齒輪箱滑動軸承損壞原因及解決措施

張鐘文

（中國船舶集團第七一五研究所，杭州 310023）

0 引言

齒輪箱也叫增速箱，是動力裝置與傳動裝置之間的一種重要連接部件，也是動力類機械設備所必不可少的部分，其主要作用是動力傳遞，還可以通過齒輪箱齒輪副的增速作用來提升動能，被廣泛應用于汽車變速箱、減速器、差速器、風力發電機組、冶金鼓風機、透平壓縮機、選礦冶金設備等大中型旋轉機械上。滑動軸承即是在滑動摩擦下工作的軸承，其類型多樣，按承載方向分為徑向滑動軸承和止推滑動軸承，徑向滑動軸承又分為整體式、剖分式、調心式；此外，按潤滑形式也可以分為液體摩擦滑動軸承、非液體摩擦滑動軸承。滑動軸承的結構相對簡單，主要構成部分包括軸承座、軸承蓋、軸瓦等部件［1］。整體式滑動軸承由軸承座和整體軸套組成，其最大優點是成本低廉，但當軸套磨損或其軸承間隙無法調整，一般多用于低速、輕載或間隙性工作的機器上；剖分式滑動軸承通常由軸承座、軸承蓋、剖分式軸瓦以及雙頭螺柱組成，因為軸瓦被剖分為上下兩部分，便于在磨損后通過減少剖面墊片厚度來調整軸承間隙。推力軸承主要由軸承座和止推軸頸組成，非液體摩擦滑動軸承一般將軸瓦和軸承座制成一體，齒輪箱上用得較多的是單環或多環式。

1 齒輪箱滑動軸承損壞現象及原因

1.1 機械損傷

滑動軸承的機械損傷，輕者表現為在軸承合金表面產生不同程度的溝痕，重者接觸表面出現金屬剝離并形成大面積損傷，而且很多時候接觸面損傷和燒蝕現象往往同時存在。導致滑動軸承出現機械損傷的原因主要由于齒輪箱軸承及齒輪等零部件裝配工藝問題，如軸承裝配間隙過小，導致運轉工作中出現無法在接觸面形成油膜產生硬性機械拉傷，或者是油膜被破壞嚴重導致機器啟動瞬間摩擦力增大，出現損壞。

1.2 軸承穴蝕

滑動軸承的外表面會在沖擊載荷的長期作用下，出現塑型形變以及冷卻硬化，使其喪失復原能力，表面出現擴展性裂紋，出現磨屑大量脫落、陷坑，隨著陷坑擴大，軸承合金層界面產生裂紋，最后出現大面積剝落，在承載表面層形成空穴［2］。導致滑動軸承出現穴蝕的原因主要是因為油槽、油孔等結構的橫斷面發生臨時改變，致使油液流向變化，在油流紊亂的真空區形成氣泡，氣泡隨著壓力逐漸升高而破滅，于是出現穴蝕現象，這種現象常發生在軸承的高載荷區，比如齒輪箱主軸上的軸瓦。

1.3 疲勞點蝕

齒輪箱超負荷工作中滑動軸承載荷加大、軸承過熱、軸承間隙增大，使得軸承出現中部疲勞損傷、疲勞點蝕以及疲勞脫落，軸承內外面出現麻面、斑疤或燒灼等現象［3］。疲勞點蝕多數是由于機器超載、軸承間隙超過規定值，以及潤滑油使用時間過長未更換，鐵屑及金屬雜質混入軸承間隙，加劇磨損。因此在實際工作中要杜絕超負荷運轉的現象，同時轉速也要符合工況要求，不能過低也不能過高，機器要保持平穩運轉，確保正常的軸承間隙。

1.4 軸承合金層腐蝕

這種損壞主要是由于所使用的潤滑油不純而引起，潤滑油是石油餾分中的重組分，碳鏈長度是18～30，其主要作用是潤滑、冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等，潤滑油含有多種化學成分，也包括SO2、SO3、CO2等酸性氧化物，這些物質會對滑動軸承的合金表面構成氧化腐蝕，導致軸承合金部分慢慢剝落，產生多個無規則的微小裂孔或陷坑。

1.5 軸承饒熔損壞

當軸承與軸頸的摩擦副之接觸摩擦，產生局部高溫，如果此時潤滑不足、冷卻不好，那么滑動軸承就會出現合金面變黑或局部燒熔［4］。造成這一問題的主要原因是滑動軸承與軸頸配合間隙過小、接觸面積較大、局部劇烈摩擦受熱所致，同時也和潤滑油壓力不足有關，此外，也存在金屬雜質混入軸承間隙面加劇摩擦磨損。

2 齒輪箱滑動軸承損壞的解決措施

2.1 優化軸承設計工藝并合理選材

不同的軸承適合不同的工況，應用于不同的機型，在設計或選用滑動軸承時，應根據其使用性質和工況環境，充分考慮軸承的熱平衡，控制好溫升。潤滑孔槽設計最好在軸承的非承載區頂部開設進油孔，使潤滑油能夠更好地流入；而軸瓦內表面需要以進油孔為中心開具油溝，保證潤滑油可以均勻地潤滑軸頸部位，避免磨損。此外，還要根據滑動軸承的實際工況，合理選用軸承及軸瓦材質，所選材質應滿足摩擦因數小、導熱性強、熱膨脹系數小、耐磨和耐酸性腐蝕、抗膠合能力強以及機械強度高和可塑性好等多種優勢［5］。目前在穩定工作載荷條件下可以選用巴氏合金材質，但不可用于大功率機械齒輪箱；大功率機械設備工況下，可選用強度和硬度更高的錫鉛基合金與低錫鉛基合金材料，以提升滑動軸承的抗疲勞性和抗氣蝕性。

2.2 提高軸承裝配質量

要嚴格按照裝配流程進行標準化裝配，裝配式要注意清潔工作，需確保滑動軸承表面光滑無雜質，定位凸點沒有損傷，保證裝配間隙合理均勻，彈開量維持在0.5～1.5 mm，確保裝配后，軸瓦能夠借自身彈力與軸承座孔緊密貼合；滑動軸承兩端均需高于軸承座平面的0.03～0.05 mm，這是為保證按標準扭矩力扭緊螺栓后軸承與軸承座能夠緊密配合，形成較好的自鎖力，避免軸承在高速運轉中出現松動，避免軸承損壞［6］。另外，裝配過程中還要特別注意檢查軸承有無殘次，表面不均者不能使用，確保螺栓扭矩符合要求，檢查軸承蓋端面有無損傷、空隙，以防止軸承早期損壞。

2.3 加注合格潤滑油脂

合理選用潤滑油，提升密封、降溫效果，延長軸承及機器的使用壽命［7］。潤滑油要選擇油膜表面張力較小的產品，以便于防止軸承出現穴蝕；要根據機器設備的符合情況和作業環境選用黏度等級適宜的齒輪油，切忌隨意添加或混加，避免導致軸承出現焦化現象［8］；加注潤滑油必須注意清潔，包括干凈的加注工具和加注環境，人工加注前注意清潔手部，防止雜物混入；按照維護保養周期要求定期進行油量檢查換潤并及時更換新油；潤滑油在加注前應先沉淀一段時間，一般為48 h，按照使用標準嚴格控制注入量，不可過量或過少，以油量標尺為準；仔細檢查沒有軸承座潤滑脂注入孔，確保全部注入油脂，檢查油嘴有無損壞。

3 結束語

經上述研究可知，不同機械設備的齒輪箱因實際工況不同，造成滑動軸承損壞的原因及故障類型也各不一樣。在軸承設計制造時要充分考慮機械設備的使用環境，選擇耐高溫、耐腐蝕的材料，并合理設計潤滑孔槽；軸承裝配時要嚴格遵照裝配工藝標準，仔細檢查零部件確保無殘次；加注符合機器負荷的潤滑油脂，考慮油品黏度、油膜表面張力等關鍵因素，從而提升滑動軸承的使用性能，延長齒輪箱使用壽命。