行星軋機角接觸球軸承損傷原因探究及處理

崔宏偉，蔡 凱，劉 山，李昌青，陳大衛，周 駿

（江西銅業加工事業部，江西 南昌 330096）

1 引言

銅具有良好的導電、導熱、塑性加工性能，銅管被廣泛應用于制冷等行業［1-4］，目前精密銅盤管的生產主要采用鑄軋法，該方法具有工藝流程短、能耗低、生產效率高、成本低等特點［5-7］。近年來，許多學者對銅盤管的三輥行星軋制工藝技術和設備等進行了大量的研究。Chi-Kang Shih［8］利用 LSDYNA3D建立起三輥行星軋制鋼棒材數值模擬模型。Chi-Kang Shih［9］還對軋件變形尺寸、螺旋紋的間距和偏轉角度等與模擬結果進行了對比分析。余琪［10］等對不同軋制變形程度對三輥行星軋制管材組織和性能的影響進行了研究。劉長榮［11］對三輥行星軋機軋制溫變區冷卻設計進行了研究并對其應用進行了闡述。董營［12］等利用MSC.Marc軟件研究了軋制力的數值及變化規律。但是，研究三輥行星軋機維修保養技術較少，而在實際生產過程中，零部件損壞導致設備故障對生產穩定性影響較大，如角接觸球軸承，因其損壞更換影響軋管質量，影響生產穩定順行。

本文以JTLC公司連鑄連軋銅盤管生產線中PSW1000三輥行星軋機的角接觸球軸承為研究對象，通過分析角接觸球軸承的工作狀態、損壞的形貌，探討軸承損壞的關鍵因素，并提出有效的預防控制措施。

2 工況特點及要求

精密銅盤管三輥行星軋機工作結構示意圖如圖1所示。三輥行星軋機是精密銅盤管的主要生產設備，經銑面后的坯料進入三輥行星軋制成管坯件，符合后道工序連拉所需要的規格尺寸要求，在整個生產過程中重要的工序之一。三輥行星軋機主要包括軋頭底座、回轉大支撐、轉子架、主驅動傳動軸、輔助傳動軸、中心軸和軸承等組成如圖1所示。在整個構件中還有很多軸承件，其中角接觸球軸承也稱為7892軸承是三輥行星軋機的主要工作軸承之一，角接觸球軸承尺寸如圖2所示，由A、B兩列組成，B列為非承載側，A列為承載側，承載軸向力，在實際工作過程中因承載力大等惡劣環境，造成軸承剝離、開裂等缺陷，造成軋制振動，影響軋機生產和軋管的質量。

圖1 三輥行星軋機工作結構示意圖

圖2 角接觸球軸承尺寸圖

針對JTLC公司軋機生產線2020年1-8月機械主要故障進行了統計，如表所示，角接觸球軸承損傷次數雖然只有4次，但是停機時間長，累計103.8h，平均故障停機時間為26h/次，給生產帶來了極大的影響。

表 JTLC公司2020年1-8月軋機主要機械故障統計表

3 損傷分析及應對措施

角接觸球軸承損傷主要形態主要有剝落、破裂和咬粘三種。對照形態，按照潤滑條件、安裝環境以及故障情況等進行因素分析，盡管導致軸承損傷的原因很多，但是，導致本文中角接觸球軸承損傷的原因主要是安裝操作不當、潤滑不良、密封結構不完善等。

3.1 剝落

軸承在相當長時間達到使用壽命時出現的剝落稱之為疲勞剝落，但是，另外在受到異常影響出現早期損傷，出現剝落，導致壽命大大縮短。角接觸球軸承典型剝落缺陷如圖3所示。

圖3 角接觸球軸承典型剝落缺陷

經剝落的形貌和生產狀態分析，內外圈滾道面或滾動面由于疲勞出現了剝落的現象。產生的主要原因有安裝不到位，對中性有誤差；軸承內面有異物、水分等進入；潤滑不良，潤滑劑不適合；軸承間隙不合適。

為了減少角接觸球軸承的剝落損傷，主要措施是：改善安裝方法，采用專用工具安裝；選用適當粘度的潤滑劑；加強巡檢，增加軸承測溫措施；改善軸承的工作密封，定期檢查設備的密封；定期檢查設備的精度。

3.2 破裂

由于對圈套的擋邊或滾子圓角的局部施加了過大的載荷或沖擊，使得軸承一小部分發生了斷裂，三輥行星軋機角接觸球軸承典型破裂如圖4所示。

造成角接觸球軸承破裂的主要原因有安裝時的敲擊，此時為安裝好新的軸承后，試機運行過程中就能體現，軋機晃動；載荷過大，超載運行，使角接觸球軸承達不到承載的要求；軸承本身材質存在問題，使用一段時間后，出現裂紋，隨著設備的運行，裂紋不斷擴大，延展至破裂。

為杜絕角接觸球軸承破裂損傷，主要措施是：安裝過程中采用熱裝，使用適當的夾具，以免因安裝間隙過小，而使用重物敲擊等造成破裂；調整軋機的載荷，滿足軋機的軋制能力要求，減少軸承破裂的概率。

圖4 角接觸球軸承典型破裂

3.3 咬粘

三輥行星軋機角接觸球軸承在運轉時高速運轉、急劇發熱，隨著工作時間推移，套圈、滾動體發生變色、軟化、榮敷和破損，角接觸球軸承咬粘如圖5所示。

造成角接觸球軸承咬粘的主要原因有潤滑不良，轉速過大，間隙過小，有異物進入。為了降低軸承的咬粘不良缺陷，可以通過選用適合的潤滑劑，使用合適的潤滑方式，檢查軸承的密封、配合、間隙等措施改進。

圖5 角接觸球軸承咬粘

4 結論

影響三輥行星軋機角接觸球軸承使用壽命的因素很多，不同的影響因素造成的損傷表現不一樣，主要形態主要有剝落、破裂和咬粘等。

通過正確規范的角接觸球軸承的安裝、三輥行星軋機的正確操作、日常點檢維修以及適當調整，確保軸承密封、潤滑等都十分關鍵，為了確保三輥行星軋機的穩定運行，需要有針對性地角接觸球軸承損傷的原因進行分析、探討和研究，并加強維護管理。