轧机轴承的使用寿命

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1、轧机轴承的使用寿命轧机轴承的使用寿命目录一、影响轧机轴承使用寿命的因素（一）、基本额定寿命（二）、径向基本额定动负荷（三）、修正额定寿命 （五）、密合度（待整理）（六）、影响轧机轴承使用寿命的因素二、轧机轴承的失效分析（一）、轧机轴承失效统计（二）、轧机轴承的主要失效形式和原因三、降低轧机轴承消耗的途径（一）、做好轧机轴承使数据统计（二）、轴承各零件强度要相匹配（三）、采用高质量轴承材料（四）、轧机轴承精度、游隙及配合（五）、改进热处理工艺（六）、在轧机轴承制造过程还应该从以下几方面注意改进（七）、轧机轴承的润滑与密封（八）、轧钢机设计与安装（九）、轴承装配（十）、轧制过程中摘要：通过介绍轧机

2、轴承的寿命计算和轧机轴承使用寿命的影 响因素，以及轧机轴承失效分析的多年实践经验，进而提出了降 低轧机轴承消耗的途径。关健词：轧机轴承、负荷、使用寿命、工作表面、轴承失效、 油膜、润滑、密封、过载、偏载、窜辊、装配、精度、密合度、 失效分析。为了增强轧钢产品的市场竞争力，轧钢厂对轧机轴承的消耗成本及轧 钢机作业率都提出了更高的要求；为什么轧制同样的产品，而不同的轧机 不同的轴承或同样的轧机同样的轴承或不同的现场使用条件，轧机轴承的 使用寿命差距很大，各单位的吨钢轧机轴承消耗及因轴承问题影响的轧钢 机作业率有很大的不同。下面就如何降低轧机轴承消耗，从轧机轴承本身 及应用等多方面给予分析提示。一、

3、影响轧机轴承使用寿命的因素从下面的几个基本概念及计算公式中，可以看出影响轧机轴承寿命的 因素及变量关系。（一）、基本额定寿命基本额定寿命：是指单个轴承或一组在相同条件下运转的近于相同的 轴承，其可靠性为 90%时的寿命。L10 = （C/P）。式中：L10基本额定寿命百万转C基本额定动负荷牛顿NP当量负荷牛顿N。寿命指数 （球轴承。=3，滚子轴承。=10/3）对于转速恒定的轴承寿命用工作时数表示为：L10h= （C/P） & x106/60n式中：L10h基本额定寿命小时hn轴承工作转速转/分钟r/min由式中可以看出，轴承基本额定负荷越大及轴承转速越低，轴承基本 额定寿命就越长。基本额定动负

4、荷与基本额定静负荷，当转速足够低时， 计算时，选择额定静负荷数值；（二）、径向基本额定动负荷（轴承样本中给出） 径向基本额定动负荷：系指一个轴承假想能承受一个大小和方向恒定 的径向负荷，在这一负荷作用下轴承基本额定寿命为一百万转。向心滚子轴承的基本额定动负荷计算公式：Cr=fc （iLwecosa） 7/9 x Z3/4 xDwe29/27式中，Cr径向基本额定动负荷牛顿Nfc与轴承零件几何形式、制造精度和所使用的材料而定 的参数。（是在负荷作用下滚子与滚道接触材料应力均匀分布情况的值）i轴承中滚动体的列数a轴承公称接触角度Lwe滚动体有效长度毫米mmDwe滚动体直径毫米mmZ每列滚动体数目由

5、式中可见，轴承滚动体的直径、有效长度、粒数、列数及工作接触 面材料应力情况等对其额定动负荷有着直接的影响，其中在负荷作用下材 料应力分布均匀性影响最大，其二是滚子直径影响，第三是滚子有效长度 及滚子粒数的影响。（三）、修正额定寿命轴承基本额定寿命L10是在一定的假定条件下确定的，随着各机械对轴 承可靠性的要求不断提高，高质量轴承材料的采用和弹性流体动压润滑技 术的发展，仍沿用原定义确定轴承的额定寿命已深感不足。为此,GB6391-86 标准提出了修正额定寿命。可靠性为（100n） %时非常规材料特性和运转条件下的修正额定寿 命为：Lna=a1 a2 a3 L10式中：Lna修正额定寿命（百万转

6、）气一可靠性不等于90%的寿命修正系数；a2 非常规材料性质的寿命正系数；气一非常规运转条件的寿命修正系数；1、对可靠性的寿命修正系数 a1一般情况下，大多以 90%的可靠性来评定轴承的疲劳寿命。当对轴承 可靠性要求更高时，气按下表取值。可靠性909596979899LnL10L5L4L3L2Liai10.620.530.440.330.212、对材料的寿命修正系数 a2a2 系数用于反映轴承材料的成份、夹杂物、组织、硬度等特性对轴承 寿命的综合影响。对于常规材料（优质淬硬钢），取 a2=1；通过特殊冶炼（如真空脱气、电渣重熔等）方法制造的轴承钢，钢中 的夹杂物含量特别少时，取a21, 般取值

7、范围为13。还应考虑轴承制造技术对材料性能的影响。如淬回火组织变化、硬度降低、烧伤、锈蚀等导致寿命减小，则a2V1。3、对运转条件的寿命修正系数 a3 运转条件包括：润滑、转速、温度、游隙、负荷分布（边缘负荷、轴 和箱孔变形、中心线不对中等）、密封等状况。正常运转条件，即轴承安装正确、润滑充分、密封可靠、不受极端温 度、不受极端负荷等。取 a3=1。当润滑条件特别优越时，足以在滚动接触表面形成弹性流体动压油膜， 取气1。当润滑不充分时，取 a3V1。如果润滑不充分，不能以材料的优质来补偿，即当 a3V1 时，一般不 取 a2 1。（四）、油膜润滑参数轴承的疲劳寿命是与轴承内弹性油膜厚度及滚动接

8、触表面粗糙度的均 方根的比值即油膜润滑参数入有关。油膜润滑参数入表达式如下:X=hmJ 62一 别为两摩擦表面粗糙度的均方根值um,6=1.25Rao 当入V1时，油膜形成率几乎为0属边界润滑；当1V入V3时，摩擦副间同时存在着弹性流动动压润滑与边界润滑，产生流体润滑与粗糙峰 接触两种效应，属于混合润滑状态；当入3时，油膜形成率接近100%, 属弹性流体动压润滑。当入V3时，疲劳寿命随入减小而降低，这是因为两接触表面没有合 适的油膜；引起滚动表面的金属接触，表面应力增加，导致滚动表面剥落 即表面源疲劳剥落。当入M3时，滚动表面有合适的油膜，润滑处于理想状态，金属之间 不接触，它将出现滚动表层下

9、的剥落即内部源疲劳剥落，这时轴承材料的 全部潜在寿命达到高值，是正常疲劳剥落。大量的轧机轴承失效分析证明：轧机轴承使用中大都是边界润滑和混 合润滑状态，轴承疲劳也都是表面疲劳先于表层下疲劳造成表面剥落，使 轴承提前疲劳损坏。引起滚动表面产生剥落的主要机理有：1、由于金属和金属接触，产生的表面应力；2、由于滚动表面的微小裂纹、划痕、加工刀痕、粗糙凸峰等造成的 应力集中；3、由于润滑中的微粒（油污）造成的表面损伤；4、由于滚动表面的金属锈斑，造成应力集中；5、由于材料中的拉应力造成表面损伤。从上述机理可以看出，轧机轴承的充分润滑对提高轴承使用寿命是很 重要的。（五）密合度对轴承寿命的影响吻合度是指

10、垂直于滚动方向的滚动体曲率半径与滚道曲率半径之比。 轴承的承载能力很大程度上取决于滚动体与滚道的吻合度。（六）、影响轧机轴承使用寿命的因素影响轧机轴承使用寿命的因素很多，它们相互作用，互相影响且错综 复杂，其中有许多因素还很难用定量的表示方法来显示与轴承使用寿命的 直接关系。把这些影响因素分为与轴承本身有关的和轴承使用有关的两大 类，如下所述：1、与轴承本身有关的 1、设计：滚动体直径、滚动体数量、套圈壁厚、滚动接触有效长度、密合度、滚道接触面凸度形状及尺寸。2、材料：化学成份、氧化夹杂物、气体、裂纹等诸因素。3、制造：零件硬度、金相组织、轴承工作表面烧伤、磕碰划伤、轴承工作表面粗糙度、轴承工

11、作表面母线形状、套圈壁厚差、零件分组差、 滚子引导面精度、轴承游隙、零件裂纹、轴承清洁度、残磁、零件工作表 层残留应力等。2、与轴承使用有关的（1）、轧钢机辊系设计：轴承选型（类型、尺寸、负荷、游隙、精度等） 轴承配合、轴承箱强度、相关零件的形位精度、轴承受力状态、可靠的锁 紧、轧辊挠曲变形及轧辊热伸长的解决、可靠的密封和润滑等。（2）、|装配：轧辊和轴承箱等相关零件的尺寸和形位精度、装配工具 的正确选用和使用、辊颈及箱孔的磨损与变形、热装温度、装配零件及轴 承的清洁、磕碰、轴承锈蚀、各相关零件的正确装配位置、装配游隙、预 负荷大小、润滑剂选择、润滑剂填充量、润滑剂污染等。3）、轧钢：传动是否

12、平稳、有无引起偏载、力偶矩、冲击大的不正确装配及调整（如窜辊、调整不对中等）、轧制负荷大小、冲击负荷大小及 频次、轧机转速、孔型位置分布、轧制温度等。二、轧机轴承的失效分析（一）、轧机轴承失效统计轧机轴承在使用过程中由于本身质量和外部使用条件的原因，使轴承 的性能指标低于使用要求而不能正常工作时，就称为轴承损坏或失效。轧 机轴承的过早损坏除了轴承设计、制造和材料的本身因素外，大部分是由 于使用不当造成的。例如轴承选型不合适、支撑设计不合理、安装不正确 轧机窜辊、超载负荷、润滑不当、密封不好等外部使用因素造成的。下面是北京北轴轴承有限公司（原北京轴承厂）近二十年的轧机轴承 现场服务及失效分析统计

13、的轧机轴承失效形式及损坏原因统计：轧机轴承失效形式各占比例统计表：大致比例40%10%20%5%5%15%5%轧机轴承失效形式 外圈滚道疲劳剥落及碎裂 滚动体疲劳剥落及碎裂内圈疲劳剥落及碎裂内、外圈滚道压痕 保持架磨损及断裂 轴承过热烧损 其它轧机轴承损坏原因各占比例统计表：轧机轴承损坏原因大致比例轴承设计及质量8%轴承选型及轧机设计12%密封不好、润滑不良40%安装不当10%轴承过载或偏载15%正常损坏12%其它3%（二）、轧机轴承的主要失效形式和原因轧机轴承的失效情况及其原因是十分复杂的，往往失效的轴承会有一 种或多种失效现象，而引起这些失效现象的原因可以是一个，也可以是许 多个，其相互界

14、限是很难划清的。下面就常遇到的轧机轴承失效形式和原 因作一简单介绍。1、工作表面的疲劳剥落滚动体和套圈滚道表面在接触应力的反复作用下，表面金属呈片状剥落下来的现象称为疲劳剥落，又称为点蚀。这种剥落开始很细小，然后出 现凹坑并逐渐扩大，最后呈大面积片状剥落。前面已经叙述了轧机轴承疲劳剥落的产生机理、疲劳寿命的计算方法 以及影响轧机轴承使用寿命的因素等。现就轧机轴承疲劳剥落的原因给以 综合分析。（1）、材料的纯洁度差。非金属夹杂物过多，破坏了钢的组织连续性， 在交变应力的循环作用下，夹杂物附近易产生应力集中，造成材料的强度 弱点，成为疲劳剥落的发源地。特别是脆性夹杂物（如氧化铝等）危害最 大。（2

15、）、热处理质量差。金相组织不合格，组织不致密不均匀，脱碳层 过深，有硬度软点，内应力过大等，造成材料的强度弱点。（3）、零件工作表面磨削烧伤，使表面组织发生变化，硬度降低、强 度下降。（4）、零件工作表面粗糙度不合格，使接触表面应力增大，并不利于 润滑油膜的形成，加速表面疲劳剥落。（5）、零件工作表面母线形状呈凹形，有磕碰划伤等，引起局部应力 过大，形成疲劳源。（6）、轴承密封不好，有污物浸入，或轴承本身不清洁，使轴承工作 表面有杂物（如灰尘、铁屑、氧化皮等），破坏润滑油膜并造成应力集中点， 形成疲劳剥落源。（7）、润滑不良，工作表面形成不了润滑油膜，使金属与金属直接接 触。例如：选脂不当、缺脂等。（8）、轴承过载。剧烈的冲击负荷及交变负荷，使轴承工作表面接触 应力过大，超过材料的强度极限。例如，冷钢轧制、前道