塑料机械中加热辊筒轴承支座的润滑和冷却
2013-09-13
大连塑料 穆传和 译
随着塑料工业迅猛发展，新的塑料原料不断出现，特别是需要高温加工的原料也大幅度地增长。因此，辊筒轴承润滑和冷却的问题亦需急待解决。
所以，制造厂提供的辊筒式加工机械，除了要求辊筒表面能达到给定的温度、温度场分布均匀、温度误差小而且稳定外，还必须解决辊筒轴承正常工作问题。
这个问题比较复杂，必须使用精密滚动轴承。而精密轴承必须用特种的润滑剂。通常在比辊面温度低得多的条件下使用。而且在辊颈的散热量高并能防止润滑液或冷却液落入带内装式加热器的辊筒内腔的条件下，保持辊筒均匀的温度场。
据有关资料介绍，为保证高温辊筒轴承支座的可靠的润滑和冷却。通常有两种解决办法：一是定期更换润滑脂，采用连续冷却轴承体的办法：再就是在轴承上直接配置连续润滑和冷却装置。从结构型式看，种方法简单，但只适于在温度不大于200℃条件下工作的辊简。据美国专利3645593308/891972介绍。将轴承内圈压配到空心的密封轴承体上，轴承体内充有高导热性液体。在轴承体外表面上有散热片，为提高散热效果，散热片可用油或水或者空气进行强制冷却。同样也可以配置轴承外圈的冷却装置。捷克专利185909H02K9/20介绍，为增强导热性，可采用按“热导管”原理工作的散热元件。由于这种装置复杂，因而没有得到广泛地应用。通常用的轴承外圈冷却装置是美国专利3352206308-771968（图a）在夹套3内在轴承5的固定外圈上加工有一条螺旋通道4，泵2通过螺旋通道4压送换热器1中的冷却液。这种结构型式不是Z有效的，因为内圈发热时冷却外圈就可能导致轴承抱瓦。同时使得用于冷却旋转辊筒以及轴承内圈的冷却装置结构更加复杂化。
所以，制造厂提供的辊筒式加工机械，除了要求辊筒表面能达到给定的温度、温度场分布均匀、温度误差小而且稳定外，还必须解决辊筒轴承正常工作问题。
这个问题比较复杂，必须使用精密滚动轴承。而精密轴承必须用特种的润滑剂。通常在比辊面温度低得多的条件下使用。而且在辊颈的散热量高并能防止润滑液或冷却液落入带内装式加热器的辊筒内腔的条件下，保持辊筒均匀的温度场。
据有关资料介绍，为保证高温辊筒轴承支座的可靠的润滑和冷却。通常有两种解决办法：一是定期更换润滑脂，采用连续冷却轴承体的办法：再就是在轴承上直接配置连续润滑和冷却装置。从结构型式看，种方法简单，但只适于在温度不大于200℃条件下工作的辊简。据美国专利3645593308/891972介绍。将轴承内圈压配到空心的密封轴承体上，轴承体内充有高导热性液体。在轴承体外表面上有散热片，为提高散热效果，散热片可用油或水或者空气进行强制冷却。同样也可以配置轴承外圈的冷却装置。捷克专利185909H02K9/20介绍，为增强导热性，可采用按“热导管”原理工作的散热元件。由于这种装置复杂，因而没有得到广泛地应用。通常用的轴承外圈冷却装置是美国专利3352206308-771968（图a）在夹套3内在轴承5的固定外圈上加工有一条螺旋通道4，泵2通过螺旋通道4压送换热器1中的冷却液。这种结构型式不是Z有效的，因为内圈发热时冷却外圈就可能导致轴承抱瓦。同时使得用于冷却旋转辊筒以及轴承内圈的冷却装置结构更加复杂化。
（a）内圈冷却
从保证轴承支座正常工作的观点看，冷却和润滑装置相互配合使用是一种行之有效的方法。用这种方法，液体润滑剂同时也作为冷却剂用，直接通过轴承循环，在没有外置的冷却和加液体系统时，能保证冷却润滑液直接通过轴承进行循环的方法是法国专利2264217F16C33/661976（图b）。在固定轴承座底部上有一个液体润滑剂油箱1，在旋转辊筒3上装一个混合装置2。当辊筒旋转时，能保证来自油箱的润滑剂通过轴承进行循环，Z后返回到油箱。这种装置只有在辊筒和混合装置高速旋转时才能稳定地工作。
（b）冷却润滑剂通过轴承循环冷却润滑
更有效的方法是西德专利2225619F16N7/32，它是一种强制加油雾式冷却程滑剂（图c）。它是左用悬浮油粒子润滑轴承3的同时冷却压缩空气流通过喷嘴4射入，这样来达到冷却效果。回油通过向截面不同的管路2和1加压缩空气的办法，利用注射效应经过管略5回收。
（c）用油雾润滑与冷却
当辊筒的要求工艺温度不同时，可采用这种方法来冷却和润滑结构不同的轴承支座。
上述装置还有许多改型结构，如西德专利2542036F16N7/301977，它可以按系统内的温度传感器调节油雾流，再如罗马尼亚专利84609F16N3/10，1984，它是集中射流有选择的冷却轴承座各个元件。西德有的用连续射流，美国有的用短脉冲射流（美国专利4187939184/1R，1980）但在辊筒温度很高时，由于冷却介质（空气）热容量低，用喷射油雾的装置不能保证轴承的有效的冷却。
所以，不管是从润滑的观点，还是从冷却的观点看，Z有效的润滑冷却装置是过通对轴承进行强制润滑和冷却。但这种装置的结构型式相当复杂，因为它必须能防止润滑剂通过旋转的和固定的零件之间间隙流出。法国专利2229885F16C36/66，1975（图d）就是将外部润滑冷却液通过轴向和径向孔8和9强制地加到轴承1上，孔8和孔9钻在不动的辊筒2上。轴承冷却后，润滑剂再通过转动轴承座5上的径向和轴向孔3和4汇集到连接管6内，再通过支管7导入外油箱内。
上述装置还有许多改型结构，如西德专利2542036F16N7/301977，它可以按系统内的温度传感器调节油雾流，再如罗马尼亚专利84609F16N3/10，1984，它是集中射流有选择的冷却轴承座各个元件。西德有的用连续射流，美国有的用短脉冲射流（美国专利4187939184/1R，1980）但在辊筒温度很高时，由于冷却介质（空气）热容量低，用喷射油雾的装置不能保证轴承的有效的冷却。
所以，不管是从润滑的观点，还是从冷却的观点看，Z有效的润滑冷却装置是过通对轴承进行强制润滑和冷却。但这种装置的结构型式相当复杂，因为它必须能防止润滑剂通过旋转的和固定的零件之间间隙流出。法国专利2229885F16C36/66，1975（图d）就是将外部润滑冷却液通过轴向和径向孔8和9强制地加到轴承1上，孔8和孔9钻在不动的辊筒2上。轴承冷却后，润滑剂再通过转动轴承座5上的径向和轴向孔3和4汇集到连接管6内，再通过支管7导入外油箱内。
（d）油液通过轴承强制循环
日本专利49-41277，53A201，1979和美国专4384749，308/187，1983介绍了一种用能够改变润滑液流动方向的辅助环可以使轴承圈和滚动体（滚珠和滚捧）完全润滑冷却。
在某些情况下，可采用外圈带径向孔的专用轴承，这样可以完全避免滞流区并可大大提高润滑冷却效果（日本专利52-11368，53A201，1977)，如图e所示，在这种结构中，在固定的轴承体5上沿着轴承4的外圈8（不低于其圆周的一半）配置一个接油槽7，该油槽与小油箱3相连，同时还通过孔2与轴承4的内腔相通，孔2位于轴承外圈下部。油槽7通过管路6与油槽（图上未示出）相连。小油箱3通过轴承内腔与排油管路1相连。润滑剂从下面通过轴承外圈上的孔加入，这样可强化其在轴承内腔中循环并可避免产生滞流区。
在某些情况下，可采用外圈带径向孔的专用轴承，这样可以完全避免滞流区并可大大提高润滑冷却效果（日本专利52-11368，53A201，1977)，如图e所示，在这种结构中，在固定的轴承体5上沿着轴承4的外圈8（不低于其圆周的一半）配置一个接油槽7，该油槽与小油箱3相连，同时还通过孔2与轴承4的内腔相通，孔2位于轴承外圈下部。油槽7通过管路6与油槽（图上未示出）相连。小油箱3通过轴承内腔与排油管路1相连。润滑剂从下面通过轴承外圈上的孔加入，这样可强化其在轴承内腔中循环并可避免产生滞流区。
（e）通过轴承外圈上的径向孔加冷却润滑剂
当采用低粘度液体循环冷却和润滑时，必须保证轴承组件旋转部分的可靠密封。在这种情况下，不仅要防止液体滴漏。而且不允许润滑剂流到辊筒内腔，因为高温辊筒（达400'℃）通常都配有电加热器。在研制密封装置时，必须考虑辊筒机的特点，如果是传动辊筒，则必须保证其密封性而且可以利用任何一种密封型式（接触式或非接触式）。如果是非传动辊，则必须Z大限度地减少辊筒的摩擦力矩，而且Z好用无接触密封装置。据美国专利4243232277/37，1982和英国专利18581703F2B，1980介绍，作为接触式密封装置主要采用结构不同的皮碗式密封装置。据日本专利58-1871153A201，1984和50-27752Ⅱ41，1975报道，无接触式密封装置通常用各种改型的迷宫式密封装置。迷宫式密封装置相当可靠，但在研制这种密封装置时，必须解决两个问题，一是必须保证防止润滑剂溢流的Z小间隙，另一个是在辊颈上温度场变化和辊身有轴向窜动的条件下，必须克服密封装置活动元件擦伤。实际上，在旋转状态下，由于密封装置密封性变坏，为防止擦伤，通常都增大间隙。英国专利1315309F2B，1973（图f）介绍一种方法，也是人们普遍惑兴趣的，它是用加压缩空气的方法对旋转辊筒轴承进行无接触密封。压缩空气从轴承体7上的孔6加到环形管路5上，其中的一部分压缩空气经过带螺旋通道4的旋转轴2和固定的轴承7之间的间隙排除，而另一部分通过轴承8的同时可防止润滑剂从其中溢出。为使空气能从轴承中出去，在轴2上钻有轴向孔3，该孔Z少要通过一个径向孔9与轴承腔相连，为防止润滑剂被空气带走，孔9用多孔过滤材料10堵上。滞留在过滤器上的润滑剂在离心力的作用下向轴承腔旋转。在这种结构中没有摩擦和快速摩损的密封表面，而工作的可靠性与轴的转速无关。
（f）无接触连接密封
来源：《塑料科技》1993年第01期
