摘要：根据轧机轴承的特点及在生产中的实际运转情况，从设计、选材、工艺及使用各环节入手，分析影响轴承寿命的各个因素，并采取措施提高轧机轴承使用寿命，减少了轴承损耗，提高了生产效率，降低了生产成本。
现在世界各国中厚板轧机轧辊（特别是工作辊）支承都在广泛采用滚动轴承，板材轧机工作辊一般采用四列圆锥或圆柱滚子轴承。由于受轧辊尺寸的限制，轴承座和轴承的径向空间较小，轴承在设计上受到了制约，特别是用作工作辊的四列圆柱滚子轴承，虽然承受重载，但只能设计为轻系列，是轧机的易损件⑴。在生产消耗中，轴承的消耗只占总消耗的5%左右，但对轧钢产量的影响达20%，所以作为轧机的关键部件，轴承在检修周期内出现故障导致停产，这是厂家不能容忍的。本文探讨了从设计、选材、制造及应用等环节釆取措施，以提高轧机轴承的使用寿命。
若以工作时间表示轴承的寿命时，90%可靠性的滚子轴承寿命为
式中：Ln为轴承计算寿命，h；n为轴承转速，r/min；Pr 为轴承径向当量动载荷，N；Cr为轴承径向基本额定动载荷，N；K为材料系数（真空脱气钢K =3）。
式中：fe 为结构修正系数；a2 为材料修正系数; Lwe 为滚子的有效长度；i为滚动体列数；Z为单列滚子数；α为接触角；Dwe 为滚动体平均直径。
设计轴承时，Cr 值越高，轴承的寿命越长，而在决定轴承Cr 值的尺寸参数Lwe、Z、Dwe 中，Dwe 影响较大。同时fe、K、a2 对轴承的可靠性和寿命也起着关键的作用。（1） 在轴承的尺寸和参数中，Dwe 的增加对Cr 值的影响较大，增大Dwe 值应是设计追求的先选方案，但要求轴承内外圈的强度能满足要求。这是提高轴承寿命的重要途径⑵。但由于轴承是各种机械的基础件，各类轴承的使用条件差异较大，加上轴承套圈减薄后给轴承制造带来若干问题，因此对强度系数的选取必须谨慎，应从分析使用及加工条件入手，循序渐进予以改进。（2） 在轴承设计中fe 稍有差别，就会引起整套 轴承额定动载荷发生变化，如结构上滚子或滚道出现应力集中，其额定载荷便会降低，但若沿滚子整个长度的应力分布均匀，应力集中小，其额定载荷即能增大。（3） 由（1）式和（2）式可以看出，K和a2对轴承寿命的重要性。中板轧机轴承在轧制过程中，受交变载荷作用，所受冲击载荷也很大，一般都选用渗碳轴承钢。由于渗碳轴承钢属于高合金钢，其中杂质脆性氧化物（特别是氧化铝）将成为疲劳裂纹产生的根源，造成轴承过早疲劳断裂。应使用含氧量低，氧化物细小、弥散度好的电渣重熔钢 20Cr2Ni4A。轴承材料是影响轴承寿命和可靠性的重要因素。由于中板轧机轴承受多变冲击载荷，且具有高速、重载、工作环境差等特点，所以要求轧机轴承各零部件不能有薄弱部位。为了提高轧机轴承的制造水平，有些厂家引进了具有国际先进水平的大型轴承加工设备和检测设备。但是在交流和走访中发现个别制造厂存在如下问题需要改进。(1)部分轴承制造单位选材不规范，为了降低成本用GCr15SiMn和GCr18Mo代替渗碳钢，虽轴承硬度可达到要求，但韧性低于渗碳钢，轴承的额定动载荷减小，使用寿命降低。(2)渗碳工序在重型轴承制造中属特殊工序，有些厂家为了减少成本，采用高温强渗和减少磨加工留量，使轴承表面出现粗大网状碳化物和软点，渗层晶粒粗化，导致轴承过早发生疲劳剥落而失效。因而，必须对碳化物进行晶粒细化，碳化物平均直径从1.14
μm细化到0.6μm，寿命将提高4倍。(3)个别制造厂家采用扩大磨床加工范围，或以车代磨，造成轴承表面粗糙度超差，降低了润滑能力，从而发生粘着磨损。另外由于加工设备精度低，加工出来的产品不能保证四列滚子均匀受力。根据(1)式和(2)式可算得四列滚子受力不均匀对轴承寿命的影响程度，见表1。
由此可看出，即使采用高级优质的电渣重熔钢20Cr2Ni4A，如果轴承的工艺不合理和加工精度达不到要求，轴承的寿命不仅得不到提高，而且还会降低。
轧机使用状况的影响主要包括：载荷及载荷在轴承上的分布、轧制速度、润滑与密封、温升与散热。(1)轧机牌坊的平面度过大、轴承箱的尺寸超差和壁厚不一致，将发生交叉辊，两辊之间将产生相互作用力，轧辊产生轴向力和受力不平均，会大大降低轴承的疲劳寿命。同样交叉辊所引起的推力与轧机分力相比由5%降为0.5%时，计算疲劳寿命提高。所以要保持上下工作辊的旋转轴线、
上下支承辊的旋转轴线都处于同一垂直面内，各辊的旋转轴线相互平行。定期对牌坊进行检测和维修。轴承箱应分组使用，同一组的轴承箱一齐维修，使轴承箱的轴线同轴度不大于1'。(2)润滑已成为提高轴承寿命的关键因素之一。选择合适的润滑油是保证轴承处于良好状态的基础。根据油膜系数公式，确定较小油膜厚度hmin，其与较小油膜系数λ和两接触零件的表面粗糙度值δ1、δ2有关。根据试验研究表明，当较小油膜系数λ≧3时，轴承处于完全弹流润滑。根据Dowson - Higginson较小油膜计算公式选用合适的润滑油粘度η0。
式中：hmin为较小油膜厚度；α为粘度的压力指数；η0为常压下的动力粘度，u为表面平均速度；E0为当量弹性模量；R为当量曲率半径；q为单位接触长度上的载荷。
根据轴承工作面的质量、尺寸、所受载荷及转速确定对应粘度系数η0的润滑油。在各种润滑系统中，密封是达到润滑效果的重要保证。如果密封不好，润滑油外泄，冷却水和氧化皮等杂质也会进入轴承内部，造成轴承缺油及润滑油水解蠕化，会破坏润滑油的功能，从而造成轴承烧坏、卡死，甚至会导致轧辊、轴承箱报废。(1)中板轧机轴承的工作状况和特点，要求其有高的综合力学性能，选用优质钢材是轴承设计参数在有限的空间内合理、优化选用的前提，是提高其额定寿命的保证。(2)采用先进的加工设备（大型数控加工设备)，改进加工工艺和方法，提高轴承的尺寸及位置精度和内在质量，提高中板轧机轴承的可靠性和寿命，杜绝非正常损坏而造成的停机。
(3)加强轧机的日常维修，以保证轧机的各项技术参数在要求的范围内；选用合适的优质润滑油及合理的润滑方式，并对轴承进行严格密封，以保证轴承处于完全的弹流润滑状态，从而提高轴承的寿命。
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