滚动轴承的损坏分析及改滑动轴承的应用
【摘要】针对轧钢生产线中圆锥辊子轴承易塑性变形而且点蚀剥落,造成轴承调整和转动困难问题,对轴承损坏型式进行分析,并将滚动轴承成功改为自设计的面面接触滑动轴承,应用效果较好。
1.问题的提出
圆锥辊子轴承一般应用于承受较大的径向和轴向联合载荷的环境下,尤其广泛用于轧钢生产线中。生产应用中会经常遇到这样的问题:轴承在工作状态下的转动频率高但转动角度很小,而且承受轴向力或冲击明显。对于这样位置的轴承,我们会经常发现,轴承间隙产生的比较快。而且调整间隙压紧轴承之后,经常出现轴承转动困难的情况。
莱钢620mm热带生产线的夹送辊被动辊装置就是如上所述的情况,设备的结构如图一。
轴承为面对面布置,的排列型式如图二。
2.分析轴承间隙产生原因
在这个设备中,主轴上下端的轴承为面对面排列的两套圆锥辊子轴承7515。主轴在工作状态会受到不断的冲击和振动,轴总会有微小的转动。由于主轴转动的角度很小,滚珠也总是在有限的范围内转动。这样轴承的滚动体和内外圈就会产生不均匀的磨损。如图三所示。当轴承间隙需要调整的时候,一旦压紧轴承体,就会产生滚柱不能转动的问题。这是因为轴承圈,特别是外圈(因为外圈直径大于内圈)磨损后,调整压紧后的滚动体无法转动出磨损区域。这样大大降低了轴承的使用寿命。
从更换下来的轴承观察,有两个方面的表现。一是磨损位置的外圈尺寸变大,这说明轴承体出现了塑性变形的情况;二是滚动体直径变小,润滑脂中检测出细微金属颗粒,这证明了有材料剥落的现象存在。
这就是说,做间歇往复摆动的轴承,在过大的静载荷或冲击载荷作用下,使套圈滚道和滚动体接触处的局部应力超过材料的屈服强度,表面发生了过大的塑性变形,导致轴承不能正常工作。而且原本内圈、外圈和滚动体上的接触应力应当是较均匀变化的,轴承体局部的接触,使得接触位置表面更容易发生疲劳点蚀,造成疲劳剥落。
3.针对问题提出的解决方案
我们考虑设备的实际使用环境,决定把滚动轴承改为面面接触的滑动轴承。这样的优点有:一)轴承体磨损均匀,间隙调整方便;二)不会出现滚动体或保持架疲劳损坏产生的轴承研住问题;三)便于间隙调整;四)耐高温,对润滑的要求低;五)成本低,可自加工制作。如果使用具有自润滑性质的材料,如高硫合金钢则可以更大程度上减少磨损、保证润滑,延长使用寿命。
我们依据轴承的外形尺寸并结合具体使用情况设计出了如下所示的滑动轴承结构。如图四所示。
这样的轴承设计可以使接触面配对研磨,从而保证了良好接触和平稳运行。第二种样式可以承受更大的径向载荷。轴承接触面设计有油槽确保润滑良好。
4.生产实践及反馈
以前该位置的轴承使用周期在两个月时间,轴承出现间隙后就无法通过调整间隙保证轴承的使用,因此必须更换新的轴承。我们更换了新型式的轴承后,没有出现轴承研住的情况。
使用后的反馈:上下对装使用的7515轴承,以往两个月使用周期后总间隙约为1.2mm,间隙无法调整,导致轴承报废。现在,在保证正常的干油润滑的情况下,4个月中产生的间隙为0.9mm。使用高硫合金钢材质的滑动轴承,磨损量不足0.3mm,更方便的是间隙容易调整,基本没有轴承间隙过小造成很难过转动不利的情况。面对面的接触,承载能力比线接触的圆锥辊子轴承更强。同时这种改变也解决了面对面排列的轴承在轴受热伸长时,由于游隙减小造成轴承卡死的情况。
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