中厚板轧机滚动轴承的应用技术及失效分析与预防方法
2013-03-29
摘 要：本文介绍了中厚板轧机选用滚动轴承的因素，根据现场环境以及轧制速度，拆装等多方面因素进行了系统的分析。并总结出滚动轴承失效的原因，以及如何处理解决的方法。对提高轴承使用寿命及延长轧机的工作时间具有十分重要的意义。
关键词：滚动轴承；失效模式；对策
0 前言
冶金行业轧机轴承产品一般常用滚动轴承，滚动轴承有很多种类型或结构，每一种类型呀结构都有各自独特的性能和适合应用的场合。在实际工作中，因为轴承选型不当所造成的轴承故障或早期损坏失效的事例很多，因此轴承类型的选择和正确的安装使用都具有十分重要的作用。
1 中厚板轧机选用滚动轴承的主要因素[1]
影响滚动轴承选择的主要因素有：安装空间、载荷大小、载荷方向、调心性能、运转速度、旋转精度、轴向位移等，同时必须考虑到轴承的安装与拆卸，例如，冶金行业轧辊轴承可选用内圈无挡边的四列圆柱滚子轴承或多列圆锥滚子轴承，可方便地与轧辊辊颈和轴承箱孔进行安装。
1.1 安装容积的要求
从轴承的安装容积来说，四列圆柱滚子轴承和四列圆锥滚子轴承的径向尺寸受到限制时都能依据轧辊的辊颈直径选择轴承外径适合轧辊Z大修磨量的辊体直径的要求。但就轴承的承载力来讲，四列圆柱滚子轴承的径向承载能力要比相同尺寸的四列圆锥滚子轴承的要大。四列圆柱滚子轴承不能随轴向载荷，必须要在轧辊上安装随轴向载荷的轴承，才能发挥四列圆柱滚子轴承承受径向载荷的优点，需要增加轧辊的长度和设备的制造重量。四列圆锥滚子轴承在承受径向载荷的同时能承受轴向载荷，使轧辊轴承的安装比较简单，但当轴承内部存在间隙时，四列圆锥滚子轴承在轴向载荷的作用下，有可能造成其中的两列滚子卸载，降低了轴承的承载能力。在这种情况下选择四列圆柱滚子轴承作为轧辊轴承要优于四列圆锥滚子轴承。
1.2 轧制速度的要求
在选择轧辊轴承结构时，除考虑轴承的承受能力外，轴承允许的轧制速度也是很重要的，从轴承允许Z高转速来说在同等润滑和冷却的条件下，四列圆柱滚子轴承和四列圆锥滚子轴承都允许有较高的旋转速度，但当轧制速度超过30m/min时，四列圆柱滚子轴承的高速性能要好于四列圆锥滚子轴承，这是由于圆锥滚子轴承的保持架加工不可能像四列圆柱滚子轴承的保持架一样加工的比较精密，使用权滚子的在离心力的作用下，套圈和滚子与保持架的磨擦减少。 中厚板3500产线轧机采用四列圆柱滚子轴承和深沟球轴承组合，就是充分利用该两种轴承的转速性能。
1.3 快速安装和拆卸的要求
将轧辊轴承箱在轧国的轴颈上进行快速安装和拆卸，实现轧机的频繁快速换辊是轧机对轧辊轴承的又一要求。四列圆锥滚子轴承只有在轴承内径与轧辊轴颈采用间隙配合的情况下，才能实现轴承在轴颈上的快速装卸。但是这种配合在中速和高速的情况下，经常会导致辊颈的磨损，即使在轴承内圈的内径圆周上增加螺旋润滑槽，也不可能把磨损控制到极限以内，四列圆柱滚子轴承，由于其为可分离型，轴承外圈和滚子轴承保持架组件可与内圈分离，内圈过盈配合安装在轧辊的轴颈上，轴承箱与轧辊成可分离型，而且可互换。当轧机变换轧制程序时，可以自由地选择轧辊与轴承箱组合，实现快速换辊的目的，避免了轴承内圈与辊颈磨损的问题，中厚板3500产线轧机采用四列圆柱滚子轴承，使用效果良好。
2 滚动轴承的失效模式及对策
滚动轴承是轧机常用的精密备件之一，如果使用或维护不当就会造成故障，影响轴承寿命和轧机的使用寿命。在使用实践中，经常出现轴承损坏现象，通过总结就几种常见的失效模式进行分析，并给出相应的解决方法。
2.1 沟道单侧极限位置剥落失效模式及对策
失效原因：沟道单侧极限位置剥落主要表现城沟道与挡边交界处有严重的剥落环带。产生原因是轴承安装不到位或运转过程中突发轴向过载。
对策：确保轴承安装到位或将自由侧轴承外圈配合改为间隙配合，以期轴承过载时使轴承得到补偿。如果无法确保安装到位，可以提高润滑剂的油膜厚度（提高润滑油的粘度），或减低轴承的负载等方法来减少轴承的直接接触。
2.2 沟道在圆周方向呈对称位置剥落失效模式及对策
失效原因：对称位置剥落表现在内圈为周围环带剥落，而外圈呈周向对称位置剥落（即椭圆的短轴方向），其产生原因主要是因为轴承箱孔椭圆过大。当轴承压入椭圆偏大的轴承箱孔中时，使轴承外圈子产生椭圆，在短轴方向的游隙明显减少甚至负游隙。轴承在载荷的作用下，内圈旋转产生周向剥落痕迹，外圈子只在短轴方向的对称位置产生剥落痕迹。
对策：提高轴承箱孔加工精度。
2.3 滚道倾斜剥落失效模式及对策
失效原因：在轴承工作面上呈倾斜角达到或超过临界状态时，易早期形成异常的急剧磨损与剥落。产生的原因主是是因为安装不良，轴有挠度，轴颈与外壳孔精度低等。
对策：确保轴承安装质量与提高轴肩，孔肩的轴向跳动精度，或提高润滑油的粘度以获得较厚的润滑油膜。
2.4 卡伤和磨损失效模式及对策
失效原因：卡伤是由于在滑动面操作产生的部分的微波烧伤汇总而产生的表面损伤。滑道面、滚动面圆周方向的线状伤痕。滚子端面的摆线状伤痕，靠近滚子端面的轴环面的卡伤，造成卡伤的主要原因：过大负载、过大预压、润滑不良、异物咬入、内圈外圈的倾斜、轴的挠度、轴承箱的精度不良等。
对策：通过适当的预压、改善润滑剂和润滑方法、提高轴、轴承箱的精度来解决。
2.5 压痕失效模式及对策
失效原因：咬入金属小粉末和异物的时侯，在滚道面或转动面上产生的凹痕或由于安装等受到冲击,滚动体的间距间隔上形成了凹面。引起压痕的主要因素是金属粉末等的异物咬入，组装时或运输过程中受到的冲击载荷过大等。
对策：改善密封装置，过滤润滑油，改善组装及使用方法等。
3 小结
从轴承的失效模式可知，如果能正确使用轴承，可使用至疲劳寿命为止。轴承的不当使用主要是因为主配合部位的制造精度、安装质量、使用条件、润滑效果、外部异物侵入、热影响及主机突发故障等方面的因素。针对这些环节，采取相应的措施，可有效地提高轴承及轧机的使用寿命。中厚板3500产线精轧机工作辊轴承选用四列圆柱滚子轴承和深沟球轴承相结合的方式，根据现场较恶劣的使用环境，在安装、润滑效果、密封等多方面进行设计和维护，取得了较了的效果和效益。
参考文献
[1] 濮良贵，纪名刚，《机械设计》，北京，高等教育出版社，2001年6月，306页。
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