攀鋼長城特殊鋼股份有限公司焊管鋼絲廠使用的熱軋機(jī)是窄帶鋼熱軋機(jī),軋機(jī)軸承主要是滾動(dòng)軸承。軸承的承載能力在靜態(tài)時(shí)表現(xiàn)為滾動(dòng)體和滾道接觸處的抗塑性變形量的大小,在動(dòng)態(tài)時(shí)表現(xiàn)為軸承滾道和滾動(dòng)體工作表面的材料抗疲勞剝落的能力,因此軸承承載能力的大小是選擇和計(jì)算軸承使用壽命的重要依據(jù)。

滾動(dòng)軸承的損壞現(xiàn)象有：剝落、磨損、斷裂、溫升、異常聲響、振動(dòng)超差、精度下降等多種形式。這些損壞產(chǎn)生的原因大多數(shù)是屬于軸承的使用方法不當(dāng)和維護(hù)不善,同 時(shí)也有軸承的制造和設(shè)計(jì)方面的問題,如果排除使用不當(dāng)?shù)囊蛩丶拜S承加工設(shè)計(jì)的缺陷,則可以認(rèn)為：在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,軸承滾動(dòng)表面材料所承受的交變接觸應(yīng)力是軸承損壞的主要原因,軸承損壞的主要形式是由滾動(dòng)疲勞而引起的材料剝落。在軸承的整個(gè)使用過程中,不論使用合理與否,滾動(dòng)疲勞是不能避免的,因此可將軸承滾動(dòng)工作表面材料的疲勞剝落損壞狹義地簡(jiǎn)稱為滾動(dòng)軸承的壽命終止。

廣義的軸承壽命可以理解為：當(dāng)軸承的噪音、振動(dòng)、精度等技術(shù)性能參數(shù)超過初始值,并無法滿足機(jī)械設(shè)備需要時(shí),可稱為軸承的“噪音壽命”、“精度壽命”的終止。對(duì)填有潤滑脂的密封軸承,當(dāng)因潤滑脂失效而導(dǎo)致軸承無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),則又可稱為“潤滑脂壽命”的終止。

由于熱軋機(jī)軸承的消耗較大,研究其軸承的使用壽命,對(duì)減少軸承消耗,降低窄帶鋼生產(chǎn)成本具有重要意義。

軋輥軸承是軋鋼機(jī)工作機(jī)座中的重要部件,其特點(diǎn)有：

（1）工作負(fù)荷大：由于軋輥的輥身直徑應(yīng)保證強(qiáng)度,而軸承座外形尺寸不應(yīng)大于輥身***小直徑。因而,軋輥軸承的外形尺寸受到限制,單位負(fù)荷大。通常軋輥軸承的單位壓力,比一般用途的軸承高2～4倍,甚至更高。

（2）運(yùn)轉(zhuǎn)速度差別大：從JP1—JP6速度相差幾倍。 

（3）工作環(huán)境惡劣：軋制時(shí),軋輥都要用水冷卻且有氧化鐵皮飛濺。

根據(jù)滾動(dòng)軸承使用壽命的一般計(jì)算公式,軸承的額定動(dòng)負(fù)荷Ｃ、當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷Ｐ及工作轉(zhuǎn)速ｎ與軸承使用壽命的關(guān)糸為：

由上式可知,在選擇軸承型號(hào)時(shí),應(yīng)盡可能選擇額定動(dòng)負(fù)荷Ｃ較大的軸承,以提高軸承的使用壽命,工作轉(zhuǎn)速ｎ,則由設(shè)計(jì)時(shí)確定,不易改變,當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷Ｐ受實(shí)際使用因素較多影響,較難控制。

由于滾動(dòng)軸承的徑向游隙的大小,直接影響到軸承內(nèi)部負(fù)荷分布狀況,特別會(huì)影響到軸承內(nèi)***大滾動(dòng)體負(fù)荷的變化,因此軸承的徑向游隙是影響軸承使用壽命的一個(gè)重要因素。

軸承的徑向游隙可以是正值,也可以是負(fù)值。當(dāng)軸承徑向游隙約為負(fù)值時(shí),即負(fù)荷率為0.7～0.8時(shí),軸承的使用壽命***長。當(dāng)負(fù)荷率小于0.5時(shí),由于軸承內(nèi)負(fù)荷區(qū)域減小,***大滾動(dòng)體負(fù)荷增大,因而軸承的使用壽命明顯下降。當(dāng)負(fù)荷率大于0.8時(shí),軸承處于過大的負(fù)游隙狀況下工作,軸承發(fā)熱量大,使用壽命下降更明顯。 

其關(guān)糸主要體現(xiàn)在許容動(dòng)負(fù)荷Ｃ值的降低,工作溫度越高,許容動(dòng)負(fù)荷Ｃ值越低,進(jìn)而軸承的使用壽命就越低。

滾動(dòng)軸承工作表面材料的硬度對(duì)軸承使用壽命的影響,主要反映在滾動(dòng)軸承額定動(dòng)負(fù)荷Ｃ值的下降,軸承元件的材料表面硬度一般為HRC58-64,如果軸承元件的材料表面硬度低于上述范圍,則額定動(dòng)負(fù)荷Ｃ有下降趨勢(shì)。

鋼材中的非金屬夾雜物對(duì)接觸疲勞會(huì)產(chǎn)生不利的影響,在金屬表層下的不易塑性變形的氧化物、夾雜物和材料基體之間,在外界交變應(yīng)力的作用下易產(chǎn)生疲勞裂紋。鋼材中非金屬夾雜物數(shù)量越多,則軸承的疲勞壽命越低。要減少鋼材中非金屬夾雜物,必須采用有效的冶煉方法,用真空熔煉多次較好。當(dāng)鋼材經(jīng)多次熔煉后,雖然軸承的疲勞壽命有所提高,但鋼材的成本卻顯得太昂貴。因此,對(duì)于重要的軸承材料常采用真空重熔煉一次或真空 脫氣精煉后的鋼材,這時(shí)軸承的使用壽命已足以滿足其 性能要求。

軸承元件在熱處理過程中,如處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；在磨削過程中如冷卻不充分或磨削量太大,也會(huì)產(chǎn)生磨削應(yīng)力；在軸承和軸殼配合時(shí),因配合過盈量太大,也會(huì)產(chǎn)生配合應(yīng)力；甚至軸承工作表面的有害缺陷,也會(huì)引起材料表層殘留應(yīng)力的變化。一般情況下，這些由外界因素所產(chǎn)生的材料表面額外的殘留應(yīng)力都屬于正應(yīng)力。（拉應(yīng)力）

一個(gè)通過正常冷熱加工的和正確使用的軸承,在其 工作表層應(yīng)殘留負(fù)應(yīng)力（壓應(yīng)力）。

材料表層的殘留壓應(yīng)力,可抑制疲勞裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展速度,從而延長軸承疲勞壽命。與此相反,殘留拉應(yīng)力卻會(huì)降低軸承的疲勞壽命。

實(shí)踐證明：當(dāng)潤滑油高度清潔時(shí),即軸承的潤滑狀態(tài)處于***佳時(shí),滾動(dòng)軸承是耐疲勞的。但軸承在多數(shù)情況下處于混合摩擦狀態(tài),也就是說滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)工作表面,盡管有足夠的潤滑油,但并不能形成全油膜狀態(tài),潤滑油內(nèi)含雜質(zhì)越多,混合摩擦越多,潤滑狀態(tài)越差,軸承使用壽命越低。

軸承的使用壽命,并非僅僅依據(jù)鋼材的化學(xué)成分,而且還與軸承制造的工藝密切有關(guān)。

滾動(dòng)接觸面的鋼材纖流線的分布和疲勞壽命有很大的關(guān)糸。研究表明：纖維流向與接觸表面垂直時(shí),壽命一 般較低,也即材料的疲勞破壞常發(fā)生在表面有纖維露頭的地方。而當(dāng)纖維流向與接觸表面平行時(shí),壽命***佳。軸承毛坯在鍛壓時(shí),當(dāng)鍛壓比較大時(shí),可使材料晶格微細(xì)化,非金屬夾雜物破裂,晶粒流向一致,因此材料的疲勞壽命就高一些。從材料的纖維流線分布考慮,鋼球的球極及環(huán)帶部位以及用棒料車削的套圈對(duì)疲勞壽命是不利的,而經(jīng)輾壓溝道的套圈毛坯具有較長的疲勞壽命。

一般軸承鋼材經(jīng)淬火和回火后?其金相組織應(yīng)為細(xì)針狀和細(xì)粒狀的80％以上的馬氏體,5％～10％的殘留奧氏體及7％左右的未溶碳化物組成。當(dāng)軸承鋼材經(jīng)熱處理后,出現(xiàn)粗大顆粒的碳化物或馬氏體的含碳量過低時(shí),材料的疲勞壽命會(huì)下降。當(dāng)馬氏體的含碳量增大（超過0.5％）,則會(huì)出現(xiàn)馬氏體的脆性。殘留奧氏體的含量可以提高材料的抗疲勞性能,但不穩(wěn)定的殘留奧氏體會(huì)影響軸承的幾何尺寸穩(wěn)定性。

機(jī)械加工中磨削和超精研磨是軸承元件的終加工的關(guān)鍵,對(duì)軸承使用性能有著重要的影響。軸承工作表面的粗糙度的合理性,是保證良好潤滑的條件,過大的粗糙度,則會(huì)造成油膜形成困難,從而導(dǎo)致切向力增大,使用壽命縮短。在磨削過程中,如冷卻不充分,磨削進(jìn)給量太大,磨削區(qū)域內(nèi)溫升太高,則材料表面會(huì)出現(xiàn)二次火層,會(huì)導(dǎo)致軸承疲勞壽命的下降。 

安裝精度的下降,特別是滾子軸承在安裝中的過大傾斜度,將會(huì)嚴(yán)重影響到軸承的內(nèi)部負(fù)荷的正常配,造成有害的應(yīng)力集中,導(dǎo)致軸承使用壽命明顯下降。

軸承的轉(zhuǎn)速、額定動(dòng)負(fù)荷以及當(dāng)量負(fù)荷是計(jì)算軸承壽命的的基本參數(shù)。對(duì)軋機(jī)軸承來說,因其特殊的工況條件,選擇參數(shù)受到限定,即軸承所能承受的當(dāng)量負(fù)荷,應(yīng)當(dāng)在其額定動(dòng)負(fù)荷值的30％以下,否則軸承負(fù)載過重。

軋機(jī)軸承的額定壽命與該軸承負(fù)荷比值的10／3次方成正比,在相同外型尺寸下,四列圓柱滾子軸承要比四列圓錐滾子軸承的額定動(dòng)負(fù)荷值高15％以上,所以前者比后者的額定壽命要高出60％。二輥軸承與支承輥軸承的選型對(duì)窄帶鋼軋機(jī)有著舉足輕重的作用,并且二輥軸承與支承輥軸承在前幾年的消耗量一直較大,近兩年選擇負(fù)荷能力較大的四列圓柱滾子軸承,收到了明顯效果,噸鋼軸承消耗大幅下降。另外由于負(fù)荷角的大小與軸承游隙成反比,為了使四列圓柱滾子軸承有較大的負(fù)荷能力,選用了游隙較小的軸承。

軋機(jī)軸承的精度等級(jí)對(duì)使用壽命也有影響。由于軋機(jī)轉(zhuǎn)速的限定,二輥軸承與支承輥軸承的動(dòng)壓潤滑油膜一般較薄,因此高精度等級(jí)的軸承因具有較低的滾道表面粗糙度,故而能使油膜的連續(xù)性保持得更好,潤滑更理想。因此選用了P6級(jí)精度的軸承。

如軸承座設(shè)計(jì)和制造不當(dāng),將導(dǎo)致軸承受力不均,降低軸承壽命。對(duì)軸承座的要求是：軸承座負(fù)荷區(qū)應(yīng)留有足夠的壁厚,一般情況下,不應(yīng)小于軸承直徑的1/3。軸承座應(yīng)具有調(diào)心性,避免因軋輥撓曲變形而使軸承受到偏載。應(yīng)以調(diào)整好的機(jī)架窗口襯板為基面,保持軸承座孔軸線與之平行。在每次安裝軸承時(shí)檢查軸承座孔圓柱度是否符合要求,保證軸承有較好的受力狀態(tài)。

窄帶鋼熱軋機(jī)工作輥受到的較強(qiáng)的沖擊負(fù)荷,大部分傳遞給支撐輥,而一部分軸向沖擊則作用在工作輥軸承上。軸向沖擊力產(chǎn)生的主要原因是窗口基面襯板調(diào)整不當(dāng),致使兩軋輥軸線不平行,軋輥軸線夾角越大,軋鋼時(shí)產(chǎn)生的軸向力也越大。軸向沖擊力不但會(huì)損壞工作輥的定位軸承,有時(shí)還會(huì)使軸承座壓蓋變形,甚至頂斷緊固螺栓。為此,一定要調(diào)整好基面襯板,這是減小軸向沖擊力,保護(hù)工作輥軸承的重要措施。

對(duì)于帶鋼軋機(jī),軋輥軸向竄動(dòng)量越大,軸向沖擊力也越大。因此要經(jīng)常檢查工作輥軸承座是否已壓緊,有無松動(dòng)。尤其是操作側(cè)軸承座與機(jī)架窗口間一定要軸向無間隙固定,盡可能增加剛性以減小對(duì)軸承的沖擊，同時(shí)要盡量減小傳動(dòng)側(cè)軸承座與機(jī)架窗口的配合間隙,以減緩傳動(dòng)軸跳動(dòng)對(duì)軸承產(chǎn)生的沖擊。

為了加大工作輥軸承軸向負(fù)荷能力,采用了四列圓錐滾子軸承。 

鋰基、鋁基、聚脲基潤滑脂都是軋機(jī)軸承理想的潤滑劑。對(duì)于低速、重載的窄帶鋼軋機(jī),為了在軸承滾道上形成動(dòng)壓油膜,要求這些潤滑脂基礎(chǔ)油有較高的粘度,一般不低于320ｍｍ2／s。潤滑脂應(yīng)含有極壓添加劑,在一定溫度下與軸承滾道合成極壓膜,低速時(shí)能起到減磨作用。因此采用了二硫化鉬鋰基脂潤滑油。

窄帶鋼熱軋機(jī)通常受到較強(qiáng)的沖擊負(fù)荷,軸承震動(dòng)大,潤滑脂易流失。因此要求潤滑脂有較強(qiáng)的粘附性,可以牢牢地附著在零件表面,一部分在滾道上潤滑軸承,其余部分保存在軸承內(nèi)部空間起密封作用。

密封不良也是軋機(jī)軸承損壞的一個(gè)主要原因。如果外界污物侵入軸承座內(nèi),***先污染的是靠近外側(cè)的潤滑脂,使軸承零件表面出現(xiàn)磨損,隨著污物的增加,磨損面會(huì)不斷擴(kuò)大,沿圓周方向形成裂紋并逐漸擴(kuò)展,***終使套圈開裂。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)報(bào)廢軋輥、軸承座等相關(guān)部件。為此安裝了油封裝置。

使用的軋輥軸承是滾子軸承,其額定疲勞壽命計(jì)算公式為：

實(shí)際使用過程中,潤滑效果與軋輥軸向竄動(dòng)對(duì)軸承的有效使用壽命影響***大。

經(jīng)過對(duì)軋輥軸承使用壽命近兩年的研究與實(shí)踐,極大地提高了軋輥軸承使用壽命,大幅度降低了軋輥軸承的噸鋼消耗,降低了窄帶鋼生產(chǎn)成本。

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