中厚板轧机滚动轴承失效分析与预防方法

2021-10-09

孟庆晓

（济钢中厚板3500生产线）

摘　要：中厚板轧机选用滚动轴承要考虑的主要因素，从现场环境、轧制速度以及拆装等方面对系统进行分析。总结中厚板轧机滚动轴承的失效原因，给出解决方法。

一、前言

中厚板轧机所用滚动轴承有很多种类型，每种类型的轴承都有各自适合应用的场合。在实际工作中，因为轴承选型不当造成轴承故障或早期损坏失效的事例很多，因此轴承类型选择和正确安装使用，对轴承使用寿命具有十分重要的作用。

中厚板轧机选用滚动轴承主要考虑的因素有：安装空间、载荷大小、载荷方向、调心性能、运转速度、旋转精度、轴向位移等，同时必须考虑到轴承的安装与拆卸。例如，冶金行业轧辊轴承可选用内圈无挡边的四列圆柱滚子轴承或多列圆锥滚子轴承，可方便地与轧辊辊颈和轴承箱孔进行安装。

1.安装容积

对于轴承的安装容积，四列圆柱滚子和四列圆锥滚子轴承的径向尺寸受到限制时，都可依据轧辊的辊径选择轴承外径，以适合保持轧辊辊体Z大修磨量的要求。但就轴承的承载力来讲，四列圆柱滚子轴承的径向承载能力要比相同尺寸的四列圆锥滚子轴承大。四列圆柱滚子轴承不能承受轴向载荷，必须要在轧辊上安装承受轴向载荷的轴承，才能发挥四列圆柱滚子轴承承受径向载荷的优点，使用这种轴承，轧辊的长度和设备重量都会增加。四列圆锥滚子轴承在承受径向载荷的同时能承受轴向载荷，轴承安装时也比较简单，但当轴承间隙大时，四列圆锥滚子轴承在轴向载荷的作用下，有可能造成其中的两列滚子卸载，轴承的承载能力降低。在这种情况下，四列圆柱滚子轴承要优于四列圆锥滚子轴承。

2.轧制速度要求

在选择轧辊轴承结构时，除考虑轴承的承受能力外，轴承允许的轧制速度也是很重要的，从轴承允许Z高转速来说在同等润滑和冷却的条件下，四列圆柱滚子轴承和四列圆锥滚子轴承都允许有较高的旋转速度，但当轧制速度＞30m/min 时，四列圆柱滚子轴承的高速性能要好于四列圆锥滚子轴承，这是由于圆锥滚子轴承的保持架加工不可能像四列圆柱滚子轴承的保持架一样精密，圆柱滚子的轴承在离心力的作用下，套圈和滚子与保持架的摩擦减少。中厚板 3500生产线轧机采用四列圆柱滚子轴承和深沟球轴承组合，就是充分利用两种轴承的转速性能。

3.快速安装和拆卸的要求

将轧辊轴承箱在轧辊的轴颈上进行快速安装和拆卸，实现轧机的频繁快速换辊是轧机对轧辊轴承的又一要求。四列圆锥滚子轴承只有在轴承内径与轧辊轴颈采用间隙配合的情况下，才能实现轴承在轴颈上的快速装卸。但是这种配合在中速和高速的情况下，经常会导致辊颈的磨损，即使在轴承内圈的内径圆周上增加螺旋润滑槽，也不可能把磨损控制到极限以内，四列圆柱滚子轴承，由于其为可分离型，轴承外圈和滚子轴承保持架组件可与内圈分离，内圈过盈配合安装在轧辊的轴颈上，轴承箱与轧辊成可分离型，而且可互换。当轧机变换轧制程序时，可以自由地选择轧辊与轴承箱组合，实现快速换辊的目的，避免了轴承内圈与辊颈磨损的问题，中厚板 3500生产线轧机采用四列圆柱滚子轴承，使用效果良好。

二、轧机滚动轴承失效模式及对策

1.沟道单侧极限位置剥落失效及对策

沟道单侧极限位置剥落主要表现在沟道与挡边交界处有严重的剥落环带。产生原因是轴承安装不到位或运转过程中突发轴向过载。应确保轴承安装到位或将自由侧轴承外圈配合改为间隙配合，以期轴承过载时使轴承得到补偿。如果无法确保安装到位，可以采用提高润滑油膜的厚度（如提高润滑油的黏度），减低轴承的负载等方法。

2.沟道在圆周方向呈对称位置剥落失效及对策

对称位置剥落表现在内圈为周围环带剥落，而外圈呈周向对称位置剥落（即椭圆的短轴方向），其产生原因主要是因为轴承箱孔椭圆过大。当轴承压入椭圆偏大的轴承箱孔中时，使轴承外圈产生椭圆，在短轴方向的游隙明显减少甚至负游隙。轴承在载荷的作用下，内圈旋转产生周向剥落痕迹，外圈滚子只在短轴方向的对称位置产生剥落痕迹。解决此问题，需要提高轴承箱孔加工精度。

3.滚道倾斜剥落失效及对策

在轴承工作面上呈倾斜角达到或超过临界状态时，容易形成急剧磨损与剥落。产生?原因主要是安装不良、轴有挠度及轴颈与外壳孔精度低。应确保轴承安装质量并减少轴肩、孔肩的轴向跳动，并提高润滑油黏度以获得较厚的润滑油膜。

4.卡伤和磨损失效及对策

卡伤是由于在滑道面产生的部分微波烧伤汇总而产生的表面损伤。常见滑道面、滚动面圆周方向的线状伤痕，滚子端面的摆线状伤痕以及靠近滚子端面的轴环面的卡伤。此类失效的主要原因是过载和预压力过大、润滑不良、异物咬入、?外圈倾斜、轴挠度和轴承箱精度不良。可通过适当调整预压、改善润滑和改进润滑方法、提高轴和轴承箱的精度来解决。

5.压痕失效及对策

咬入金属粉末和异物时，在滚道面上产生的凹痕或由于安装等受到冲击，在滚动体和滚道上形成凹面。引起压痕的主要因素是金属粉末等异物的侵入，以及组装或运输过程中受到的冲击载荷过大。应改善密封装置，过滤润滑油，改进组装及运输方法。

三、小结

从轴承的失效模式可知，如果能正确使用轴承，一般轴承可使用至设计的疲劳寿命。轴承的不当使用主要是因为主配合部位的制造精度、安装质量、使用条件、润滑效果、外部异物侵入、热影响及主机突发故障等因素所致。采取相应措施，可有效提高轧机轴承的使用寿命。中厚板3500生产线精轧机工作辊轴承，选用四列圆柱滚子轴承和深沟球轴承的结合方式，根据现场较恶劣的使用环境，在安装、润滑、密封等方面进行设计和维护，取得较好效果。