影響軋機工作輥軸承壽命的相關因素分析

摘要： 板帶冷軋軋機工作輥的軸承多為四列圓錐輥子軸承，工作輥軸承在高速環境下工作，影響使用壽命。從使用角度來說影響軸承壽命的因素包括：安裝不正確，兩端安裝軸承的軸面同軸度沒有達到要求，軸承配合軸面粗糙度沒有達到使用精度，潤滑方式不合理，軸承游隙過大或者過小等。因此對影響軸承壽命的因素分析與研究十分必要。

關鍵詞：軋機工作輥；軸承壽命；同軸度；粗糙度；游隙

板帶冷軋軋機工作輥軸承需滿足很高的使用要求，軋機生產線在日常生產過程中，工作輥內的軸承經常會被燒損，軸承一旦燒損，將導致產線停產，停產時間過長會造成一定的經濟費用，使得成本增加。因此選用質量好的軸承，合理的降低軸承損壞率，減少故障停產，可以有效的提高軋機的工作效率。故國內外的許多冷軋廠選擇質量較好的進口軸承（SKF，NSK，TIMKEN，FAG等），雖國內知名軸承廠（洛軸，瓦軸，哈軸，西北軸承等）生產的高速輥子軸承正在逐步追趕世界先進水平，但不可否認目前仍存在一定差距。

1 影響軸承壽命的相關因素

目前國產軋機生產線多采用六輥可逆軋機，多為五連軋，以某冷軋廠帶寬1400精軋機為例，1580 線精軋機工作輥采用美國鐵姆肯公司（TIMKEN） 進口系列軸承。該軸承的類型為四列圓錐滾子軸承，采用雙列軸承。該類型軸承的組成部分為滾子、保持架，軸承內外圈以及相關組件，可承受徑向載荷和軸向載荷，其中徑向為主要受力方向。軸承外圈與軋輥輥徑為間隙配合方式，安裝時將軸承裝入軸承箱內，然后再裝入軋輥軸頸。冷軋軋機工作輥的軸承失效多數為軸承表面燒毀、斷裂失效等非正常失效，其中主要與軋機高速和高油污的工作環境相關；另外對軸承不正確的安裝、與軸承配合的軸和軸承座的加工精度不達標、及沒有合理定期維護軸承等因素也嚴重影響軸承的使用壽命。軋機軸承屬于高端精密部件，軸承工作環境十分復雜，包括高溫下工作，高壓水，氧化皮飛濺環境下，多種外部不利環境會促使軸承燒損速度加快，在對燒損軸承進行拆換時發現軸承內部損傷點多為內外圈輥道出現麻點，滾動體出現擦傷、裂紋等失效現象。

1.1 軸承安裝不規范

軸承安裝不規范會造成軸向震動大，有異響，過熱量大，最終導致軸承燒損，而從實際應用上面來看，傳動端的安裝影響因素要大于操作段，軸承的安裝是否規范直接影響軸承的使用壽命，專業技術人員對軸承的安裝也是軸承使用安全的最基本保障，故必須對工作輥軸承進行科學合理的安裝。由于四列圓錐輥子軸承直徑、寬度大，工作輥軸承的安裝較為復雜，需要分為幾步：

1）軸承內圈與軸的熱裝，需要在軸承感應加熱器上均勻加熱至130度左右。軸承內圈與軸之間是過盈配合，因此軸承內圈必須熱裝；

2）軸承外圈和保持架由吊臂或行車吊入軸承座內，如果滾動體和軸承外圈方便拆卸就分別裝外圈和滾動體；

3）軸兩端分別插入兩個軸承座內，調整間距；

4）安裝端蓋，一端留出一定游隙，另外一端擰緊；

5）密封圈的安裝；

6）調整止動墊片，擰緊鎖緊螺母；

7）油氣潤滑的安裝；

8）防銹油的涂抹。

在安裝調整過程中還可以通過水準儀輔助軸承座的裝配。

按步驟合理的安裝，有效提高了軸承與軸、軸承座和端蓋的配合精度，改善了軸承的工作壽命，使得生產的板材表面質量更佳。

1.2 軸和軸承座的加工精度不達標

軸承的內外圈配合面加工精度不高影響工作輥兩端軸承的同軸度。精密冷軋軋機的工作輥工作時候的徑向跳動不能超過0.05mm，否則不能很好地保證軋制板帶的表面精度或者造成板帶表面厚度不均，影響產品質量。與軸承配合的軸面和軸承座表面粗糙度必須達到1.6um，同軸度要求在0.02mm內，故輥子的精加工必須上磨床，軸承座的內表面精加工需要在數控鏜床上進行。

1.3 軸承缺少合理定期維護

在軋制過程中，產生很大的徑向力加上高速旋轉常使工作輥軸承出現疲勞點蝕，甚至膠合，故需要對軸承進行定期檢查和維護。軸承缺少定期合理維護加速了軸承的損壞，目前冷軋廠主要采用以下幾個方式對軸承進行維護保養。

1）定期拆洗軸承，做詳細記錄；

2）定期檢查輥子、軸承座的軸承配合面的尺寸精度，對超差的輥子進行修磨，修磨后的輥子繼續使用，直到不能滿足繼續使用要求；

3）工作輥高速工作過程中，軸承保持架和軸承外圈會產生振動，長期工作外圈輥道會疲勞剝落，造成軸承失效。因此可以對工作輥兩端軸承換位使用。

1.4 異物入侵軸承內部

當軋機工作時由于車間廠房內環境，軸承座密封失效等因素，常有異物進入軸承內部，導致軸承燒損，當有顆粒較大的異物進入軸承時異物會阻礙軸承內部的滾動摩擦，使得摩阻系數&增大，內部滾動摩擦力瞬時增加，軸承內部溫度升高，甚至會導致滾動體，保持架斷裂。當異物直徑較小時，異物顆?？赡苓M入到潤滑油中，潤滑油是循環的集中潤滑，從而導致異物顆粒循環到其他軸承中，影響更多的軸承，最終可能導致多個軸承發生失效作用。

2 改進措施

1）為軸承的使用編寫技術標準和使用流程，是裝配程序標準化，每個裝配環境做好記錄并及時進行檢查，對軸承的轉配要嚴格按照圖紙要求進行公差范圍內的安裝。使用過程中調節軸承內部的游隙時可以提前給予軸承一定的預過盈量，同時注意調整軸承內外圈的軸向間隙，密封圈的安裝要注意精密性控制，所有軸承裝配完畢后必須要進行裝后檢測方可上軋機。

2）對工作輥壓下量合理規范，對壓下的載荷進行控制，合理的降低徑向載荷。布置油路的離線檢測裝置，遠程檢測潤滑油系統的油路通暢度和油的清潔度，及時反饋液壓油的清潔度等級，對工作環境進行實時監控，保證軋機工作范圍內工作環境的衛生整潔。

3）工人和技術人員在工作時，嚴禁佩戴手套，以防止手套中棉絮落入軸承內部，充分及時利用現場壓縮空氣氣槍對輥子和軸承內部進行清理，吹風雜質，及時處理。

4）對主要軋機備件的尺寸進行嚴格檢驗，保證機械密封性的完好。對磨損超標的進行更換，防止冷卻水等異物進入潤滑系統。

5）確保設備良好的工作狀態，處理所有軋機尤其是精軋區域聯接軸托架的磨損部位， 徹底消除隱患。在軋機調整軋制中心線時， 連接好軋機后先將聯接軸移至超過軋制中心線， 再反方向點動縮回 4mm 的間隙，減輕因聯軸器在運動過程中對軋輥的軸向力沖擊。

6）對軋機生產線進行跟蹤，及時檢測軋機各臺組合設備的工作狀態，對鋼板的軋制的技術工藝合理優化，根據不同來料的材料和帶寬編制合理的軋制流程，避免軋制過程中發生堆鋼，斷帶等情況，都可以避免對軸承的損傷。

3 軸承游隙的選擇和分析

所謂軸承游隙，即指軸承在未安裝于軸或軸承箱時，將其內圈或外圈的一方固定，然后便未被固定的一方做徑向或軸向移動時的移動量。根據移動方向，可分為軸向游隙和徑向游隙。軸承游隙的選擇和調整對軸承的滾動疲勞壽命、溫升、噪聲、振動及機械運轉精度等性能都有影響。工作輥軸承的游隙過大會降低軸承的承載能力及軸承的壽命，產生沖擊載荷，輥子會軸向竄動，影響板帶的表面精度；軸承游隙過小會導致軸溫升高過快，可能導致軸承滾動體卡死、軸承燒灼等現象。合理的軸承游隙能夠提高軸承的使用壽命，游隙過小，可能導致軸承燒壞，游隙過大，軸承松動產生振動影響使用。因此在工作輥軸承的安裝過程中，對軸承游隙的準確測量，以及游隙的調整時十分重要的。

測量軸承的游隙時，為得到穩定的測量值，一般對軸承施加規定的測量負荷。因此，所得到的測量值比真正的游隙（稱做理論游隙）大，即增加了測量負荷產生的彈性變形量。但對于滾子軸承來說，由于該彈性變形量較小，可以忽略不計。

目前國內對工作輥以及支撐輥等的軸承游隙測量并沒有明確的文件，目前主要是根據冷軋廠技術人員的經驗進行評估。該方法由于操作人員不同會產生較大的差別。

對工作輥軸承游隙的測量就是測量端蓋與軸承端的軸向距離。軸承游隙范圍一般到0到1mm之間，且測量目標在軸承座內部因此很難準確測量。一般在軸承端面和端蓋之間加調整墊片，然后扳手擰緊，用游標卡尺測量調整墊片的厚度值，該厚度值就是軸承游隙。

另外影響軸承壽命的其他非自然因素還有軸承的潤滑情況（油氣潤滑與脂潤滑各自優勢的比較），冷軋機操作工人對軋機的操作等。

4 結論

工作輥軸承在冷軋機組生產中應用量大，直接關系到生產成本的高低。對該技術領域的知識及經驗總結十分必要。游隙的大小的選擇對軋機工作也有著重要影響，故有必要對軋輥的軸承游隙進行一項專業研究?，F有技術可以對不同游隙的軸承進行有限元分析，比較不同游隙不同直徑及型號的軸承使用壽命、失效形式。但是工作量很大，需要耗費大量人力與物力，因此我們還需要探討更好的研究方法。

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作者簡介：陳鑫（1988），男，湖北武漢人，碩士，助理工程師，主要研究方向為機械設計，工業機器人。