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二十辊SUNDWIG轧机支承辊轴承外圈爆裂原因分析及对策
摘 要：结合二十辊SUNDWIG轧机支承辊轴承的结构特点和工作条件，论文分析了轴承在使用过程中出现外圈爆裂的机理及原因，提出了相应的改进措施，并进行了实际使用验证。
1、引言
支承辊轴承作为二十辊轧机关键辊系组成部分，直接影响轧机的可靠性、安全性、寿命及轧制带钢的质量。支承辊轴承本身要求精度非常高，旋转精度需达到P4级以上。轴承需要定期维护，以保证使用质量。
宝新公司有两台二十辊SUNDWIG四立柱单机架可逆式轧机，最大轧制力800t，最高速度800m/min。该型轧机支承辊轴承共有8根，位置呈六边形分布，位于6根二中间辊外侧，每根为9段式轴承结构为双列圆柱滚子轴承，无止推垫片，有分离式挡边圈。在前期生产过程中，支撑辊易出现外圈爆裂剥落现象，给现场正常生产及质量控制造成较大影响。其主要失效表现形式为：外圈轴向出现严重开裂剥落，外圈挡边开裂剥落等，如图1、图2。
2、支承辊轴承外圈爆裂原因分析
2.1、轴承材质、硬度检测分析
通过对外圈爆裂轴承和正常轴承硬度进行检测对比，未发现明显异常，如表1、表2；对材质进行检测对比，在微观组织下，外径侧、滚道侧的马氏体组织都呈现良好的组织情况，另外，内部因为是肉厚品，确认有托氏体，如图3、图4。因此后续重点对轴承的受力情况和轴承结构进行调查分析。测定位置从各零件的侧面测定（滚子为端面），表面硬度测定结果如下。从上两表数据分析，爆裂轴承和正常轴承的区别在于，内圈的表面硬度不同，其它部分，爆裂轴承和正常轴承都具有相同的表面硬度。外圈、内圈、挡圈为60HRC左右的表面硬度，滚子为64HRC程度的高硬度。
2.2、受力分析
2.2.1、整根支承辊轴承受力分析
图5为整根支承辊轴承承受载荷、单个轴承两列滚动体和内外滚道接触受力大小情况。轧制过程中整根支承辊轴承受挠曲变形影响，中间轴承5受力最大，考虑到中心位置附件挠度曲率变化较小，可近似的认为轴承5受均匀的压力。但出于两侧的轴承（特别是3、4、6、7）由于挠度曲率变化较大，受力情况将有所变化。
以轴承6为例，如图6所示，由于轴承面以及滚动体等塑性变形的影响，芯轴的挠度将远小于二中间辊，因此，轴承所受压力F将于芯轴成一定角度。故分解后，轴承将受到一个平行于芯轴方向的轴向力F1，轴向分力F1依靠轴承滚道侧壁及挡边抵消。若轧制力过大或者凸度设计不合理，将使支承辊轴承挠度增大，从而增大轴向分力F1。一旦分力F1超过轴承设计承受能力，将使滚动体端面、轴承侧壁及挡圈磨损，如图2，以至最后剥落及开裂。同时，由于挠度的存在，将使两侧滚动体受力不均匀，形成偏载，靠近中心位置侧受力较大，远离中心位置侧受力较小，若偏载过大，将导致偏载侧滚道磨损严重，甚至剥落开裂。最终撕裂外圈，如图7。
2.2.2、辊系受力分析
如图8，若轧制线前后高度不一致，将使整个辊系受力不均，轧制时将产生轴向分力，作用于支承辊轴承上将导致滚动体端面、轴承侧壁及挡圈磨损。轧制过程中一中间辊横向窜动，窜动力将通过摩擦力反作用于二中间辊，最后传递到支承辊轴承上。若一中间辊窜动力过大，也可能导致轴向力过大。因此，应该减小窜动过程中的摩擦力。考虑到压力的不可控，因此，应尽量减小一中间辊和二中间辊的摩擦因子。
2.2.3、轧制力情况分析
表3为轧机正常轧制阶段、异常轧制阶段及各支承辊爆裂阶段轧制钢种占比平均数据。由表中数据可以看出：（1）正常阶段与异常阶段轧制各钢种比例未发生较大变化；（2）支承辊轴承爆裂多发生于轧制200/300系钢种阶段，即轧制力较大阶段。
离心压缩机轴承温度高的原因及处理方法
一台机器的零部件之间就是一个小版的自然生态，一个机体出现状况必然会影响到另一个机体，从而影响到整台机器的运作。可见，部件虽小，却不容小觑。所以，我们要懂得爱护、保养我们的机器，了解部件出现的一些状况的原因及处理方法。
供油系统的原因
01
润滑油量不足或中断，将会引起轴承温度升高，使轴承产生咬合，严重的使巴氏合金熔化。造成油量不足或中断的原因可能是：主油泵损坏而辅助油泵又未能及时投入供油；供油系统管路及联接法兰漏油或破裂，油管路堵塞；油箱中油位过低使油泵吸油量不足或者吸不上油来。应及时查找原因，采取相应措施处理。
02
润滑油不清洁，含有沙粒杂质等异物，带入轴承后使轴瓦刮伤，甚至使轴承温度升高而引起巴氏合金熔化。应对油箱中油进行循环过滤，滤掉油中杂质，清洗检查供油管线上油过滤器，必要时更换新滤芯，提高滤油效果。
03
润滑油冷却器工作失常，进油温度过高，油的粘度下降，轴承的热量不能及时被带走，在轴瓦内不能形成良好的润滑油膜。应加大冷却水量，若油冷器结垢或堵塞，要进行除垢、疏通，提高冷却效果。
04
润滑油中含水，降低了油的润滑性能，影响了压力油膜的形成。应用分离机对油箱中油进行油水分离，分离出油中水份。
机器和轴承本身原因
01
压缩机转子不平衡引起的轴承振动过大，轴瓦磨损。应对转子作动平衡，减小不平衡量。
02
轴承安装不符合要求，例如止推轴承的轴承座歪斜，会使止推轴承瓦块负荷不均，承载的瓦块温度会升高，将大大减少轴承的承载能力，很可能引起止推轴承的损坏。径向或止推轴承间隙太小，不利于润滑油膜的正常形成，同时润滑油排泄量不够充分，摩擦产生的热量不能被及时带走，引起轴瓦温度升高。因此安装轴承时，一定要仔细，使各项要求符合技术标准。
03
轴瓦的巴氏合金浇铸质量不合格，巴氏合金可能有脱落、裂纹、砂眼等缺陷，含有铁屑、沙粒等杂质。应选择高速轻载巴氏合金，化验分析合金成分应符合要求，提高浇铸和加工质量。
04
轴承结构不合理，轴瓦处于超负荷运行，轴瓦和轴承无法形成液体摩擦。应改进轴承设计结构，改善轴瓦承载情况，降低轴承运行负荷，确保轴承在液体摩擦状态下运行。
05
压缩机平衡盘密封、级间密封齿损坏或隔板漏气，使转子轴向受力增大，止推轴承负荷增加。应对压缩机解体检修，更换平衡盘和级间密封，修整隔板中分面，避免漏气。
06
平衡管堵塞，平衡盘副压腔压力无法泄掉，平衡盘作用不能正常发挥，使转子轴向受力增大，止推轴承负荷增加。应检查平衡管，清除堵塞物，使平衡盘副压腔压力能及时卸掉，平衡盘作用能正常发挥。
从上述列举的原因来看，轴承的正常运转不仅取决于轴承结构本身、制造安装和检修的质量，而且还取决于压缩机运行情况的变化和供油系统的工作情况。
所以，在检修时，必须严格遵守检修工艺标准的规定，保证质量；在运行中应该特别注意监视轴瓦温度、润滑油温度、轴向位移以及供油系统的工作是否正常、轴承的振动是否过大和有无异音等。如有异常，应立即分析判断，采取有效措施进行处理，避免事故发生。
摘 要：工业减速机是在原动机和执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，是一种减速传动装置，在现代机械中应用广泛。本文阐述了工业减速机的安装注意要点，对使用过程中的常见故障进行了分析，探讨了工业减速机的维修与装配经验。
关键词：减速机；安装使用；故障分析；维修与装配
1 工业减速机的安装
机械设备的安装是一项精细复杂的工作，技术要求高，操作中必须严格遵守操作规程和设计资料的规定。一般机械设备安装的顺序是：设备的找平找正、清洗装配、调整与试运转。
（1）在安装使用前应对减速机安装轴进行清洗，并检查安装轴是否有碰伤、污物。减速机为倾斜安装时，应保证最高位齿轮轴轴承得到箱内齿轮油的润滑，并保证箱体最高位处能排出箱内气体。
（2）工业减速机与执行机构和原动机组装时，应对联接法兰清理打磨干净联接法兰对接部位直口平整度，确保平齐，并对法兰周圈所有螺栓配齐、紧固。
（3）装配的传递元件（联轴器、链轮）应当保持转动平衡，以免引起不允许的径向力或轴向力。通常利用装配夹具和轴端的内螺纹，用螺栓将传动件压入，否则有可能造成减速机内部零件的损坏。
（4）减速机安装必须刚性固定在坚实的水平基础或铅直机架上，并做好调平。必须保证原动机、联轴器、减速机、执行机构的同轴度一致，以免出现运转偏摆对设备输入、输出轴及轴承增加附加应力而造成损坏。两相连轴伸的同轴度应控制在φ0.1mm范围，两轴伸端面之间应留有2-8mm间隙，间隙值的大小根据与减速机相连设备的具体情况而定，既要保证足够的传递载荷能力，又要保证减速机轴承不受额外的轴向力。为了避免工作机主轴挠曲及在减速机轴承上产生附加力，减速机与工作机之间的距离，在不影响正常的工作的条件下应尽量小，其值为5-10mm。
（5）加注齿轮油：油的级别应选择减速机推荐值，或者采用与推荐油完全等效的油。而且油量要正确，每个减速机有附带标明所推荐的油的级别和数量的标牌。油镜是减速机油位的显示镜，在减速机的一侧，加注油时油位应达到油镜的中部上下位置为宜。
正确加注油量的重要性：在飞溅润滑的减速机中，负载接近热功率时，正确加注油量特别重要。在某些情况下仅仅是由于多加了15%的油，运行温度可能升高到正常温度以上15-20℃，这会引起油的润滑能力减少而使减速器严重损坏。当油位低于标识所指示的油位时，齿轮可能够不到油，而使飞溅润滑成为不可能。
2 常见故障分析
由于工业减速机运行环境恶劣，常会出现磨损、渗漏等故障，表现在以下几个方面：
（1）减速机轴承室磨损，其中又包括壳体轴承箱、箱体内孔轴承室、变速箱轴承室的磨损；此种情况的出现主要是在安装轴及轴承时各轴平行度和同轴度调整不当，在长时间运转过程中出现了偏向力（径向或轴向）或者箱体异常的震动，致使轴和轴承受力对轴承室产生一定的磨损。
（2）减速机齿轮轴轴径磨损，主要磨损部位在轴头、键槽等；产生此类故障的原因是在运转过程中出现的频繁过载启动以、部分零件的材质问题。
（3）减速机传动轴轴承位磨损或轴承故障；不正确的装配，不仅会加速轴承的磨损，还会发生断裂和高温咬死等故障。特别是对于不能自动调心类型的轴承，当轴颈或轴承座孔加工精度不良或安装不当，及轴的挠度太大时都会造成轴承内、外圈相互倾斜，使轴承工作负荷分布不均，压力集中处将过早破坏。
（4）减速机结合面渗漏。表现在减速机箱体结合面、轴承端盖处的渗漏油现象，主要是结合面密封垫片或密封胶料涂抹工艺出现纰漏；检修工艺不当，在设备检修时，由于结合面上污物清除不彻底，或密封胶选用不当、密封件方向装反、不及时更换密封件等均会引起漏油，在加强装配工艺要求后是可以避免。
（5）减速机轮齿失效。常见的轮齿失效形式有：轮齿的折断和齿面的损坏。轮齿折断一般发生在齿根部，因齿根处的弯曲应力最大且有应力集中。齿面的损坏可分为齿面的疲劳点蚀、磨粒磨损、胶合和塑性变形等。防止轮齿失效的措施有：提高齿面硬度和表面粗糙度要求；选用粘度较高的润滑剂；供给足够的润滑油和保持润滑油的清洁；避免频繁启动和严重的过载与冲击；提高装配质量，加强维护管理。
3 维修与装配
工业减速机齿轮啮合是否符合要求，其接触面是否良好，以及轴承部位各零件装配间隙是否良好，是减速机齿轮装配与修理质量好坏的标志。
检查齿轮时，如发现齿面磨损不均、有痕迹或局部剥落情况，应立即检查齿轮中心距，各轴的不平行度，齿轮啮合间隙，各轴承的水平度、同轴度及接触情况，润滑油质量情况，是否有其他金属物或非金属物掉入减速箱内以及齿轮键和螺帽是否松动等。对检查出的问题必须及时处理，绝不可强制运转。在检查过中，如发现某一齿面剥落，其面积不超过齿轮有效结合面积的30%，其他各部分正常时，可继续使用，但要重点做好定期检查是否有变化情况。当齿面剥落不断增加，运行状态逐渐恶化时，应立即进行更换。
审核编辑：符乾江
工商网监
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