摘　要：为了解决涤纶牵伸机生产调试中轴承非正常原因失效的问题，从轴承的运转原理、实际运行情况进行分析，找出其失效原因并制定出相应的解决措施。指出：轴承的Z小负荷问题容易被忽略，尤其在临界状态时难以做出精确计算；重视轴承Z小负荷的计算，能解决涤纶短纤牵伸机滚柱轴承的非正常失效，可节约成本，缩短安装调试时间；并为轴承制造商推介、分析轴承失效原因提供了依据。
　　1　概述
　　轴承支承转动轴及轴上零件，并保持轴的正常工作位置和旋转精度，只要有旋转轴就需要轴承。设计人员选择轴承时应考虑其可用空间、负荷、允许倾斜角、精度、速度、低噪声运行、刚度、轴向位移、安装、拆卸及密封性要求等。
　　基于以上选择轴承的因素，涤纶短纤后处理设备的牵伸机选择了调心滚柱轴承（重系列），它是双列不可分离轴承，由球面滚道的实体外圈、实体内圈和带保持架的鼓形滚柱组成。对称的鼓形滚柱在外圈球面滚道里可以自由倾斜，补偿轴的弯曲以及配合面的不对中，可以承受非常高的负载并能自动调心，适用重负荷、轴挠曲以及有调心性要求的情况。一般而言，设计选择此轴承时主要考虑其使用工况下的Z大载荷，及在此载荷下的使用寿命，而很少有人会考虑使用中必须要保证的Z小负荷问题。为保证轴承运行良好，球面滚柱轴承必须承受一定的Z小负荷，尤其在高速时，如果滚柱轴承承受的力没有达到Z小负荷，那么滚柱和保持架的惯性力以及润滑剂内的摩擦会对轴承的滚动产生不良影响，因此而产生的后果在安装现场屡见不鲜。
　　笔者曾多次带队到国内外用户安装现场，现将遇到的易被设计人员忽视的、而又多次在安装现场出现的轴承问题做一分析，希望对相关技术人员有所帮助。
　　2　设备问题及分析
　　由美国康泰斯工程公司负责的某公司的聚酯项目，配置了三条日产150t的涤纶短纤生产线，采用美国杜邦公司工艺技术。其中，涤纶短纤生产线后处理设备由恒天重工股份有限公司制造，其中3台牵伸机（以下简称“一牵”、“二牵”“三牵”）是关键设备，其设计机械速度为300m/min，工艺速度为270m/min。
　　新设备到用户现场进行空车试运转，发现三牵输入轴轴承（结构见图1）频繁失效，因牵伸机较重，轴承更换费时费力，给安装调试带来了很大困扰。针对该问题，我们和使用厂在现场反复进行分析、试验，甚至请来了NSK公司和哈尔滨轴承厂的专家现场会诊。 　　众所周知，在新生产线安装完成后（或是检修、更换轴承之后）都要进行空车试运转。在3条线空车试运转过程中，我们发现Ⅰ线三牵在运转时输入轴轴承失效（见图2），更换新轴承后，运转正常，顺利挂丝生产；Ⅱ线经过空车24h运转后，挂丝生产正常。但Ⅲ线却因此处轴承频繁失效，整线无法正常运行，时长超过1个月，空车试运转情况见表1。 　　由表1可以看出，Ⅲ线三牵的输入轴在1个月中连续有4只轴承损坏，整条生产线无法正常生产。将轴承失效的原因列出并逐一分析，见表2。但是，现场失效的都是远离输入侧、受力Z小的轴承，且为同一轴上的两个轴承，输入轴端一侧未坏，而损坏的轴承始终是另一端外侧的一列（见图2），与轴承常规失效现象相对照，其常规失效原因都不适用。 　　仔细研究使用手册上关于双列调心滚柱轴承的特点说明，发现SKF轴承手册上有“为使轴承获得良好运行，球面滚柱轴承必须承受一定的Z小负荷，尤其在高速时，滚柱和保持架的惯性力以及润滑剂内的摩擦会对轴承的滚动产生不良影响，在滚柱和滚道之间能产生对轴承具有损害的滑动。尤其是在低温、润滑剂粘度高的情况下，可能需要更大的Z小负荷（高于P₀=0.02C₀，P₀为当量动负荷，C₀为轴承额定动负荷），轴承支撑的质（重）量加上外力，若未能达到Z小负荷，则该球面滚柱轴承必须施以额外的径向负荷。”的描述。换上新轴承后，不再进行空车运转而直接挂丝（加负荷）进行试验，在中速180m/min运转30min后，又提高到270m/min的工艺速度，连续运转3h未发生故障，正常生产至今已有4年多。
　　进一步对图1所示结构进行分析，发现该输入轴空车拖动时靠近输入远端的轴承径向和轴向受力很小，且远侧一列滚柱受力更小。经计算，运转时轴承承受的额定动负荷为1100kN，空车运转时轴承承受的实际负荷为15kN，允许Z小负荷为22kN，相差7kN。当实际动负荷小于允许Z小负荷且在空车高速运转时，滚柱和滚道之间产生了强烈的滑动，造成了滚柱磨损、轴承失效。
　　三条生产线是同样的设备，为何Ⅱ线没有出现轴承失效，Ⅰ线虽然出现过类似问题，但更换新轴承后运转正常，而Ⅲ线却出现这种情况呢?针对此问题，检查零部件检验记录、装配记录，发现Ⅱ线各传动轴及箱体轴承安装孔的制造精度都处于极限偏差上限，整体传动摩擦阻力较大，已超过轴承Z小负荷要求，所以空车试运转时没有产生滑动摩擦，轴承也未失效；Ⅰ线出现问题后，生产现场更换新轴承联轴器，同轴度未在我们公司校正精准，但极限偏差也在上限，因此增加了轴承径向力，使其不再产生滑动摩擦，所以没有再损坏；而Ⅲ线的传动轴及箱体轴承安装孔的制造精度都比较高，即使是在生产现场更换轴承，输入轴与安装孔的安装精度也比较高，空车运转时远离输入端的轴承径向和轴向负荷太小，滚柱和滚道之间产生强烈的滑动，造成了轴承磨损。
　　3　解决办法
　　经过研究和讨论，制定出解决此问题的措施，见表3。对于此类设计的设备，还可在该轴传动侧增加减速器，以降低输入轴转速，避免出现此类问题；也可以在轴承供应商的指导下，选用单列球轴承。 　　4　结论
　　技术人员在轴承设计中一般都比较重视其承载能力、润滑条件及使用年限，往往容易忽视Z小负荷的问题，尤其Z小负载在临界状态时，设计人员不易做出精确的计算。轴承出现此问题也多认为是安装精度不高造成，难以对症解决。
　　重视轴承Z小负荷的计算后，不仅解决了短纤牵伸机轴承失效的问题，且对安装开车起到了指导作用，为公司节约了成本，缩短了安装调试时间，提高了产品的信誉度；同时，对轴承供应商向不同使用区域的客户推荐、分析、解决轴承使用过程中出现的问题，提供了一种思路。总之，此问题的发现和解决意义重大，经济效益不可估量。