軋輥軸承失效現(xiàn)象分析和改進策略

寧國燕

（河鋼集團邯鋼公司邯寶熱軋廠，河北 邯鄲 056000）

1 本文簡介

軋機是鋼材成型的重要生產設備，包括主要設備、輔助設備、起重運輸設備和附屬設備等部分。一般所說的軋機往往僅指主要設備，軋機的主要設備有工作機座和傳動裝置，工作機座由軋輥、軋輥軸承、機架、軌座、軋輥調整裝置以及上軋輥平衡裝置和換輥裝置等組成。其中，軋輥軸承用來支撐軋輥并使軋輥保持在機架的固定位置，軋輥軸承工作負荷重且變化大，因此要求軸承摩擦系數(shù)小，具有足夠的強度和剛度，要方便更換軋輥。不同的軋機選用不同類型的軋輥軸承，滾動軸承的剛性大，摩擦系數(shù)較小，承壓能力較小，且外形尺寸較大，多用于板帶軋機工作輥?；瑒虞S承有半干摩擦與液體摩擦兩種，半干摩擦軋輥軸承主要有膠木、銅瓦、尼龍瓦等材質的軸承，價格便宜，多用于型材軋機和開坯機；液體摩擦軸承有動壓、靜壓和靜動壓三種，優(yōu)點是摩擦系數(shù)比較小，承壓能力較大，工作速度高，剛性好，缺點是油膜厚度隨速度而變化，液體摩擦軸承多用于板帶軋機支承輥和其它高速軋機。軋輥軸承是軋機的核心部件之一，文章首先闡述了軋輥軸承的工作原理，對其疲勞壽命的計算給出了依據(jù)，分析了影響軋輥壽命的內外因素，最后針對軋輥軸承的失效原因提出相應的解決策略。

2 軋輥軸承的工作原理

軋輥軸承在軋鋼機運轉中至關重要，有著無可替代的作用。軸承在軋制過程中起支撐作用，實際上是用來固定軸的，使軸只能實現(xiàn)轉動，控制軋輥的軸向和徑向的移動，同時承擔軋制過程中產生的軸向載荷和徑向載荷。

軸承作為通用型強、標準化程度高、系列化強的機械基礎件，隨著各種機械不同的工作條件，不同的承載能力、不同的結構、不同的使用性能等因素決定了滾動軸承結構的多樣化。但是最基本的結構是由內圈、外圈、滾動體、保持架組成—通稱為軸承四大件。

軸承的發(fā)展經歷從滑動軸承到滾動軸承的過程，其工作原理以滾動摩擦替代滑動摩擦。將軸承內圈套在軋輥輥頸上，實現(xiàn)過盈配合，內圈隨著軋輥轉動，軸承外組件裝在軸承箱內固定，在軋制過程中，內圈轉動將載荷通過滾動體傳到外圈，實現(xiàn)軋制過程的運轉。

3 軋輥軸承的疲勞壽命計算和影響因素

國際GB/T6391－2010中規(guī)定的向心滾子軸承的基本額定壽命公式是：L10=（Cr/Qr）10/3×106，其中，L10是指可靠度為90%時，軸承的基本額定壽命（轉）；Qr是當量動載荷（N），Cr是指在基本額定動載荷下軸承的基本額定壽命為1×106轉（N）[1]。

影響軋輥軸承使用壽命的原因有內在和外在兩方面因素，外在因素包括軸承的潤滑情況、載荷分布、冷卻、污染及運轉速度等工況條件，內在因素主要是指軸承的加工制造工藝流程、材料質量和種類以及內外圈和滾動體的結構設計等。

4 軋輥用軸承主要有下列幾種類型

（1）圓錐滾子軸承主要有四列圓錐滾子軸承和雙列圓錐滾子軸承。四列圓錐滾子軸承有圓柱孔和圓錐孔兩種。它可同時承受徑向和軸向負荷，常用于四輥軋機的工作輥和支承輥。

（2）四列圓柱滾子軸承主要有圓柱孑L和圓錐孑L兩種，只能承受徑向負荷，必須同時配以其他軸向軸承來使用。適用于要求高速和高精度的軋輥。

（3）調心滾子軸承可同時承受徑向和軸向負荷，分圓柱孔和圓錐孔兩種。因其具有自動調心的特性，因而適用于轉軸會出現(xiàn)撓曲或偏斜的場合，也可在有一定永久性偏斜的情況下使用。這種軸承的結構特性能承受較大徑向負荷。

（4）角接觸球軸承主要采用四點接觸球軸承和雙列角接觸球軸承。適用于軋制速度高，軋制力較小的場合，它能從雙向承受軸向力。軋輥軸承使用最多的要數(shù)四列圓錐和四列圓柱兩種型式。

5 軋輥軸承的失效原因及應對策略

5.1 潤滑不當

失效原因：軸承潤滑情況惡化會增大軸承摩擦和磨損，導致軸承燒毀，引發(fā)的主要因素有潤滑管路布設不當而導致油路不暢；潤滑方式選取不當；沒有足夠的潤滑油量，達不到潤滑需求等。

優(yōu)化策略：潤滑是通過使用潤滑劑來降低摩擦阻力，從而改善軸承的摩擦狀態(tài)，減緩磨損，良好的潤滑會大幅增加軋輥軸承的使用壽命。在運轉過程中，滾動軸承既有滑動摩擦又有流動摩擦，軸承的滾動體在受力作用時，需要在軸承外圈與內圈之間保持一定的油膜來發(fā)揮潤滑作用，潤滑油或潤滑脂的選擇和使用要以具備很高的油吸能力作為選擇依據(jù)，使用時確保在軸承的內圈涂滿一定強度的油膜。此外，可通過外加潤滑油箱的方式定期給軸承加油，從而科學的控制測量，確保軸承達到最佳的潤滑效果。

5.2 裝配不當

失效原因：軋輥軸承一端采用的是向心球軸承和四列圓錐滾子軸承。當軸承端蓋未能壓緊時，軸承在軸承窩內會發(fā)生竄動，無法滿足軋制過程中對產品質量的要求；當軸承端蓋壓緊過度時，軸承的預緊力過大而軸向間隙過小，向心球軸承外圈會產生一定的軸向移動，消除一定的間隙；當預緊力超出一定范圍后，向心球軸承的滾珠會從滾道中移位，軸承本身的間隙也會消除，從而加速軸承磨損；在高速轉動過程中，軸承會因發(fā)熱量過大而膨脹變形，導致軸承燒壞或卡死。

優(yōu)化策略：在進行軸承裝配時一定要科學的控制好軸承端蓋的壓緊量，留有一定的發(fā)熱量。在鋼材軋制過程中，所產生的軸向力將由單列向心軸承承擔，而徑向力將會由兩個軸承共同承擔，這種軸承分布方式相對于其它的方式，軸承尺寸較小，具有較高的承載能力，且制造精度高，軸定位較為精確。

5.3 載荷分布不當

失效原因：軋輥軸承具有一定的承載力，如果只通過多列均載來提高軸承的承載能力，則會因大軋制力下軋輥彈性變形，安裝時的精度控制不當、瞬時過載、軸承制造誤差、循環(huán)過載和軋機各部件的磨損等導致各列滾動體的載荷分布不均勻，發(fā)生偏載，此時作用在某一列的滾動體的載荷將會急劇增加，超出其承載能力，產生局部過載、瞬時過載的現(xiàn)象，從而大大降低軸承的使用壽命。

優(yōu)化策略：軸承的載荷分布是影響軸承使用壽命的最為重要和關鍵性的因素。當前市場上對鋼材的需求和制作趨向于大型化，故軋機的軋制力也要相對不斷增大。在實際生產制造過程中，要注重提高軸承的承載能力，在充分考慮多列滾動體均勻受載的基礎上，更要注重各列滾動體的后期載荷，不但要提高軸承總體載荷，更要注重各列載荷的承載能力的提高。另外，在安裝時在控制好精度和準確性，并降低軸承制造時的誤差，定時檢測軸承的承載極限，避免軸承在長期過載情況下運作，以提高使用壽命。

5.4 磨損失效

失效原因：軋輥軸承密封不當會導致外界雜質進入到軸承中，損壞軸承的滾動體和滾道，從而破壞油膜的潤滑效果，并加速軋輥軸承的磨損速度，使軸承發(fā)生疲勞剝落，工作表面溫度升高，造成軸承在干摩擦狀態(tài)下工作而損壞軸承零部件，導致軸承工作面之間相對滑動摩擦不斷磨損從而失效。

優(yōu)化策略：選擇合理的潤滑模式，在金屬表面和滾動表面形成彈性流體動力的流油油膜，有效減緩和降低金屬表面磨損。同時，要選擇質量可靠的密封件和合理的密封方式，當前，密封軸承的應用雖然占了一定的設計空間，但它能在軸承的內隔離環(huán)和兩端，使用密封件再一次對軸承密封。良好的密封效果使軸承始終處于清潔的工作環(huán)境和充分的潤滑狀態(tài)，使軸承的使用性命顯著提高。

5.5 軸承整體結構的優(yōu)化

在軸承設計過程中，要充分考慮軸承整體結構強度的優(yōu)化。通過優(yōu)化各零部件的強度，改進軸承的潤滑方式，提高了軸承的整體使用壽命，具體體現(xiàn)在下面幾方面。

（1）在保證軸承套圈、保持架強度的前提下，盡可能地增大軸承承載部位即滾動體的空間，增大滾子的直徑、長度，增加滾子數(shù)量，有效提高軸承的承載能力，進而提高軸承的壽命，如成都重型機械研究所采用極限設計法制造完成的47T986236軸承，軋鋼量達到180萬t，超過國外同類軸承使用壽命。

（2）在滾子的設計上，采用滾子母線兩端帶弧坡的先進結構，代替原來的直線母線滾子，使?jié)L子有效長度得到合理利用，應力分布均勻，避免了重負荷下的邊緣應力，提高軸承使用壽命[2,3]。

（3）通過改進保持架的結構，提高保持架工藝制造水平，加強整套軸承的可靠性。改進后保持架的強度得到了顯著提高，此外在保持架部分孔上加工用于潤滑的圓弧槽，增加潤滑脂的存儲量，改善了軸承潤滑狀況，避免了保持架早期損壞的現(xiàn)象。解決了柱銷保持架中柱銷焊接處脫焊的問題。減少滾子內孔與柱銷的間隙，降低了滾子對柱銷的沖擊。采用與保持架相匹配的材料，改善了焊接性能，提高了焊接質量。

6 結語

綜上所述，軋輥軸承是關系軋機生產的關鍵性部件，在惡劣的工況環(huán)境下同時也是易于損壞的部件。對此，應對軋輥軸承使用中出現(xiàn)的異常情況做好防范措施，加強對軸承的日常維護，才能減少軸承失效問題的發(fā)生，延長軸承使用壽命，從而保證生產，降低成本消耗。