二十輥SUNDWIG軋機(jī)支承輥軸承外圈爆裂原因分析及對(duì)策

摘　要：結(jié)合二十輥SUNDWIG軋機(jī)支承輥軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作條件，論文分析了軸承在使用過程中出現(xiàn)外圈爆裂的機(jī)理及原因，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，并進(jìn)行了實(shí)際使用驗(yàn)證。

1、引言

支承輥軸承作為二十輥軋機(jī)關(guān)鍵輥系組成部分，直接影響軋機(jī)的可靠性、安全性、壽命及軋制帶鋼的質(zhì)量。支承輥軸承本身要求精度非常高，旋轉(zhuǎn)精度需達(dá)到P4級(jí)以上。軸承需要定期維護(hù)，以保證使用質(zhì)量。

寶新公司有兩臺(tái)二十輥SUNDWIG四立柱單機(jī)架可逆式軋機(jī)，最大軋制力800t，最高速度800m/min。該型軋機(jī)支承輥軸承共有8根，位置呈六邊形分布，位于6根二中間輥外側(cè)，每根為9段式軸承結(jié)構(gòu)為雙列圓柱滾子軸承，無止推墊片，有分離式擋邊圈。在前期生產(chǎn)過程中，支撐輥易出現(xiàn)外圈爆裂剝落現(xiàn)象，給現(xiàn)場(chǎng)正常生產(chǎn)及質(zhì)量控制造成較大影響。其主要失效表現(xiàn)形式為：外圈軸向出現(xiàn)嚴(yán)重開裂剝落，外圈擋邊開裂剝落等，如圖1、圖2。

2、支承輥軸承外圈爆裂原因分析

2.1、軸承材質(zhì)、硬度檢測(cè)分析

通過對(duì)外圈爆裂軸承和正常軸承硬度進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，如表1、表2；對(duì)材質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比，在微觀組織下，外徑側(cè)、滾道側(cè)的馬氏體組織都呈現(xiàn)良好的組織情況，另外，內(nèi)部因?yàn)槭侨夂衿?，確認(rèn)有托氏體，如圖3、圖4。因此后續(xù)重點(diǎn)對(duì)軸承的受力情況和軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查分析。測(cè)定位置從各零件的側(cè)面測(cè)定（滾子為端面），表面硬度測(cè)定結(jié)果如下。從上兩表數(shù)據(jù)分析，爆裂軸承和正常軸承的區(qū)別在于，內(nèi)圈的表面硬度不同，其它部分，爆裂軸承和正常軸承都具有相同的表面硬度。外圈、內(nèi)圈、擋圈為60HRC左右的表面硬度，滾子為64HRC程度的高硬度。

2.2、受力分析

2.2.1、整根支承輥軸承受力分析

圖5為整根支承輥軸承承受載荷、單個(gè)軸承兩列滾動(dòng)體和內(nèi)外滾道接觸受力大小情況。軋制過程中整根支承輥軸承受撓曲變形影響，中間軸承5受力最大，考慮到中心位置附件撓度曲率變化較小，可近似的認(rèn)為軸承5受均勻的壓力。但出于兩側(cè)的軸承（特別是3、4、6、7）由于撓度曲率變化較大，受力情況將有所變化。

以軸承6為例，如圖6所示，由于軸承面以及滾動(dòng)體等塑性變形的影響，芯軸的撓度將遠(yuǎn)小于二中間輥，因此，軸承所受壓力F將于芯軸成一定角度。故分解后，軸承將受到一個(gè)平行于芯軸方向的軸向力F1，軸向分力F1依靠軸承滾道側(cè)壁及擋邊抵消。若軋制力過大或者凸度設(shè)計(jì)不合理，將使支承輥軸承撓度增大，從而增大軸向分力F1。一旦分力F1超過軸承設(shè)計(jì)承受能力，將使?jié)L動(dòng)體端面、軸承側(cè)壁及擋圈磨損，如圖2，以至最后剝落及開裂。同時(shí)，由于撓度的存在，將使兩側(cè)滾動(dòng)體受力不均勻，形成偏載，靠近中心位置側(cè)受力較大，遠(yuǎn)離中心位置側(cè)受力較小，若偏載過大，將導(dǎo)致偏載側(cè)滾道磨損嚴(yán)重，甚至剝落開裂。最終撕裂外圈，如圖7。

2.2.2、輥系受力分析

如圖8，若軋制線前后高度不一致，將使整個(gè)輥系受力不均，軋制時(shí)將產(chǎn)生軸向分力，作用于支承輥軸承上將導(dǎo)致滾動(dòng)體端面、軸承側(cè)壁及擋圈磨損。軋制過程中一中間輥橫向竄動(dòng)，竄動(dòng)力將通過摩擦力反作用于二中間輥，最后傳遞到支承輥軸承上。若一中間輥竄動(dòng)力過大，也可能導(dǎo)致軸向力過大。因此，應(yīng)該減小竄動(dòng)過程中的摩擦力。考慮到壓力的不可控，因此，應(yīng)盡量減小一中間輥和二中間輥的摩擦因子。

2.2.3、軋制力情況分析

表3為軋機(jī)正常軋制階段、異常軋制階段及各支承輥爆裂階段軋制鋼種占比平均數(shù)據(jù)。由表中數(shù)據(jù)可以看出：（1）正常階段與異常階段軋制各鋼種比例未發(fā)生較大變化；（2）支承輥軸承爆裂多發(fā)生于軋制200/300系鋼種階段，即軋制力較大階段。

離心壓縮機(jī)軸承溫度高的原因及處理方法

一臺(tái)機(jī)器的零部件之間就是一個(gè)小版的自然生態(tài)，一個(gè)機(jī)體出現(xiàn)狀況必然會(huì)影響到另一個(gè)機(jī)體，從而影響到整臺(tái)機(jī)器的運(yùn)作?？梢姡考m小，卻不容小覷。所以，我們要懂得愛護(hù)、保養(yǎng)我們的機(jī)器，了解部件出現(xiàn)的一些狀況的原因及處理方法。

供油系統(tǒng)的原因

01

潤滑油量不足或中斷，將會(huì)引起軸承溫度升高，使軸承產(chǎn)生咬合，嚴(yán)重的使巴氏合金熔化。造成油量不足或中斷的原因可能是：主油泵損壞而輔助油泵又未能及時(shí)投入供油；供油系統(tǒng)管路及聯(lián)接法蘭漏油或破裂，油管路堵塞；油箱中油位過低使油泵吸油量不足或者吸不上油來。應(yīng)及時(shí)查找原因，采取相應(yīng)措施處理。

02

潤滑油不清潔，含有沙粒雜質(zhì)等異物，帶入軸承后使軸瓦刮傷，甚至使軸承溫度升高而引起巴氏合金熔化。應(yīng)對(duì)油箱中油進(jìn)行循環(huán)過濾，濾掉油中雜質(zhì)，清洗檢查供油管線上油過濾器，必要時(shí)更換新濾芯，提高濾油效果。

03

潤滑油冷卻器工作失常，進(jìn)油溫度過高，油的粘度下降，軸承的熱量不能及時(shí)被帶走，在軸瓦內(nèi)不能形成良好的潤滑油膜。應(yīng)加大冷卻水量，若油冷器結(jié)垢或堵塞，要進(jìn)行除垢、疏通，提高冷卻效果。

04

潤滑油中含水，降低了油的潤滑性能，影響了壓力油膜的形成。應(yīng)用分離機(jī)對(duì)油箱中油進(jìn)行油水分離，分離出油中水份。

機(jī)器和軸承本身原因

01

壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡引起的軸承振動(dòng)過大，軸瓦磨損。應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子作動(dòng)平衡，減小不平衡量。

02

軸承安裝不符合要求，例如止推軸承的軸承座歪斜，會(huì)使止推軸承瓦塊負(fù)荷不均，承載的瓦塊溫度會(huì)升高，將大大減少軸承的承載能力，很可能引起止推軸承的損壞。徑向或止推軸承間隙太小，不利于潤滑油膜的正常形成，同時(shí)潤滑油排泄量不夠充分，摩擦產(chǎn)生的熱量不能被及時(shí)帶走，引起軸瓦溫度升高。因此安裝軸承時(shí)，一定要仔細(xì)，使各項(xiàng)要求符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

03

軸瓦的巴氏合金澆鑄質(zhì)量不合格，巴氏合金可能有脫落、裂紋、砂眼等缺陷，含有鐵屑、沙粒等雜質(zhì)。應(yīng)選擇高速輕載巴氏合金，化驗(yàn)分析合金成分應(yīng)符合要求，提高澆鑄和加工質(zhì)量。

04

軸承結(jié)構(gòu)不合理，軸瓦處于超負(fù)荷運(yùn)行，軸瓦和軸承無法形成液體摩擦。應(yīng)改進(jìn)軸承設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，改善軸瓦承載情況，降低軸承運(yùn)行負(fù)荷，確保軸承在液體摩擦狀態(tài)下運(yùn)行。

05

壓縮機(jī)平衡盤密封、級(jí)間密封齒損壞或隔板漏氣，使轉(zhuǎn)子軸向受力增大，止推軸承負(fù)荷增加。應(yīng)對(duì)壓縮機(jī)解體檢修，更換平衡盤和級(jí)間密封，修整隔板中分面，避免漏氣。

06

平衡管堵塞，平衡盤副壓腔壓力無法泄掉，平衡盤作用不能正常發(fā)揮，使轉(zhuǎn)子軸向受力增大，止推軸承負(fù)荷增加。應(yīng)檢查平衡管，清除堵塞物，使平衡盤副壓腔壓力能及時(shí)卸掉，平衡盤作用能正常發(fā)揮。

從上述列舉的原因來看，軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)不僅取決于軸承結(jié)構(gòu)本身、制造安裝和檢修的質(zhì)量，而且還取決于壓縮機(jī)運(yùn)行情況的變化和供油系統(tǒng)的工作情況。

所以，在檢修時(shí)，必須嚴(yán)格遵守檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，保證質(zhì)量；在運(yùn)行中應(yīng)該特別注意監(jiān)視軸瓦溫度、潤滑油溫度、軸向位移以及供油系統(tǒng)的工作是否正常、軸承的振動(dòng)是否過大和有無異音等。如有異常，應(yīng)立即分析判斷，采取有效措施進(jìn)行處理，避免事故發(fā)生。

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摘　要：工業(yè)減速機(jī)是在原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，是一種減速傳動(dòng)裝置，在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用廣泛。本文闡述了工業(yè)減速機(jī)的安裝注意要點(diǎn)，對(duì)使用過程中的常見故障進(jìn)行了分析，探討了工業(yè)減速機(jī)的維修與裝配經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：減速機(jī)；安裝使用；故障分析；維修與裝配

1　工業(yè)減速機(jī)的安裝

機(jī)械設(shè)備的安裝是一項(xiàng)精細(xì)復(fù)雜的工作，技術(shù)要求高，操作中必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程和設(shè)計(jì)資料的規(guī)定。一般機(jī)械設(shè)備安裝的順序是：設(shè)備的找平找正、清洗裝配、調(diào)整與試運(yùn)轉(zhuǎn)。

（1）在安裝使用前應(yīng)對(duì)減速機(jī)安裝軸進(jìn)行清洗，并檢查安裝軸是否有碰傷、污物。減速機(jī)為傾斜安裝時(shí)，應(yīng)保證最高位齒輪軸軸承得到箱內(nèi)齒輪油的潤滑，并保證箱體最高位處能排出箱內(nèi)氣體。

（2）工業(yè)減速機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)和原動(dòng)機(jī)組裝時(shí)，應(yīng)對(duì)聯(lián)接法蘭清理打磨干凈聯(lián)接法蘭對(duì)接部位直口平整度，確保平齊，并對(duì)法蘭周圈所有螺栓配齊、緊固。

（3）裝配的傳遞元件（聯(lián)軸器、鏈輪）應(yīng)當(dāng)保持轉(zhuǎn)動(dòng)平衡，以免引起不允許的徑向力或軸向力。通常利用裝配夾具和軸端的內(nèi)螺紋，用螺栓將傳動(dòng)件壓入，否則有可能造成減速機(jī)內(nèi)部零件的損壞。

（4）減速機(jī)安裝必須剛性固定在堅(jiān)實(shí)的水平基礎(chǔ)或鉛直機(jī)架上，并做好調(diào)平。必須保證原動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的同軸度一致，以免出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)偏擺對(duì)設(shè)備輸入、輸出軸及軸承增加附加應(yīng)力而造成損壞。兩相連軸伸的同軸度應(yīng)控制在φ0.1mm范圍，兩軸伸端面之間應(yīng)留有2-8mm間隙，間隙值的大小根據(jù)與減速機(jī)相連設(shè)備的具體情況而定，既要保證足夠的傳遞載荷能力，又要保證減速機(jī)軸承不受額外的軸向力。為了避免工作機(jī)主軸撓曲及在減速機(jī)軸承上產(chǎn)生附加力，減速機(jī)與工作機(jī)之間的距離，在不影響正常的工作的條件下應(yīng)盡量小，其值為5-10mm。

（5）加注齒輪油：油的級(jí)別應(yīng)選擇減速機(jī)推薦值，或者采用與推薦油完全等效的油。而且油量要正確，每個(gè)減速機(jī)有附帶標(biāo)明所推薦的油的級(jí)別和數(shù)量的標(biāo)牌。油鏡是減速機(jī)油位的顯示鏡，在減速機(jī)的一側(cè)，加注油時(shí)油位應(yīng)達(dá)到油鏡的中部上下位置為宜。

正確加注油量的重要性：在飛濺潤滑的減速機(jī)中，負(fù)載接近熱功率時(shí)，正確加注油量特別重要。在某些情況下僅僅是由于多加了15%的油，運(yùn)行溫度可能升高到正常溫度以上15-20℃，這會(huì)引起油的潤滑能力減少而使減速器嚴(yán)重?fù)p壞。當(dāng)油位低于標(biāo)識(shí)所指示的油位時(shí)，齒輪可能夠不到油，而使飛濺潤滑成為不可能。

2　常見故障分析

由于工業(yè)減速機(jī)運(yùn)行環(huán)境惡劣，常會(huì)出現(xiàn)磨損、滲漏等故障，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）減速機(jī)軸承室磨損，其中又包括殼體軸承箱、箱體內(nèi)孔軸承室、變速箱軸承室的磨損；此種情況的出現(xiàn)主要是在安裝軸及軸承時(shí)各軸平行度和同軸度調(diào)整不當(dāng)，在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)了偏向力（徑向或軸向）或者箱體異常的震動(dòng)，致使軸和軸承受力對(duì)軸承室產(chǎn)生一定的磨損。

（2）減速機(jī)齒輪軸軸徑磨損，主要磨損部位在軸頭、鍵槽等；產(chǎn)生此類故障的原因是在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的頻繁過載啟動(dòng)以、部分零件的材質(zhì)問題。

（3）減速機(jī)傳動(dòng)軸軸承位磨損或軸承故障；不正確的裝配，不僅會(huì)加速軸承的磨損，還會(huì)發(fā)生斷裂和高溫咬死等故障。特別是對(duì)于不能自動(dòng)調(diào)心類型的軸承，當(dāng)軸頸或軸承座孔加工精度不良或安裝不當(dāng)，及軸的撓度太大時(shí)都會(huì)造成軸承內(nèi)、外圈相互傾斜，使軸承工作負(fù)荷分布不均，壓力集中處將過早破壞。

（4）減速機(jī)結(jié)合面滲漏。表現(xiàn)在減速機(jī)箱體結(jié)合面、軸承端蓋處的滲漏油現(xiàn)象，主要是結(jié)合面密封墊片或密封膠料涂抹工藝出現(xiàn)紕漏；檢修工藝不當(dāng)，在設(shè)備檢修時(shí)，由于結(jié)合面上污物清除不徹底，或密封膠選用不當(dāng)、密封件方向裝反、不及時(shí)更換密封件等均會(huì)引起漏油，在加強(qiáng)裝配工藝要求后是可以避免。

（5）減速機(jī)輪齒失效。常見的輪齒失效形式有：輪齒的折斷和齒面的損壞。輪齒折斷一般發(fā)生在齒根部，因齒根處的彎曲應(yīng)力最大且有應(yīng)力集中。齒面的損壞可分為齒面的疲勞點(diǎn)蝕、磨粒磨損、膠合和塑性變形等。防止輪齒失效的措施有：提高齒面硬度和表面粗糙度要求；選用粘度較高的潤滑劑；供給足夠的潤滑油和保持潤滑油的清潔；避免頻繁啟動(dòng)和嚴(yán)重的過載與沖擊；提高裝配質(zhì)量，加強(qiáng)維護(hù)管理。

3　維修與裝配

工業(yè)減速機(jī)齒輪嚙合是否符合要求，其接觸面是否良好，以及軸承部位各零件裝配間隙是否良好，是減速機(jī)齒輪裝配與修理質(zhì)量好壞的標(biāo)志。

檢查齒輪時(shí)，如發(fā)現(xiàn)齒面磨損不均、有痕跡或局部剝落情況，應(yīng)立即檢查齒輪中心距，各軸的不平行度，齒輪嚙合間隙，各軸承的水平度、同軸度及接觸情況，潤滑油質(zhì)量情況，是否有其他金屬物或非金屬物掉入減速箱內(nèi)以及齒輪鍵和螺帽是否松動(dòng)等。對(duì)檢查出的問題必須及時(shí)處理，絕不可強(qiáng)制運(yùn)轉(zhuǎn)。在檢查過中，如發(fā)現(xiàn)某一齒面剝落，其面積不超過齒輪有效結(jié)合面積的30%，其他各部分正常時(shí)，可繼續(xù)使用，但要重點(diǎn)做好定期檢查是否有變化情況。當(dāng)齒面剝落不斷增加，運(yùn)行狀態(tài)逐漸惡化時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行更換。

審核編輯：符乾江