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轧机轴承的分类与影响轧机轴承使用寿命的原因


[中华轴承网] 2018/12/3 作者:中华轴承网

轧机轴承系指用于压延行业,即有色金属、黑色金属及非金属制品压延。用于压延辊系辊径处及滚筒上的轴承。通常采用四列圆柱滚子轴承承受径向载荷,推力滚子或推力球轴承以及向心角接触球或向心滚子轴承承受轴向载荷,现大多采用油气润滑或油雾润滑及油脂的方式进行润滑冷却。


轧机轴承的分类

(1)调心滚子轴承

轧机轴承在轧机上的配置型式不同,当时主要采用两套调心滚子轴承并列安装于同一辊颈上。这种配置型式基本满足了当时的生产条件,轧制速度可达600rpm。但随着速度的提高,其缺点越发突出:轴承寿命短、消耗量大、成品精度低、辊颈磨损严重、轧辊轴向窜动大等。

(2)四列圆柱滚子轴承+止推轴承

圆柱滚子轴承内径与辊颈采用紧配合,承受径向力,具有负荷容量大、极限转速高、精度高、内外圈可分离且可以互换、加工容易、生产成本低廉、安装拆卸方便等优点;止推轴承承受轴向力,具体结构型式可根据轧机的特点去选用。

重载低速时,配以推力滚子轴承,以较小的轴向游隙来承受推力负荷。当轧制速度高时,配以角接触球轴承,不仅极限转速高,而且工作时轴向游隙可严格控制。使轧辊得到紧密的轴向引导,并可承受一般的轴向负荷力。这种轴承配置型式不仅具有轴承寿命长,可靠度高,而且具有轧制成品精度高、易控制等诸多优点,所以目前应用最为广泛,多用于线材轧机、板材轧机、箔材轧机、双支撑辊轧机冷轧机和热轧机等的支撑辊。


(3)四列圆锥滚子轴承

圆锥滚子轴承既可承受径向力,又可承受轴向力,无需配置止推轴承,因此主机显得更加紧凑。圆锥滚子轴承内径与辊颈采用松配合,安装和拆卸非常方便,但有时会因松配合而引起滑动蠕变,因此内径常加工有螺旋油槽。这种配置型式应用仍然是比较广的,如四辊热轧机和冷轧机的工作辊、开坯机、钢梁轧机等场合的轧辊。

四列圆柱滚子轴承和六列圆柱滚子轴承几乎全部用于轧钢机架的轧辊颈、滚筒和轧压机。同其它滚子轴承相比,这些轴承的摩擦低。由于这些轴承通常以过盈配合安装在轧辊颈上,特别适合轧钢速度高的轧钢机应用。这些轴承的低横截面允许使用同轧辊直径相比相对较大的轧辊颈直径。由于可装入非常多滚子,其径向载荷能力非常高。

多列圆柱滚子轴承只能承受径向载荷。因此,这些轴承同深沟球轴承或角接触球轴承、或径向设计或止推设计的圆锥滚子轴承一起安装,由后者承受轴向载荷。四列和六列圆锥滚子轴承为分离式设计,即带整体式法兰的轴承圈及滚子和保持架组件可同分离式轴承圈分开安装,或所有轴承部件均可分别安装。

这在相当程度上简化了轴承安装、维护和检查。轴承内可承受一定限度的轴相对于轴承座的轴向位移。四列圆柱滚子轴承带一个圆柱孔,一些尺寸的轴承还可带圆锥孔供应。带圆锥孔的轴承可在安装过程中调整,以得到一定的径向内部游隙或确定的预载荷。


轧机轴承的润滑

轧辊轴承的润滑原则上与其他滚动轴承的润滑基本一致,只是轧辊轴承的工作条件比较恶劣,其工作性能能否获得有效发挥在很大程度上取决于轴承的润滑情况。轧辊轴承采用的润滑方法主要有脂润滑和油润滑。

(1)脂润滑的润滑脂兼有密封作用,密封结构和润滑设施简单,补充润滑脂方便,因此只要工作条件允许,轧辊轴承一般都采用脂润滑。油润滑的冷却效果强,并能从轴承内带走污物和水分。轧辊轴承采用油润滑的润滑方法有压力供油润滑、喷油润滑、油雾润滑和油气润滑。

(2)压力供油润滑是常规转速下轧辊轴承最有效的润滑方式。喷油润滑是将润滑油以一定的压力通过装在轴承一侧的喷油嘴喷入轴承内部进行进行润滑,一般应用在高速轧辊轴承,或者压力供油润滑不能满足冷却要求的场合。

(3)喷雾润滑是将含有油雾的干燥压缩空气喷到轴承内部进行润滑,使用油量少,由于空气的作用,冷却效果极强,主要用于轧制速度高和轧制精度高的大型轧辊轴承,或者用于在轴承箱中不经常拆卸的轧辊轴承。压力供油润滑和喷油润滑都需要装设进、出油管、润滑泵、储油器,有时还需润滑油冷却器,因此,费用较高,一般轧辊轴承较少采用。


影响轧机轴承使用寿命的原因

轧机轴承是轧机的重要部件,在轧机运转过程中,轴承支撑着轧辊,承受着轧辊轧制力的同时保持着轧辊的正确位置,轧机轴承质量是否可靠以及寿命的长短直接影响着轧机运行的可靠性。影响轧机轴承使用寿命的因素有很多,轴承材质、结构设计、制造精度、安装与密封、润换、冷却等一系列内外因素都会对轧机轴承的使用寿命产生影响。

恶劣的工况条件是造成轧机轴承早期失效的主要原因,通常所说的轴承使用工况条件主要包括了载荷及其分布,润滑、密封、速度传递、工作温度、散热条件等,轴承质量和使用部位相同的情况下,工况条件不同则其使用寿命就会存在较大的差距。

1、碳化物对轴承寿命的影响

高碳轴承钢进过淬火和低温回火处理后组织会变为未溶碳化物、针状马氏体以及残余奥氏体,未溶碳化物含量和碳化物形态分布、针状马氏体大小和残余奥氏体会影响轴承的表观性能,轴承钢未溶碳化物含量越低,则轴承钢的硬度越高,其原因就在于未溶碳化物含量越少,马氏体基体的碳浓度就会提高,硬度也就越高。

经过淬火处理的轴承钢中存在的少量未溶碳化物有助于提高轴承的耐磨度,也有助于细晶粒隐晶马氏体的获得,从而改善轴承的韧度和抗疲劳强度;碳化物的颗粒大小对轴承寿命影响也非常大,轴承钢碳化物颗粒小于0.6um,其使用寿命会显著提升,高质量的轴承钢其碳化物颗粒的大小要远远低于一般轴承钢,并且碳化物颗粒的分布也更加均匀,不会以带状分布呈现;网状碳化物分布会对基体晶粒之间的联系产生影响,从而会降低轴承的抗疲劳极限,当滚动体与滚道之间的应力超过了疲劳极限,就出逐渐产生裂纹从而缩短轴承寿命。


2、贝氏体对轴承寿命的影响

贝氏体组织的特性会提高碳铬轴承钢的比例极限、抗弯强度、屈服强度和断面收缩率,提高轴承钢的耐韧性,增强轴承承受冲击力、断裂力、摩擦力的能力,同时也有助于轴承尺寸的良好保持性。

3、载荷条件对轴承寿命的影响

轧机上使用的轴承主要有以下几种,多圆柱滚子轴承、四列圆锥轴承以及双列球面滚子轴承,不考虑轴承本身质量的前提下,工况下使用的轴承寿命主要由轴承所受的载荷决定的。

由于轧线轧机轧制力不断增加,在轧辊滚颈只能选用多列轴承,多列轴承设计的理念是依靠多列滚动体来均匀的承载进而增强轴承的承载能力,但是,在轧机使用的实际过程中,多列滚动体的承载不可能完全均匀甚至会出现较大偏差,造成偏差的主要因素包括来自轴承本身设计制造的偏差,轴承座安装精度以及轧机部件磨损,同时,轴承承载分布还要受到轧制力、轴向力以及弯辊力的影响。

这就必然会造成在轴承总体承受的当量载荷不变条件下,每列滚动体所承受的载荷出现变形,最终导致偏载,偏载一旦形成就会随着继续使用而不断加剧,直到某一列滚动体所承受的量载荷超过该滚动体极限承载能力,从而导致局部过载破裂状况。

偏载是一种严重影响轴承寿命的情况,除了以上分析的会导致各列滚子载荷分配不平衡之外,还会导致单列滚子倾斜,造成应力向局部集中,导致滚动体滑动现象发生,滚动条件一旦改变,轴承滚动体和内外环之间就会发生接触打滑,导致轴承发热进而损毁。


4、润换质量对轴承寿命的影响

轴承能够长时间可靠使用离不开润滑质量的保证,轧机轴承在正常运转时候要受到多方面摩擦,其中外圈滚道负荷区是承受内摩擦最严重的部位,轴承运行过程中肯定会存在径向油隙,滚子的滚动只会在负荷区的问题,这样则非负荷区就会处在半滚动半滑动状态,滚子从非负荷区进入负荷区的过程中,滚子转速会突然增加,在转速突增的过程中,滚子与滚道会剧烈摩擦,同时还会承受和来自轧钢过程中的冲击负荷。

这种情况下如果轴承的润滑不良,零件表面的粗糙程度就会不断增加,由此会导致磨损逐渐加大,滚子单位表面所承受的压力也不断增加,同时轴承运转过程中,运转滚动体与滚道、运转滚动体与保持架、保持架和内外圈之间均有滑动摩擦发生,并且这种滑动摩擦会随着载荷的增加而增大,滑动摩擦的存在会造成轴承各部件之间相对爬行的发生,为了降低轴承各部件相对爬向导致的磨损,就必须保持轴承各部件之间良好的润滑,润滑油膜能够良好的隔离各部件之间的接触面,避免出现金属与金属之间的直接摩擦接触。同时,良好的润滑还会起到很好的散热作用,能够对运转中的摩擦热起到传递降低作用。

5、密封质量对轴承寿命的影响

由于轧机轴承运行环境恶劣,轴承运转过程中受到污染的概率就会增加,因此必须保持轴承密封的良好,才能避免污染润滑脂。通常轧钢设备使用的轴承主要会遭到生产冷却水和氧化铁皮的污染。

润滑脂被水污染之后,会降低轴承材料的抗疲劳程度从而产生裂纹,如果润滑脂被氧化铁皮污染,情况更为恶劣,氧化铁皮会破坏轴承内部的润滑条件,轴承表面会出现摩粒磨损。

被冷却水和氧化铁皮污染后的轴承,在使用过程中套圈会不断恶化,随着污染物的增多,最终会导致套圈开裂,轴承损毁,因此,理想的轴承密封能够有效地提高轴承的使用寿命,同时也降低了轴承突然损坏影响生产事件的发生概率。

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