軋鋼機主減速機軸承的失效分析及改進

姚建斌

（山西太鋼工程技術有限公司，太原 030009）

軋鋼機主減速機軸承的失效分析及改進

姚建斌

（山西太鋼工程技術有限公司，太原 030009）

在軋鋼生產線上，減速機是一項重要的機械傳動設備。然而，由于它的工作環境比較惡劣，所以如果發生故障將對企業的生產造成重大損失。本文就軋鋼減速機軸承及齒輪常見的失效情況進行分析，并在此基礎上提出有效的維護檢修改進措施，以期為軋鋼生產設備的維護保養提供重要的參考價值。

軋鋼機 減速機 軸承 失效

減速機在軋鋼生產線上屬于關鍵設備，對工業生產的連續運行具有重要影響。而減速機的軸承又是減速機的重要配套件，如果其出現異常，將嚴重影響到生產秩序。所以，對軋鋼機主減速機的軸承失效的原因進行分析，并且提出相應的改進措施。

1　軋鋼減速機軸承的配置

通常情況下，一根軸具有兩個支點，各支點可由多個軸承組成。軸承的合理配置應結合其位置、受熱膨脹情況以及位移情況等進行考慮。一般存在3種軸承配置比較常用，分別是雙端游動支承、另一端支點游動以及支點雙向固定。

固定端軸承的徑向支承設置在軸的一端，同時在該軸端做兩個方向的軸向定位。所以，固定端軸承應在軸承座與軸之間得到固定。適用于固定端的軸承可對徑向軸承的聯合負荷予以承受，包括自調心球軸承、深溝球軸承、球面滾子軸承軸承以及雙列或者配對單列角接觸球軸承等。

浮動端軸承的徑向支承位于軸的一端，要求軸需要具有一定的軸向位移，以保證軸承之間不會產生相互作用。例如，在軸受熱發生膨脹時，部分類型的軸承內部可能發生軸向位移，如CARB軸承、N型圓柱滾子軸承以及滾針軸承等。軸向位移在滾動體與軸承圈之間也會發生，最好使其發生在軸承孔與外圈之間。

圖1　輸入裝配示意圖

2　軸承失效的原因

軋鋼機主減速機軸承的使用工況比較惡劣，具有強沖擊、高速以及重載等特點，并且軸承缺乏冷卻以及潤滑等措施，使用壽命十分有限[1]。就單一軋鋼生產線而言，其組成的軋機數多達三架。粗軋部分的軋制速度較慢，但是具有較大的軋制力；精軋部分軋制速度較快，但是軋制力較小。然而，無論精軋還是粗軋，均承受著巨大的高頻率沖擊載荷。

軸承的平均使用年限為6個月。一般主要的失效形式表現為保持架支柱斷裂、部分脫焊，滾子及滾道表面不完整，存在疲勞剝落的情況，如圖2所示。

圖2　軸承損壞情況

導致軸承失效的主要原因：軸承運轉時由于沖擊載荷的作用，瞬間降低了軸承內圈的轉速，同時也降低了承載滾子的轉速，但是保持架卻由于具有慣性仍然保持原有的速度，使保持架貫穿承載滾子的支柱和承載滾子之間發生瞬間撞擊，在滾子轉速恢復正常后又和保持架支柱發生再次撞擊，雖然撞擊力比前一次更小，但是方向與其相反[2]。所以，應保持架支柱一直在交變剪應力作用狀態下，且在螺紋尾部和支柱焊接部位產生應力集中，直至螺紋尾部以及支柱沿焊接部位被剪斷。此外，焊接部位支柱脫焊。因為采用熔化保持架墊圈外端面粘結支柱端面的方法焊接不具備較強的焊接強度，在承受震動載荷與沖擊的情況下容易出現脫焊的情況。

3　軋鋼機主減速機軸承的改進方案

3.1降低滾子和保持架支柱之間的撞擊力

設計軸承的主參數過程中，傳統設計采用改變追求軸承最大額定載荷的方法。現在，可使滾子直徑減小，并且使其數目增加，且增大滾子支柱直徑以及滾子支柱孔，從而提高保持架以及支柱的整體強度。軸承額定靜載荷和改進前基本一樣，額定動載荷減小了6%，同樣滿足軸承實際工作的需要，且減少了23%和30%的滾子重量。軸承的額定載荷雖有一定程度的降低，然而卻有效減小了保持架支柱和滾子之間的撞擊力，能夠實現支柱壽命的延長。同時，因為減小了滾子的直徑，增加了套圈壁厚，從而使軸承的抗沖擊性能得到提升。所以，對保持架失效時間的延緩具有有效作用，可實現軸承壽命的有效延長[3]。

3.2提高焊接強度

采用增大熔池臺階焊口的形式加強焊接強度。改變以往使用的螺紋退刀槽，使過渡減小促進螺紋自然收尾，從而使螺紋尾部及支柱受力時焊接部位的應力集中減小。優化滾子端面相匹配的保持架內端面，應將內徑向端面以及外徑向端面采用一角度進行斜切，便于滾子支柱孔潤滑脂的進入，以改善滾子孔、支柱孔與支柱之間的摩擦。同時，使滾動端面和保持架的接觸面積減少，改善接觸性，防止由于摩擦過于激烈而造成的損壞。此外，改變傳統45°倒角，采用沉孔形式，達到加強焊接強度的目的，以防止脫焊現象的發生。

3.3調整軸承游隙

軸承承受著高轉速，卻不具備較好的冷卻和潤滑條件，所以應該合理調整軸承徑向游隙。但是，因為軸承工作中承受著較強的荷載，所以軸承游隙不能太大。生產實踐中，軸承徑向游隙定在0組與3組這個范圍內[4]。NNU6/600/ HC徑向游隙是0.32～0.44mm，NNU6/440/HC徑向游隙是0.25～0.35mm。試驗證明，改進后的軸承運轉時間優于原產品。

3.4優化軸承的配置方案

因為固定端軸承失效的情況十分常見且使用的年限較短，所以可采用配對圓錐滾子軸承32044X/DF將原有固定端軸承24144CC/W33進行替換。這種配置方案存在一定的不足，即軸承的壽命將更短。根據實驗，改造后的軸承配置在運轉過程中更加平穩，但是軸承的使用年限卻沒有延長。對這兩種軸承進行分析，圓錐滾子軸承雖然其軸向承載能力較強，軸向的小游隙能夠更準確地進行軸承軸向的定位，有利于齒輪系的調整，然而僅僅從軸承的使用壽命進行考慮，軸承24144CC/W33相比于軸承32044X/DF壽命更長，如表1所示。轉速n=721r/min，處于相同的軸向力和徑向力環境下，兩種軸承的基本額定壽命。因此，結合軸承壽命，采用軸承24144CC/W33是一個更好的選擇。然而，由于軸向力較大，基于原設計進行軸承29248的增加，可分擔部分軸承力，如圖3所示。

圖3 輸入軸改進后的軸承配置示意圖

圖3為增加29248軸承的配置。修改定距套的原設計，實現軸承內孔的匹配，并且合理調整軸承座，對軸承外圈的位置采取潤滑措施。根據現場試驗的驗證，經過改善的軸承配置具有更高的合理性、更高的軸承運行穩定性以及更長的使用壽命。

3.5明確軋鋼減速機維修注意事項

第一，各類型減速機進行拆卸前，需要具有充分了解圖紙，明確機械的構造以及性能。拆卸過程中，應與圖紙進行對照，按照規范進行。

第二，拆卸前應在相互配合的兩機件上采用一樣的字頭進行打印，按照原位進行組裝，防止發生秩序混亂。如果機件原本就有印號，應先進行明確后再開始拆卸工作。

第三，打印的字跡必須清楚，大小應當合理，位置應當醒目。同一機件上打印的位置不能存在區別，目的是使查找更容易，字頭避免打在齒面上。

第四，妥善保管卸下的小零件，防止其出現損壞或者丟失。當齒輪置于地面時，應將一支架置于軸下，將木板墊在齒面上，以避免與地面直接接觸，從而防止其出現銹蝕、磨損現象。

第五，拆卸前，應測量被拆機件的裝配間隙以及有關部位，做好標記，并且進行記錄。

第六，進行重裝時，應注意以下事項：裝配拆卸機件時，要認真檢查，如果發現機件存在損壞或者丟失，應及時修理或者補充，從而確保裝配后各機件的完整性；機件的裝配應結合打印號以及相關數據進行對照，以確保機件裝配到原位；完成各個部件的裝配后，必須對該部件進行及時檢查與清潔，特別注意需要密閉的部位，以防止雜物遺留堵塞油路或者雜物流出使齒面受到刮壞，從而確保所有防止漏油的密封裝置具有良好的性能；減速機封閉設備的座與蓋的全部接觸面，一定要保持足夠清潔，以防止油污進入而產生油污現象。

4　結語

軸承的合理配置對軸承的使用壽命具有重要影響，其同時也關系到減速箱的使用壽命以及工業的高效生產。如

表1　軸承的使用壽命比較

果軸承出現異常失去效用，將嚴重影響軋鋼生產的正常秩序。因此，有關人員應結合生產需要以及減速箱的實際情況，對軸承進行合理選擇與配置，并且注意軸承的維修，從而不斷推動軋鋼工業的生產與發展。

[1]盧歡.PQF連軋機主減速機軸承強度與故障分析[D].鞍山：遼寧科技大學，2014.

[2]王曉青，夏水華.滾動軸承失效影響因素與影響機制[J].軸承，2010，（11）：18-22.

[3]李兵.軋機主傳動減速機軸承的應力分析[D].武漢：武漢科技大學，2010.

[4]申海波.軋鋼減速機失效分析與維修[J].機電信息，2009，（24）：118-119.

The Main Speed Reducer of Steel Rolling Bearing Failure Analysis and Improvement

YAO Jianbin
(taiyuan iron&steel technology co.,ltd,Taiyuan 030009)

In the s teel rolling production line, the s peed reducer is one of the important mechanical transmission equipment, however, due to its working environment is poor, in the event of failure, will caus e heavy los ses to the enterpris e production. In this paper, the machine of decelerate of rolling bearing and gear common failure conditions were analyz ed, and bas ed on this, advances the effective maintenance measures for steel rolling production equipment maintenance has important reference value.

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