齿轮箱滑动轴承损坏原因及解决措施

张钟文

（中国船舶集团第七一五研究所，杭州 310023）

0 引言

齿轮箱也叫增速箱，是动力装置与传动装置之间的一种重要连接部件，也是动力类机械设备所必不可少的部分，其主要作用是动力传递，还可以通过齿轮箱齿轮副的增速作用来提升动能，被广泛应用于汽车变速箱、减速器、差速器、风力发电机组、冶金鼓风机、透平压缩机、选矿冶金设备等大中型旋转机械上。滑动轴承即是在滑动摩擦下工作的轴承，其类型多样，按承载方向分为径向滑动轴承和止推滑动轴承，径向滑动轴承又分为整体式、剖分式、调心式；此外，按润滑形式也可以分为液体摩擦滑动轴承、非液体摩擦滑动轴承。滑动轴承的结构相对简单，主要构成部分包括轴承座、轴承盖、轴瓦等部件［1］。整体式滑动轴承由轴承座和整体轴套组成，其最大优点是成本低廉，但当轴套磨损或其轴承间隙无法调整，一般多用于低速、轻载或间隙性工作的机器上；剖分式滑动轴承通常由轴承座、轴承盖、剖分式轴瓦以及双头螺柱组成，因为轴瓦被剖分为上下两部分，便于在磨损后通过减少剖面垫片厚度来调整轴承间隙。推力轴承主要由轴承座和止推轴颈组成，非液体摩擦滑动轴承一般将轴瓦和轴承座制成一体，齿轮箱上用得较多的是单环或多环式。

1 齿轮箱滑动轴承损坏现象及原因

1.1 机械损伤

滑动轴承的机械损伤，轻者表现为在轴承合金表面产生不同程度的沟痕，重者接触表面出现金属剥离并形成大面积损伤，而且很多时候接触面损伤和烧蚀现象往往同时存在。导致滑动轴承出现机械损伤的原因主要由于齿轮箱轴承及齿轮等零部件装配工艺问题，如轴承装配间隙过小，导致运转工作中出现无法在接触面形成油膜产生硬性机械拉伤，或者是油膜被破坏严重导致机器启动瞬间摩擦力增大，出现损坏。

1.2 轴承穴蚀

滑动轴承的外表面会在冲击载荷的长期作用下，出现塑型形变以及冷却硬化，使其丧失复原能力，表面出现扩展性裂纹，出现磨屑大量脱落、陷坑，随着陷坑扩大，轴承合金层界面产生裂纹，最后出现大面积剥落，在承载表面层形成空穴［2］。导致滑动轴承出现穴蚀的原因主要是因为油槽、油孔等结构的横断面发生临时改变，致使油液流向变化，在油流紊乱的真空区形成气泡，气泡随着压力逐渐升高而破灭，于是出现穴蚀现象，这种现象常发生在轴承的高载荷区，比如齿轮箱主轴上的轴瓦。

1.3 疲劳点蚀

齿轮箱超负荷工作中滑动轴承载荷加大、轴承过热、轴承间隙增大，使得轴承出现中部疲劳损伤、疲劳点蚀以及疲劳脱落，轴承内外面出现麻面、斑疤或烧灼等现象［3］。疲劳点蚀多数是由于机器超载、轴承间隙超过规定值，以及润滑油使用时间过长未更换，铁屑及金属杂质混入轴承间隙，加剧磨损。因此在实际工作中要杜绝超负荷运转的现象，同时转速也要符合工况要求，不能过低也不能过高，机器要保持平稳运转，确保正常的轴承间隙。

1.4 轴承合金层腐蚀

这种损坏主要是由于所使用的润滑油不纯而引起，润滑油是石油馏分中的重组分，碳链长度是18～30，其主要作用是润滑、冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等，润滑油含有多种化学成分，也包括SO2、SO3、CO2等酸性氧化物，这些物质会对滑动轴承的合金表面构成氧化腐蚀，导致轴承合金部分慢慢剥落，产生多个无规则的微小裂孔或陷坑。

1.5 轴承饶熔损坏

当轴承与轴颈的摩擦副之接触摩擦，产生局部高温，如果此时润滑不足、冷却不好，那么滑动轴承就会出现合金面变黑或局部烧熔［4］。造成这一问题的主要原因是滑动轴承与轴颈配合间隙过小、接触面积较大、局部剧烈摩擦受热所致，同时也和润滑油压力不足有关，此外，也存在金属杂质混入轴承间隙面加剧摩擦磨损。

2 齿轮箱滑动轴承损坏的解决措施

2.1 优化轴承设计工艺并合理选材

不同的轴承适合不同的工况，应用于不同的机型，在设计或选用滑动轴承时，应根据其使用性质和工况环境，充分考虑轴承的热平衡，控制好温升。润滑孔槽设计最好在轴承的非承载区顶部开设进油孔，使润滑油能够更好地流入；而轴瓦内表面需要以进油孔为中心开具油沟，保证润滑油可以均匀地润滑轴颈部位，避免磨损。此外，还要根据滑动轴承的实际工况，合理选用轴承及轴瓦材质，所选材质应满足摩擦因数小、导热性强、热膨胀系数小、耐磨和耐酸性腐蚀、抗胶合能力强以及机械强度高和可塑性好等多种优势［5］。目前在稳定工作载荷条件下可以选用巴氏合金材质，但不可用于大功率机械齿轮箱；大功率机械设备工况下，可选用强度和硬度更高的锡铅基合金与低锡铅基合金材料，以提升滑动轴承的抗疲劳性和抗气蚀性。

2.2 提高轴承装配质量

要严格按照装配流程进行标准化装配，装配式要注意清洁工作，需确保滑动轴承表面光滑无杂质，定位凸点没有损伤，保证装配间隙合理均匀，弹开量维持在0.5～1.5 mm，确保装配后，轴瓦能够借自身弹力与轴承座孔紧密贴合；滑动轴承两端均需高于轴承座平面的0.03～0.05 mm，这是为保证按标准扭矩力扭紧螺栓后轴承与轴承座能够紧密配合，形成较好的自锁力，避免轴承在高速运转中出现松动，避免轴承损坏［6］。另外，装配过程中还要特别注意检查轴承有无残次，表面不均者不能使用，确保螺栓扭矩符合要求，检查轴承盖端面有无损伤、空隙，以防止轴承早期损坏。

2.3 加注合格润滑油脂

合理选用润滑油，提升密封、降温效果，延长轴承及机器的使用寿命［7］。润滑油要选择油膜表面张力较小的产品，以便于防止轴承出现穴蚀；要根据机器设备的符合情况和作业环境选用黏度等级适宜的齿轮油，切忌随意添加或混加，避免导致轴承出现焦化现象［8］；加注润滑油必须注意清洁，包括干净的加注工具和加注环境，人工加注前注意清洁手部，防止杂物混入；按照维护保养周期要求定期进行油量检查换润并及时更换新油；润滑油在加注前应先沉淀一段时间，一般为48 h，按照使用标准严格控制注入量，不可过量或过少，以油量标尺为准；仔细检查没有轴承座润滑脂注入孔，确保全部注入油脂，检查油嘴有无损坏。

3 结束语

经上述研究可知，不同机械设备的齿轮箱因实际工况不同，造成滑动轴承损坏的原因及故障类型也各不一样。在轴承设计制造时要充分考虑机械设备的使用环境，选择耐高温、耐腐蚀的材料，并合理设计润滑孔槽；轴承装配时要严格遵照装配工艺标准，仔细检查零部件确保无残次；加注符合机器负荷的润滑油脂，考虑油品黏度、油膜表面张力等关键因素，从而提升滑动轴承的使用性能，延长齿轮箱使用寿命。