軋機(jī)軸承使用壽命的影響因素分析

軋機(jī)軸承是軋機(jī)機(jī)座中的重要部件，其主要作用是支承轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥，承受由軋輥傳來的軋制力，并保持軋輥在機(jī)架中的正確位置。軋機(jī)軸承的工況非常惡劣，受高溫、重載、水和灰塵等因素的影響。雖然生產(chǎn)消耗中，軸承的消耗只占總消耗的5%左右，但對(duì)軋鋼產(chǎn)量的影響卻高達(dá)20%，因此，必須特別關(guān)注軋機(jī)軸承的各項(xiàng)使用和性能指標(biāo)。

軋機(jī)軸承的典型應(yīng)用

軋機(jī)輔助裝置用軸承

影響軋機(jī)軸承失效的因素分析

軋機(jī)軸承屬于精密件，其承載大，工作環(huán)境差。常見的軋機(jī)軸承失效形式有：工作面疲勞剝落、磨損、腐蝕等，其失效原因錯(cuò)綜復(fù)雜，經(jīng)常以一種或多種形式交叉表現(xiàn)，有很多因素難以用定量的表示方法來顯示與軸承失效存在的直接聯(lián)系。由影響軋機(jī)軸承使用壽命的因素分析魚骨圖（圖1）可知，主要分為內(nèi)在因素和外在因素兩個(gè)方面，內(nèi)在因素包括軸承的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工制造等，外在因素包括軸承的轉(zhuǎn)速情況、受載情況、潤滑、冷卻等。

圖1 影響軋機(jī)軸承使用壽命的因素分析魚骨圖

1）原材料

材料冶金質(zhì)量從根本上影響軋機(jī)軸承的使用壽命，需要嚴(yán)格控制材料缺陷如氣孔、疏松、碳化物積聚、夾雜物等，特別是存在夾雜物時(shí)，裂紋首先在夾雜物與基體交界處形成并擴(kuò)展，導(dǎo)致早期疲勞剝落（圖2、圖3）。

圖2 疏松、孔洞引起的滾道面剝離掉塊

圖3 沿夾雜物邊界形成的疲勞微裂紋

材料的潔凈度差，會(huì)破壞金屬基體的連續(xù)性，降低材料的塑性、韌性以及疲勞性能，在交變應(yīng)力作用下，夾雜物附近發(fā)生應(yīng)力集中，造成點(diǎn)蝕，點(diǎn)蝕擴(kuò)展后將形成疲勞剝落，疲勞剝落的后期階段損壞就是疲勞碎裂。

2）熱處理

軸承鋼熱處理至關(guān)重要，合理的熱處理工藝是保證實(shí)現(xiàn)材料性能的關(guān)鍵。熱處理金相組織不合格,組織不致密不均勻，脫碳層過深，殘留奧氏體量過多,應(yīng)力過大等，造成材料的強(qiáng)度不合格。硬度偏低容易造成磨損或壓痕，硬度偏高容易造成碎裂。

高碳軸承鋼經(jīng)過淬火和低溫回火處理后組織會(huì)變?yōu)槲慈芴蓟铩⑨槧铖R氏體以及殘余奧氏體，未溶碳化物含量和碳化物形態(tài)分布、針狀馬氏體大小和殘余奧氏體會(huì)影響軸承的表觀性能，軸承鋼未溶碳化物含量越低，則軸承鋼的硬度越高，其原因就在于未溶碳化物含量越少,馬氏體基體的碳濃度就會(huì)提高，硬度也就越高。

經(jīng)過淬火處理的軸承鋼中存在的少量未溶碳化物有助于提高軸承的耐磨度，也有助于細(xì)晶粒隱晶馬氏體的獲得，從而改善軸承的韌度和抗疲勞強(qiáng)度；碳化物的顆粒大小對(duì)軸承壽命影響也非常大，軸承鋼碳化物顆粒小于0.6 μm，其使用壽命會(huì)顯著提升，高質(zhì)量的軸承鋼其碳化物顆粒的大小要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般軸承鋼，并且碳化物顆粒的分布也更加均勻，不會(huì)以帶狀分布呈現(xiàn)；網(wǎng)狀碳化物分布會(huì)對(duì)基體晶粒之間的聯(lián)系產(chǎn)生影響，從而會(huì)降低軸承的抗疲勞極限，當(dāng)滾動(dòng)體與滾道之間的應(yīng)力超過了疲勞極限，就出逐漸產(chǎn)生裂紋從而縮短軸承壽命。

貝氏體組織的特性會(huì)提高碳鉻軸承鋼的比例極限、抗彎強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷面收縮率，提高軸承鋼的耐韌性，增強(qiáng)軸承承受沖擊力、斷裂力、摩擦力的能力，同時(shí)也有助于軸承尺寸的良好保持性。

3）載荷條件

軋機(jī)軸承承載大，如軋輥的徑向軸承都選用多列軸承，多列軸承的設(shè)計(jì)思路是依靠多列滾動(dòng)體來均勻的承載進(jìn)而增強(qiáng)軸承的承載能力，但是，在軋機(jī)使用的實(shí)際過程中，多列滾動(dòng)體的承載不可能完全均勻甚至?xí)霈F(xiàn)較大偏差，造成偏差的主要因素包括來自軸承本身設(shè)計(jì)、制造的偏差，軸承座安裝精度以及軋機(jī)部件的磨損等，同時(shí)，軸承承載分布還要受到軋制軸向力、傾覆力矩的影響。這就造成在軸承總體承受的當(dāng)量載荷不變條件下，每列滾動(dòng)體所承受的載荷出現(xiàn)變形，最終導(dǎo)致偏載，偏載一旦形成就會(huì)隨著繼續(xù)使用而不斷加劇，直到某一列滾動(dòng)體所承受的載荷超過該滾動(dòng)體極限承載能力，從而導(dǎo)致局部過載。除了會(huì)導(dǎo)致各列滾子載荷分配不平衡之外，還會(huì)導(dǎo)致單列滾子傾斜，造成應(yīng)力向局部集中，導(dǎo)致滾動(dòng)體滑動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生，滾動(dòng)條件一旦改變，滾動(dòng)體和內(nèi)外圈之間發(fā)生接觸打滑,會(huì)導(dǎo)致軸承發(fā)熱進(jìn)而失效。

4）加工

倒角、油槽、砂輪越程槽有尖角或者位置不對(duì)，此種情況會(huì)形成應(yīng)力集中區(qū)；零件加工精度差，幾何精度、形位公差及表面粗糙度差，存在變形、機(jī)械傷、粗糙凸峰等高點(diǎn)，使接觸表面應(yīng)力增大，軸承載荷分布不均勻，影響軸承潤滑油膜的形成與保護(hù)，形成表面疲勞剝落。

5）安裝

制定明確的安裝規(guī)程，使用合適的工具，避免不當(dāng)受力，提高安裝精度；軸承安裝游隙調(diào)整合適；提高軸承座孔的同軸度，減少中心線的傾斜和交叉。

6）潤滑

軸承能夠長時(shí)間可靠使用離不開潤滑質(zhì)量的保證，軋機(jī)軸承在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)候要受到多方面摩擦，其中外圈滾道載荷區(qū)是承受摩擦最嚴(yán)重的部位，軸承運(yùn)行過程中肯定會(huì)存在徑向游隙，就會(huì)存在承載區(qū)和非承載區(qū)問題，在非受載區(qū)滾子處在半滾動(dòng)半滑動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)滾子進(jìn)入承載區(qū)的過程中，滾子轉(zhuǎn)速會(huì)突然增加，在轉(zhuǎn)速突增的過程中，滾子與滾道會(huì)劇烈摩擦，同時(shí)還會(huì)承受和來自軋鋼過程中的沖擊載荷。這種情況下如果軸承的潤滑不良，零件表面的粗糙程度就會(huì)不斷增加，由此會(huì)導(dǎo)致磨損逐漸加大，滾子單位表面所承受的壓力也會(huì)不斷增加，同時(shí)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，滾子與滾道、滾子與保持架、保持架和內(nèi)外圈之間均有滑動(dòng)摩擦發(fā)生，并且這種滑動(dòng)摩擦?xí)S著載荷的增加而增大，滑動(dòng)摩擦的存在會(huì)造成軸承各部件之間相對(duì)爬行（蠕動(dòng)）的發(fā)生，導(dǎo)致磨損。因此，必須保持軸承各部件之間良好的潤滑，潤滑油膜能夠良好的隔離各部件之間的接觸面，避免出現(xiàn)金屬與金屬之間的直接摩擦接觸。同時(shí)，良好的潤滑還會(huì)起到很好的散熱作用，能夠?qū)\(yùn)轉(zhuǎn)中的摩擦熱起到傳遞降低作用。另外，要選用合適的潤滑脂和正確的再潤滑方式和周期。

7）密封

密封性能是軋機(jī)軸承性能的關(guān)鍵，軸承運(yùn)行的成功取決于其密封能力，即將油脂留置在軸承中，將污物擋在外面的能力。通常軋鋼設(shè)備使用的軸承主要會(huì)遭到生產(chǎn)冷卻水和氧化鐵皮的污染。軸承的密封情況不佳，潤滑脂被水污染之后，會(huì)降低軸承材料的抗疲勞程度從而產(chǎn)生裂紋。軋鋼時(shí)，氧化鐵皮會(huì)破壞軸承內(nèi)部的潤滑條件，軸承表面會(huì)出現(xiàn)摩粒磨損，導(dǎo)致軸承產(chǎn)生磨損的情況。因此，理想的軸承密封能夠有效地提高軸承的使用壽命，同時(shí)也降低了軸承突然損壞影響生產(chǎn)事件的發(fā)生概率。

如：可以在立輥箱上部設(shè)置防水膠墊，在軸承壓蓋之處設(shè)置防水密封圈；可以選用氟橡膠骨架對(duì)軸承進(jìn)行密封，從而預(yù)防冷卻水或氧化鐵皮進(jìn)入軸承內(nèi)部，進(jìn)而延長軸承的使用壽命；常用的密封方法有聯(lián)合密封設(shè)計(jì)和窄密封設(shè)計(jì)等。

小結(jié)

軋機(jī)軸承的使用壽命受到軸承內(nèi)、外因兩方面的影響，除了選擇質(zhì)量可靠的軸承之外，還必須提高軸承安裝精度，并且，在日常檢修維護(hù)中要嚴(yán)格控制潤滑油質(zhì)量并確保潤滑方式合理，同時(shí)還要提高軸承的密封程度。軋機(jī)軸承壽命的提高是檢修人員的重點(diǎn)工作之一，只有熟悉軸承的性能，了解運(yùn)行的工況，掌握維護(hù)的知識(shí)才能在日常軸承維護(hù)工作中切實(shí)地抓住工作重點(diǎn)，提高軋機(jī)設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，從而保障生產(chǎn)的順利開展。

（來源：軸承雜志社）

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