軋鋼機(jī)主減速機(jī)軸承的失效分析及改進(jìn)

姚建斌

（山西太鋼工程技術(shù)有限公司，太原 030009）

軋鋼機(jī)主減速機(jī)軸承的失效分析及改進(jìn)

姚建斌

（山西太鋼工程技術(shù)有限公司，太原 030009）

在軋鋼生產(chǎn)線上，減速機(jī)是一項(xiàng)重要的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備。然而，由于它的工作環(huán)境比較惡劣，所以如果發(fā)生故障將對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)造成重大損失。本文就軋鋼減速機(jī)軸承及齒輪常見(jiàn)的失效情況進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上提出有效的維護(hù)檢修改進(jìn)措施，以期為軋鋼生產(chǎn)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)提供重要的參考價(jià)值。

軋鋼機(jī) 減速機(jī) 軸承 失效

減速機(jī)在軋鋼生產(chǎn)線上屬于關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行具有重要影響。而減速機(jī)的軸承又是減速機(jī)的重要配套件，如果其出現(xiàn)異常，將嚴(yán)重影響到生產(chǎn)秩序。所以，對(duì)軋鋼機(jī)主減速機(jī)的軸承失效的原因進(jìn)行分析，并且提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1　軋鋼減速機(jī)軸承的配置

通常情況下，一根軸具有兩個(gè)支點(diǎn)，各支點(diǎn)可由多個(gè)軸承組成。軸承的合理配置應(yīng)結(jié)合其位置、受熱膨脹情況以及位移情況等進(jìn)行考慮。一般存在3種軸承配置比較常用，分別是雙端游動(dòng)支承、另一端支點(diǎn)游動(dòng)以及支點(diǎn)雙向固定。

固定端軸承的徑向支承設(shè)置在軸的一端，同時(shí)在該軸端做兩個(gè)方向的軸向定位。所以，固定端軸承應(yīng)在軸承座與軸之間得到固定。適用于固定端的軸承可對(duì)徑向軸承的聯(lián)合負(fù)荷予以承受，包括自調(diào)心球軸承、深溝球軸承、球面滾子軸承軸承以及雙列或者配對(duì)單列角接觸球軸承等。

浮動(dòng)端軸承的徑向支承位于軸的一端，要求軸需要具有一定的軸向位移，以保證軸承之間不會(huì)產(chǎn)生相互作用。例如，在軸受熱發(fā)生膨脹時(shí)，部分類型的軸承內(nèi)部可能發(fā)生軸向位移，如CARB軸承、N型圓柱滾子軸承以及滾針軸承等。軸向位移在滾動(dòng)體與軸承圈之間也會(huì)發(fā)生，最好使其發(fā)生在軸承孔與外圈之間。

圖1　輸入裝配示意圖

2　軸承失效的原因

軋鋼機(jī)主減速機(jī)軸承的使用工況比較惡劣，具有強(qiáng)沖擊、高速以及重載等特點(diǎn)，并且軸承缺乏冷卻以及潤(rùn)滑等措施，使用壽命十分有限[1]。就單一軋鋼生產(chǎn)線而言，其組成的軋機(jī)數(shù)多達(dá)三架。粗軋部分的軋制速度較慢，但是具有較大的軋制力；精軋部分軋制速度較快，但是軋制力較小。然而，無(wú)論精軋還是粗軋，均承受著巨大的高頻率沖擊載荷。

軸承的平均使用年限為6個(gè)月。一般主要的失效形式表現(xiàn)為保持架支柱斷裂、部分脫焊，滾子及滾道表面不完整，存在疲勞剝落的情況，如圖2所示。

圖2　軸承損壞情況

導(dǎo)致軸承失效的主要原因：軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于沖擊載荷的作用，瞬間降低了軸承內(nèi)圈的轉(zhuǎn)速，同時(shí)也降低了承載滾子的轉(zhuǎn)速，但是保持架卻由于具有慣性仍然保持原有的速度，使保持架貫穿承載滾子的支柱和承載滾子之間發(fā)生瞬間撞擊，在滾子轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常后又和保持架支柱發(fā)生再次撞擊，雖然撞擊力比前一次更小，但是方向與其相反[2]。所以，應(yīng)保持架支柱一直在交變剪應(yīng)力作用狀態(tài)下，且在螺紋尾部和支柱焊接部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，直至螺紋尾部以及支柱沿焊接部位被剪斷。此外，焊接部位支柱脫焊。因?yàn)椴捎萌刍３旨軌|圈外端面粘結(jié)支柱端面的方法焊接不具備較強(qiáng)的焊接強(qiáng)度，在承受震動(dòng)載荷與沖擊的情況下容易出現(xiàn)脫焊的情況。

3　軋鋼機(jī)主減速機(jī)軸承的改進(jìn)方案

3.1降低滾子和保持架支柱之間的撞擊力

設(shè)計(jì)軸承的主參數(shù)過(guò)程中，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)采用改變追求軸承最大額定載荷的方法。現(xiàn)在，可使?jié)L子直徑減小，并且使其數(shù)目增加，且增大滾子支柱直徑以及滾子支柱孔，從而提高保持架以及支柱的整體強(qiáng)度。軸承額定靜載荷和改進(jìn)前基本一樣，額定動(dòng)載荷減小了6%，同樣滿足軸承實(shí)際工作的需要，且減少了23%和30%的滾子重量。軸承的額定載荷雖有一定程度的降低，然而卻有效減小了保持架支柱和滾子之間的撞擊力，能夠?qū)崿F(xiàn)支柱壽命的延長(zhǎng)。同時(shí)，因?yàn)闇p小了滾子的直徑，增加了套圈壁厚，從而使軸承的抗沖擊性能得到提升。所以，對(duì)保持架失效時(shí)間的延緩具有有效作用，可實(shí)現(xiàn)軸承壽命的有效延長(zhǎng)[3]。

3.2提高焊接強(qiáng)度

采用增大熔池臺(tái)階焊口的形式加強(qiáng)焊接強(qiáng)度。改變以往使用的螺紋退刀槽，使過(guò)渡減小促進(jìn)螺紋自然收尾，從而使螺紋尾部及支柱受力時(shí)焊接部位的應(yīng)力集中減小。優(yōu)化滾子端面相匹配的保持架內(nèi)端面，應(yīng)將內(nèi)徑向端面以及外徑向端面采用一角度進(jìn)行斜切，便于滾子支柱孔潤(rùn)滑脂的進(jìn)入，以改善滾子孔、支柱孔與支柱之間的摩擦。同時(shí)，使?jié)L動(dòng)端面和保持架的接觸面積減少，改善接觸性，防止由于摩擦過(guò)于激烈而造成的損壞。此外，改變傳統(tǒng)45°倒角，采用沉孔形式，達(dá)到加強(qiáng)焊接強(qiáng)度的目的，以防止脫焊現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3調(diào)整軸承游隙

軸承承受著高轉(zhuǎn)速，卻不具備較好的冷卻和潤(rùn)滑條件，所以應(yīng)該合理調(diào)整軸承徑向游隙。但是，因?yàn)檩S承工作中承受著較強(qiáng)的荷載，所以軸承游隙不能太大。生產(chǎn)實(shí)踐中，軸承徑向游隙定在0組與3組這個(gè)范圍內(nèi)[4]。NNU6/600/ HC徑向游隙是0.32～0.44mm，NNU6/440/HC徑向游隙是0.25～0.35mm。試驗(yàn)證明，改進(jìn)后的軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間優(yōu)于原產(chǎn)品。

3.4優(yōu)化軸承的配置方案

因?yàn)楣潭ǘ溯S承失效的情況十分常見(jiàn)且使用的年限較短，所以可采用配對(duì)圓錐滾子軸承32044X/DF將原有固定端軸承24144CC/W33進(jìn)行替換。這種配置方案存在一定的不足，即軸承的壽命將更短。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，改造后的軸承配置在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中更加平穩(wěn)，但是軸承的使用年限卻沒(méi)有延長(zhǎng)。對(duì)這兩種軸承進(jìn)行分析，圓錐滾子軸承雖然其軸向承載能力較強(qiáng)，軸向的小游隙能夠更準(zhǔn)確地進(jìn)行軸承軸向的定位，有利于齒輪系的調(diào)整，然而僅僅從軸承的使用壽命進(jìn)行考慮，軸承24144CC/W33相比于軸承32044X/DF壽命更長(zhǎng)，如表1所示。轉(zhuǎn)速n=721r/min，處于相同的軸向力和徑向力環(huán)境下，兩種軸承的基本額定壽命。因此，結(jié)合軸承壽命，采用軸承24144CC/W33是一個(gè)更好的選擇。然而，由于軸向力較大，基于原設(shè)計(jì)進(jìn)行軸承29248的增加，可分擔(dān)部分軸承力，如圖3所示。

圖3 輸入軸改進(jìn)后的軸承配置示意圖

圖3為增加29248軸承的配置。修改定距套的原設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)軸承內(nèi)孔的匹配，并且合理調(diào)整軸承座，對(duì)軸承外圈的位置采取潤(rùn)滑措施。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)改善的軸承配置具有更高的合理性、更高的軸承運(yùn)行穩(wěn)定性以及更長(zhǎng)的使用壽命。

3.5明確軋鋼減速機(jī)維修注意事項(xiàng)

第一，各類型減速機(jī)進(jìn)行拆卸前，需要具有充分了解圖紙，明確機(jī)械的構(gòu)造以及性能。拆卸過(guò)程中，應(yīng)與圖紙進(jìn)行對(duì)照，按照規(guī)范進(jìn)行。

第二，拆卸前應(yīng)在相互配合的兩機(jī)件上采用一樣的字頭進(jìn)行打印，按照原位進(jìn)行組裝，防止發(fā)生秩序混亂。如果機(jī)件原本就有印號(hào)，應(yīng)先進(jìn)行明確后再開(kāi)始拆卸工作。

第三，打印的字跡必須清楚，大小應(yīng)當(dāng)合理，位置應(yīng)當(dāng)醒目。同一機(jī)件上打印的位置不能存在區(qū)別，目的是使查找更容易，字頭避免打在齒面上。

第四，妥善保管卸下的小零件，防止其出現(xiàn)損壞或者丟失。當(dāng)齒輪置于地面時(shí)，應(yīng)將一支架置于軸下，將木板墊在齒面上，以避免與地面直接接觸，從而防止其出現(xiàn)銹蝕、磨損現(xiàn)象。

第五，拆卸前，應(yīng)測(cè)量被拆機(jī)件的裝配間隙以及有關(guān)部位，做好標(biāo)記，并且進(jìn)行記錄。

第六，進(jìn)行重裝時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：裝配拆卸機(jī)件時(shí)，要認(rèn)真檢查，如果發(fā)現(xiàn)機(jī)件存在損壞或者丟失，應(yīng)及時(shí)修理或者補(bǔ)充，從而確保裝配后各機(jī)件的完整性；機(jī)件的裝配應(yīng)結(jié)合打印號(hào)以及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照，以確保機(jī)件裝配到原位；完成各個(gè)部件的裝配后，必須對(duì)該部件進(jìn)行及時(shí)檢查與清潔，特別注意需要密閉的部位，以防止雜物遺留堵塞油路或者雜物流出使齒面受到刮壞，從而確保所有防止漏油的密封裝置具有良好的性能；減速機(jī)封閉設(shè)備的座與蓋的全部接觸面，一定要保持足夠清潔，以防止油污進(jìn)入而產(chǎn)生油污現(xiàn)象。

4　結(jié)語(yǔ)

軸承的合理配置對(duì)軸承的使用壽命具有重要影響，其同時(shí)也關(guān)系到減速箱的使用壽命以及工業(yè)的高效生產(chǎn)。如

表1　軸承的使用壽命比較

果軸承出現(xiàn)異常失去效用，將嚴(yán)重影響軋鋼生產(chǎn)的正常秩序。因此，有關(guān)人員應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)需要以及減速箱的實(shí)際情況，對(duì)軸承進(jìn)行合理選擇與配置，并且注意軸承的維修，從而不斷推動(dòng)軋鋼工業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展。

[1]盧歡.PQF連軋機(jī)主減速機(jī)軸承強(qiáng)度與故障分析[D].鞍山：遼寧科技大學(xué)，2014.

[2]王曉青，夏水華.滾動(dòng)軸承失效影響因素與影響機(jī)制[J].軸承，2010，（11）：18-22.

[3]李兵.軋機(jī)主傳動(dòng)減速機(jī)軸承的應(yīng)力分析[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2010.

[4]申海波.軋鋼減速機(jī)失效分析與維修[J].機(jī)電信息，2009，（24）：118-119.

The Main Speed Reducer of Steel Rolling Bearing Failure Analysis and Improvement

YAO Jianbin
(taiyuan iron&steel technology co.,ltd,Taiyuan 030009)

In the s teel rolling production line, the s peed reducer is one of the important mechanical transmission equipment, however, due to its working environment is poor, in the event of failure, will caus e heavy los ses to the enterpris e production. In this paper, the machine of decelerate of rolling bearing and gear common failure conditions were analyz ed, and bas ed on this, advances the effective maintenance measures for steel rolling production equipment maintenance has important reference value.

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