張鐘文

（中國船舶集團(tuán)第七一五研究所，杭州 310023）

0 引言

齒輪箱也叫增速箱，是動(dòng)力裝置與傳動(dòng)裝置之間的一種重要連接部件，也是動(dòng)力類機(jī)械設(shè)備所必不可少的部分，其主要作用是動(dòng)力傳遞，還可以通過齒輪箱齒輪副的增速作用來提升動(dòng)能，被廣泛應(yīng)用于汽車變速箱、減速器、差速器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、冶金鼓風(fēng)機(jī)、透平壓縮機(jī)、選礦冶金設(shè)備等大中型旋轉(zhuǎn)機(jī)械上?；瑒?dòng)軸承即是在滑動(dòng)摩擦下工作的軸承，其類型多樣，按承載方向分為徑向滑動(dòng)軸承和止推滑動(dòng)軸承，徑向滑動(dòng)軸承又分為整體式、剖分式、調(diào)心式；此外，按潤滑形式也可以分為液體摩擦滑動(dòng)軸承、非液體摩擦滑動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承的結(jié)構(gòu)相對簡單，主要構(gòu)成部分包括軸承座、軸承蓋、軸瓦等部件［1］。整體式滑動(dòng)軸承由軸承座和整體軸套組成，其最大優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，但當(dāng)軸套磨損或其軸承間隙無法調(diào)整，一般多用于低速、輕載或間隙性工作的機(jī)器上；剖分式滑動(dòng)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?yàn)檩S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(diào)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(dòng)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(huán)或多環(huán)式。

1 齒輪箱滑動(dòng)軸承損壞現(xiàn)象及原因

1.1 機(jī)械損傷

滑動(dòng)軸承的機(jī)械損傷，輕者表現(xiàn)為在軸承合金表面產(chǎn)生不同程度的溝痕，重者接觸表面出現(xiàn)金屬剝離并形成大面積損傷，而且很多時(shí)候接觸面損傷和燒蝕現(xiàn)象往往同時(shí)存在。導(dǎo)致滑動(dòng)軸承出現(xiàn)機(jī)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(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)工作中出現(xiàn)無法在接觸面形成油膜產(chǎn)生硬性機(jī)械拉傷，或者是油膜被破壞嚴(yán)重導(dǎo)致機(jī)器啟動(dòng)瞬間摩擦力增大，出現(xiàn)損壞。

1.2 軸承穴蝕

滑動(dòng)軸承的外表面會(huì)在沖擊載荷的長期作用下，出現(xiàn)塑型形變以及冷卻硬化，使其喪失復(fù)原能力，表面出現(xiàn)擴(kuò)展性裂紋，出現(xiàn)磨屑大量脫落、陷坑，隨著陷坑擴(kuò)大，軸承合金層界面產(chǎn)生裂紋，最后出現(xiàn)大面積剝落，在承載表面層形成空穴［2］。導(dǎo)致滑動(dòng)軸承出現(xiàn)穴蝕的原因主要是因?yàn)橛筒?、油孔等結(jié)構(gòu)的橫斷面發(fā)生臨時(shí)改變，致使油液流向變化，在油流紊亂的真空區(qū)形成氣泡，氣泡隨著壓力逐漸升高而破滅，于是出現(xiàn)穴蝕現(xiàn)象，這種現(xiàn)象常發(fā)生在軸承的高載荷區(qū)，比如齒輪箱主軸上的軸瓦。

1.3 疲勞點(diǎn)蝕

齒輪箱超負(fù)荷工作中滑動(dòng)軸承載荷加大、軸承過熱、軸承間隙增大，使得軸承出現(xiàn)中部疲勞損傷、疲勞點(diǎn)蝕以及疲勞脫落，軸承內(nèi)外面出現(xiàn)麻面、斑疤或燒灼等現(xiàn)象［3］。疲勞點(diǎn)蝕多數(shù)是由于機(jī)器超載、軸承間隙超過規(guī)定值，以及潤滑油使用時(shí)間過長未更換，鐵屑及金屬雜質(zhì)混入軸承間隙，加劇磨損。因此在實(shí)際工作中要杜絕超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，同時(shí)轉(zhuǎn)速也要符合工況要求，不能過低也不能過高，機(jī)器要保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，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(xué)成分，也包括SO2、SO3、CO2等酸性氧化物，這些物質(zhì)會(huì)對滑動(dòng)軸承的合金表面構(gòu)成氧化腐蝕，導(dǎo)致軸承合金部分慢慢剝落，產(chǎn)生多個(gè)無規(guī)則的微小裂孔或陷坑。

1.5 軸承饒熔損壞

當(dāng)軸承與軸頸的摩擦副之接觸摩擦，產(chǎn)生局部高溫，如果此時(shí)潤滑不足、冷卻不好，那么滑動(dòng)軸承就會(huì)出現(xiàn)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(dòng)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(shí)也和潤滑油壓力不足有關(guān)，此外，也存在金屬雜質(zhì)混入軸承間隙面加劇摩擦磨損。

2 齒輪箱滑動(dòng)軸承損壞的解決措施

2.1 優(yōu)化軸承設(shè)計(jì)工藝并合理選材

不同的軸承適合不同的工況，應(yīng)用于不同的機(jī)型，在設(shè)計(jì)或選用滑動(dòng)軸承時(shí)，應(yīng)根據(jù)其使用性質(zhì)和工況環(huán)境，充分考慮軸承的熱平衡，控制好溫升。潤滑孔槽設(shè)計(jì)最好在軸承的非承載區(qū)頂部開設(shè)進(jìn)油孔，使?jié)櫥湍軌蚋玫亓魅?；而軸瓦內(nèi)表面需要以進(jìn)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(jù)滑動(dòng)軸承的實(shí)際工況，合理選用軸承及軸瓦材質(zhì)，所選材質(zhì)應(yīng)滿足摩擦因數(shù)小、導(dǎo)熱性強(qiáng)、熱膨脹系數(shù)小、耐磨和耐酸性腐蝕、抗膠合能力強(qiáng)以及機(jī)械強(qiáng)度高和可塑性好等多種優(yōu)勢［5］。目前在穩(wěn)定工作載荷條件下可以選用巴氏合金材質(zhì)，但不可用于大功率機(jī)械齒輪箱；大功率機(jī)械設(shè)備工況下，可選用強(qiáng)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(dòng)軸承的抗疲勞性和抗氣蝕性。

2.2 提高軸承裝配質(zhì)量

要嚴(yán)格按照裝配流程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化裝配，裝配式要注意清潔工作，需確保滑動(dòng)軸承表面光滑無雜質(zhì)，定位凸點(diǎn)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)松動(dòng)，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(jī)器的使用壽命［7］。潤滑油要選擇油膜表面張力較小的產(chǎn)品，以便于防止軸承出現(xiàn)穴蝕；要根據(jù)機(jī)器設(shè)備的符合情況和作業(yè)環(huán)境選用黏度等級(jí)適宜的齒輪油，切忌隨意添加或混加，避免導(dǎo)致軸承出現(xiàn)焦化現(xiàn)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(huán)境，人工加注前注意清潔手部，防止雜物混入；按照維護(hù)保養(yǎng)周期要求定期進(jìn)行油量檢查換潤并及時(shí)更換新油；潤滑油在加注前應(yīng)先沉淀一段時(shí)間，一般為48 h，按照使用標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制注入量，不可過量或過少，以油量標(biāo)尺為準(zhǔn)；仔細(xì)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(jié)束語

經(jīng)上述研究可知，不同機(jī)械設(shè)備的齒輪箱因?qū)嶋H工況不同，造成滑動(dòng)軸承損壞的原因及故障類型也各不一樣。在軸承設(shè)計(jì)制造時(shí)要充分考慮機(jī)械設(shè)備的使用環(huán)境，選擇耐高溫、耐腐蝕的材料，并合理設(shè)計(jì)潤滑孔槽；軸承裝配時(shí)要嚴(yán)格遵照裝配工藝標(biāo)準(zhǔn)，仔細(xì)檢查零部件確保無殘次；加注符合機(jī)器負(fù)荷的潤滑油脂，考慮油品黏度、油膜表面張力等關(guān)鍵因素，從而提升滑動(dòng)軸承的使用性能，延長齒輪箱使用壽命。