油膜軸承在高速線材軋機上的使用

龔 勤

油膜軸承在高速線材軋機上的使用

龔 勤
(八一股份公司軋鋼廠，新疆830022)

油膜軸承燒損是困擾高速線材廠的一個難題，本文從理論計算、軸承制造、裝配及維護等角度分析了油膜軸承燒損的原因，并提出了解決辦法。

油膜軸承；間隙；油楔；變形

八鋼公司軋鋼廠高線機組精軋機設(shè)備由意大利達涅利公司提供，軋制速度120 m/s。其中油膜軸承是高速線材精軋機的關(guān)鍵零件，其性能好壞直接影響高速線材軋機的正常運行。

1 理論分析

高速線材軋機油膜軸承是液體動壓軸承，其主要特點是：靠輥軸在軸承中旋轉(zhuǎn)把潤滑油吸入負荷區(qū)的楔形間隙，利用液體的動壓效應(yīng)將油膜軸承與輥頸分離開。高線精軋機油膜軸承是采用巴氏合金3層金屬材料整體式油膜軸承。巴氏合金油膜軸承與鋼-銅鉛合金-鉛錫銅鍍層3層金屬材料剖分式油膜軸承相比較，銅鉛合金材料的抗疲勞性、承載能力及導(dǎo)熱性較好，摩擦系數(shù)低，但其耐腐蝕性、嵌入性及順應(yīng)性不如巴氏合金。我廠精軋機組油膜軸承有3種：尺寸分別為149 mm×140 mm×105 mm、117 mm×111 mm×54 mm、116 mm×110 mm×85 mm，這3種油膜軸承均出現(xiàn)過燒損，燒損的現(xiàn)象主要有抱瓦破壞及巴氏合金脫落破壞兩種。這兩種破壞形式與軸承的結(jié)構(gòu)尺寸及材料、相關(guān)零件的加工精度、潤滑油的粘度、清潔度、載荷大小等有關(guān)。

2 承載力計算(以高速型為例)

如圖1(a)所示，當軸頸靜止時，在外部負載P的作用下，軸頸與軸承在承載區(qū)互相接觸。當軸頸轉(zhuǎn)動時，潤滑油通入軸承，吸入油楔中的油的壓力隨著轉(zhuǎn)速的提高而增大(液體動壓效應(yīng))，并與外力P相平衡，迫使軸頸中心順著旋轉(zhuǎn)方向偏移到一個新的穩(wěn)定位置。油楔中的徑向壓力P按圖1(b)所示，其最大值位于油楔的最低位置和油楔尖端位置(最小油膜厚度位置)之間，各點壓力P在垂直方向上的投影之和等于軋制力P。

(a)靜止狀態(tài) (b)軸頸旋轉(zhuǎn)中油楔徑向壓力的分布

油膜軸承承載力為：

P=0.4ηvl2Dn(δ/hmin-1)/δ2

式中η——油的粘度，η=90cst=0.9 Pa·s=0.9 N·s/m2；

v——軸頸表面滑動速度，Vmax=90÷210×117=50 m/s；

hmin——最小油膜厚度,取決于摩擦表面的加工精度；

δ——油膜軸承半徑間隙；

Dn=117 mm；

δ=(0.35～0.3)/2=0.175～0.15 mm；

Hmin=Ha+Y1+Y2=0.025+0+0.007=0.032 mm；

Y1——軸撓曲變形,在軸承端面出現(xiàn)的撓度忽略不計；

Y2——兩對中誤差在軸承端面引起的偏移量；

Y2=Btgβ/2=0.007 mm；

B——軸承寬度；

β——中心線偏移角度。

則P=276 kN。

僅就油膜軸承本身而言，承載能力是完全滿足軋制要求的。

3 軸承制造

油膜軸承分3層：鋼-銅鉛合金-巴氏合金。外層為低碳鋼，用以提高油膜軸承的整體強度，起到骨架作用，使油膜軸承的安裝與拆卸比較順利；二層為銅鉛合金，它的抗變形能力和承載力、導(dǎo)熱性好；三層為巴氏合金，厚度為0.1 mm，主要起耐磨作用，提高油膜軸承的嵌入性及順應(yīng)性。二、三層之間有薄薄的一層錫銅鉛合金，起到粘結(jié)內(nèi)外層金屬的作用。由于巴氏合金與低碳鋼的線性膨脹系數(shù)差異較大，因此當油膜軸承溫升過大時，接合界面易產(chǎn)生微裂紋。在負荷的作用下，裂紋會擴展導(dǎo)致軸承失效。雖然國內(nèi)巴氏合金軸承制造技術(shù)已趨成熟，但仍需要注意以下幾點：

(1)外層鋼背在掛錫前殘留油污、銹跡或清洗后的鋼背未能及時掛錫，會導(dǎo)致材料之間結(jié)合不嚴密。

(2)巴氏合金澆注溫度過低或過高。通常巴氏合金澆注溫度應(yīng)控制在420～460℃之間，澆注溫度過高，易導(dǎo)致合金晶粒粗大，軸承強度降低，澆注溫度過低易導(dǎo)致內(nèi)外層金屬之間結(jié)合力不夠，易造成巴氏合金脫落。

(3)嚴格控制鋼骨架預(yù)熱溫度、澆注溫度和冷卻速度三者之間的關(guān)系。

(4)軸承內(nèi)圈的加工必須采用專用鏜床及夾具，確保壁厚均勻及加工后殘余應(yīng)力要小。

4 軸承的裝配

4.1 軸承裝配工藝

軸承裝配前應(yīng)采用敲擊鋼背聽聲音、結(jié)合煤油浸泡等方法對其進行檢查，復(fù)檢合格后方可開始裝配。將軸承置于冰柜中冷凍至-60℃后取出，在其外圓上涂好油，將油膜軸承定好位后，壓入導(dǎo)套再用壓錘將導(dǎo)套內(nèi)油膜軸承均勻壓入偏心套中。一旦發(fā)現(xiàn)憋勁情況，應(yīng)立即停止裝配，查明原因后再進行。軸承裝到位后，再將軸系插入軸承中，緊固好，檢測油膜軸承與軸頸之間的間隙，并確保輥軸旋轉(zhuǎn)靈活。油膜軸承內(nèi)孔有軸向及周向油槽，其作用是從進油口進入的潤滑油能迅速足量地流入承載區(qū)，并帶走大量的熱量。油槽必須遠離承載區(qū)，因為油槽的存在會極大地破壞油膜的承載能力。

4.2 裝配過程中應(yīng)注意的問題

(1)油膜軸承在裝配時應(yīng)使用裝配工具，在裝配過程中應(yīng)避免碰傷軸承內(nèi)表面。

(2)在裝配過程中應(yīng)避免由于操作不當致使軸承內(nèi)孔變?yōu)槔刃巍?/p>

(3)油膜軸承裝配時，一定要擦洗干凈避免雜質(zhì)帶入，否則可能燒瓦。裝配完畢一定要進行測量，檢查油膜軸承間隙是否在控制范圍內(nèi)。

(4)在軋制過程中，不論偏位角多大，油膜軸承的承載區(qū)的移動范圍只能在半徑間隙以內(nèi)。準確地講，動態(tài)時油膜軸承承載區(qū)會沿輥軸旋向向前移動0.27 mm以內(nèi)，因此其區(qū)域的變化絲毫不會影響軸承的使用。油膜軸承的非承載區(qū)上為半圓，其最佳承載區(qū)應(yīng)是以油孔對側(cè)為中心的120°范圍內(nèi)，承載區(qū)不得過于接近軸向油槽。油膜軸承與偏心套通過過盈配合聯(lián)為一體后，軋制力將由偏心套承受，因此軋制力對應(yīng)的方向應(yīng)是偏心套厚度最大的位置，油膜軸承上進油孔應(yīng)正對偏心套最薄處的油槽(不考慮摩擦力因素)。

5 油膜軸承的維護要點

油膜軸承裝配完畢后，在線運行時必須注意潤滑油的清潔度及流量。

(1)利用液體動壓效應(yīng)原理，使?jié)櫥彤a(chǎn)生較大的承載力托起輥軸，使高速運轉(zhuǎn)的輥軸與軸承間充滿厚度呈楔形變化的油膜，避免輥頸與軸承內(nèi)表面直接接觸破壞軸承。

(2)潤滑油要定期進行化驗，檢查潤滑油中金屬雜質(zhì)是否超標，油水分離和潤滑油中水的含量是否超標。因為燒瓦絕大多數(shù)是油中金屬雜質(zhì)或水含量超標所致。

(3)做好軸承冷卻工作。目前我廠精軋機組采用集中稀油潤滑系統(tǒng)供油，為確保油膜軸承中供油充分及清潔，系統(tǒng)中采用了二級過濾裝置及壓力保護裝置，同時為確保過濾效率及過濾能力，我們嚴格按過濾器前后壓差不得大于2×105Pa這一標準來更換濾芯。

(4)定出合理的檢修周期，定期對輥箱進行檢修維護。如果檢查油膜軸承露銅就應(yīng)該及時更換，因銅的嵌入性不好，如果潤滑油中有金屬雜質(zhì)就容易燒瓦。

6 結(jié)語

通過不斷地學(xué)習(xí)和分析，在逐步提高認識并嚴格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定的基礎(chǔ)上，對油膜軸承的使用和維護都取得了一定的經(jīng)驗，獲得較好效果。

[1] 毛謙得，李振清.機械設(shè)計師手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[2] 章宏甲.液壓與氣壓傳動. 北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[3] 張柱芳.滑動軸承.北京：高等教育出版社，1982.

[4] 齒輪手冊編委會.齒輪手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1990.

[5] 吳宗澤.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，1988.

The Application of Oil Film Bearing on High Speed Wire Rod Mill

GongQin

The burn-out of oil film bearing is an issue in the high speed wire rod mill. The burn-out reason of oil film bearing has been analyzed from the aspects of theoretical calculation, bearing production, assembly and maintenance in this paper, and further the solution has been presented.

oil film bearing; clearance; oil wedge; deformation

TG333.17

B

2010—06—29

編輯 傅冬梅