干治江

（攀枝花新鋼釩股份有限公司 四川攀枝花）

一、概述

熱鍍鋅光整機(jī)在軋制過(guò)程中，為了防止帶鋼縱向起皺和高速軋制時(shí)帶鋼振動(dòng)，在光整機(jī)的入口和出口均設(shè)有防皺裝置，目的是通過(guò)液壓缸的作用，用升降輥將光整機(jī)入口和出口的鍍鋅板繃緊。

攀鋼冷軋2＃鍍鋅機(jī)組光整機(jī)升降輥（圖1）在2012年5月18日定修中更換SKF公司的22319E調(diào)心滾子軸承，5月23日出口升降輥卡阻不轉(zhuǎn)造成鍍鋅板擦劃傷及停機(jī)。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)軸承損壞、止動(dòng)失效。軸承的失效按其壽命可分為正常失效和早期失效兩種，該軸承的使用壽命只有幾天時(shí)間，屬于早期失效。

圖1 光整機(jī)升降輥分布結(jié)構(gòu)示意圖

二、故障分析

光整機(jī)升降輥為空心自由轉(zhuǎn)動(dòng)鍍鉻鋼輥，芯軸固定不轉(zhuǎn)，輥筒內(nèi)嵌滾動(dòng)軸承跟隨帶鋼一起轉(zhuǎn)動(dòng)。由于這兩個(gè)升降輥在軋制過(guò)程中始終與帶鋼接觸，其輥筒與帶鋼是否產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有較大的影響。為防止升降輥因軸承損壞引起停機(jī)、停產(chǎn)和鍍鋅板擦劃傷，應(yīng)提高軸承的可靠性，必須從軸承的失效形式著手，認(rèn)真研究和分析滾動(dòng)軸承的失效原因，才能找出解決失效的具體措施。

1．軸承失效表面特征分析

22319E是雙列調(diào)心滾子軸承，在有兩條滾道的內(nèi)圈和滾道為球面的外圈之間裝配有鼓形滾子的軸承。外圈滾道的曲率中心與軸承中心一致，所以具有自動(dòng)調(diào)心功能，對(duì)軸相對(duì)于軸承座的傾斜和軸的變形或歪曲不敏感。

在排除了裝配質(zhì)量和潤(rùn)滑不良等原因之后，發(fā)現(xiàn)22319E軸承保持架上幾個(gè)兜孔已經(jīng)嚴(yán)重?cái)D壓變形和斷裂失效，導(dǎo)致軸承卡死停止轉(zhuǎn)動(dòng)。因此判斷保持架斷裂是造成軸承失效的主要原因。

2.軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征分析

升降輥原設(shè)計(jì)軸承為FAG公司一對(duì)22319E1調(diào)心滾子軸承，在更換前已經(jīng)正常使用3年以上。雖然SKF公司和FAG公司的軸承在型號(hào)規(guī)格上一樣，但是仔細(xì)對(duì)照兩家軸承，發(fā)現(xiàn)兩者軸承的保持架結(jié)構(gòu)類(lèi)型明顯不同。通過(guò)對(duì)比主參數(shù)、外圈、內(nèi)圈及滾子設(shè)計(jì)強(qiáng)度和剛性等均無(wú)問(wèn)題，分析認(rèn)為，該軸承E結(jié)構(gòu)保持架對(duì)光整機(jī)升降輥的使用條件存在一定缺陷，可能是軸承早期失效的主要原因。

（1）保持架鎖定球面滾子的方式不同易造成過(guò)梁擠壓變形。保持架上許多等距離的兜孔稱(chēng)為窗口，用來(lái)隔離和引導(dǎo)滾動(dòng)體。在滾子保持架窗口之間的連接部分稱(chēng)為過(guò)梁，它起連接和增加保持架強(qiáng)度的作用。

圖2 22319E1軸承結(jié)構(gòu)示意圖

如圖2所示，F(xiàn)22319E1軸承窗型沖壓鋼保持架靠?jī)蓚€(gè)過(guò)梁鎖住鼓形滾子，形成雙肩鎖定；如圖3所示，22319E軸承窗型沖壓鋼保持架采用在保持架大端面鋼板壓出凸點(diǎn)形成鎖點(diǎn)，利用鼓形滾子側(cè)端面凹穴來(lái)實(shí)現(xiàn)鎖住滾動(dòng)體的功能，形成單點(diǎn)鎖定。SKF公司E結(jié)構(gòu)軸承由于是單側(cè)受力，不利于保持架窗孔對(duì)鼓形滾子的引導(dǎo)。在軸承承受沖擊載荷和較大軸向力的情況下，個(gè)別鼓形滾子的軸線容易發(fā)生較大角度的側(cè)轉(zhuǎn)。一旦有一粒鼓形滾子軸線相對(duì)于保持架窗孔軸線發(fā)生較大角度的側(cè)轉(zhuǎn)，那么這顆滾子的滾動(dòng)將落后于正常滾子的滾動(dòng)，就容易發(fā)生保持架過(guò)梁擠壓變形，導(dǎo)致鼓形滾子卡死停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）保持架窗口位置不同易造成過(guò)梁根部裂斷如圖3所示，22319E軸承窗型沖壓鋼保持架的窗口位置較低，在鼓形滾子的1/3處，鼓形滾子和保持架窗口兜底接觸面積也較小，保持架過(guò)梁根部較薄，強(qiáng)度較差。軸承工作過(guò)程中，承受沖擊振動(dòng)及軸向力時(shí)，由于軸承內(nèi)圈不帶擋邊，完全靠保持架3側(cè)擋承受軸向力，保持架過(guò)梁易從根部裂斷，影響軸承的可靠性。

圖3 22319E軸承結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1所示，鋼帶是緊貼在升降輥表面上，并且鋼帶上有90kN的張力，是由鋼帶拖著升降輥旋轉(zhuǎn)。如果鋼帶跑偏，鋼帶與升降輥表面的摩擦力會(huì)轉(zhuǎn)化成一定的軸向力作用到軸承上，該軸承承受了較大的軸向力，這是造成軸承失效的最主要原因。

SKF公司的E型調(diào)心滾子軸承的中擋圈位于保持架大端外圓柱面以外（圖3），該保持架可放入更多更大直徑的加長(zhǎng)滾子，使軸承徑向額定動(dòng)載荷提高10%～20%。但是由于軸承內(nèi)圈不帶擋邊，承受軸向額定動(dòng)載荷的能力卻大大降低，保持架側(cè)擋極易斷裂。

三、處理措施

保持架對(duì)滾動(dòng)軸承使用性能和壽命有很大影響，其材料的選擇尤為重要，而在保持架損壞的原因中，保持架材質(zhì)好壞又是主要原因之一。因此，軸承保持架的材料必須具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、尺寸的穩(wěn)定性、良好的可塑性等多方面優(yōu)良性能。

1．重新選擇軸承型號(hào)減少軸承在線損壞

在使用環(huán)境相同的條件下，銅保持架的理論壽命比沖壓鋼保持架的理論壽命要長(zhǎng)，但銅保持架的軸承比鋼保持架的軸承的價(jià)格要高一些?？紤]到使用成本，選擇目前國(guó)內(nèi)使用廣泛的CA型軸承，型號(hào)22319CA/W33。CA型結(jié)構(gòu)的調(diào)心滾子軸承的特點(diǎn)為內(nèi)圈兩側(cè)均有擋邊和采用雙齒型整體式機(jī)加工車(chē)制實(shí)體黃銅保持架（圖4），一般情況下可以與E結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通用。與E結(jié)構(gòu)相比較，CA結(jié)構(gòu)的軸承采用高拉伸強(qiáng)度的黃銅保持架，保持架本身具有一定的自潤(rùn)滑性能，并允許有一定的塑性變形。在光整機(jī)機(jī)架內(nèi)淋水環(huán)境與承受較高的徑向載荷和沖擊載荷以外，還能承受一定的雙向軸向載荷的場(chǎng)合。

圖4 22319 CA/W33軸承結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)軸承改型后，已經(jīng)正常使用1年未再出現(xiàn)軸承保持架斷裂故障，軸承的可靠性大大提高。進(jìn)口軸承每套單價(jià)是國(guó)產(chǎn)軸承的6倍，與進(jìn)口調(diào)心滾子軸承相比，不僅降低了使用成本，還延長(zhǎng)了軸承使用壽命，效果非常顯著。

2．做好軸承的維護(hù)、保養(yǎng)、裝配

調(diào)心滾子軸承是一種精密的零部件，在安裝以及使用過(guò)程中，應(yīng)注意方式方法，才能使軸承達(dá)到預(yù)期的精度以及更長(zhǎng)的使用壽命。因此應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注軸承的正確安裝、檢查和維護(hù)等方法并制定相應(yīng)的工藝規(guī)程以降低光整機(jī)升降輥軸承的故障率。

（1）軸承在安裝和拆卸時(shí)應(yīng)按有關(guān)步驟和規(guī)定認(rèn)真操作。盡量使用專(zhuān)用工具，不允許強(qiáng)力沖擊或直接錘擊軸承，不允許通過(guò)滾動(dòng)體傳遞壓力。安裝環(huán)境必需清潔，不能用布類(lèi)和纖維類(lèi)物品擦拭軸承，軸承安裝的質(zhì)量關(guān)系到軸承的使用壽命和工作特性，不正確安裝可能導(dǎo)致軸承過(guò)早損壞。

（2）軸承的正確保養(yǎng)和維護(hù)。良好的潤(rùn)滑是滾動(dòng)軸承正常工作的必要條件。要保證軸承能夠正常、可靠運(yùn)行，就必須施以足夠的潤(rùn)滑，以防止?jié)L動(dòng)體、滾道及保持架之間有直接的金屬接觸，造成磨損及軸承表面腐蝕。

光整機(jī)升降輥通常受到較強(qiáng)的沖擊負(fù)荷以及淋水環(huán)境，軸承振動(dòng)大，潤(rùn)滑脂容易流失。因此，要求潤(rùn)滑脂有較強(qiáng)的粘附性，選擇鈣基潤(rùn)滑脂（機(jī)械性能穩(wěn)定，不溶于水，常用于工作溫度60℃以?xún)?nèi)與水有接觸的工作環(huán)境）。鈣基潤(rùn)滑脂可以牢牢地粘附在零件的表面，一部分在滾道上潤(rùn)滑軸承，其余部分保存在軸承內(nèi)部空間起到密封作用，可防止外部灰塵和水等有害物質(zhì)進(jìn)入軸承。

自動(dòng)調(diào)心滾子軸承，軸承內(nèi)外環(huán)可以相對(duì)擺動(dòng)，所以可以接近滾動(dòng)元件，潤(rùn)滑脂可直接注入軸承內(nèi)的空間。裝配時(shí)軸承內(nèi)應(yīng)填滿(mǎn)潤(rùn)滑脂，可以把軸承座內(nèi)自由空間的90%填滿(mǎn)而無(wú)溫升的危險(xiǎn)，這樣既防止雜質(zhì)侵入軸承，又使補(bǔ)充潤(rùn)滑脂間隔期延長(zhǎng)。

軸承選型至關(guān)重要，選用的軸承型式一定要符合使用環(huán)境。通過(guò)剖析軸承保持架結(jié)構(gòu)，確定故障原因，采取切實(shí)可行的措施。實(shí)踐證明，通過(guò)對(duì)軸承改型，使用國(guó)產(chǎn)軸承同樣能夠確保光整機(jī)升降輥的正常運(yùn)行，不僅降低了設(shè)備故障率，而且還降低了備件及維修費(fèi)用，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。