轉盤軸承常見(jiàn)故障分析及改進措施

2014-03-11

屈躍靈 張雁 李會軒
(洛陽軸承(集團)公司,洛陽 471039)
  轉盤軸承的損壞情況(kuàng)比一般機械零件(jiàn)的損壞要(yào)複雜的多。它的(de)損壞形式多種多樣,原因各異。除了有軸承設計和製造的自身因素外,大部分損壞的原因與軸(zhóu)承選型不當、支承座架設計不合理(lǐ)、剛(gāng)性弱及連續(xù)麵的平麵度差(chà)、超載運轉、安裝不當、潤滑不良和密(mì)封不嚴(yán)等使用因素有關(guān)。
  研究(jiū)轉盤軸承的損壞形式,分析故障原因,一方麵可以為正確地設計、選擇使用軸承,提供詳實的資料,進而改進設計(jì),合理選用(yòng)軸承,充分發揮軸承的功能,提高(gāo)經(jīng)濟效益。另一方麵,更重要的是可以提高使用安全性,避(bì)免重(chóng)大事故的發生。
  基於筆者在設計和服務過程中所見到(dào)現象,現將轉(zhuǎn)盤軸承在使用中常見的故障(zhàng)原因(yīn)及處理方法作一簡要(yào)介紹。
  1 軸承選型不當造成的故障
  正確合(hé)理地(dì)選用軸承是充分發揮軸承功能(néng)的保障。如果在機械(xiè)設計中考(kǎo)慮不周全,會(huì)出現載荷超載,導致滾動體碎裂、滾道剝(bāo)落或出現裂紋。滿足承載能力是首要考(kǎo)慮的問題,內部參數設計是關鍵因素,合(hé)理選擇(zé)材(cái)料及材料的熱處理狀態也是重要的。要根(gēn)據主機的實際工況,一般應考慮空間位置、載荷大小及性質、轉(zhuǎn)速、旋轉精度、摩擦力矩(jǔ)和安裝方式等方麵。另外,轉盤軸承的遊隙也(yě)是不容忽(hū)視的(de)因(yīn)素。
  一般(bān)來說,對工程機械、礦山機(jī)械和起重機械等應用場合,通常軸承應選擇(zé)較大的遊隙(xì)。若(ruò)遊隙太小,軸承固定後由於支(zhī)承平麵度不好,會導致軸承遊隙減小(xiǎo),使軸承在運轉中出現卡(kǎ)死現象或者滾動體間相(xiàng)互擠壓出現響聲;同時會造成(chéng)滾(gǔn)道局部應力過高而引起失效。另一方麵,由於支承麵平麵度(dù)的影響使得固定後(hòu)的軸承出(chū)現”波(bō)浪型(xíng)”,使滾(gǔn)動(dòng)體不在同一平麵上,由此造成摩擦力矩過大。
  根據經驗,一般情況下轉盤軸承的遊隙應不小於安裝麵平麵度的1.2倍。
  2 支承座架剛性不足引起的故障(zhàng)
  轉盤軸承自身的剛性不好,若座架(jià)剛性不足,轉盤軸承將隨(suí)座架的的變形而變形,造成原始遊隙的(de)不均勻性,致使軸承(chéng)在工作時(shí)運(yùn)轉不平穩(wěn),發生異常響聲。這種(zhǒng)情況對於交叉圓柱(zhù)滾子軸承的影響尤(yóu)其明顯,造成軸承多處局部無(wú)遊隙,滾子和(hé)滾子間、滾(gǔn)道和滾子(zǐ)間因(yīn)相互(hù)擠壓而磨損。同時,座架的變形不僅會導(dǎo)致(zhì)滾道分離而(ér)翹曲,影響齒圈與小齒輪的齧合間隙和齧合性能,進而影響主機的工(gōng)作質量,還會使滾道與滾動體(tǐ)產生邊緣應力(lì)而造(zào)成軸承早期失效。
  轉盤軸承是用螺栓與主機固定的,座架剛性不足產生的變形,在外載荷作用下使得螺栓受力不均,嚴(yán)重時(shí)將會因局部(bù)嚴重偏載而使螺栓斷裂,造成事(shì)故。
  通常(cháng)轉盤軸承在(zài)傾覆力矩的作用(yòng)下,滾道上的滾動體的載荷一般按正弦曲線分布(見圖1曲線3),若座架剛度不足,則會改變滾動體的載(zǎi)荷分(fèn)布規(guī)律,使位於座架與(yǔ)主機大梁交點處(chù)的載荷急劇增(zēng)大(見圖(tú)1曲線1兩(liǎng)波峰值),造成軸承早期損壞。改變(biàn)後的滾動體載荷分布(bù)規律由圖1曲線1、2所示,所顯示的實際峰值載荷明顯大於曲線3所示的按正(zhèng)弦曲線分(fèn)布的載荷。

圖1 滾動體載荷的(de)分布(bù)
注:①曲線3為正常情況下整個滾道上的滾動體所承受的載荷分布,曲線1、2座架變形後整個滾道上的滾動體所承受的載荷分布。②夾角是指未(wèi)變形前整(zhěng)個滾道上每個滾動體和座架與(yǔ)主(zhǔ)機大梁交點處(chù)的滾動體在圓周方向上的夾角(jiǎo)。
  為提高座架剛度,可從以下(xià)幾(jǐ)個方麵考慮:支承座(zuò)要進行足夠(gòu)的時效處理,使內應力徹底釋放;座(zuò)架盡(jìn)可能做成空心圓柱體結構,還應(yīng)具有(yǒu)足夠的高度;如果采用焊(hàn)接座架,要設置適當(dāng)的加強筋,以(yǐ)防座架水平(píng)和垂直方向的變形。
  3 安裝平麵的(de)平麵(miàn)度超(chāo)差引(yǐn)起的故障
  由於轉盤軸承自身剛性較差,軸向抗彎能力弱,安(ān)裝後,在螺栓(shuān)的作用下軸承會隨安裝平麵的
加工質量而變形,其變形量的大小,隨安裝(zhuāng)平麵的 平麵度降低而升高。受載後,翹曲變形會引起滾道(dào)局部變形,造成滾動體在轉動時被卡死或軸承在回轉時發(fā)出(chū)撞擊(jī)聲,同時在滾道邊緣出現應(yīng)力集中,造成軸承早期損壞。
  表1和圖2、圖3列出了轉(zhuǎn)盤軸承對座架表麵的平麵(miàn)度要求及各要素間的對應關係。
表1


圖2 安(ān)裝(zhuāng)平麵(miàn)的平麵度圓(yuán)周展開

圖3 安裝平麵在(zài)徑向寬度上的傾斜度
  轉盤軸承在安(ān)裝前,應對與其相(xiàng)配的(de)支承座安裝平麵進行必要的檢查,要求支(zhī)承座架(jià)除應具有足夠的剛度外,還要對連接表麵進行機械加(jiā)工,並清除表麵雜物和毛剌。對支承零件連接表麵技
術要求(qiú)應符合(hé)表1的規定。對不能進行機械加工的連(lián)接表麵應采用注塑法使其平整。
  4 安裝不(bú)當引起的故障(zhàng)
  4.1 螺栓預緊力不夠
  轉盤軸承通常是用螺栓固定在座架(jià)上的,在安裝螺(luó)栓時,要注意采用對角線法安裝螺栓(shuān)。螺栓的預緊力要達到螺栓屈服極限的70%左右。若預緊力不夠,容(róng)易引起軸承在受載時內外圈相(xiàng)對錯位,使接觸角發生變化,造成滾(gǔn)動體載荷不均勻或滾動體與滾(gǔn)道產(chǎn)生邊緣應力。對於帶齒圈的軸承,還會引起齒(chǐ)圈齧合間隙和齧合質量發生(shēng)變化而齒麵早(zǎo)期損壞。
  4.2 軟帶(dài)位置安裝不當
  轉盤軸(zhóu)承套圈的滾道是經表麵感應(yīng)淬火熱處理的,這種工藝方法在淬火帶的始端和末端之間會產生(shēng)一個(gè)軟帶區(qū),通常用S作為(wéi)標誌。安裝時軟帶位置應置(zhì)於非載(zǎi)荷區或非經常載荷區。以起重機為例,即套圈的軟帶應偏離主載荷方向90°,使其偏離Z大載荷回轉區域(yù),避免Z大工作載荷在軟帶位置處,從而使滾道不產生塑性變形(xíng),保證軸承的使用壽命。
  5 潤滑不良引起的故障
  潤滑對延長轉盤軸承的疲勞壽命和減少摩擦、磨損(sǔn)和溫升(shēng)等(děng)有重要作用,沒有適當(dāng)的潤滑(huá),軸承就不能(néng)很好地工作,許多軸承的損壞都與潤滑(huá)不良有關。
  轉(zhuǎn)盤軸承的潤滑多采用脂潤滑,它(tā)不僅(jǐn)能夠有效(xiào)地減少摩擦副表麵的摩(mó)擦力和磨損及溫升,
也可起到密封和防鏽(xiù)作用。雖然轉(zhuǎn)盤軸承的工作轉速不高(gāo),但大部分是在重載荷下工作,因此潤滑不良的(de)相(xiàng)對運動表麵容易發生粘著磨損,甚至發生燒傷。同時轉盤軸承大多是在露天工(gōng)況下工作,高溫潮濕的環境可使滾動體和滾道很快鏽蝕。轉盤軸承的潤滑,考慮複雜綜合(hé)因素(sù)的影響,用戶可根據具體要求自行選擇Z佳潤(rùn)滑脂(zhī),推薦的潤滑(huá)脂如表2。
表2
  轉盤(pán)軸(zhóu)承在(zài)使用過程中(zhōng),也要定期充填潤滑脂。通常在工(gōng)作100~200h後應重新充填一次,在高溫高濕環境(jìng)和灰塵較多的(de)工況下填脂周期應更短一些。充(chōng)填時應邊填邊回轉軸承,使潤滑脂均勻分布,直到新的油脂開始被擠出密封部位為止。機器(qì)長期停止運轉也必須加足新的潤滑脂。
  6 密封不當引起的損壞
  轉盤軸承的密封一方麵能防止潤(rùn)滑劑的泄漏,另一方麵在野外露天(tiān)使用時也能防止水、灰塵(chén)及其他雜質的進入。若密封不良,潤滑脂填充不充分或泄漏,潮濕空氣及水的侵入能使滾(gǔn)動體和滾(gǔn)道鏽蝕、剝落;若灰塵雜質進入軸承內部(bù),經過碾壓可使滾動麵產(chǎn)生壓痕,加大軸承工(gōng)作表麵粗糙度,從(cóng)而縮短軸承壽命;若較硬(yìng)的雜質(zhì)進入軸承內(nèi)部,則會與滾道和滾動體互相研磨,可(kě)造成軸承的磨損,進而增大遊隙,或者劃傷工作表麵。比較常用的密封是密封條密封。這種密封是在軸承的(de)
內外(wài)圈上分別(bié)加(jiā)工好密封槽,裝配時再加入密封條。這種方式能比較有效地防(fáng)止灰(huī)塵、雜質進入軸承內部,還(hái)能防止潤滑劑的泄漏。在某些特殊場合,采用迷宮式密封比較可靠。
  由於使用條件和載荷性質的差異,也(yě)許會有別的故障現象出現,應具(jù)體分析,查出原因(yīn),妥善處理,以保安全。隨著技術的發展會有(yǒu)新的處理方法出現,我們應及時采用新的有效的方法,處理轉(zhuǎn)盤軸(zhóu)承在使用中(zhōng)可能出現的故障,以延長轉盤軸承的使(shǐ)用壽命,提高經濟效益(yì)。
  參考文獻
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來源:《軸承》2000年09期
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