耐高溫深溝球軸承的設計

李香

（瓦房店軸承集團有限責任公司，遼寧 瓦房店 116300）

在機械行業(yè)中，許多場合需采用耐高溫軸承，如烘爐、熔爐、爐窯、涂漆機等，尤其是在較高溫度下工作的材料傳送設備，如窯車、傳送滾子設備、鋼廠冷床，其工作溫度達200～350℃，而一般軸承工作溫度小于120℃。因此，研究設計耐高溫軸承對鋼廠冷床配套使用軸承具有重要意義。

1 設計理念

耐高溫深溝球軸承多用于鋼廠冷床，軸承轉速一般較低，通常在100 r／min以下，保持架采用隔離塊形式。

由于工作環(huán)境溫度高，石墨保持架有良好的自潤滑性能，軸承運轉時石墨粉脫落，潤滑溝道及鋼球。同時軸承采用大游隙，能防止其在高溫下或迅速冷卻后抱死。

為防止固體雜質侵入軸承內部，兩側帶防塵蓋，同時可軸向引導軸承內的石墨隔離塊。該類軸承能承受徑向載荷和2個方向的軸向載荷。套圈、鋼球、防塵蓋表面都經過防銹處理，可以防止高溫銹蝕，提高運行性能。

2 耐高溫軸承的設計

用于高溫環(huán)境下的深溝球軸承，在設計上充分考慮耐高溫、防腐、防銹、散熱、防抱死等情況，對表面進行了特殊處理，具有較大的內部游隙并裝有特殊的耐高溫保持架，依據不同的工況，保持架有浪形保持架、梯形隔離塊、軸向限位隔離塊等結構。

2.1 結構類型

耐高溫深溝球軸承內圈內徑為直孔，工作溫度范圍為-40～250℃。當溫度超過200℃時，應選用固體潤滑劑。依據不同的使用溫度，需對套圈進行不同的熱處理，代號中S0，S1，S2，S3對應的軸承工作溫度分別為150，200，250和300℃。代號中F2為石墨保持架；2Z為帶防塵蓋；C9為非標準游隙；YA8為保持架設計不同。主要有以下幾種設計類型。

（1）最常用的耐高溫軸承6000／S2，其結構如圖1所示。圖中，D為軸承外徑；d為軸承內徑；B為軸承寬度；r為倒角。該軸承裝有沖壓浪形保持架，不帶任何防塵件，采用高溫潤滑脂，如聚二醇與石墨的混合物。

圖1 6000／S2軸承

（2）帶防塵蓋的耐高溫軸承6000-2Z／S2，其結構如圖2所示。圖中，D2為外圈密封槽口牙徑；d1為內圈外徑。該軸承與6000／S2軸承的主參數基本相同，但兩側帶防塵蓋。此外，該軸承在出廠前預裝有6000／S2軸承雙倍量的潤滑脂。

圖2 6000-2Z／S2軸承

（3）使用在更高溫度下的軸承6000F2-2Z／C9S2，其結構如圖3所示。該軸承采用石墨隔離塊，既起保持架的作用，又可提供潤滑劑工作溫度為-150～350℃。軸承兩側的防塵蓋可以軸向引導石墨隔離塊，又可以防止污染物的侵入。該軸承另一個優(yōu)點是環(huán)保，即使在極高的溫度下也不會散發(fā)有害氣體。

圖3 6000F2-2Z／C9S2軸承

（4）使用在需軸向定位的耐高溫軸承6000F 2-2Z／C9S2YA8，其結構如圖4所示。與6000F2-2Z／S2軸承相比，該軸承在隔離塊兩側挖窩，使其具有軸向限位功能，可防止對防塵蓋產生沖擊。

圖4 6000F2-2Z／C9S2YA8軸承

2.2 常用資料和數據

高溫深溝球軸承的外形尺寸符合GB／T 276—1994《滾動軸承 深溝球軸承 外形尺寸》的要求。

深溝球軸承根據普通級公差制造，符合GB／T 307.1—2005《滾動軸承 向心軸承 公差》的要求。實際尺寸可能會由于表面處理等原因稍微超出標準公差的范圍，但不會影響軸承的安裝和使用。

耐高溫深溝球軸承的徑向游隙為非標準游隙，徑向游隙范圍見表1，僅適用于未安裝和無測量載荷的軸承。

表1 高溫深溝球軸承徑向游隙范圍

2.3 對中誤差

由于耐高溫軸承的徑向游隙較大，因此允許軸與殼有較大的對中誤差及角度誤差。耐高溫深溝球軸承的內、外圈允許有20′～30′的角度誤差，但僅適用于低轉速的情況下。高速時，由于對中誤差對軸承滾動的不良影響，因此不允許有較大誤差。

2.4 轉速

耐高溫深溝球軸承適用于低轉速（10 r／min以下）工況。但實際應用的經驗證明，該軸承在無需維護情況下，可以在20 r／min的轉速長時間運行。如果需要應用在更高轉速的工況，則需改進保持架的設計。

2.5 相關零件的設計

對于帶有隔離塊的耐高溫深溝球軸承，由于防塵蓋要在軸向上引導軸承內的石墨保持架，因此可利用相關零件來支承防塵蓋，以防止其脫落。例如，使軸承座的凸臺或定位筒的直徑小于外圈密封槽口牙徑D2，還可以在凸臺或定位筒與軸承之間加上尺寸合適的墊圈。

2.6 軸承尺寸及規(guī)格的選擇

軸承處于高溫時，承載能力降低。利用溫度系數fT，可以調整不同溫度下軸承的基本額定靜載荷，不同溫度下的系數見表2。

表2 溫度系數f T

不同工作溫度下所需基本額定靜載荷為

式中：P0為當量靜載荷，kN；Fr為實際徑向載荷，kN；Fa為實際軸向載荷，kN。計算時，應考慮可能產生的最大載荷以及徑向載荷和軸向載荷的分量，若P0＜Fr，則使P0＝Fr。

不同載荷和溫度下的基本額定靜載荷見表3。根據計算出的基本額定靜載荷或表中給出值，可從產品表中選出適用的耐高溫球軸承。

表3 不同載荷和溫度下的基本額定靜載荷

2.7 耐高溫軸承的維護

閉式耐高溫球軸承已填有潤滑劑，可終生潤滑，免維護。但使用開式耐高溫深溝球軸承時，應在運行后半年進行檢查。檢查時僅需打開軸承座，如烘爐用的運輸車，可將輪子連同軸承從軸頸卸下，然后用吹風機吹走軸承內的雜質。如果軸承的溝道上出現一些光亮痕跡，表明軸承內缺少潤滑劑，應及時補充原有潤滑劑。

3 耐高溫軸承的應用

目前已在鋼鐵企業(yè)熱軋中厚板軋機生產線上廣泛應用了耐高溫軸承，近年來國產化趨勢日益高漲，投產和在建的中厚板軋機線70余條。按軋機規(guī)格劃分，3 000 mm及以下的軋機線約占45%，5 000 mm及以上的軋機線約占11%；按機架配置劃分，單機架約占30%，雙機架約占70%。各年的軋機總數變化情況如圖5所示（2010年含在建項目）。

圖5 軋機總套數變化情況

從2009年起，為德陽二重研制了耐高溫軸承NUP2218F2-2Z／C9S2YAD，為韶鋼、首秦、南鋼研制了耐高溫軸承6211F2-2Z／C9S2，6213F2-2Z／C9S2，6215F2-2Z／C9S2，經使用證明，均滿足用戶的要求。