摘要：根據軋機軸承的特點及在生產中的實際運轉情況，從設計、選材、工藝及使用各環(huán)節(jié)入手，分析影響軸承壽命的各個因素，并采取措施提高軋機軸承使用壽命，減少了軸承損耗，提高了生產效率，降低了生產成本。
現在世界各國中厚板軋機軋輥（特別是工作輥）支承都在廣泛采用滾動軸承，板材軋機工作輥一般采用四列圓錐或圓柱滾子軸承。由于受軋輥尺寸的限制，軸承座和軸承的徑向空間較小，軸承在設計上受到了制約，特別是用作工作輥的四列圓柱滾子軸承，雖然承受重載，但只能設計為輕系列，是軋機的易損件⑴。在生產消耗中，軸承的消耗只占總消耗的5%左右，但對軋鋼產量的影響達20%，所以作為軋機的關鍵部件，軸承在檢修周期內出現故障導致停產，這是廠家不能容忍的。本文探討了從設計、選材、制造及應用等環(huán)節(jié)釆取措施，以提高軋機軸承的使用壽命。
若以工作時間表示軸承的壽命時，90%可靠性的滾子軸承壽命為
式中：Ln為軸承計算壽命，h；n為軸承轉速，r/min；Pr 為軸承徑向當量動載荷，N；Cr為軸承徑向基本額定動載荷，N；K為材料系數（真空脫氣鋼K =3）。
式中：fe 為結構修正系數；a2 為材料修正系數; Lwe 為滾子的有效長度；i為滾動體列數；Z為單列滾子數；α為接觸角；Dwe 為滾動體平均直徑。
設計軸承時，Cr 值越高，軸承的壽命越長，而在決定軸承Cr 值的尺寸參數Lwe、Z、Dwe 中，Dwe 影響較大。同時fe、K、a2 對軸承的可靠性和壽命也起著關鍵的作用。（1） 在軸承的尺寸和參數中，Dwe 的增加對Cr 值的影響較大，增大Dwe 值應是設計追求的先選方案，但要求軸承內外圈的強度能滿足要求。這是提高軸承壽命的重要途徑⑵。但由于軸承是各種機械的基礎件，各類軸承的使用條件差異較大，加上軸承套圈減薄后給軸承制造帶來若干問題，因此對強度系數的選取必須謹慎，應從分析使用及加工條件入手，循序漸進予以改進。（2） 在軸承設計中fe 稍有差別，就會引起整套 軸承額定動載荷發(fā)生變化，如結構上滾子或滾道出現應力集中，其額定載荷便會降低，但若沿滾子整個長度的應力分布均勻，應力集中小，其額定載荷即能增大。（3） 由（1）式和（2）式可以看出，K和a2對軸承壽命的重要性。中板軋機軸承在軋制過程中，受交變載荷作用，所受沖擊載荷也很大，一般都選用滲碳軸承鋼。由于滲碳軸承鋼屬于高合金鋼，其中雜質脆性氧化物（特別是氧化鋁）將成為疲勞裂紋產生的根源，造成軸承過早疲勞斷裂。應使用含氧量低，氧化物細小、彌散度好的電渣重熔鋼 20Cr2Ni4A。軸承材料是影響軸承壽命和可靠性的重要因素。由于中板軋機軸承受多變沖擊載荷，且具有高速、重載、工作環(huán)境差等特點，所以要求軋機軸承各零部件不能有薄弱部位。為了提高軋機軸承的制造水平，有些廠家引進了具有國際先進水平的大型軸承加工設備和檢測設備。但是在交流和走訪中發(fā)現個別制造廠存在如下問題需要改進。(1)部分軸承制造單位選材不規(guī)范，為了降低成本用GCr15SiMn和GCr18Mo代替滲碳鋼，雖軸承硬度可達到要求，但韌性低于滲碳鋼，軸承的額定動載荷減小，使用壽命降低。(2)滲碳工序在重型軸承制造中屬特殊工序，有些廠家為了減少成本，采用高溫強滲和減少磨加工留量，使軸承表面出現粗大網狀碳化物和軟點，滲層晶粒粗化，導致軸承過早發(fā)生疲勞剝落而失效。因而，必須對碳化物進行晶粒細化，碳化物平均直徑從1.14
μm細化到0.6μm，壽命將提高4倍。(3)個別制造廠家采用擴大磨床加工范圍，或以車代磨，造成軸承表面粗糙度超差，降低了潤滑能力，從而發(fā)生粘著磨損。另外由于加工設備精度低，加工出來的產品不能保證四列滾子均勻受力。根據(1)式和(2)式可算得四列滾子受力不均勻對軸承壽命的影響程度，見表1。
由此可看出，即使采用高級優(yōu)質的電渣重熔鋼20Cr2Ni4A，如果軸承的工藝不合理和加工精度達不到要求，軸承的壽命不僅得不到提高，而且還會降低。
軋機使用狀況的影響主要包括：載荷及載荷在軸承上的分布、軋制速度、潤滑與密封、溫升與散熱。(1)軋機牌坊的平面度過大、軸承箱的尺寸超差和壁厚不一致，將發(fā)生交叉輥，兩輥之間將產生相互作用力，軋輥產生軸向力和受力不平均，會大大降低軸承的疲勞壽命。同樣交叉輥所引起的推力與軋機分力相比由5%降為0.5%時，計算疲勞壽命提高。所以要保持上下工作輥的旋轉軸線、
上下支承輥的旋轉軸線都處于同一垂直面內，各輥的旋轉軸線相互平行。定期對牌坊進行檢測和維修。軸承箱應分組使用，同一組的軸承箱一齊維修，使軸承箱的軸線同軸度不大于1'。(2)潤滑已成為提高軸承壽命的關鍵因素之一。選擇合適的潤滑油是保證軸承處于良好狀態(tài)的基礎。根據油膜系數公式，確定較小油膜厚度hmin，其與較小油膜系數λ和兩接觸零件的表面粗糙度值δ1、δ2有關。根據試驗研究表明，當較小油膜系數λ≧3時，軸承處于完全彈流潤滑。根據Dowson - Higginson較小油膜計算公式選用合適的潤滑油粘度η0。
式中：hmin為較小油膜厚度；α為粘度的壓力指數；η0為常壓下的動力粘度，u為表面平均速度；E0為當量彈性模量；R為當量曲率半徑；q為單位接觸長度上的載荷。
根據軸承工作面的質量、尺寸、所受載荷及轉速確定對應粘度系數η0的潤滑油。在各種潤滑系統中，密封是達到潤滑效果的重要保證。如果密封不好，潤滑油外泄，冷卻水和氧化皮等雜質也會進入軸承內部，造成軸承缺油及潤滑油水解蠕化，會破壞潤滑油的功能，從而造成軸承燒壞、卡死，甚至會導致軋輥、軸承箱報廢。(1)中板軋機軸承的工作狀況和特點，要求其有高的綜合力學性能，選用優(yōu)質鋼材是軸承設計參數在有限的空間內合理、優(yōu)化選用的前提，是提高其額定壽命的保證。(2)采用先進的加工設備（大型數控加工設備)，改進加工工藝和方法，提高軸承的尺寸及位置精度和內在質量，提高中板軋機軸承的可靠性和壽命，杜絕非正常損壞而造成的停機。
(3)加強軋機的日常維修，以保證軋機的各項技術參數在要求的范圍內；選用合適的優(yōu)質潤滑油及合理的潤滑方式，并對軸承進行嚴格密封，以保證軸承處于完全的彈流潤滑狀態(tài)，從而提高軸承的壽命。
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