滾動軸承為什么發熱如何處理

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2019-12-15

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生產中經常會遇到滾動軸承“發燒”的情況,如果原因分析不清楚、處理不及時、措施不妥當,往往會事倍功半,甚至會造成軸承燒壞、減速機打齒等惡性事故。下面結合筆者在生產調試過程中遇到的幾則典型案例,分別針對設計、安裝、潤滑、裝配等環節存在的具體問題進行分析總結,供大家參考。

ZB公司的1號窯窯頭過剩風機在03年(投產初期)曾經發生多次軸承燒壞事故,后經現場排查,發現軸承座的油標設計有問題。當油位在油標下刻線的時候,實際測量,軸承的最低一排滾珠剛剛接觸到油面,只有當油位顯示在上刻度線的情況下,才能滿足運轉需要。當油位接近下刻線時潤滑狀況惡化,起初是軸承溫度緩慢升高,現場人員對于軸承發燒報警并沒引起足夠重視,溫升一旦達到一定程度便會在非常短的時間內急劇升高而燒壞軸承。所以油標標示不正確會給巡檢維護人員造成誤導。查清原因后,重新劃定了加油標準線。

還有一個例子是CL公司的回轉窯減速機高速軸軸承,開機后僅2——3個小時軸承就突然冒煙了。事后分析這一事故的原因是高速軸軸承座內回油孔太低,油管過來的油大多數直接從回油孔流進減速箱了。調整了回油孔的角度,使軸承座內保持一定的油位后,運行正常。

比如ZB公司的生料磨減速機因為油路被堵燒軸承,TH公司的水泥磨減速機同樣是油路被棉紗堵塞造成軸承長期高溫等。特別提出的是TH公司減速機高速軸軸承檢查油量時,始終看不清高速軸承里到底能夠加進多少油去,等徹底拆除油管用高壓空氣清吹后,才發現里面堵了兩根細棉繩!另外,TH公司在更換減速機軸承的過程中,還發現軸承偏心套進油孔太細(偏心套的油孔可以比軸承自身的油孔直徑大一個規格),因此將油孔進行了擴孔處理。

由于硬齒面減速機各部位的軸承普遍采用稀油站強制潤滑,各潤滑點油管為并聯關系,從總的上油量和回油量觀察時很難發現個別油管的堵塞現象,因此有經驗的維護人員會仔細檢查每根油管的溫度情況,根據油管的溫差判斷油路是否暢通。一般不過油的油管溫度較其它管路偏低。

滾動軸承使用的潤滑油(或潤滑脂)都有一定的工作溫度,當溫度過高、軸承座內進水、進灰時就會發生嚴重氧化、乳化等變質,從而失去潤滑作用,使軸承因高溫而燒損。另外,潤滑油(或潤滑脂)本身質地不良或運行中加油(脂)不及時,也是常見現象,比如皮帶機托輥軸承進雨水、回轉下料器軸承和富勒泵軸承進煤粉或生料粉,都會造成軸承溫度升高或產生異聲。

特別是夏季生產,此問題尤其普遍,個別廠家不惜加大或并串聯冷卻器來加強冷卻效果。因為高溫風機冷卻器結垢嚴重,軸承溫度過高頻繁報警的情況在各分公司都曾遇到。比較有效的處理辦法是每年入夏之前對冷卻器進行酸洗除垢。

這種情況在大型風機和破碎機等長軸類設備上較容易發生,這也是設備設計制造和安裝維修人員比較容易忽略的環節。典型案例CX公司的回轉窯后排風機,投產初期曾出現風機自由端軸承劇烈發熱現象,因為工況狀態下轉子主軸熱膨脹后與軸承端蓋發生劇烈摩擦,很短的時間內所產生的高溫就將軸承座端蓋和轉子主軸端面融焊在一起。所以新風機安裝驗收時要注意核算自由端的軸承軸向間隙是否能滿足工況條件的膨脹量要求。

需要說明的是,在夏季安裝時還要考慮設備在冬季時的收縮量,這一點對于北方地區尤其要注意。一般講北方寒冷地區冬夏兩季的環境溫差最大能達到80℃,如果長度是3m的軸在夏天安裝,冬天的最大收縮量(停機時)就能接近3mm。

軸承安裝歪斜,會造成滾珠不在軸承滾道的正確位置滾動,甚至引起較大的滾珠端面與軸承座內座圈和外座圈擋臺的軸向力,造成軸承過熱。軸承不正的情況排查起來比較費功夫,LY公司的石灰石破碎機軸承發熱即是這種情況,解決方法是將百分表吸在軸上,表針打在軸承外圈端面,檢查一周端面跳動,一般端面跳動值控制在0.05以內。也可以用塞尺直接檢查軸承左右側面的游隙。

軸承內孔與軸的配合采用基孔制,軸承外圓與軸承座孔的配合采用基軸制。一般在正常負荷情況下軸與軸承內座圈,采用j5,js5,js6,k5,k6,m6配合,軸承座孔與軸承外座圈采用j6,j7配合。旋轉的座圈,通常采用過盈配合,能在負荷作用下避免座圈在軸徑和軸承座孔的配合表面上發生滾動和滑動。

但有時由于軸徑和軸承座孔的尺寸測量不精確或配合面粗糙度未達到標準要求,造成過大的過盈配合,使軸承座圈受到很大擠壓,從而導致軸承本身的徑向間隙減少,使軸承轉動困難、發熱,磨損加劇或卡死,嚴重時會造成軸承內外座圈在安裝時開裂。不旋轉座圈常采用間隙或過盈不大的配合,這樣不旋轉座圈就有可能產生微小的爬動,而使座圈與滾動體的接觸面不斷更換,座圈滾道磨損均勻。同時也可以消除軸因熱伸長而使軸承中滾動體發生軸向卡住的現象。但過大的間隙配合,會使不旋轉座圈隨滾動體一同轉動,致使軸(或軸承座孔)與內座圈(或外座圈)發生嚴重磨損,而出現摩擦使軸承發熱、振動。

TH公司的水泥磨減速機在更換新軸承后僅運轉兩個多小時就又被燒壞,起初是因為用于固定軸承的偏心套與軸承外座圈之間間隙太大造成了減速機震動,維修時在偏心套內表面砸了許多麻點,同時又涂抹了固齒膠,造成軸承外座圈無法產生軸向位移,從而不能滿足軸的膨脹要求而被燒壞。

軸承和軸徑或軸承座孔的過盈較小時,多采用壓入法裝配。最簡單的方法是利用銅棒和手錘,按一定的順序對稱地敲打軸承帶過盈配合的座圈,使軸承順利壓入。另外,也可用軟金屬制的套管借手錘打入或壓力機壓入。若操作不當,則會使座圈變形開裂,或者手錘打在非過盈配合的座圈上,則會使滾道和滾動體產生壓痕或軸承間接被破壞。

滾動軸承在裝配時,若其與軸徑的過盈較大,一般采用熱裝法裝配。即將軸承放入盛有機油的油桶中,機油桶外部用熱水或火焰加熱,工藝要求加熱的油溫控制在80℃——90℃,一般不會超過100℃,最多不會超過120℃。軸承加熱后迅速取出套裝在軸頸上。若溫度控制不當造成加熱溫度過高,則會使軸承產生回火而致硬度降低,運行中軸承就易磨損、剝落、溫升過快甚至開裂。

需要注意的是,用油“煮”軸承時,軸承應平放在油桶內,并且在軸承與筒底之間墊一件高度約50mm的木塊或鋼筋支架,加溫時配合紅外線測溫儀或溫度計控制油溫。由于油浴加熱方法對于軸承膨脹量的測量和溫度控制以及安裝等環節都不方便,建議采用電磁感應加熱器更為妥當。

對于間隙可調整的軸承而言,因其軸向間隙和徑向間隙之間有正比例的關系,所以安裝是只要調整好軸向間隙就可獲得所需的徑向間隙,而且它們一般都是成對使用的(即裝在軸的兩端或一端),因此,只需要調整一只軸承的軸向間隙即可。但對于減速機而言,調整軸承間隙時應注意齒面嚙合情況。一般用墊片(壓鉛絲法)調整軸向間隙,有的也可用螺釘或止推環調整。如果間隙調整過大或者運行過程中減速機端蓋松動造成軸承間隙過大,不但會造成軸承自身振動大、噪音大、保持架易損壞等問題,還會進一步造成齒面嚙合不正造成減速機打齒事故。如DY公司的2號窯中減速機,SS公司1號窯煤磨減速機的打齒事故主要是因為軸承軸向間隙過大,齒面嚙合不正造成的。

對于間隙不可調整的滾動軸承,因其徑向間隙在制造時就已按標準確定好了,不能進行調整,此類軸承裝在軸徑上或軸承座孔內之后,實際的徑向間隙稱為裝配徑向間隙,裝配時要使裝配徑向間隙的大小恰好能在運轉中造成必要的工作徑向間隙,以保證軸承靈活轉動。此類軸承在工作時,由于軸在溫度升高時受熱伸長而使其內處座圈發生相對位移,從而使軸承的徑向間隙減少,甚至使滾動體在內外座圈間卡住。若將雙支承滾動軸承中的一個軸承(另一個軸承固定在軸上和軸承座中)和側蓋間留出軸向間隙,可避免上述現象。

真正原因是維修人員更換軸承時將加在上下軸承座間的墊片弄丟了,這樣壓緊上蓋后,軸承外圈變形被壓扁,徑向間隙變小或幾乎為零,軸承一旦運行生熱,膨脹受阻便會因急劇高溫而燒壞,最嚴重的時候幾乎運行一兩個小時軸承便被燒壞。

大多數運轉設備的輸入軸是通過聯軸器與動力軸相連接,因此裝配時必須進行聯軸器的找正,使主動軸與從動軸在同一軸線上。電機瓦的發熱80%是由于對中不好造成的。如PY公司生料磨減速機電機瓦。XC公司的水泥磨減速機聯軸器本身加工誤差太大,造成對中不好,電機軸承溫度高,設備振動大。另外在聯軸器安裝過程中一定要注意主動端和從動端兩半聯軸器的相對位置標記,避免柱銷孔偏差太大,造成柱銷安裝過緊的現象。

有些轉子在運行過程中由于受到介質的腐蝕或固體雜質的磨損,或者是軸出現彎曲,就會導致產生不平衡的離心力,從而使軸承發熱、振動,滾道嚴重磨損,直至破壞。這一點對于磨機系統內的循環風機尤為重要。由于葉輪磨損較嚴重,磨損后轉子平衡性較差,風機震動較大,往往會造成軸承提前失效。

軸承如發現嚴重的疲勞剝落、氧化銹蝕、磨損的凹坑、裂紋、硬度降低到HRC<60,或有過大噪音無法調整時,應及時更換。若檢查、更換不及時,則會造成軸承出現發熱、異聲、振動等情況甚至轉子的嚴重破壞,從而影響正常的生產。另外,軸承拆卸不當、設備地腳螺栓松動造成的振動,也會導致軸承滾道和滾動體產生壓痕,軸承內、外座圈的開裂。軸承運行過程中,應按規定周期進行檢查。

滾動軸承零件以點接觸或線接觸的形式,在高的交變接觸應力下長期工作。主機的精度、壽命和可靠性很大程度上決定于軸承。不論是普通軸承還是特種專用軸承,主機對其壽命、性能和可靠性都提出很高的要求。因此在軸承的采購驗收環節中一定要注意檢查,首先要采用正規名牌廠家的產品,關鍵部位甚至采用原裝進口軸承,比如SKF軸承,NSK軸承,TIMKEN軸承與FAG軸承。特殊部位應進行特殊設計,比如輥壓機和立磨磨輥的軸承。

起初是因為葉輪自由端軸承發燒造成軸承內圈過熱與軸熔焊在一起,現場用砂輪修整軸頸后維持生產,因為擔心該部位存在配合不好(風機振動偏大)會給生產造成長期隱患,大修時又重新更換了轉子主軸和軸承座。更換后先是自由端軸承發熱,后是聯軸器側軸承發熱,開機半小時左右溫升便急劇達到80余℃。反復多次,造成窯系統無法正常運行。其發生問題的主要原因分析如下:

(1)初期自由端軸承發熱并燒壞的主要原因是外座圈壓的比較緊,軸承無法隨著主軸的膨脹產生軸向位移。另一原因是內座圈與軸之間的實際配合過盈量不足(或者已成為過渡配合)。當系統氣體溫升變化幅度較小時軸承只是輕微微發熱,并不影響運轉。但如果工藝系統操作異常,氣體溫度過高,則造成膨脹量不足。內圈與軸之間產生滑動,并燒壞粘連。

(3)聯軸器側軸承發熱是因為軸承和主軸的垂直度不好,外座圈偏斜,滾珠運行位置不正。因為是舊軸承,一旦軸溫異常,軸承位置變化較大,偏離原先的滾道位置,便會造成發熱。另外在風機運行過程中電機的底座頂絲座頂歪,電機位移,造成聯軸器對中精度差,也是重要原因之一。

(4)軸承座回油管較細,冬季溫度較低,回油變慢,因為怕軸承座軸向漏油,崗位人員減少了軸承給油量。客觀上減少了軸承潤滑油的供油量和循環量,也是軸承溫升過快的一個重要原因。針對這一情況我們在現場調高了供油壓力。(減少了油站安全閥處回油管閥門的開度)

中控操作和現場巡檢人員對于設備軸承溫升的異常情況應引起足夠警覺,它是軸承和設備產生故障的先期信號,如果處理滯后、方法不當,將會使狀態進一步惡化,造成重大事故。因此設備操作和維護人員應該注意觀察軸承的溫度曲線和報警信息,并結合振動監測等手段,尤其要注意找到軸承發燒的真正原因,才能徹底消除設備隱患。