王磊　王勇民

（洛阳LYC轴承有限公司，河南洛阳　471039）

　　摘　要：在轧机中，中厚板轧机轴承是一个重要的零件，承受着轧机运行过程中所产生的力，为了延长轴承的使用寿命和可靠性，要根据实际情况选择合理的材料、设计方案。基于此，文章对影响板材轧机轴承寿命与可靠性的因素进行了分析和探讨。
　　关键词：板材轧机轴承；轴承寿命；轧机应用；设备加工

　　圆柱滚子轴承与四列圆柱是板材轧机的通常使用的工作辊，目前世界各国使用的工作辊是滚动的轴承，因此中厚板轧机的轧辊都是采用滚动轴承。由于轴承和轴承座受轧辊大小的影响，径向空间不大，对轴承的设计造成了影响，尤其是进行作业的四列圆柱滚子轴承，虽然设计为轻系列，但是实际承受的负荷比较高，属于易损配件，在日常作业的过程中，轴承对轧钢产生的作用非常大，消耗占总消耗的5%，因此在检修的时候，轴承作为轧机的主要的配件是不能因轴承的问题引致停产情况出现的，为了对轴承的使用寿命进行提升，本文重点对选材、设计、制造、应用等方面进行探讨。
　　1　轴承寿命的设计
　　轴承的寿命是应用工作时间实行标准的，滚子轴承的90%的可靠性寿命为：

　　计算公式中：计算轴承的寿命是Ln，h；轴承转速为n，单位为r/min；轴承径向当量动荷载为Pr，轴承径向基本额定动荷载为Cr，材料系数为K（真空脱气钢K=3）。从以上公式中不难看出。K和Cr是作用是影响轴承寿命的重要因素。
　　滚子轴承依据ISO281的额定的动载荷是：

　　在公式中，结构i是滚动的体列数、Z是滚子的单列数、f_c是修正系数、L_we是有效的滚子长度、D_we是平均滚动体的直径、α是接触角，轴承设计开始实行时，Cr值的大小，直接影响轴承的使用年限，而轴承的Cr值主要是由Z、L_we、D_we几个方面因素决定，其中D_we对轴承Cr值产生的影响Z大。同时K、f_c、a₂对轴承的寿命和可靠性影响也非常的大。
　　（1）在轴承的设计中ｆ的额定载荷受应力的影响较大，要使结构上滚道与滚子出现额定载荷的降低，所因是应力的集中，可是整个长度的沿滚子均匀分布应力的话，额定载荷就会增加，集中的应力便会小，因此ｆ的值有一点差别，整套轴承额定动载荷就出现变化。
　　（2）在轴承的参数和尺寸中，对Cr值的影响Z大的是D_we的增加，轴承寿命提升的主要方法是D_we值的加大，满足D_we值加大的要求是轴承的内外圈的坚硬度，也是设计探索的首选方案。但是轴承在选用强度系数的时候必须谨慎，轴承是各种机械中是Z基本的零件，因而每个轴承的使用条件的差别也是很大的，在轴承的制造上轴承套圈的减薄肯定加大难度的，因此从加工条件和使用分析开始，逐渐对其给予改进。
　　（3）K和a₂对轴承寿命的重要性可以从（1）式和（2）式看出来。在轧制的过程中，轴承因受载荷的变动的作用下，会受到特别大的冲击载荷，因此选用渗碳轴承钢管来作中板的轧机轴承。因为渗碳轴承钢是高合金钢，所以过早地造成了轴承疲劳断裂，原因是渗碳轴承钢中杂质脆性氧化物（特别是氧化铝）是疲劳裂纹出现的重要根源。因而采用含氧量低的电渣重熔钢20Cr2Ni4A，其弥散度好、氧化物细小。轴承材料的作用是轴承可靠性与寿命的主要因素。
　　2　设备加工和技术方法
　　中板的轧机轴承要求每个零部件不能有虚弱部位，其轧机轴的速度高、工作环境差、承受重载、交变冲击负荷大。有些厂子引进具备先进水平的大型轴承的检测设备和加工设备是想提升轧机轴承的制造水平。但是在交流和走访中发现个别的制造厂出现了以下需要改进的三个问题：
　　（1）渗碳工序是大型轴承的制造中是属于特殊的工序，但有些单位为了减少制作的成本，便在使用的过程中减少了磨加的工留量、还渗了强高温，让轴承过早地进入了疲劳压迫而报废，其轴承渗层的晶粒粗化，在轴承的软点和表面存在网状粗大的碳化物。碳化物的平均直径从0.6靘粗化到1.14靘轴承的寿命就降低到原先的1/4，因此提升轴承零件强度重要的手段是细化晶粒。
　　（2）个别制造轴承的厂家因选材的不规范而大大地降低了轴承的使用寿命，轴承表面硬度的水准虽然符合要求，但其额定的负荷减小了很多，原因是为降低成本把渗碳钢用GCr18Mo和GCr15SMn代替使用的。
　　（3）有些制造厂家保证不了四列滚子的同时受力，其原因是使用的加工设备的精度非常低。另外为了降低成本使用了车床改为磨床和扩大磨床加工的范围，表面磨损粗糙度达不到标准要求、出现轴承的粘连、润滑度的降低等情况。见表1：

　　从表1可以看出，轴承的额定寿命当受到受力的条件为1列、2列、3列时，分别降低了均匀的四列受力的2.75%、16.58%、47.43%，并且产生了轴承刹那间的损坏。因此能看出，要是不能提高轴承的寿命，轴承的加工精度与内在质量不符合标准要求，即使使用优质的高级电渣重熔钢20Cr2Ni4A，也保证不了轴承的可靠性。
　　3　轧机应用状况的作用
　　轧机轴承上载荷的轧制速度的温升、散热和分布、密封和润滑是轧机应用状况的主要作用。
　　（1）在一定程度上降低轴承疲劳寿命的情况如下：轧机牌坊存在不一致的壁厚、过大的平面度和尺寸超差的轴承箱，引发交叉辊，因此两辊之间出现相互的作用力，轧辊出现受力与轴向力的不均衡。相同的疲劳寿命的计算提升了，那么就交叉辊造成的轧机的推力与分力是由0.5%提升到了5%。因此各辊之间要保持旋转轴线的互相的平行，工作辊的上下旋转的轴线、上下支承辊必须在同一垂直面内的旋转的轴线。必须定期实行维修与检测的牌坊。一定要分组应用轴承箱，以轴承箱的轴线同轴度不能大于1，轴承箱必须按组来统一维修。
　　（2）确保轴承处于良好状态的基础是使用适合的润滑油，因此润滑油是提升轴承寿命的重要因素之一。依据油膜系数的公式，要油膜的厚度的Z小值h_min一定要确定的，平面的粗糙程度为δ1、δ2，因此Z小油膜的系数λ与两接触零件有直接的关系。依据研究的试验表明，当轴承Z小的油膜系数λ值比3大时，处于完全的弹流润滑的景象。依据Z小的油膜计算Dowson-higginson公式选取Z好的润滑黏度油。

　　其中h_min是Z小油膜厚度，η0是常压下动力黏度，u是表面平均速度，R是当量曲率半径，q是单位接触长度荷载为，E0是当量弹性模量。润滑油的粘度系数η0是由轴承工作面的大小、转速、质量和所受载荷的大小来定的。密封润滑系统是各种润滑油达到润滑效果的首要保证。因此要求轴承是一定密封好，要是出现有缝的、没密封好的话，轴承的内部会进入氧化皮与冷却水等杂物，或润滑油外泄等，因此造成了轴承润滑油的水解蠕化和缺油等情况，从而润滑油的功效被破坏，造成了轴承的卡死或烧坏，还有使轧辊和轴承箱的报废是属于严重的情况。
　　4　结语
　　综上所述，得出以下结论：（1）轧机的日常维修一定要加强，润滑方式的合理与选取合适的润滑油，确定轧机的每项技术参数一定在规定的范围内，轴承保证完全的弹流润滑的状态，轴承的严格密封等方法提高轴承的寿命；（2）要想提升轧机轴承的使用寿命和可靠性，一定要跟先进技术交流和合作，在原有的差距上，还要加强制造、设计、使用等方面加强学习和借鉴；（3）中板轧机轴承的特点是有较高的力学综合能力，工作要求是提高额定寿命，轴承参数的设计是在有限的空间内优化和合理的选用钢材；（4）提升中板轧机轴承的寿命与可靠性，从而引进先进的加工设备来提高轴承的加工方法和技术。
　　参考文献
　　[1]FTE威尔，西安交大零件教研室．轴承系统-理论与实践[M].北京：机械工业出版社，1983.
　　[2]邓效忠，文鉴恒，张秀萍.套圈壁减薄后圆柱滚子轴承承载能力的研究[J].轴承，2002，（5）.
　　[3]张钢，张彪，刘莹，郭昆峰，阮娟.森吉米尔式轧机轴承的优化设计[J].轴承，2009，（6）.
　　[4]周向阳，蒋庄德，王海容.基于弹性流体动力润滑理论的轧机轴承早期失效分析[J].润滑与密封，2006，（4）.

来源：《中国高新技术企业（中旬刊）》2014年6期