轧机减速器中滚动轴承的应用

　　摘　要：轧钢机专用减速器的工作特点是低速、重载，冲击负荷大，冲击次数频繁，而且是连续工作。随着我国轧钢工业的迅速发展，钢材品种的不断扩大，产量的增加，轧制速度的提高，轧制负荷增大，要求轧机齿轮传动装置具有足够的承载能力，即具有高强度、高精度、高寿命和高可靠度。本文根据轧钢机专用减速器的工作特点，对减速器中滚动轴承的应用问题进行了细致的阐述。
　　关键词：轧机减速器；自动调心；浮动；大游隙；循环油润滑
　　1　前言
　　轧钢机专用减速器（以下称为轧机减速器）的工作特点是低速、重载，冲击负荷大，冲击次数频繁，而且是连续工作。随着我国轧钢工业的迅速发展，钢材品种的不断扩大，产量的增加，轧制速度的提高，轧制负荷增大，要求轧机齿轮传动装置具有足够的承载能力，即具有高强度、高精度、高寿命和高可靠度。轴承是减速器的三类主要零部件之一，轴承的失效多数情况下会引起齿轮的啮合状态变化，表现为齿轮的失效（齿面磨损、齿面胶合和擦伤、齿面解除疲劳、弯曲疲劳和断齿），直接影响减速器的使用寿命。可见，选择合适的轴承型号并且合理地配置轴承对于提高减速器的质量至关重要。
　　2　滚动轴承的失效
　　轧机减速器中应用的轴承全部为滚动轴承，常见的失效形式有：内环、外环或滚动体的点蚀和疲劳剥落，保持架损坏。根据大量的实际应用表明，一般减速器中滚动轴承内环与轴的配合是过渡配合或较紧的过盈配合，而滚动轴承外环与轴承座的配合是过渡配合或较松的过盈配合，所以长期工作在较恶劣的条件下以及故障发展到一定程度时，常发生滚动轴承外环松动的现象，此时不管滚动轴承的内环、外环或是滚动体发生故障，都会表现为外环振动异常，噪声增大。
　　3　调心滚子轴承的优势
　　调心滚子轴承（也叫做球面滚子轴承）具有两列滚子，外圈有一共用的球面滚道，内圈有两个滚道，与轴承的垂直轴线成某一角度。这种轴承结合了多种设计的特点，在许多高要求的应用中，还没有其它轴承可以完全替代。调心滚子轴承能自动调心，补偿同轴度误差，允许轴承内圈和外圈有一定的倾斜角，因此可以承受较大的对准误差，如轴和轴承座之间的角度误差或轴的挠曲。表一比较了某国产轴承和德国SKF轴承允许倾斜角的数值。 　　这种轴承主要用于承受径向载荷，同时也能承受任一方向的轴向载荷，径向载荷能力高，特别适用于重载或振动载荷下工作，但不能承受纯轴向载荷。
　　综上所述，考虑到调心滚子轴承自身的优势以及轧钢机械的实际工作情况，在承载能力足够的情况下，大多数轧机减速器选用调心滚子轴承。当调心滚子轴承的承载能力不够的时候，有时候也会采用双列圆锥滚子轴承或者组合轴承的形式，比如，圆柱轴承和四点角接触球轴承组合。
　　4　轴承的配置设计
　　由于轧钢机械的工作环境很恶劣，冲击负荷很大，而且冲击次数频繁，振动大，导致工作时轧机减速器的箱体、齿轮以及轴的变形都非常大。如图一所示的固定端/浮动端轴承配置就很有优势（轴承1为浮动端，轴承2为固定端）。它不需要调整轴承。轴承对箱体和轴的轴向变形也不敏感。工作时，固定端轴承同时承受径向负荷和轴向负荷，浮动端只承受径向负荷。 　　5　轴承径向游隙的选择
　　调心滚子轴承的径向游隙在出厂时已经由轴承厂家调整完毕，如果要获得轴承满意的运行及负荷在滚动体上的正常分配，轴承径向游隙的选择非常重要。如何选择轴承的径向游隙成为检验轴承选型合理与否的重要标准之一。
　　径向滚子轴承正常工作时，由于轴承及其相关元件（轴、箱体）通常具有高的径向刚度，所以小的径向游隙是有利的。但是，由于轴承是以过盈配合装配到减速器箱体里，并且工作时轴承内、外圈会产生一定的温差，并且减速器的轴和箱体之间也会产生一定的温差（通常轧机减速器的上述温差照比普通减速器的温差还要高很多），上述的这些因素全部会降低轴承出厂时的径向游隙。所以，我们在设计时通常使用具有比正常径向游隙高的轴承，即大游隙轴承（进口轴承为C3组径向游隙；国产轴承为3组径向游隙）。
　　6　轴承的润滑
　　滚动轴承要运行可靠，必须充分润滑。润滑能防止滚动体、滚道及保持架之间的金属直接接触并保护轴承表面不受腐蚀。大约80%到90%的轴承过早失效都是由于不合格的润滑及/或污染引起的，从这样的事实中可以看出润滑对于轴承使用的重要性。
　　6.1 油润滑的优点
　　通常轧机减速器的齿轮需要采用油润滑并且使用一种润滑剂比较简单，所以轴承也采用油润滑。轴承使用油润滑具有下列优点：
　　♦当轴承高速、高温工作时，润滑油可以散热；
　　♦速度非常低及重载时，润滑油易于渗透到轴承表面；
　　♦在供应润滑油到轴承位置方面，它需要的维护少，因此增强了运行的可靠性；
　　♦更换润滑油时间间隔长，特别是对于中大尺寸的轴承； 
　　♦更换润滑油简单。
　　6.2 循环油润滑
　　通常情况下，在下列情况下应首先考虑用循环油润滑：
　　♦循环油被应用于齿轮润滑；
　　♦利用润滑油来散热；
　　♦速度高并要阻止润滑油的快速老化；
　　♦油浴润滑不能提供给轴承足够的润滑油，如对于竖直或倾斜的轴；
　　♦由于减速器的尺寸，需要油浴润滑提供大量的润滑油，或者通过过滤或离心泵使用润滑油总保持“新鲜”。 
　　由于轧机减速器的运转速度较高，轴承摩擦就产生很多的热量，而且轧机减速器的工作环境温度也很高，这样，轴承工作时的温度就会比一般用途的轴承温度要高很多。常规的油浴润滑已经不能满足实际的工作需要，采用循环油润滑不仅对轴承产生润滑的作用，更主要的是对轴承的温度也起到很好的控制作用。
　　7　小结
　　在轧机减速器设计中，轴承的应用问题是设计者需要慎重考虑的关键问题之一。正确地选择轴承型号和合理的轴承配置设计，不仅能够提高轧机减速器的承载能力，而且也能提高轧机减速器的使用寿命，同时也会减少减速器在正常运转过程中所产生的振动和噪音。