摘要：根據(jù)軋機(jī)軸承的特點(diǎn)及在生產(chǎn)中的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況，從設(shè)計(jì)、選材、工藝及使用各環(huán)節(jié)入手，分析影響軸承壽命的各個(gè)因素，并采取措施提高軋機(jī)軸承使用壽命，減少了軸承損耗，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承；軋機(jī)軸承；壽命；可靠性
現(xiàn)在世界各國(guó)中厚板軋機(jī)軋輥（特別是工作輥）支承都在廣泛采用滾動(dòng)軸承，板材軋機(jī)工作輥一般采用四列圓錐或圓柱滾子軸承。由于受軋輥尺寸的限制，軸承座和軸承的徑向空間較小，軸承在設(shè)計(jì)上受到了制約，特別是用作工作輥的四列圓柱滾子軸承，雖然承受重載，但只能設(shè)計(jì)為輕系列，是軋機(jī)的易損件⑴。在生產(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)量的影響達(dá)20%，所以作為軋機(jī)的關(guān)鍵部件，軸承在檢修周期內(nèi)出現(xiàn)故障導(dǎo)致停產(chǎn)，這是廠家不能容忍的。本文探討了從設(shè)計(jì)、選材、制造及應(yīng)用等環(huán)節(jié)釆取措施，以提高軋機(jī)軸承的使用壽命。
若以工作時(shí)間表示軸承的壽命時(shí)，90%可靠性的滾子軸承壽命為
式中：Ln為軸承計(jì)算壽命，h；n為軸承轉(zhuǎn)速，r/min；Pr 為軸承徑向當(dāng)量動(dòng)載荷，N；Cr為軸承徑向基本額定動(dòng)載荷，N；K為材料系數(shù)（真空脫氣鋼K =3）。
根據(jù)ISO281，滾子軸承的額定動(dòng)載荷為
式中：fe 為結(jié)構(gòu)修正系數(shù)；a2 為材料修正系數(shù); Lwe 為滾子的有效長(zhǎng)度；i為滾動(dòng)體列數(shù)；Z為單列滾子數(shù)；α為接觸角；Dwe 為滾動(dòng)體平均直徑。
設(shè)計(jì)軸承時(shí)，Cr 值越高，軸承的壽命越長(zhǎng)，而在決定軸承Cr 值的尺寸參數(shù)Lwe、Z、Dwe 中，Dwe 影響較大。同時(shí)fe、K、a2 對(duì)軸承的可靠性和壽命也起著關(guān)鍵的作用。（1） 在軸承的尺寸和參數(shù)中，Dwe 的增加對(duì)Cr 值的影響較大，增大Dwe 值應(yīng)是設(shè)計(jì)追求的先選方案，但要求軸承內(nèi)外圈的強(qiáng)度能滿足要求。這是提高軸承壽命的重要途徑⑵。但由于軸承是各種機(jī)械的基礎(chǔ)件，各類軸承的使用條件差異較大，加上軸承套圈減薄后給軸承制造帶來(lái)若干問題，因此對(duì)強(qiáng)度系數(shù)的選取必須謹(jǐn)慎，應(yīng)從分析使用及加工條件入手，循序漸進(jìn)予以改進(jìn)。（2） 在軸承設(shè)計(jì)中fe 稍有差別，就會(huì)引起整套 軸承額定動(dòng)載荷發(fā)生變化，如結(jié)構(gòu)上滾子或滾道出現(xiàn)應(yīng)力集中，其額定載荷便會(huì)降低，但若沿滾子整個(gè)長(zhǎng)度的應(yīng)力分布均勻，應(yīng)力集中小，其額定載荷即能增大。（3） 由（1）式和（2）式可以看出，K和a2對(duì)軸承壽命的重要性。中板軋機(jī)軸承在軋制過程中，受交變載荷作用，所受沖擊載荷也很大，一般都選用滲碳軸承鋼。由于滲碳軸承鋼屬于高合金鋼，其中雜質(zhì)脆性氧化物（特別是氧化鋁）將成為疲勞裂紋產(chǎn)生的根源，造成軸承過早疲勞斷裂。應(yīng)使用含氧量低，氧化物細(xì)小、彌散度好的電渣重熔鋼 20Cr2Ni4A。軸承材料是影響軸承壽命和可靠性的重要因素。由于中板軋機(jī)軸承受多變沖擊載荷，且具有高速、重載、工作環(huán)境差等特點(diǎn)，所以要求軋機(jī)軸承各零部件不能有薄弱部位。為了提高軋機(jī)軸承的制造水平，有些廠家引進(jìn)了具有國(guó)際先進(jìn)水平的大型軸承加工設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備。但是在交流和走訪中發(fā)現(xiàn)個(gè)別制造廠存在如下問題需要改進(jìn)。(1)部分軸承制造單位選材不規(guī)范，為了降低成本用GCr15SiMn和GCr18Mo代替滲碳鋼，雖軸承硬度可達(dá)到要求，但韌性低于滲碳鋼，軸承的額定動(dòng)載荷減小，使用壽命降低。(2)滲碳工序在重型軸承制造中屬特殊工序，有些廠家為了減少成本，采用高溫強(qiáng)滲和減少磨加工留量，使軸承表面出現(xiàn)粗大網(wǎng)狀碳化物和軟點(diǎn)，滲層晶粒粗化，導(dǎo)致軸承過早發(fā)生疲勞剝落而失效。因而，必須對(duì)碳化物進(jìn)行晶粒細(xì)化，碳化物平均直徑從1.14
μm細(xì)化到0.6μm，壽命將提高4倍。(3)個(gè)別制造廠家采用擴(kuò)大磨床加工范圍，或以車代磨，造成軸承表面粗糙度超差，降低了潤(rùn)滑能力，從而發(fā)生粘著磨損。另外由于加工設(shè)備精度低，加工出來(lái)的產(chǎn)品不能保證四列滾子均勻受力。根據(jù)(1)式和(2)式可算得四列滾子受力不均勻?qū)S承壽命的影響程度，見表1。
由此可看出，即使采用高級(jí)優(yōu)質(zhì)的電渣重熔鋼20Cr2Ni4A，如果軸承的工藝不合理和加工精度達(dá)不到要求，軸承的壽命不僅得不到提高，而且還會(huì)降低。
軋機(jī)使用狀況的影響主要包括：載荷及載荷在軸承上的分布、軋制速度、潤(rùn)滑與密封、溫升與散熱。(1)軋機(jī)牌坊的平面度過大、軸承箱的尺寸超差和壁厚不一致，將發(fā)生交叉輥，兩輥之間將產(chǎn)生相互作用力，軋輥產(chǎn)生軸向力和受力不平均，會(huì)大大降低軸承的疲勞壽命。同樣交叉輥所引起的推力與軋機(jī)分力相比由5%降為0.5%時(shí)，計(jì)算疲勞壽命提高。所以要保持上下工作輥的旋轉(zhuǎn)軸線、
上下支承輥的旋轉(zhuǎn)軸線都處于同一垂直面內(nèi)，各輥的旋轉(zhuǎn)軸線相互平行。定期對(duì)牌坊進(jìn)行檢測(cè)和維修。軸承箱應(yīng)分組使用，同一組的軸承箱一齊維修，使軸承箱的軸線同軸度不大于1'。(2)潤(rùn)滑已成為提高軸承壽命的關(guān)鍵因素之一。選擇合適的潤(rùn)滑油是保證軸承處于良好狀態(tài)的基礎(chǔ)。根據(jù)油膜系數(shù)公式，確定較小油膜厚度hmin，其與較小油膜系數(shù)λ和兩接觸零件的表面粗糙度值δ1、δ2有關(guān)。根據(jù)試驗(yàn)研究表明，當(dāng)較小油膜系數(shù)λ≧3時(shí)，軸承處于完全彈流潤(rùn)滑。根據(jù)Dowson - Higginson較小油膜計(jì)算公式選用合適的潤(rùn)滑油粘度η0。
式中：hmin為較小油膜厚度；α為粘度的壓力指數(shù)；η0為常壓下的動(dòng)力粘度，u為表面平均速度；E0為當(dāng)量彈性模量；R為當(dāng)量曲率半徑；q為單位接觸長(zhǎng)度上的載荷。
根據(jù)軸承工作面的質(zhì)量、尺寸、所受載荷及轉(zhuǎn)速確定對(duì)應(yīng)粘度系數(shù)η0的潤(rùn)滑油。在各種潤(rùn)滑系統(tǒng)中，密封是達(dá)到潤(rùn)滑效果的重要保證。如果密封不好，潤(rùn)滑油外泄，冷卻水和氧化皮等雜質(zhì)也會(huì)進(jìn)入軸承內(nèi)部，造成軸承缺油及潤(rùn)滑油水解蠕化，會(huì)破壞潤(rùn)滑油的功能，從而造成軸承燒壞、卡死，甚至?xí)?dǎo)致軋輥、軸承箱報(bào)廢。(1)中板軋機(jī)軸承的工作狀況和特點(diǎn)，要求其有高的綜合力學(xué)性能，選用優(yōu)質(zhì)鋼材是軸承設(shè)計(jì)參數(shù)在有限的空間內(nèi)合理、優(yōu)化選用的前提，是提高其額定壽命的保證。(2)采用先進(jìn)的加工設(shè)備（大型數(shù)控加工設(shè)備)，改進(jìn)加工工藝和方法，提高軸承的尺寸及位置精度和內(nèi)在質(zhì)量，提高中板軋機(jī)軸承的可靠性和壽命，杜絕非正常損壞而造成的停機(jī)。
(3)加強(qiáng)軋機(jī)的日常維修，以保證軋機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)在要求的范圍內(nèi)；選用合適的優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑油及合理的潤(rùn)滑方式，并對(duì)軸承進(jìn)行嚴(yán)格密封，以保證軸承處于完全的彈流潤(rùn)滑狀態(tài)，從而提高軸承的壽命。
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