張偉旗

(江西銅業(yè)集團(tuán)銅材有限公司,江西 貴溪 335424)

滾動(dòng)軸承是重要的機(jī)械基礎(chǔ)件，對(duì)主機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度和工作效率起著至關(guān)重要的作用[1]。多年來，因軋制質(zhì)量好，輥隙易調(diào)整，軋輥互換性好，換輥快捷等[2]優(yōu)點(diǎn)，SCR摩根軋機(jī)在國內(nèi)、外得到廣泛應(yīng)用，而其關(guān)鍵零部件滾動(dòng)軸承的工作性能和使用壽命，對(duì)整條軋機(jī)生產(chǎn)線舉足輕重?，F(xiàn)對(duì)軸承損傷原因進(jìn)行探究、分析，并提出改進(jìn)措施。

1 工況特點(diǎn)及要求

摩根軋機(jī)工作結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。摩根軋機(jī)軸承用于支承轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥，以保持軋輥在機(jī)架中處于正確的位置，并承受由軋輥傳遞來的軋制力。軸承同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，工作在中速、重載、高溫、振動(dòng)、沖擊、摩擦和介質(zhì)腐蝕等惡劣環(huán)境中，其溫度極不穩(wěn)定，且易受到濁液、雜質(zhì)等侵蝕。這就要求軸承要有高可靠性、長(zhǎng)壽命、耐沖擊及磨損、良好的潤(rùn)滑、密封性能和冷卻條件。摩根軋機(jī)軸承需背對(duì)背成對(duì)安裝使用，以避免引起附加軸向力，且可在兩個(gè)方向?qū)⑤S或外殼限制在軸向游隙范圍內(nèi)。

圖1 摩根軋機(jī)工作結(jié)構(gòu)示意圖

2 損傷分析及應(yīng)對(duì)措施

2.1 疲勞剝落

疲勞壽命是軸承質(zhì)量的綜合反映[3]。接觸疲勞是軸承的主要失效形式，其特征是軸承出現(xiàn)麻點(diǎn)或脫落。初級(jí)損傷通常發(fā)生在溝道和鋼球上，最終會(huì)惡化為剝落形式的二級(jí)損傷。通常，該損傷可分為3種。

2.1.1 軸承內(nèi)部剝落

軸承內(nèi)部剝落最為常見，常發(fā)生于內(nèi)、外溝道和鋼球表面，特征是呈箭頭狀剝落。通常由軸承內(nèi)部的碎片、壓痕、刻痕、蝕刻及硬雜質(zhì)顆粒等引起，起源于極高的局部應(yīng)力處，導(dǎo)致軸承過早疲勞損傷，使振動(dòng)和噪聲加劇。對(duì)此，應(yīng)進(jìn)一步探究、完善軸承周圍的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如：為兼顧高速性及密封性，選擇高性能密封設(shè)計(jì)，既保證高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的低摩擦、低發(fā)熱，又能有效防止外部異物、水分的侵入，保證軸承在潔凈環(huán)境下正常運(yùn)轉(zhuǎn)；還應(yīng)合理選擇軸承接觸角并增設(shè)軸承故障監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

2.1.2 幾何應(yīng)力集中引起的剝落

幾何應(yīng)力集中引起的剝落發(fā)生于軸承內(nèi)圈表面上，特征是局部嚴(yán)重疲勞剝落和破裂，由軸承座、軸的偏心或承受重載荷而引起。軸彎曲或邊緣載荷會(huì)引起軸承局部區(qū)域的應(yīng)力過大，對(duì)此，應(yīng)精確加工軸承座、擋肩或重新研究使用條件。

2.1.3 非金屬夾雜物剝落

非金屬夾雜物剝落主要發(fā)生于軸承溝道表面以下，呈局部橢圓形剝落。軸承經(jīng)歷了數(shù)萬次載荷周期后，在軸承鋼內(nèi)部含有非金屬夾雜物的次表面局部區(qū)域易產(chǎn)生疲勞剝落源，所萌生的微裂紋擴(kuò)展至溝道表面形成剝落損傷。隨著軸承鋼潔凈度的不斷提高，該類損傷極為少見。對(duì)于摩根軋機(jī)軸承，即使有輕微剝落等損傷，也會(huì)發(fā)出異常聲。因此，可采用測(cè)音器對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)中軸承滾動(dòng)的音質(zhì)及聲音大小進(jìn)行檢測(cè)，加以預(yù)防。

2.2 燒傷

燒傷發(fā)生于鋼球與保持架或內(nèi)、外溝道之間。鋼球、溝道及保持架在旋轉(zhuǎn)中急劇發(fā)熱，直至變色、軟化、熔敷和破損。其特征是燒傷表面變粗糙且有金屬灼燒色。雖然軸承燒傷有溫升先兆，但何時(shí)發(fā)生卻難以控制。產(chǎn)生該損傷的主因有以下幾個(gè)方面。

2.2.1 潤(rùn)滑不良

潤(rùn)滑不良是造成軸承過早損傷的主因之一?，F(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)資料表明：約40%的軸承損傷與潤(rùn)滑不良因素有關(guān)。潤(rùn)滑油變質(zhì)、缺油及油牌號(hào)不對(duì)，皆會(huì)造成軸承燒傷。對(duì)此，應(yīng)仔細(xì)檢查軋機(jī)潤(rùn)滑油供油系統(tǒng)，加大對(duì)用油的監(jiān)控力度，選擇適宜的油牌號(hào)和黏度；對(duì)關(guān)鍵潤(rùn)滑點(diǎn)，必須定期巡檢和加油潤(rùn)滑，以免泵、閥門、管路或噴油嘴等出現(xiàn)故障。

2.2.2 軸承損壞

保持架或鋼球出現(xiàn)碎裂等會(huì)導(dǎo)致軸承燒傷，遇此情況，應(yīng)立即停機(jī)，及時(shí)更換軸承或進(jìn)行維修。

2.2.3 配合不當(dāng)

軸承與軸或軸承座間配合不當(dāng)也會(huì)造成軸承燒傷。配合過松，易使軸承與軸和軸承座之間松動(dòng)而發(fā)生相互轉(zhuǎn)動(dòng)；配合太緊，易使軸承變形并產(chǎn)生較大應(yīng)力，這些均會(huì)造成軸承燒傷。對(duì)于軸承與軸配合，過松時(shí)，可在軸上涂金屬漆；過緊時(shí)，應(yīng)重新磨削軸。對(duì)于軸承與軸承座配合，過松時(shí)，應(yīng)把軸承座鑲緊；過緊時(shí)，則應(yīng)重新加工軸承座。機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，安裝軸承的部位允許有一定的溫度，用手感觸機(jī)構(gòu)外殼時(shí)，以不燙手為正常；反之，則軸承溫度過高，易產(chǎn)生燒傷，應(yīng)檢查原因并采取改進(jìn)措施。

2.3 異物磨損

2.3.1 研磨損傷

研磨損傷在異物磨損中最常見，主要發(fā)生于鋼球和溝道上，會(huì)造成軸承軸向游隙或內(nèi)部間隙增大，精度和壽命降低，且影響機(jī)器的其他零件。磨削和機(jī)加工過程產(chǎn)生的以及齒輪帶來的金屬微粒、碳化物或沙粒進(jìn)入軸承內(nèi)部，皆會(huì)磨損鋼球或溝道。

過濾器失效及軸承座初次清洗不干凈，將導(dǎo)致磨粒積聚；密封圈因嚴(yán)重磨損或失效，易使異物侵入軸承，這些皆會(huì)使軸承產(chǎn)生研磨損傷。對(duì)此，應(yīng)改善密封裝置，及時(shí)清洗過濾裝置及軸承座。

2.3.2 麻點(diǎn)擦傷

麻點(diǎn)擦傷發(fā)生于鋼球和溝道上，主要表現(xiàn)為：零件表面有分散或密集分布的有一定深度的黑色針狀凹坑[3]。麻點(diǎn)擦傷由大顆?；覊m、軸承座清潔不凈而殘留的金屬碎片等硬質(zhì)顆粒在軸承內(nèi)滾動(dòng)而形成，應(yīng)從控制材料缺陷、腐蝕、潤(rùn)滑和密封等方面考慮，認(rèn)真加以預(yù)防。

2.3.3 碎屑擦傷(壓傷)

碎屑擦傷發(fā)生于軸承工作表面上，特征是：形狀和大小不一，有一定的深度，壓痕(坑)邊緣較光滑且輕微凸起。內(nèi)部碎屑污染通常是由于密封圈、離合器、制動(dòng)器、齒輪、花鍵、接頭及軸承座等清潔不當(dāng)或部件發(fā)生損傷或剝落造成的；外部碎屑污染一般是由灰塵、環(huán)境顆粒和沙粒所致。硬質(zhì)顆粒隨著潤(rùn)滑油進(jìn)入軸承，會(huì)引起軸承內(nèi)表面擦傷(壓傷)。因此，應(yīng)充分過濾潤(rùn)滑油。

2.3.4 槽痕

槽痕發(fā)生于滾動(dòng)零件上。一旦清潔不當(dāng)，殘留的金屬碎片和其他大顆粒污染物等楔入軟質(zhì)保持架材料，極易導(dǎo)致槽痕，影響滾動(dòng)接觸幾何形狀，降低軸承的使用壽命。

2.4 軸承內(nèi)、外圈裂紋或溝道損傷

軸承內(nèi)、外圈裂紋或溝道損傷發(fā)生于軸承內(nèi)、外圈或溝道上，通常是未遵循廠家推薦的軸承配合方式，且未結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際造成的。裝在旋轉(zhuǎn)軸上的內(nèi)圈應(yīng)采用過盈配合，外圈則采取過渡配合；為防止軸承熱膨脹，有時(shí)外圈甚至采用松配合，這主要取決于具體應(yīng)用狀況。軸徑過大、圓度超差，或安裝在拱起的金屬刻痕或金屬雜質(zhì)上，易導(dǎo)致軸承內(nèi)、外圈破裂。軸承座運(yùn)行中破裂，若仍繼續(xù)使用的話，則易導(dǎo)致軸承外圈斷裂。

2.5 保持架破損

保持架破損主要發(fā)生于保持架的兜孔、梁或鉚釘處，主要表現(xiàn)為：保持架構(gòu)件變形、磨損和疲勞斷裂。保持架通常由低碳鋼、青銅或黃銅等材料制成，裝拆不慎、使用工具不當(dāng)或程序錯(cuò)誤等均易導(dǎo)致保持架破損。保持架常受到軋機(jī)乳液、異丙醇、燒堿等的侵蝕，以及摩擦力、張力、離心力和慣性力等作用，而使軸承過早出現(xiàn)性能問題。其誘因太過復(fù)雜，應(yīng)聯(lián)系軸承制造商共同分析。

2.6 銹蝕

銹蝕是軸承最嚴(yán)重的損傷形式之一，發(fā)生于整個(gè)軸承零件上，主要表現(xiàn)為軸承全面銹蝕和腐蝕。水、蒸汽和腐蝕性物質(zhì)(漆、煤氣等)侵入；潤(rùn)滑劑不合適；軸承座內(nèi)溫度降低而冷凝積聚的水；密封圈損傷、破損或不合適使得濕氣和水侵入軸承；軸承拆卸、檢查時(shí)清洗和干燥不當(dāng)?shù)染鶗?huì)造成銹蝕。為此，應(yīng)改善密封裝置，更換新潤(rùn)滑劑，停轉(zhuǎn)時(shí)采取防銹措施，軸承清洗干燥入庫前涂油防腐，新、舊軸承皆用保護(hù)紙包好干燥放置。

2.7 裝拆傷痕

裝拆傷痕發(fā)生于軸承表面上。操作不當(dāng)或裝拆損傷易使球軸承產(chǎn)生刻痕和壓痕?？毯酆蛪汉凼惯吘壨蛊穑瑫?huì)產(chǎn)生過高的噪聲、振動(dòng)及應(yīng)力集中。對(duì)此，操作和裝拆軸承時(shí)，應(yīng)格外小心，避免鋼球、溝道表面和邊緣受損，如：使用硬化的壓入工具，導(dǎo)致軸承的外圈表面或保持架被碰出缺口或撞裂；使用錯(cuò)誤的安裝工具，使保持架出現(xiàn)破損；安裝過程中，使用硬化沖頭，造成凹痕；軸承座加工不精確，使軸承產(chǎn)生金屬刮痕和擦傷。裝拆時(shí)，為避免產(chǎn)生機(jī)械磕碰傷，應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程執(zhí)行，使用恰當(dāng)?shù)墓ぞ?，保證安裝時(shí)相互之間的定心。

2.8 軸承卡傷、嚴(yán)重脫皮或大片剝落

軸承卡傷、嚴(yán)重脫皮或大片剝落發(fā)生于鋼球、保持架或溝道上。其損傷形式與潤(rùn)滑不足引起的損傷形式在外觀上相仿。兩種誘因常易混淆，需追根溯源，徹底查清。過量預(yù)載荷，產(chǎn)生過熱，在滾動(dòng)面上產(chǎn)生微小燒傷，累積而形成表面損傷(即卡傷)；重載荷導(dǎo)致次表面層過早疲勞剝落，過載易使鋼球表面出現(xiàn)開裂及過早的嚴(yán)重疲勞，導(dǎo)致鋼球上的金屬大片剝落，也會(huì)使溝道嚴(yán)重脫皮和剝落；軸承安裝不正，軸彎曲，也會(huì)產(chǎn)生溝道剝落現(xiàn)象等。對(duì)此，必須及時(shí)檢查載荷的大小，檢查預(yù)緊是否適當(dāng)，改善潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑方法，檢查軸、軸承座的精度。

2.9 真、偽布氏壓痕

2.9.1 布氏壓痕

布氏壓痕發(fā)生于溝道面和其他轉(zhuǎn)動(dòng)面。金屬小粉末等異物侵入時(shí)，在溝道面或其他轉(zhuǎn)動(dòng)面上產(chǎn)生凹痕；裝拆操作不當(dāng)，軸承受到大的沖擊，或運(yùn)行中沖擊載荷過高或靜態(tài)載荷過大，溝道面會(huì)產(chǎn)生間距與滾動(dòng)體間隔相等的壓痕。

軸承內(nèi)圈與軸采用緊配合安裝時(shí)，作用于外圈的力將產(chǎn)生額外的軸向載荷使鋼球與溝道間產(chǎn)生沖擊載荷，瞬間極高的沖擊載荷會(huì)導(dǎo)致套圈產(chǎn)生布氏壓痕，有時(shí)甚至使鋼球或溝道破裂。對(duì)此，應(yīng)采取過濾潤(rùn)滑油，改善密封裝置，改善組裝及使用方法等應(yīng)對(duì)措施。

2.9.2 偽布氏壓痕

偽布氏壓痕發(fā)生于鋼球和溝道上，是類似布氏壓痕的一種假象，其實(shí)是磨損。軸承在微振期間，鋼球和滾道間會(huì)因振動(dòng)和搖動(dòng)而產(chǎn)生偽布氏壓痕。例如：火車、貨車、海運(yùn)等長(zhǎng)途運(yùn)輸途中的劇烈振動(dòng)，儲(chǔ)存過程的相對(duì)位移，軸承停轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)和擺動(dòng)，小振幅的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，潤(rùn)滑不良均足以導(dǎo)致軸承產(chǎn)生該損傷。因此，運(yùn)輸過程中，軸和軸承箱應(yīng)加以固定并將軸承成對(duì)包裝，還需對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)壓以減輕振動(dòng)并使用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑。

通過檢查壓痕或磨損的區(qū)域，容易區(qū)分真、偽布氏壓痕。布氏壓痕中原始的表層仍會(huì)保留，而偽布氏壓痕中原始的表層會(huì)被磨去。

2.10 電蝕

電蝕發(fā)生于軸承表面上，其特征是：放大鏡下觀察呈現(xiàn)斑點(diǎn)、凹坑、密集的小坑。電蝕坑一般呈火山噴口狀，進(jìn)一步發(fā)展則成為波板狀。其主因有：短路、不正確的設(shè)備接地、焊接、接線錯(cuò)誤、絕緣不夠或不當(dāng)、靜電泄漏及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子線圈松動(dòng)等。通常設(shè)定電路時(shí)，應(yīng)防止電流與軸承接觸，或加強(qiáng)對(duì)軸承絕緣或接地保護(hù)等。

2.11 蠕變

蠕變發(fā)生于軸承配合面上。蠕變部位呈現(xiàn)鏡面狀光亮、暗面或卡傷磨損，與零件原表面有明顯區(qū)別。蠕變實(shí)際上是指套圈的滑動(dòng)現(xiàn)象，配合面過盈量不足、間隙配合或緊定套緊固不夠的情況下，由于滑動(dòng)而使載荷點(diǎn)向周圍方向移動(dòng)，產(chǎn)生套圈相對(duì)軸或外殼位移的現(xiàn)象。對(duì)此，必須檢查過盈量，實(shí)施止轉(zhuǎn)措施，適當(dāng)緊固緊定套，研究軸和軸承座的精度及粘接配合面。

3 結(jié)束語

影響SCR摩根軋機(jī)滾動(dòng)軸承使用壽命的因素很多，正確的操作、日常點(diǎn)檢、維修以及適時(shí)調(diào)整都十分關(guān)鍵。為保證下一周期系統(tǒng)正常運(yùn)行，需要有針對(duì)性地對(duì)軋機(jī)滾動(dòng)軸承損傷原因進(jìn)行分析、探討與技術(shù)研究，并加強(qiáng)重點(diǎn)維護(hù)保養(yǎng)、定期檢修、及時(shí)監(jiān)控與適時(shí)更新。