中厚板軋機滾動軸承的應(yīng)用技術(shù)及失效分析與預(yù)防方法
2013-03-29
摘 要：本文介紹了中厚板軋機選用滾動軸承的因素，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境以及軋制速度，拆裝等多方面因素進行了系統(tǒng)的分析。并總結(jié)出滾動軸承失效的原因，以及如何處理解決的方法。對提高軸承使用壽命及延長軋機的工作時間具有十分重要的意義。
關(guān)鍵詞：滾動軸承；失效模式；對策
0 前言
冶金行業(yè)軋機軸承產(chǎn)品一般常用滾動軸承，滾動軸承有很多種類型或結(jié)構(gòu)，每一種類型呀結(jié)構(gòu)都有各自獨特的性能和適合應(yīng)用的場合。在實際工作中，因為軸承選型不當(dāng)所造成的軸承故障或早期損壞失效的事例很多，因此軸承類型的選擇和正確的安裝使用都具有十分重要的作用。
1 中厚板軋機選用滾動軸承的主要因素[1]
影響滾動軸承選擇的主要因素有：安裝空間、載荷大小、載荷方向、調(diào)心性能、運轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)精度、軸向位移等，同時必須考慮到軸承的安裝與拆卸，例如，冶金行業(yè)軋輥軸承可選用內(nèi)圈無擋邊的四列圓柱滾子軸承或多列圓錐滾子軸承，可方便地與軋輥輥頸和軸承箱孔進行安裝。
1.1 安裝容積的要求
從軸承的安裝容積來說，四列圓柱滾子軸承和四列圓錐滾子軸承的徑向尺寸受到限制時都能依據(jù)軋輥的輥頸直徑選擇軸承外徑適合軋輥Z大修磨量的輥體直徑的要求。但就軸承的承載力來講，四列圓柱滾子軸承的徑向承載能力要比相同尺寸的四列圓錐滾子軸承的要大。四列圓柱滾子軸承不能隨軸向載荷，必須要在軋輥上安裝隨軸向載荷的軸承，才能發(fā)揮四列圓柱滾子軸承承受徑向載荷的優(yōu)點，需要增加軋輥的長度和設(shè)備的制造重量。四列圓錐滾子軸承在承受徑向載荷的同時能承受軸向載荷，使軋輥軸承的安裝比較簡單，但當(dāng)軸承內(nèi)部存在間隙時，四列圓錐滾子軸承在軸向載荷的作用下，有可能造成其中的兩列滾子卸載，降低了軸承的承載能力。在這種情況下選擇四列圓柱滾子軸承作為軋輥軸承要優(yōu)于四列圓錐滾子軸承。
1.2 軋制速度的要求
在選擇軋輥軸承結(jié)構(gòu)時，除考慮軸承的承受能力外，軸承允許的軋制速度也是很重要的，從軸承允許Z高轉(zhuǎn)速來說在同等潤滑和冷卻的條件下，四列圓柱滾子軸承和四列圓錐滾子軸承都允許有較高的旋轉(zhuǎn)速度，但當(dāng)軋制速度超過30m/min時，四列圓柱滾子軸承的高速性能要好于四列圓錐滾子軸承，這是由于圓錐滾子軸承的保持架加工不可能像四列圓柱滾子軸承的保持架一樣加工的比較精密，使用權(quán)滾子的在離心力的作用下，套圈和滾子與保持架的磨擦減少。 中厚板3500產(chǎn)線軋機采用四列圓柱滾子軸承和深溝球軸承組合，就是充分利用該兩種軸承的轉(zhuǎn)速性能。
1.3 快速安裝和拆卸的要求
將軋輥軸承箱在軋國的軸頸上進行快速安裝和拆卸，實現(xiàn)軋機的頻繁快速換輥是軋機對軋輥軸承的又一要求。四列圓錐滾子軸承只有在軸承內(nèi)徑與軋輥軸頸采用間隙配合的情況下，才能實現(xiàn)軸承在軸頸上的快速裝卸。但是這種配合在中速和高速的情況下，經(jīng)常會導(dǎo)致輥頸的磨損，即使在軸承內(nèi)圈的內(nèi)徑圓周上增加螺旋潤滑槽，也不可能把磨損控制到極限以內(nèi)，四列圓柱滾子軸承，由于其為可分離型，軸承外圈和滾子軸承保持架組件可與內(nèi)圈分離，內(nèi)圈過盈配合安裝在軋輥的軸頸上，軸承箱與軋輥成可分離型，而且可互換。當(dāng)軋機變換軋制程序時，可以自由地選擇軋輥與軸承箱組合，實現(xiàn)快速換輥的目的，避免了軸承內(nèi)圈與輥頸磨損的問題，中厚板3500產(chǎn)線軋機采用四列圓柱滾子軸承，使用效果良好。
2 滾動軸承的失效模式及對策
滾動軸承是軋機常用的精密備件之一，如果使用或維護不當(dāng)就會造成故障，影響軸承壽命和軋機的使用壽命。在使用實踐中，經(jīng)常出現(xiàn)軸承損壞現(xiàn)象，通過總結(jié)就幾種常見的失效模式進行分析，并給出相應(yīng)的解決方法。
2.1 溝道單側(cè)極限位置剝落失效模式及對策
失效原因：溝道單側(cè)極限位置剝落主要表現(xiàn)城溝道與擋邊交界處有嚴(yán)重的剝落環(huán)帶。產(chǎn)生原因是軸承安裝不到位或運轉(zhuǎn)過程中突發(fā)軸向過載。
對策：確保軸承安裝到位或?qū)⒆杂蓚?cè)軸承外圈配合改為間隙配合，以期軸承過載時使軸承得到補償。如果無法確保安裝到位，可以提高潤滑劑的油膜厚度（提高潤滑油的粘度），或減低軸承的負(fù)載等方法來減少軸承的直接接觸。
2.2 溝道在圓周方向呈對稱位置剝落失效模式及對策
失效原因：對稱位置剝落表現(xiàn)在內(nèi)圈為周圍環(huán)帶剝落，而外圈呈周向?qū)ΨQ位置剝落（即橢圓的短軸方向），其產(chǎn)生原因主要是因為軸承箱孔橢圓過大。當(dāng)軸承壓入橢圓偏大的軸承箱孔中時，使軸承外圈子產(chǎn)生橢圓，在短軸方向的游隙明顯減少甚至負(fù)游隙。軸承在載荷的作用下，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生周向剝落痕跡，外圈子只在短軸方向的對稱位置產(chǎn)生剝落痕跡。
對策：提高軸承箱孔加工精度。
2.3 滾道傾斜剝落失效模式及對策
失效原因：在軸承工作面上呈傾斜角達到或超過臨界狀態(tài)時，易早期形成異常的急劇磨損與剝落。產(chǎn)生的原因主是是因為安裝不良，軸有撓度，軸頸與外殼孔精度低等。
對策：確保軸承安裝質(zhì)量與提高軸肩，孔肩的軸向跳動精度，或提高潤滑油的粘度以獲得較厚的潤滑油膜。
2.4 卡傷和磨損失效模式及對策
失效原因：卡傷是由于在滑動面操作產(chǎn)生的部分的微波燒傷匯總而產(chǎn)生的表面損傷。滑道面、滾動面圓周方向的線狀傷痕。滾子端面的擺線狀傷痕，靠近滾子端面的軸環(huán)面的卡傷，造成卡傷的主要原因：過大負(fù)載、過大預(yù)壓、潤滑不良、異物咬入、內(nèi)圈外圈的傾斜、軸的撓度、軸承箱的精度不良等。
對策：通過適當(dāng)?shù)念A(yù)壓、改善潤滑劑和潤滑方法、提高軸、軸承箱的精度來解決。
2.5 壓痕失效模式及對策
失效原因：咬入金屬小粉末和異物的時侯，在滾道面或轉(zhuǎn)動面上產(chǎn)生的凹痕或由于安裝等受到?jīng)_擊,滾動體的間距間隔上形成了凹面。引起壓痕的主要因素是金屬粉末等的異物咬入，組裝時或運輸過程中受到的沖擊載荷過大等。
對策：改善密封裝置，過濾潤滑油，改善組裝及使用方法等。
3 小結(jié)
從軸承的失效模式可知，如果能正確使用軸承，可使用至疲勞壽命為止。軸承的不當(dāng)使用主要是因為主配合部位的制造精度、安裝質(zhì)量、使用條件、潤滑效果、外部異物侵入、熱影響及主機突發(fā)故障等方面的因素。針對這些環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的措施，可有效地提高軸承及軋機的使用壽命。中厚板3500產(chǎn)線精軋機工作輥軸承選用四列圓柱滾子軸承和深溝球軸承相結(jié)合的方式，根據(jù)現(xiàn)場較惡劣的使用環(huán)境，在安裝、潤滑效果、密封等多方面進行設(shè)計和維護，取得了較了的效果和效益。
參考文獻
[1] 濮良貴，紀(jì)名剛，《機械設(shè)計》，北京，高等教育出版社，2001年6月，306頁。
