影響軋機(jī)工作輥軸承壽命的相關(guān)因素分析

摘要： 板帶冷軋軋機(jī)工作輥的軸承多為四列圓錐輥?zhàn)虞S承，工作輥軸承在高速環(huán)境下工作，影響使用壽命。從使用角度來(lái)說(shuō)影響軸承壽命的因素包括：安裝不正確，兩端安裝軸承的軸面同軸度沒(méi)有達(dá)到要求，軸承配合軸面粗糙度沒(méi)有達(dá)到使用精度，潤(rùn)滑方式不合理，軸承游隙過(guò)大或者過(guò)小等。因此對(duì)影響軸承壽命的因素分析與研究十分必要。

關(guān)鍵詞：軋機(jī)工作輥；軸承壽命；同軸度；粗糙度；游隙

板帶冷軋軋機(jī)工作輥軸承需滿足很高的使用要求，軋機(jī)生產(chǎn)線在日常生產(chǎn)過(guò)程中，工作輥內(nèi)的軸承經(jīng)常會(huì)被燒損，軸承一旦燒損，將導(dǎo)致產(chǎn)線停產(chǎn)，停產(chǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，使得成本增加。因此選用質(zhì)量好的軸承，合理的降低軸承損壞率，減少故障停產(chǎn)，可以有效的提高軋機(jī)的工作效率。故國(guó)內(nèi)外的許多冷軋廠選擇質(zhì)量較好的進(jìn)口軸承（SKF，NSK，TIMKEN，F(xiàn)AG等），雖國(guó)內(nèi)知名軸承廠（洛軸，瓦軸，哈軸，西北軸承等）生產(chǎn)的高速輥?zhàn)虞S承正在逐步追趕世界先進(jìn)水平，但不可否認(rèn)目前仍存在一定差距。

1 影響軸承壽命的相關(guān)因素

目前國(guó)產(chǎn)軋機(jī)生產(chǎn)線多采用六輥可逆軋機(jī)，多為五連軋，以某冷軋廠帶寬1400精軋機(jī)為例，1580 線精軋機(jī)工作輥采用美國(guó)鐵姆肯公司（TIMKEN） 進(jìn)口系列軸承。該軸承的類(lèi)型為四列圓錐滾子軸承，采用雙列軸承。該類(lèi)型軸承的組成部分為滾子、保持架，軸承內(nèi)外圈以及相關(guān)組件，可承受徑向載荷和軸向載荷，其中徑向?yàn)橹饕芰Ψ较颉］S承外圈與軋輥輥徑為間隙配合方式，安裝時(shí)將軸承裝入軸承箱內(nèi)，然后再裝入軋輥軸頸。冷軋軋機(jī)工作輥的軸承失效多數(shù)為軸承表面燒毀、斷裂失效等非正常失效，其中主要與軋機(jī)高速和高油污的工作環(huán)境相關(guān)；另外對(duì)軸承不正確的安裝、與軸承配合的軸和軸承座的加工精度不達(dá)標(biāo)、及沒(méi)有合理定期維護(hù)軸承等因素也嚴(yán)重影響軸承的使用壽命。軋機(jī)軸承屬于高端精密部件，軸承工作環(huán)境十分復(fù)雜，包括高溫下工作，高壓水，氧化皮飛濺環(huán)境下，多種外部不利環(huán)境會(huì)促使軸承燒損速度加快，在對(duì)燒損軸承進(jìn)行拆換時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)部損傷點(diǎn)多為內(nèi)外圈輥道出現(xiàn)麻點(diǎn)，滾動(dòng)體出現(xiàn)擦傷、裂紋等失效現(xiàn)象。

1.1 軸承安裝不規(guī)范

軸承安裝不規(guī)范會(huì)造成軸向震動(dòng)大，有異響，過(guò)熱量大，最終導(dǎo)致軸承燒損，而從實(shí)際應(yīng)用上面來(lái)看，傳動(dòng)端的安裝影響因素要大于操作段，軸承的安裝是否規(guī)范直接影響軸承的使用壽命，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)軸承的安裝也是軸承使用安全的最基本保障，故必須對(duì)工作輥軸承進(jìn)行科學(xué)合理的安裝。由于四列圓錐輥?zhàn)虞S承直徑、寬度大，工作輥軸承的安裝較為復(fù)雜，需要分為幾步：

1）軸承內(nèi)圈與軸的熱裝，需要在軸承感應(yīng)加熱器上均勻加熱至130度左右。軸承內(nèi)圈與軸之間是過(guò)盈配合，因此軸承內(nèi)圈必須熱裝；

2）軸承外圈和保持架由吊臂或行車(chē)吊入軸承座內(nèi)，如果滾動(dòng)體和軸承外圈方便拆卸就分別裝外圈和滾動(dòng)體；

3）軸兩端分別插入兩個(gè)軸承座內(nèi)，調(diào)整間距；

4）安裝端蓋，一端留出一定游隙，另外一端擰緊；

5）密封圈的安裝；

6）調(diào)整止動(dòng)墊片，擰緊鎖緊螺母；

7）油氣潤(rùn)滑的安裝；

8）防銹油的涂抹。

在安裝調(diào)整過(guò)程中還可以通過(guò)水準(zhǔn)儀輔助軸承座的裝配。

按步驟合理的安裝，有效提高了軸承與軸、軸承座和端蓋的配合精度，改善了軸承的工作壽命，使得生產(chǎn)的板材表面質(zhì)量更佳。

1.2 軸和軸承座的加工精度不達(dá)標(biāo)

軸承的內(nèi)外圈配合面加工精度不高影響工作輥兩端軸承的同軸度。精密冷軋軋機(jī)的工作輥工作時(shí)候的徑向跳動(dòng)不能超過(guò)0.05mm，否則不能很好地保證軋制板帶的表面精度或者造成板帶表面厚度不均，影響產(chǎn)品質(zhì)量。與軸承配合的軸面和軸承座表面粗糙度必須達(dá)到1.6um，同軸度要求在0.02mm內(nèi)，故輥?zhàn)拥木庸け仨毶夏ゴ?，軸承座的內(nèi)表面精加工需要在數(shù)控鏜床上進(jìn)行。

1.3 軸承缺少合理定期維護(hù)

在軋制過(guò)程中，產(chǎn)生很大的徑向力加上高速旋轉(zhuǎn)常使工作輥軸承出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕，甚至膠合，故需要對(duì)軸承進(jìn)行定期檢查和維護(hù)。軸承缺少定期合理維護(hù)加速了軸承的損壞，目前冷軋廠主要采用以下幾個(gè)方式對(duì)軸承進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

1）定期拆洗軸承，做詳細(xì)記錄；

2）定期檢查輥?zhàn)?、軸承座的軸承配合面的尺寸精度，對(duì)超差的輥?zhàn)舆M(jìn)行修磨，修磨后的輥?zhàn)永^續(xù)使用，直到不能滿足繼續(xù)使用要求；

3）工作輥高速工作過(guò)程中，軸承保持架和軸承外圈會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，長(zhǎng)期工作外圈輥道會(huì)疲勞剝落，造成軸承失效。因此可以對(duì)工作輥兩端軸承換位使用。

1.4 異物入侵軸承內(nèi)部

當(dāng)軋機(jī)工作時(shí)由于車(chē)間廠房?jī)?nèi)環(huán)境，軸承座密封失效等因素，常有異物進(jìn)入軸承內(nèi)部，導(dǎo)致軸承燒損，當(dāng)有顆粒較大的異物進(jìn)入軸承時(shí)異物會(huì)阻礙軸承內(nèi)部的滾動(dòng)摩擦，使得摩阻系數(shù)&增大，內(nèi)部滾動(dòng)摩擦力瞬時(shí)增加，軸承內(nèi)部溫度升高，甚至?xí)?dǎo)致滾動(dòng)體，保持架斷裂。當(dāng)異物直徑較小時(shí)，異物顆?？赡苓M(jìn)入到潤(rùn)滑油中，潤(rùn)滑油是循環(huán)的集中潤(rùn)滑，從而導(dǎo)致異物顆粒循環(huán)到其他軸承中，影響更多的軸承，最終可能導(dǎo)致多個(gè)軸承發(fā)生失效作用。

2 改進(jìn)措施

1）為軸承的使用編寫(xiě)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和使用流程，是裝配程序標(biāo)準(zhǔn)化，每個(gè)裝配環(huán)境做好記錄并及時(shí)進(jìn)行檢查，對(duì)軸承的轉(zhuǎn)配要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行公差范圍內(nèi)的安裝。使用過(guò)程中調(diào)節(jié)軸承內(nèi)部的游隙時(shí)可以提前給予軸承一定的預(yù)過(guò)盈量，同時(shí)注意調(diào)整軸承內(nèi)外圈的軸向間隙，密封圈的安裝要注意精密性控制，所有軸承裝配完畢后必須要進(jìn)行裝后檢測(cè)方可上軋機(jī)。

2）對(duì)工作輥壓下量合理規(guī)范，對(duì)壓下的載荷進(jìn)行控制，合理的降低徑向載荷。布置油路的離線檢測(cè)裝置，遠(yuǎn)程檢測(cè)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的油路通暢度和油的清潔度，及時(shí)反饋液壓油的清潔度等級(jí)，對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證軋機(jī)工作范圍內(nèi)工作環(huán)境的衛(wèi)生整潔。

3）工人和技術(shù)人員在工作時(shí)，嚴(yán)禁佩戴手套，以防止手套中棉絮落入軸承內(nèi)部，充分及時(shí)利用現(xiàn)場(chǎng)壓縮空氣氣槍對(duì)輥?zhàn)雍洼S承內(nèi)部進(jìn)行清理，吹風(fēng)雜質(zhì)，及時(shí)處理。

4）對(duì)主要軋機(jī)備件的尺寸進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，保證機(jī)械密封性的完好。對(duì)磨損超標(biāo)的進(jìn)行更換，防止冷卻水等異物進(jìn)入潤(rùn)滑系統(tǒng)。

5）確保設(shè)備良好的工作狀態(tài)，處理所有軋機(jī)尤其是精軋區(qū)域聯(lián)接軸托架的磨損部位， 徹底消除隱患。在軋機(jī)調(diào)整軋制中心線時(shí)， 連接好軋機(jī)后先將聯(lián)接軸移至超過(guò)軋制中心線， 再反方向點(diǎn)動(dòng)縮回 4mm 的間隙，減輕因聯(lián)軸器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)軋輥的軸向力沖擊。

6）對(duì)軋機(jī)生產(chǎn)線進(jìn)行跟蹤，及時(shí)檢測(cè)軋機(jī)各臺(tái)組合設(shè)備的工作狀態(tài)，對(duì)鋼板的軋制的技術(shù)工藝合理優(yōu)化，根據(jù)不同來(lái)料的材料和帶寬編制合理的軋制流程，避免軋制過(guò)程中發(fā)生堆鋼，斷帶等情況，都可以避免對(duì)軸承的損傷。

3 軸承游隙的選擇和分析

所謂軸承游隙，即指軸承在未安裝于軸或軸承箱時(shí)，將其內(nèi)圈或外圈的一方固定，然后便未被固定的一方做徑向或軸向移動(dòng)時(shí)的移動(dòng)量。根據(jù)移動(dòng)方向，可分為軸向游隙和徑向游隙。軸承游隙的選擇和調(diào)整對(duì)軸承的滾動(dòng)疲勞壽命、溫升、噪聲、振動(dòng)及機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)精度等性能都有影響。工作輥軸承的游隙過(guò)大會(huì)降低軸承的承載能力及軸承的壽命，產(chǎn)生沖擊載荷，輥?zhàn)訒?huì)軸向竄動(dòng)，影響板帶的表面精度；軸承游隙過(guò)小會(huì)導(dǎo)致軸溫升高過(guò)快，可能導(dǎo)致軸承滾動(dòng)體卡死、軸承燒灼等現(xiàn)象。合理的軸承游隙能夠提高軸承的使用壽命，游隙過(guò)小，可能導(dǎo)致軸承燒壞，游隙過(guò)大，軸承松動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)影響使用。因此在工作輥軸承的安裝過(guò)程中，對(duì)軸承游隙的準(zhǔn)確測(cè)量，以及游隙的調(diào)整時(shí)十分重要的。

測(cè)量軸承的游隙時(shí)，為得到穩(wěn)定的測(cè)量值，一般對(duì)軸承施加規(guī)定的測(cè)量負(fù)荷。因此，所得到的測(cè)量值比真正的游隙（稱做理論游隙）大，即增加了測(cè)量負(fù)荷產(chǎn)生的彈性變形量。但對(duì)于滾子軸承來(lái)說(shuō)，由于該彈性變形量較小，可以忽略不計(jì)。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)工作輥以及支撐輥等的軸承游隙測(cè)量并沒(méi)有明確的文件，目前主要是根據(jù)冷軋廠技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估。該方法由于操作人員不同會(huì)產(chǎn)生較大的差別。

對(duì)工作輥軸承游隙的測(cè)量就是測(cè)量端蓋與軸承端的軸向距離。軸承游隙范圍一般到0到1mm之間，且測(cè)量目標(biāo)在軸承座內(nèi)部因此很難準(zhǔn)確測(cè)量。一般在軸承端面和端蓋之間加調(diào)整墊片，然后扳手?jǐn)Q緊，用游標(biāo)卡尺測(cè)量調(diào)整墊片的厚度值，該厚度值就是軸承游隙。

另外影響軸承壽命的其他非自然因素還有軸承的潤(rùn)滑情況（油氣潤(rùn)滑與脂潤(rùn)滑各自優(yōu)勢(shì)的比較），冷軋機(jī)操作工人對(duì)軋機(jī)的操作等。

4 結(jié)論

工作輥軸承在冷軋機(jī)組生產(chǎn)中應(yīng)用量大，直接關(guān)系到生產(chǎn)成本的高低。對(duì)該技術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)十分必要。游隙的大小的選擇對(duì)軋機(jī)工作也有著重要影響，故有必要對(duì)軋輥的軸承游隙進(jìn)行一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)研究?，F(xiàn)有技術(shù)可以對(duì)不同游隙的軸承進(jìn)行有限元分析，比較不同游隙不同直徑及型號(hào)的軸承使用壽命、失效形式。但是工作量很大，需要耗費(fèi)大量人力與物力，因此我們還需要探討更好的研究方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇玉達(dá).降低窄帶鋼熱軋機(jī)軸承消耗的措施[J].軋鋼，2003（3）：5758.

[2]張海軍.四輥軋機(jī)工作輥軸承燒損原因分析及改進(jìn)[J].軸承，2007（12）1415.

[3]常建生.檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)[M].吉林：吉林工業(yè)大學(xué)出版社，1980.

[4]張棟，鐘培道，陶春虎，等.失效分析[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005：197 205.

[5]鄒勇，杜偉娟，羅雪香，等.深層滲碳軸承滾子斷裂失效分析[J].金屬熱處理，2011，36（9） ：91 94.

[6]鄒龍江，高路斯，王蘭芳.GCr15SiMn 鋼軸承套圈開(kāi)裂原因分析[J].機(jī)械工程材料，2007，31（5）：53 55.

作者簡(jiǎn)介：陳鑫（1988），男，湖北武漢人，碩士，助理工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)，工業(yè)機(jī)器人。