦地固定到軋輥頸部，而非鎖定套筒需要鍵等以實現與軋輥頸部的 機械相互接合。
[0005] 參考圖1，一個這樣的套筒以標記13示出為軋機油膜軸承12的組成部件。套筒13 被可移除地接收在軋輥頸部的漸縮部16上并且通過鍵14等被可旋轉地固定到軋輥頸部。 套筒被軸套18圍繞并且被固定在軸承座20中。在使用時，如前所述，套筒被可旋轉地支撐 在薄油膜（未示出）上，薄油膜被流體動力地保持在套筒和軸套之間的軸承負載區域中。
[0006] 參考圖2,將看到套筒13具有長度為L的內漸縮部21，軸向地延伸超出內漸縮部 的外側端的端部22,以及圍繞內漸縮部的圓柱形外表面23。圓柱形外表面具有直徑D (通 常也稱為"軸頸"直徑）。內漸縮部具有錐角α，在其內側端具有最小厚度t，并且在其鄰接 端部22的外側端具有最大厚度t'。鍵槽15與鍵14機械相互接合地共同租用，其中鍵和鍵 槽都位于內漸縮部21的外側并且全部位于端部22內。
[0007] 參考圖3,將看到現代的"M0RG0IL"潤滑系統向軸承輸送可控的油供給。當軋輥 轉動時，套裝在軋輥頸部上并通過鍵固定以防止滑脫的套筒在被固定到軸承座的固定軸套 中轉動。軸承負載被分配在整個負載區域上并且通過輸送油流過軸承座中的內部通道到達 軸頸而確保油膜的連續性。當需要在高負載和低速度下持續操作時，當軋機以反轉模式操 作、經常改變轉動方向時，或者當在長時間停機后需要在負載下啟動軋機時，要在油膜軸承 中使用流體靜力學。高壓泵將潤滑劑輸送到軸承的負載區域中，確保在所有的軋制狀態下 軸承的全膜操作。
[0008] 圖4示出了穿過套筒和軸套截取的截面圖，示出了潤滑管道以及用于引入和排出 潤滑劑的端口。
[0009] 為了保護軸套體從與套筒的金屬與金屬的接觸中免受機械破壞，軸套體注入有所 謂的白合金，白合金是一種相對較軟的提供應急軸承特性的金屬。圖5a是穿過軸套18的 截面并且示出了相當有韌性的白合金填充物17由肩部19支撐。隨著在增加輸出的同時減 小軋機的尺寸的不斷努力，軸承的單位負載能力也有所增加。為了滿足這種需求，MORGOIL 引入了高強度巴氏合金（HSB)的白合金軸承材料。這種專有的巴氏合金得到了更高的承載 能力。圖5b示出了含有HSB的MORGOIL軸套。
[0010] 標準白合金軸套以及HSB軸套的明顯限制包括在鋼軸套和白合金之間隔離的風 險、高成本以及在緊急操作狀態例如低油壓或不穩定的油膜狀態下有限的承載能力。
【發明內容】
[0011] 本發明提供了 一種油膜軸承，所述油膜軸承相對于傳統的包括HSB軸套的 MORGOIL軸承具有改進的操作特性。
[0012] 根據本發明，一種油膜軸承特別地適合用于在軸承的配合件輕微地且緩慢地彼此 相對移動時傳輸高軸承力，所述油膜軸承具有軸承表面，由減小摩擦的材料（例如低摩擦 化合物）制成的沿與軸承表面基本垂直的方向延伸的桿被裝入軸承表面中。桿在熱處理期 間變形以限定軸承表面。軸承的配合件例如輥套抵靠在變形桿的自由面上。低摩擦材料可 以包括聚四氟乙烯（PTFE)材料或其他已知的材料例如超高分子量（UHMW)聚合物。在優選 的實施例中，玻璃增強型PTFE材料被用于限定軸承表面。
[0013] 在本發明的一個實施例中，一種用于在軋機中可旋轉地支撐軋輥頸部的油膜軸承 包括旋轉套筒部和軸套。軸套包括具有低摩擦軸承表面的軸承座。旋轉套筒部的外表面被 可旋轉地支撐在低摩擦軸承表面上的油膜上。
[0014] 本發明還涉及一種用于在油膜軸承中使用的軸套，所述油膜軸承是用于在軋機中 可旋轉地支撐軋輥頸部的類型。軸套具有接合旋轉套筒部的內表面。套筒部的外表面適合 用于在軸承的負載區域被可旋轉地支撐在油膜上。軸套包括軸承座和被連接到軸承座并支 撐旋轉套筒部的外表面的低摩擦軸承表面。
[0015] 根據本發明的軸承組件對于相同尺寸的軸承提供了更高的負載能力，并且減少了 初始成本和操作成本。此外特定的低摩擦軸承表面與給定的白合金技術相比提供了明顯減 小的摩擦系數。這將在任何類型的緊急情況下形成對套筒的明顯更好的保護。低摩擦軸承 表面還能完全抵抗由油或油中任何類型的夾雜物所導致的任何種類的化學影響。因此，本 發明提供了與標準的白合金軸套相比明顯延長的壽命。
[0016] 以上已經相當寬泛地概述了本發明的特征和技術優點，目的是為了能夠更好地理 解隨后本發明的詳細描述。將在以下介紹構成本發明權利要求主題的本發明的附加特征和 優點。本領域技術人員應該理解的是，公開的概念和具體實施例可以輕易地用作用于修改 或設計其他結構的基礎，以用于實現本發明的相同目的。本領域技術人員還應該意識到這 樣的等同結構（例如，在非旋轉應用中）并不背離由所附權利要求闡述的本發明的實質和 范圍。在結合附圖考慮時，確信構成本發明特征的新穎特征將根據以下的說明在其組織和 操作方法以及更多的目標和優點等方面得到更好地理解。然而，要明確理解的是，每一張附 圖僅提供用于說明和描述，并不應理解為限制本發明的定義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是現有技術中的軋機油膜軸承的截面圖。
[0018] 圖2是現有技術中的軋機油膜軸承的套筒的截面圖。
[0019] 圖3是用于油膜軸承的潤滑系統的示圖。
[0020] 圖4是油膜軸承的套筒和軸套的截面圖。
[0021] 圖5a是油膜軸承的軸套的截面圖。
[0022] 圖5b是油膜軸承的軸套的透視圖。
[0023] 圖6是適合用于與本發明的軸套一起使用的軸承組件的截面圖。
[0024] 圖7是適合用于與本發明的軸套一起使用的軸承的截面圖。
[0025] 圖8是適合用于與本發明的軸套一起使用的軸承的截面圖。
[0026] 圖9是根據本發明一個實施例的軸套在熱變形之后的截面圖。
[0027] 圖10是根據本發明另一實施例的軸套的截面圖。
[0028] 圖11是根據本發明另一實施例的軸套的截面圖。
[0029] 圖12是圖9中的軸套在熱變形之前的截面圖。
[0030] 圖13示出了在熱定形過程之前的圖9中的軸套。
[0031] 圖14示出了在熱定形過程之后的圖13中的軸套。
[0032] 圖15示出了根據本發明的油膜軸承的制造過程。
[0033] 圖16示出了包括集成的距離測量傳感器的圖14中的軸套。
[0034] 圖17是根據本發明裝有集成軸向傳感器的油膜軸承的局部視圖。
【具體實施方式】
[0035] 參考附圖，圖6是穿過軸承組件截取的截面圖，該軸承組件具有頸部密封1，冷卻 劑密封2,軸承座3,軋輥頸部4,套筒5,巴氏合金6,鍵7,軸套8,止推軸承組件9,液壓卡口 鎖定10和鎖定片11。圖6示出了 M0RG0IL KL型軸承。本發明主要涉及軸套8和巴氏合金 6〇
[0036] 圖7是也適合用于與本發明的新型軸套8-起使用的M0RG0IL N型軸承的截面圖。 圖8是也適合用于與本發明的新型軸套8-起使用的M0RG0IL SN型軸承的截面圖。本發 明的應用并不局限于特定種類的油膜軸承。根據本發明可以實現多種不同的軸承。本發明 的內容能夠適當地應用于多種不同的軸承類型、尺寸、類別和設計。
[0037] 圖9示出了本發明的軸套8的巴氏合金表面46。巴氏合金表面46限定了滑動軸 承。如上所述，在巴氏合金表面46和套筒或其他組件之間建立油膜。軸套8具有軸承座40 或支撐件，軸承座40或支撐件可以具有任意的形狀和形式并且在油膜軸承的情況下是環， 由減小摩擦的材料特別是玻璃增強型聚四氟乙烯（PTFE)制成的沿基本垂直于軸承表面的 方向延伸的桿42被裝入環中。軸承的配合件例如圖6中的輥套5抵靠在桿的自由面上。
[0038] 圖10和11是穿過軸套8截取的截面圖，示出了軸承座40和鉆孔44。在圖示的實 施例中，鉆孔44基本為圓柱形并且在軸承座40和桿42之間可以具有表面粗糙度提升粘合 齊U。在其他的實施例中，鉆孔44可是非圓柱形。仍然在其他的實施例中，鉆孔44可以包括 底切或其他結構以促進桿42和軸承座40之間在熱變形之前和/或之后的互連。例如，鉆 孔44可以包括螺紋或類似的結構。可以在鉆孔44中使用各種底切或其他結構以促進桿42 和軸承座44之間的連接。桿42不必為圓柱形，而是可以采用另一種形狀。桿42不需要與 鉆孔44的構造匹配，例如方形桿42可以插入圓形鉆孔44,或者相反地在方形或橢圓形孔中 插入圓形桿或橢圓形桿。桿42可以采取各種不同的構造。例如，兩根或更多根不同尺寸的 桿42可以插入兩個或更多個不同尺寸的鉆孔44。在某些應用中，包括兩個或更多個不同尺 寸的桿42和鉆孔44以提高軸承表面的覆蓋面積可以是有利的。如圖所示，鉆孔44的上邊 緣可以有倒角、有斜角或以其他方式構造。
[0039] 圖12是軸套8的截面圖，示出了在熱變形之前的軸承座40和桿42。桿42在制造 過程中插入鉆孔44。桿42可以包括不同直徑的桿。例如，兩根或更多根不同尺寸的桿42 可以插入兩個或更多個不同尺寸的鉆孔44。使用不同尺寸的桿42可以是有利的，以使得在 熱變形之后桿材料的覆蓋面積最大化。圖9示出了在熱變形之后的桿42。桿42的變形端 可能需要另外的機械加工以得到合適的軸承表面46。
[0040] 圖13示出了將桿42插入鉆孔44的軸套8。圖14示出了在桿42的端部變形以限 定軸承表面期間的熱定形過程之后的圖13中的軸套。
[0041] 圖15示出了制造過程，在此期間一對半圓柱形模具50被插入軸套8并由液壓缸 52擴展。利用力和溫度，模具50接合桿42并使桿42變形以限定基本為圓柱形的PTFE軸 承表面。
[0042] 該制造過程應包括以下步驟：在軸套座40中限定鉆孔，將PTFE桿42插入鉆孔， 將PTFE桿42熱處理至得到一定程度可塑性的溫度，將半模具50和液壓缸52插入軸套座 40,并擴展半模具50以接合PTFE桿42和使PTFE桿42變形成基本為圓柱形的PTFE軸承 表面。變形桿42端部的另外的加工步驟可能是構造軸承表面所必須的。
[0043] 根據本發明，鉆孔44可以垂直于軸承表面或者可以相對于軸承表面偏移。鉆孔44 可以是封閉或端部開口的，并且可以包括兩個或更多個不同尺寸的孔。此外，鉆孔44沿其 長度可以是圓柱形、結構化或漸縮的。鉆孔44的頂部邊緣可以有倒角。
[0044] 根據本發明，燃料桿42可以由低摩擦材料例如但不限于聚四氟乙烯（PTFE)材料 制成，或者由通過其他類型的低摩擦聚合物例如超高分子量（UHMW)聚合物制備的材料制 成。桿42可以用玻璃纖維或其它增強纖維加強，例如但不限于KEVLAR、碳纖維、陶瓷和納米 纖維。桿42可以是相同的尺寸，或者在給定的軸套中可以使用兩種或更多種不同尺寸的桿 42。例如，在軸套中的桿可以具有不同的直徑、長度、材料等。
[0045] 本發明的油膜軸承中的軸承座40、結構或環優選地由鋼合金例如淬火和調質和/ 或硬化的鋼合金形成。軸承座、環或結構中的軸承表面的區域可以在端部開口或者被凸緣 封閉。
[0046] 桿42可以在軸承座40中成行地布置，所述行垂直于軸承表面延伸，或者與運動的 優選方向成任意合適的角度延伸。桿42可以成行地布置，其中相鄰的行彼此偏移一定的距 離，例如但不限于與一行內的桿之間的間距的一半相等的距離。
[0047] 可以通過附加和特定的涂層覆蓋本發明的油膜軸承的低摩擦軸承表面以增加表 面保護和/或減小總體摩擦系數。新型涂層例如先進的納米粒子涂層可以被用于為低摩擦 軸承表面提供進一步的保護或增強的性能。軸承表面上的潤滑劑可以包括在低摩擦表面上 優化其用途的特定添加劑。潤滑劑還可以包括保護整個油膜應用中的整個油系統或電路免 受造成生物腐蝕的特定類型細菌的污染。
[0048] 傳感器可以設置在本發明的軸承中以提供溫度、流量和/或壓力信息。傳感器也 可以被設置用于提供相關狀態的信息例如但不限于潤滑狀態、水污染的存在性和pH值的 狀態。
[0049] 傳感器也可以被設置用于檢測某些生物制劑例如造成腐蝕的生物制劑的存在。也 被稱為微生物腐蝕或生物腐蝕的微生物誘導腐蝕（MIC)是由于微生物代謝活動造成的金 屬退化。現有幾種已知的在pH值范圍約為4-9且溫度范圍約為10°C到50°C的水和土壤中 對碳鋼、不銹鋼、鋁合金和銅合金造成微生物誘導腐蝕的細菌。這些細菌可以寬泛地分類成 好氧型（需要氧氣變得活躍）或厭氧型（氧氣對細菌有毒）。硫酸鹽還原菌（SRB)是厭氧 型并且是造成船舶和海上鋼結構的加速腐蝕破壞的大部分情況的原因。鐵和錳的氧化細菌 是有氧型并且經常與焊縫處不銹鋼上的加速點狀腐蝕相關聯。
[0050] 如圖16所示，動態地檢查油膜厚度的任何變化的徑向距離測量傳感器60可以集 成到軸套和/或低摩擦軸承表面中。該測量可通過感應（或其他的技術）實現，并且可以 被集成到特定的油膜軸承狀態監測系統中作為獨立系統和/或被集成到現有的總體軋機 控制系統中。
[0051] 如圖17所示，附加的軸向傳感器62可以被集成到軸套中以檢查和控制套筒的軸 向運動和/或位移。這可以通過感應（但不限于該方法）實現，并且可以被集成到特定的 油膜軸承狀態監測系統中作為獨立系統和/或被集成到現有的總體軋機控制系統中。
[0052] 盡管已經詳細介紹了本發明及其優點，但是應該理解的是，本文可以進行各種修 改、替換和改變而并不背離由所附權利要求限定的本發明的實質和保護范圍。此外，本申請 的保護范圍不應理解為受限于在說明書中介紹的過程、機械、制造、物質組成、裝置、方法和 步驟的特定實施例。本領域普通技術人員根據本發明的公開內容很容易想到可以根據本發 明使用的現有或今后開發的過程、機械、制造、物質組成、裝置、方法或步驟來執行與本文所 述的對應實施例基本相同的功能或實現基本相同的結果。因此，所附權利要求應被理解為 在其保護范圍內包括這些過程、機械、制造、物質組成、裝置、方法或步驟。
【權利要求】
1. 一種用于在軋機中可旋轉地支撐軋輥頸部的油膜軸承，所述油膜軸承包括： 具有外表面的旋轉套筒部；以及 軸套，所述軸套包括具有低摩擦軸承表面的軸承座，其中所述旋轉套筒部的外表面被 可旋轉地支撐在低摩擦軸承表面上的油膜上。
2. 根據權利要求1所述的油膜軸承，其中所述軸承表面由多根變形桿限定。
3. 根據權利要求2所述的油膜軸承，其中所述多根桿中的每一根被接收在軸承座內的 開口中。
4. 根據權利要求3所述的油膜軸承，其中所述軸承座內的開口是鉆孔。
5. 根據權利要求2所述的油膜軸承，其中所述桿在制造過程中熱變形以限定基本為圓 柱形的軸承表面。
6. 根據權利要求4所述的油膜軸承，其中所述鉆孔垂直于所述軸承表面或相對于所述 軸承表面偏移。
7. 根據權利要求2所述的油膜軸承，其中所述桿包括用加強纖維增強的聚四氟乙烯。
8. 根據權利要求4所述的油膜軸承，其中所述鉆孔是封閉或端部開口的。
9. 根據權利要求4所述的油膜軸承，其中所述鉆孔包括兩個或更多個不同尺寸的孔。
10. 根據權利要求4所述的油膜軸承，其中所述鉆孔沿其長度是圓柱形、結構化或漸縮 的。
11. 根據權利要求4所述的油膜軸承，其中所述鉆孔的頂部邊緣有倒角。
12. 根據權利要求1所述的油膜軸承，其中所述軸承座由鋼合金形成。
13. 根據權利要求2所述的油膜軸承，其中所述桿被成行地設置，所述行垂直于運動的 優選方向延伸或者與運動的優選方向成一定角度地延伸。
14. 根據權利要求13所述的油膜軸承，其中相鄰的行彼此偏移的量大于或等于在一行 中的桿之間的間距的一半。
15. 根據權利要求1所述的油膜軸承，其中所述軸承表面被涂層覆蓋以增加表面保護 和/或減小總體摩擦系數。
16. 根據權利要求15所述的油膜軸承，其中所述涂層包括納米粒子涂層。
17. 根據權利要求1所述的油膜軸承，進一步包括具有添加劑的潤滑劑以保護油系統 免受造成生物腐蝕的細菌的污染。
18. 根據權利要求1所述的油膜軸承，進一步包括設置在軸套中以提供溫度、流量和/ 或壓力信息的傳 感器。
19. 根據權利要求1所述的油膜軸承，進一步包括用于提供與潤滑狀態、水污染或pH值 的狀態相關的信息的傳 感器。
20. 根據權利要求1所述的油膜軸承，進一步包括用于徑向距離測量以動態地監測油 膜厚度變化的傳 感器。
21. 根據權利要求1所述的油膜軸承，進一步包括集成到軸套中以檢查和控制套筒部 的軸向運動和/或位移的軸向傳 感器。
【文檔編號】F16C33/20GK104114885SQ201280058958
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年10月4日 優先權日:2011年10月4日
【發明者】J·科爾特斯 申請人:科爾特斯工程有限責任兩合公司, 約亨·科茨