楊明奇，李韶凡，呂振偉

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039 )

軋機軸承承受的載荷大，沖擊大，且工作環(huán)境溫度高，因此，對軸承的設計和制造提出了較高要求。若軸承設計不合理，則極有可能因軸承部分零件失效而導致整套軸承提前失效，造成生產(chǎn)線頻繁停止運行，生產(chǎn)成本增加。

某公司的粗軋機架主減速機用雙列圓柱滾子軸承，因使用工況惡劣，原采用的進口軸承不能達到設計壽命，全部提前失效。對失效軸承進行初步分析，發(fā)現(xiàn)其滾道和滾子均沒有發(fā)生大的損傷，而所采用的支柱焊接保持架嚴重損壞。

1 原因分析

經(jīng)進一步分析認為，保持架損壞的主要原因是軸承在運行過程中保持架支柱脫焊，導致保持架散套。由于軸承在運行過程中轉(zhuǎn)速較高，且存在較大沖擊，造成了軸承的早期失效。

如圖1所示，當軸承內(nèi)圈順時針旋轉(zhuǎn)時，滾子逆時針旋轉(zhuǎn)，外圈保持靜止，保持架支柱沒有自轉(zhuǎn)，僅隨滾子一起繞軸承中心旋轉(zhuǎn)。在運動過程中支柱受到滾子對其的摩擦力fw及推力F,其中fw沿支柱與滾子切線方向向下，F(xiàn)沿滾子組節(jié)圓順時針切線方向。

圖1 支柱與滾子接觸處的受力分析

保持架墊圈與支柱的配合為內(nèi)側(cè)螺紋連接，外側(cè)焊接以保證支柱螺紋不松動，如圖2所示。軸承在承受沖擊時，fw及F均瞬時增大，如果支柱材料承受沖擊時韌性不好，則軸承容易因支柱脆性斷裂而失效；如果支柱材料能夠長期承受此沖擊，則此摩擦力fw由支柱傳遞給保持架墊圈，最終由其連接部位承受。

圖2 保持架支柱與墊圈的連接

軸承在運行時，兩列保持架支柱所受摩擦力fw方向相同，但支柱與保持架焊接部位均為外側(cè)，因此總有一列螺紋鎖緊方向與fw方向相反，此螺紋受到力fw的作用，容易松脫。同時，軸承在運轉(zhuǎn)過程中所受的沖擊及振動，使保持架支柱與墊圈之間的焊接部位容易松脫。當焊接部位松脫后，連接此列保持架支柱與墊圈間的螺紋將在短時間內(nèi)松脫，導致保持架散套，軸承提前失效。

為防止保持架提前失效，除選用較好的支柱材料，防止支柱在運行過程中因承受較大的力而脆性斷裂外，更重要的是必須防止螺紋連接處松動。螺紋連接件一般采用單線普通螺紋，螺紋升角小于螺旋副的當量摩擦角，因此，連接螺紋能滿足自鎖條件。此外，擰緊后螺栓頭部的摩擦力也有防松作用，所以在靜載荷和工作溫度變化不大時，螺紋連接不會自動松脫。但在沖擊、振動或變載荷的作用下，螺旋副間的摩擦力可能減小或瞬時消失，這種現(xiàn)象多次重復后，就會使連接松脫。另外，在高溫或溫度變化較大的情況下，由于螺紋連接件和被連接件的材料發(fā)生蠕變和應力松弛，也會使連接中的預緊力和摩擦力逐漸減小，最終導致連接失效。

2 設計改進

為防止支柱焊接失效，螺紋連接松脫，將軸承保持架墊圈內(nèi)側(cè)支柱上、下兩側(cè)各切削一個10°的楔形槽(如圖3所示)，使軸承在高速運轉(zhuǎn)的時候保持架支柱與滾子接觸部位充分潤滑，減小滾子對支柱的摩擦力fw。并按照軸承運轉(zhuǎn)方向，將兩列保持架支柱的螺紋方向由雙右旋改為一側(cè)左旋，一側(cè)右旋。則軸承運行中支柱所受fw由使其松脫的力變?yōu)槭蛊渚o固的力，這不僅可以在支柱與墊圈間的焊接失效時克服由于沖擊、振動導致的螺紋連接松脫，也可對由于軸承在高溫環(huán)境下工作導致的支柱與保持架墊圈之間的應力松弛進行有效的預防。

圖3 優(yōu)化后的保持架支柱及墊圈

為確保軸承保持架達到設計要求，除了改進保持架結構外，還對焊接結構進行了改進。為增加焊接牢固性，不僅要盡量減少焊接頭部位的應力集中，采用應力集中系數(shù)較小的對接接頭，并避免焊縫起止點處出現(xiàn)凹形焊口；還要加大焊接面積，增加其粘接性。如圖4所示，加長支柱焊接頭伸出部分，使其伸出保持架墊圈端面，并在端面上添加一個焊接槽，以提供更大的焊接面積。

圖4 墊圈與支柱焊接處的優(yōu)化

3 結束語

經(jīng)過改進試裝，軸承壽命大大提高，完全符合客戶要求。同時說明，對于惡劣工況下的軸承失效，應分析其結構薄弱點，并做出針對性改進，以彌補結構缺陷帶來的影響，使影響其壽命的各個方面得到改善，最終滿足使用要求。