机械工程师答辩试题及参考答案

2011年机械工程师

答辩试题及参答案

2011年10月24日

目录

第一题：将直齿轮、斜齿轮相应技术指标进行比对，并据此分析他们的主要优缺点及用途 (3)

第二题：请结合我公司设备的实际情况，谈一下螺纹连接防松的主要方式及重要意义，以及防松新技术 (8)

第三题：请谈一下键连接的主要种类特性，在公司设备上的应用情况 (11)

第四题：从设备零部件损坏、设备故障角度，谈一下润滑的重要性，我公司设备上使用的润滑方式都有哪些种 (14)

第五题：结合我公司轧辊的实际使用情况，谈一下轧辊损坏的主要形式、如何避免 (16)

第六题：请结合圆锥滚子轴承的结构特点，谈一下其在实际使用过程中的注意事项，从结构设计、安装、调整几方面来谈 (22)

第七题：请结合轧辊轴承的结构特点，这对我公司轧辊轴承使用的现状，谈一下如何正确、合理地安装、使用和管理 (24)

第八题：请谈一下链传动的形式都有哪些，在我公司使用的情况怎样，以及使用中的注意事项 (27)

第九题：请谈一下带传动的形式都有哪些，在我公司使用的情况，以及使用中的注意事项 (29)

第十题：请从疲劳学角度谈一下轧辊表面剥落产生的原因，如何避免 (31)

第十一题：请谈一下减速机使用、维护中的注意事项 (36)

第十二题：纵剪机剪刃端面跳动太大对剪切产品质量有何影响，如何避免及调整 (44)

第十三题：液压传动的基本原理是什么？在流体传动中，细长孔与薄壁孔所起的作用有什么不同 (45)

第十四题：如下图所示零件的A、B、C三个面及φ20H7、φ30H7两孔均做前道工序中加工，试分析加工φ12H7孔时，选用那些表面作为定位基准面最合理并说明，选择

定位元件并定位方案简图 (47)

第十五题：下图所示为车床主轴局部视图（转速＜200rpm，传动功率＜4kw，主轴跳动＜

0.01mm），请指出其中的设计错误或工艺性差的内容，并提出正确的修改意

见 (48)

第十六题：请叙述齿轮传动和蜗轮蜗杆传动的各自特点 (49)

第十七题：请说明一下钢材含碳量与其可焊性的关系，中碳钢采用何种工艺来得到比较好的焊接质量 (52)

第十八题：请说明一下润滑油选择的基本原则 (54)

第十九题：溢流阀是液压系统中的基本元件，请说明一下它的主要作用 (56)

第二十题：常见的三位四通换向阀的滑阀机能有O、H、K、M、X、P、J、C、N、U等，采用不同滑阀机能直接影响元件工作状态，请说明一下O、M、Y、P滑阀机能的

作用 (59)

答辩试题及参考答案

第一题：将直齿轮、斜齿轮相应技术指标进行比对，并据此分析他们的主要优缺点及用途

一、斜齿轮齿廓曲面的形成及啮合特点

直齿轮：由于齿宽的存在，点接触变为线接触，啮合面与齿廓曲面的交线，啮合线变为啮合面。

图1

啮合特点：如图1所示，直线KK的轨迹－直齿轮的齿廓曲面，沿齿宽同时进入或退出啮合。突然加载或卸载，运动平稳性差，冲击、振动和噪音大。

如图2所示，斜直线KK的轨迹－斜齿轮的齿廓曲面，是螺旋渐开面。

βb －基圆柱上的螺旋角。

啮合特点：接触线长度的变化：短→长→短，加载、卸载过程是逐渐进行的。优点：传动平稳、冲击、振动和噪音较小，适宜高速、重载传动。

图2

二、斜齿轮的基本参数

1、斜齿轮的螺旋角

如图3所示，分度圆柱上的螺旋角为斜齿轮

的螺旋角β。将分度圆柱展开，得一矩形，有：

tgβ=πd/l

同理，将基圆柱展开，也得一矩形，有：

tgβb=πd b/l

得：tgβb /tgβ=d b/ d=cosαt

∴tgβb = tgβcosαt

其中αt为端面压力角。

2、模数m n、m t

斜齿轮有端面和法面两套参数，

如图4所示，由于法面内斜齿轮的齿形与图3

刀具的齿形一样，故取法面参数为取标准值。将分

度圆柱展开，得一矩形，可求得端面齿距与法面齿

距之间的关系：

p n=p t cosβ

将p n＝πm n，p t＝πm t代入得：

m n=m t cosβ

3、压力角：αn、αt

用斜齿条说明，如图5所示在△a’b’c’中，有：图4

∠a’b’c=αn，tgαn=a’c/a’b’

在△abc中，有：∠abc=αt，tgαt =ac/ab

由：b=a’b’ , a’c=accosβ

得：tgαn =tgαt cosβ

三、斜齿轮传动的几何尺寸

斜齿轮不论在法面还是端面看去，其齿顶高和齿根

高一样：h a=h*an m n 图5

h f= (h*an+c* n) m n

h*an－法面齿顶高系数，h an*＝1

c*n－法面顶隙系数，c*n＝0.25

分度圆直径：d=zm t=z m n / cosβ

中心距：a=r1+r2= m n (z1+ z2) /2 cosβ

当齿数和模数不变时，可通过改变β来调整a的大小。

变位修正时，刀具移动量△r＝△n＝△t，

有：△r＝x t m t = x n m n = x n m t cosβ

得：x t = x n cosβ

四、一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件

参照直齿轮正确啮合条件，可知一对齿轮正确啮合条件为模数和压力角应分别相等且为标准值，但由于斜齿轮有两套参数，而标准参数在法面，故一对斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件如下：

m n1=m n2=m，αn1 =αn2=α

m t1=m t2，αt1＝αt2

另外要求啮合处的齿向相同，故外啮合：β1＝-

β2，内啮合：β1＝β2

五、斜齿轮传动的重合度

如图6所示，由于螺旋角的存在，斜齿轮的啮

合线长度比直齿轮的长△L，根据重合度的定义有：

直齿轮：ε＝L /p b

斜齿轮：εγ＝(L+△L)/p bt＝εα+εβ

ε的增量：εβ＝△L/p bt＝Btgβb/p bt图6

tgβb＝πd b /l＝πdcosαt /l=tgβcosαt

代入得：εβ＝Btgβcosαt /p t cosαt

＝(Bsinβ/cosβ) /( p n/cosβ)

＝Bsinβ/πm n

εβ——轴面重合度

εα——端面重合度, 与直齿轮的计算公式相同。

εα=[Z1 (tgαat1-tgαt’)+Z2 (tgαat2-tgαt’)]/2π

若B＝100，β＝20°，m n＝2，则εβ＝5.45，由此可见斜齿轮的重合度较直齿轮大了许多。

六、斜齿圆柱齿轮的当量齿数

由

于斜齿轮的标准参数在法面上，因此加工时选择刀具与计

算最小不根切齿数比较困难，为了方便起见，选择一个假象的与

斜齿轮法面齿形相当的直齿轮，称为该斜齿轮的当量齿轮，其齿

数称当量齿数。当量齿轮由于其齿形与斜齿轮相同，故可过斜齿

轮分度圆柱上的一点做轮齿的的法面，将此斜齿轮的分度圆柱剖

开，其剖面为一椭圆，如图7所示，在此剖面上，啮合点处的齿

形可视为斜齿轮的法面齿形。现以椭圆上啮合点的曲率半径为半

径做一圆作为虚拟的直齿轮的分度圆，并设此直齿轮的模数和压

力角分别等于斜齿轮的法面模数和法面压力角。此虚拟直齿轮的

齿形与上述斜齿轮的法面齿形十分相近，故此虚拟直齿轮即为该

齿轮的当量齿轮，其齿数称当量齿数，表示时加下标v。

椭圆长半轴：a=d/2cosβ图7

短半轴：b=d/2

当量齿轮分度圆半径：

r v =ρ＝a2/b=d/2cos2β

得：z v ＝2r v /m n＝d/m n cos2β

＝zm t/m n cos2β＝z/ cos3β

斜齿轮不发生根切的最少齿数可由当量直齿轮与斜齿轮的齿数关系求得：

z min=z vmin cos3β

若β=20°，z vmin =17z min=14

七、斜齿轮的特点

1、啮合性能好、传动平稳，噪音小。

2、重合度大，承载能力高。

3、z min< z vmin ,机构更紧凑。

4、缺点：由于轮齿倾斜，因此运转时会产生轴向力，如图8所示，一般取β＝8°～20°，轴向力随β增大而增大。为了消除轴向力，如图9所示，可用一对斜齿轮使其轴向力互相抵

消或采用人字齿轮，此时可使β＝25°～40°。人字齿轮常用于高速大功率传动中(如船用齿轮箱)。

图8 图9

另外，通过改变一对斜齿轮螺旋角，使其螺旋角不同；或者是螺旋角相等，但旋向相同，可以实现两个斜齿轮的轴线交错传动。这一点直齿轮是不能办到的。

第二题：请结合我公司设备的实际情况，谈一下螺纹连接防松的主要方式及重要意义，以及防松新技术

为了增强螺纹连接的刚性、紧密性、放松能力、防止受横向载荷螺栓的滑动，多数螺栓连接在装配时都要预紧。

螺纹紧固件在使用过程中会发生损坏，一般不会因为螺纹的强度低而发生损环。一般的情况是先发生松动，导致螺栓使用状况恶化，最终发生损坏。

换句话说，螺栓是先松后坏，不松不坏。

一般在设计使用紧固件时，螺栓的强度选择是5到20倍。这种强度不会导致螺栓损坏。

在使用时，有些螺栓被拉长，有些螺栓被剪断，这都是因为螺栓松动所导致的。在紧固螺栓时，预紧力不超过螺栓的屈服点，螺栓是不会拉长的。但由于螺栓上的螺母松动，在被紧固对象与螺栓、螺母之间产生间隙而导致螺栓损坏。

我们知道，如果把锤子压在桌子上，锤子是无法把桌子砸坏的，但只要给它一点间隙就可以把桌子砸坏。对于主要受拉力的螺栓，由于螺母松动，螺栓与被紧固对象之间产生间隙，并产生撞击。这种撞击的力不需很大就可导致螺栓拉长，严重的导致螺纹破坏。

对于主要受沿螺栓径向力作用的螺栓，正常使用时螺栓与被紧固对象之间受摩擦力的作用，而并不受剪切力。当螺栓松动，摩擦力消失，而螺栓与螺栓孔之间又有一定的间隙，这时螺栓受剪切力作用并与被紧固对象之间发生撞击，最终导致螺栓被剪断，螺栓孔被打成椭圆。

设备的连接螺栓发生松脱会导致设备运行状况恶化，导致设备部件损坏，严重的导致设备损坏，不能正常工作。

在机械设备设计过程中，有很大一部分结构的受力、传动部件的安装位置与螺纹连接的可靠性有关，例如在常用的剖分式轴承盒、以及减速机分箱面的连接，如果螺纹连接不可靠，将直接影响到轴承外圈与箱体的配合质量，严重时造成外圈松动，产生所说的“跑外圈”现象，使轴承烧损或使轴承盒、箱体轴承孔严重磨损。

在我公司现在正在生产的两台热轧机主传动齿轮分配箱使用过程当中，由于设备的生产特性，决定了主传动系统经常处在冲击、振动、大负荷、甚至过载的条件下工作，再加上设备维护保养跟不上，经常出现齿轮分配箱主承力合箱螺栓松动，造成齿轮不能处在正确的啮合位置，使齿侧隙增大，在反复冲击力作用下，造成齿面严重点蚀破坏或出现裂纹，二带热轧齿轮箱齿轮表面出现大量裂纹，有很带一部分原因就是由此造成。因此，在进行二带热轧

齿轮箱改造时，在提高齿轮精度、表面硬度的同时，重点在螺纹防松上做了文章，在四根主承力螺栓采用了细牙螺纹、增大螺纹直径、采用热预涨法紧固螺栓、采用配对斜键防松，通过近半年的使用，效果非常明显。

如上所述，如果螺纹放松不好，再遇上设备的润滑状况不好，则会导致设备部件的加速磨损，最终导致设备的损坏。这一点在一带热轧机齿轮分配箱齿轮很快磨损上就是最好的例子。

常用螺纹防松的主要方法有：

第一种是摩擦防松。这是应用最广的一种防松方式，这种方式在螺纹副之间产生一不随外力变化的正压力，以产生一可以阻止螺纹副相对转动的摩擦力。这种正压力可通过轴向或同时两向压紧螺纹副来实现。如采用弹性垫圈、双螺母、自锁螺母和尼龙嵌件锁紧螺母等。这种防松方式对于螺母的拆卸比较方便，但在冲击、振动和变载荷的情况，一开始螺栓会因松弛导致预紧力下降，随着振动次数的增加，损失的预紧力缓慢地增多，最终将会导致螺母松脱、螺纹联接失效。

第二种方式是机械防松。是用止动件直接限制螺纹副的相对转动。如采用开口销、串连钢丝和止动垫圈等。这种方式造成拆卸不方便。

第三种方式是铆冲防松。在拧紧后采用冲点、焊接、粘接等方法，使螺纹副失去运动副特性而连接成为不可拆连接。这种方式的缺点是栓杆只能使用一次，且拆卸十分困难，必须破坏螺栓副方可拆卸。

螺纹紧固件的防松方法虽然很多，但常用的方法并不多。主要有对顶螺母（双螺母）、尼龙嵌套、开槽螺母加开口销、弹簧垫圈等方法。

随着螺纹防松技术的不断进步目前出现了一些新的螺纹防松方法：

1、唐氏螺纹紧固件防松

唐氏螺纹可以利用螺纹自身特点解决防松问题。在联接时，须使用两只不同旋向的螺母：工件支承面上的螺母称为紧固螺母，非支承面上的螺母称为锁紧螺母，紧固螺母和锁紧螺母是两种不同旋向的螺母，使用时先将紧固螺母预紧，然后再将锁紧螺母预紧。

在振动、冲击的情况下，紧固螺母会发生松动的趋势，但是，由于紧固螺母的松退方向是锁紧螺母的拧紧方向，锁紧螺母的拧紧恰恰阻止了紧固螺母的松退，导致紧固螺母无法松脱。

2、高性能防松螺母（施必牢SPL）防松螺母

SPL防松螺母承载侧螺纹大径出的牙侧角为60°，其余部分额牙侧角与普通螺纹相同，均为30°，在相同预紧力的情况下，SPL防松螺母承载侧牙上的法相力大于普通螺母的法向力，因而摩察力矩大，SPL防松螺母的径向载荷大于轴向载荷且对称分布，是螺母与螺栓间不易松动。可有效抗击横向载荷，因而放松能力大为提高。

SPL防松螺母具有可靠的抗振防松性能，高的承载能力和使用性能，并可重复使用，只需与标准螺栓匹配使用，无需任何辅助锁紧件，适用于温差大的环境，已经标准化。

3、液压防松螺母

液压防松螺母与液压螺栓拉紧器分别是用于高预紧力、大规格螺纹连接的紧固件和拆装工具，振动大、重型机械设备和狭窄空间设备的紧固。具有优良的放松效果、连接可靠、装拆方便、节时省力等特点。

第三题：请谈一下键连接的主要种类特性，在公司设备上的应用情况。

键连接是通过键来实现轴和轴上零件间的周向固定以传递运动和转矩，有些类型的键还可以实现轴向固定和传递轴向力，有些类型的键还能实现轴向动连接。其连接类别有松键连接、紧键连接和花键连接。键一般用45号钢制成。

键和键连接的类型、特点及应用如下：

平键

⑴普通平键、薄型平键，有A、B、C型，键的侧面为工作面，靠侧面传力，对中性好，拆装方便。无法实现轴上零件的轴向固定，定位精度较高，用于高速或承受冲击、变载荷的轴。薄型平键用于薄壁结构和传递转矩较小的地方。A型键用端铣刀加工轴上键槽，键在槽中固定好，但应力集中较大；B型平键用盘铣刀加工轴上键槽，应力集中较小；C型平键用于轴端。普通型平键的A、B、C型在我公司各种设备的轴系构件上广泛使用。

⑵导向平键：键的侧面为工作面，靠侧面传力，对中性好，拆装方便。无轴向固定作用。用螺钉将键固定在轴上，中间需配有起键螺纹孔。多用在轴上零件移动量不大的场合，在我公司纵剪剪刃轴上有应用。

⑶滑键：键的侧面为工作面，靠侧面传力，对中性好，拆装方便。与导向平键相反，键固定在轮毂上，轴上零件带动做轴向移动，用于轴上零件移动量较大的地方。我公司在圆盘锯、车床变速箱上有应用。

平键连接的主要失效形式有较弱件（通常为轮毂）工作面被压溃（主要针对静连接），对于动连接来讲，有工作面磨损，另外就是键的切断，这种现象很少出现。对于键的实际采用的材料和标准尺寸键来讲，压溃和磨损通常是主要失效形式，通常在进行键连接设计时按剪切强度设计、挤压强度进行验算。动连接按耐磨性进行验算

半圆键

键的侧面为工作面，靠侧面传力，键可在轴槽中沿槽底圆弧滑动，拆装方便，但要加长键时，必须使键槽深度增加，削弱轴的强度，一般用于轻载，常用于轴的锥形轴端处。

上述几种键连接属于较松键连接。只对轴上零件作周向固定，不能承受轴向力，如果要轴向固定，则需要附加紧定螺钉或定位环等定位零件。松键连接的装配要点为：

①清理键及键槽上的毛刺，保证键与键槽能精密贴合。

②对重要的键连接，装配前要检查键的直线度和键槽对轴线的对称度及平行度等。

③对普通平键，导向平键，用键的头部与轴槽试配，应能使键较紧地与轴槽配合。

④修配键长时，在键长方向键与轴槽留0.1mm的间隙。

⑤在配合面上加润滑油，用铜棒或加软钳口的台虎钳将键压入轴槽中，使之与槽底良好接触。

⑥试配并安装回转套件时，键与键槽的非配合面应留有间隙，保证轴与回转套件的同轴度，套件在轴上不得有轴向摆动，以免在机器工作时引起冲击和振动。

楔（斜）键：分为普通型楔键、钩头型斜键、薄型勾头楔键。楔形键以上下两个面为工作面。工作时，靠键、轴、毂之间的摩擦力及键受到的偏压来传递转矩，同时能承受单方向的轴向载荷。键的上表面和毂槽都有1:100的斜度，装配时需打入、楔紧，由于靠强力打入，这样将造成偏心，导致对中精度不高，转速也受到限制，键的拆卸比较麻烦。由于键的上下两面与轴和轮毂相接处，对轴上零件有轴向固定作用。由于楔键连接的精度较差，所以一般用于载荷平稳，转速较低、精度要求不高的场合，在我公司应用较少。

切向键：是由一对楔键组成，装配时，将两键楔紧，其中一个面在通过轴心线的平面内，工作面上的压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩。当双向传递转矩时，需用两对切向键，分别布置成120°～130°夹角，一般选用120°切向键必须实际配做，做好后打好定位销，不可随便混用，以保证配合表面的接触率。在我公司应用较少。

楔（斜）键、切向键属于较紧键连接。

紧键连接装配时，首先同样要清理键及键槽上的毛刺，装配时要研配，用涂色法检查锲键上下表面与轴槽、轮毂槽的接触状况，一般要求接触率大于65，若接触不良，可用锉刀或刮刀修整键槽，接触合格后，用软锤将锲键轻敲入键槽，直至套件的周向、轴向都可靠紧固。

端面键：在圆盘端面嵌入平键，可用于凸缘键传力，在我公司主要应用于各种设备的十字万向接轴与轴套之间的连接。

如果单键连接强度不够采用双键连接是，应考虑键的合理布置，两个平键最好向隔180°，以使径向平衡，不致产生离心力；两个半圆键应沿轴心线布置在一条直线上；两个楔键夹胶一般应在90°～120°之间；两个切向键之间夹角一般为120°～135°。

由于加工及装配误差的存在，双键连接的强度不能按2倍计算，一般按1.5倍计算。

如果轮毂的结构允许，也可以采用适当加大键的长度来提高单键连接的承载能力，但一般不应超过装配轴颈的1.6～1.8倍。

键连接的装配工艺要点

①装配前应检查键的直线度、键槽对轴心线的对称度和平行度。

②普通平键的两侧面与轴键槽的配合一般有间隙。重载荷、冲击、双向使用时，须有过盈。键两端圆弧应无干涉。键端与轴槽应留有0.10mm的间隙。

③普通平键的底面与键槽底面应贴实。

④半圆键的半径应稍小于轴槽半径。

花键

花键连接为多齿工作，承载能力高，对中性、导向性好，齿根较浅，应力集中较小，对轴与毂的强度削弱较小。

矩形花键：定心精度高、定心稳定性好、加工方便，能用磨削方法消除热处理变形从而获得较高的精度；矩形花键的定心方式为小径定心。国家标准规定了两个系列，轻系列用于载荷较轻的静连接，重系列用于中等载荷，在我公司应用较少。

渐开线花键的齿廓为渐开线，受载时齿上有径向力，键齿侧面即起驱动作用，又起自动定心作用，使各齿受力均匀，强度高、寿命长。加工工艺与齿轮相同，易于获得较高精度和互换性。定心方式有大径定心、齿形定心，因齿形定心具有自动定心作用且各齿受力均匀，因此在产品设计中被广泛采用。渐开线花键的标准压力角有30°、37.5°、45°三种。渐开线花键用于载荷较大、定心精度要求较高以及尺寸较大的连接。在我公司轧机主传动十字万向接轴中间伸缩节大量采用。

按花键工作方式可以分为过盈连接和间隙连接两种。

过盈连接花键副上的套件应在花键轴上轴向固定，故应保证配合后有少量的过盈量。装配时可用软锤轻轻打入，但不能过紧，以防止拉伤配合表面。如果过盈量较少，可将套件加热至80~120℃后再进行装配。

间隙连接花键副的套件可以在花键轴上自由滑动，应保证精确的间隙配合。试装时用周向调换键齿的配合位置，各位置沿轴向移动时应无阻滞现象，但也不能过松，用手摆动套件时，不应感觉到有明显的周向间隙。允许选择最佳的配合位置装配，可以用油石或细锉修整花键的两侧或尖角处，以保证花键每齿的接触面积不小于70。必须注意花键的定心面不得修整。

装配后的花键副应检查花键轴与被连接零件的同轴度和垂直度。

第四题：从设备零部件损坏、设备故障角度，谈一下润滑的重要性，我公司设备上使用的润滑方式都有哪些种

设备故障，指设备失去或降低其规定功能的事件或现象，表现为设备的某些零件失去原有的精度或性能，使设备不能正常运行、技术性能降低，致使设备中断生产或效率降低而影响生产。

设备在使用过程中，由于磨擦、外力、应力及化学反应的作用，零件总会逐渐磨损和腐蚀、断裂导致因故障而停机。加强设备保养维修，及时掌握零件磨损情况，在零件进入剧烈磨损阶段前，进行修理更换，就可防止故障停机所造成的经济损失。

设备故障按技术性原因，可分为四大类：即磨损性故障、腐蚀性故障、断裂性故障及老化性故障。

其中磨损性故障是由于运动部件磨损，在某一时刻超过极限值所引起的故障。所谓磨损是指机械在工作过程中，互相接触做相互运动的对偶表面，在摩擦作用下发生尺寸、形状和表面质量变化的现象。按其形成机理又分为粘附磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损、微振磨损等4种类型。磨损性故障在设备故障中占有绝大部分比例。

设备润滑是防止和延缓零件磨损和其他形式失效的重要手段之一。设备润滑是设备管理和维护保养工作的重要内容之一，加强设备润滑管理工作，并把它建立在科学管理地基础上，对保证设备完好并充分发挥设备效能、减少设备事故和故障、提高企业的经济效益都有重要作用。

润滑在机械传动中起着重要作用，它能影响到设备性能、精度和寿命，正确选用润滑材料，按规定的润滑时间、部位、数量进行润滑，以降低摩擦、减少磨损，从而保证设备正常运行、延长设备寿命、降低能耗、防止污染，达到提高经济效益的目的。

将润滑剂施入设备中相对运动的零件接触面上，以减少接触面的摩擦，降低磨损的技术方式，称为设备润滑。施入零件表面的润滑剂，能够吸附在摩擦表面上，形成一定厚度的油膜，使两个摩擦表面被润滑剂有效隔开，使零件表面之间的摩擦变为润滑剂分子之间的摩擦，从而起到降低摩擦、磨损的作用。

润滑的作用一般可归结为：控制摩擦、减少磨损、降温冷却、可防止摩擦面锈蚀、冲洗作用、密封作用、减震作用（阻尼振动）等。这些作用是相互依存、相互影响的。如不能有效地减少摩擦和磨损，就会产生大量的摩擦热，迅速破坏摩擦表面和润滑剂本身，这就是摩擦副短时出现润滑故障的原因。

做好设备润滑工作就是同摩擦作斗争，搞好设备润滑工作可以取得以下好处：

维持设备的正常运转，防止设备事故的发生，降低维修费用，节约资源。

降低摩擦阻力，改善摩擦条件，提高传动效率，节约能源。

减少机件磨损，延长设备使用寿命。

减少腐蚀，减轻振动，降低温度，防止拉伤和咬合，提高设备的可靠性。

合理利润滑的基本要求是：

根据摩擦副的工作条件和作用性质，选用正确的润滑材料。

确定正确的润滑方式和润滑方法，设计合理的润滑装置和润滑系统。

严格保持润滑剂和润滑部位的清洁。

保证供给适量的润滑剂防止缺油及漏油。

适时清洗换油，既保证润滑又节省润滑材料。

常用的润滑方式有：

循环润滑：润滑剂送至摩擦点进行润滑后又回到油箱再循环使用的润滑方式。例如我公司630轧机、175轧机、120轧机、一、二带热轧机的主传动润滑。

全损耗性润滑：润滑剂送至摩擦点进行润滑后不再返回油箱循环使用的润滑方式。这种润滑方式在我公司还没有发现，高精带设备可能有，主要有油雾润滑、油气润滑。

浸油润滑：即油浴润滑。我公司运用很多，如各种普通齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速机。

飞溅润滑：将润滑剂飞溅到运动副摩擦表面上以保持润滑的方式。如一、二带各种冷轧机的卷曲、主传动减速机。

滴油润滑：间歇而有规律地将润滑油滴至运动副摩擦表面上以保持润滑的方式。我公司所有链传动均为这种润滑方式

油链润滑：使用油链随轴一起转动，将下面贮油器中的润滑油带至轴颈上的润滑方式。在我公司还没有发现有应用

集中润滑系统：由一个集中油源向机器或机组的摩擦点供送润滑剂的系统。高精带轧机有应用。

第五题：结合我公司轧辊的实际使用情况，谈一下轧辊损坏的主要形式、如何避免

轧辊损坏分为正常磨损、非正常损坏两大类。

随使用时间延长，轧制吨位与磨辊次数增加，轧制与磨削时轧辊金属微粒不断与辊身分离，工作层变薄，辊身直径变小，耐磨性下降，辊面硬度与表面粗糙度值发生变化。当直径值与硬度值降至最小允许值时，即使轧辊无其他报废缺陷也将停用，这叫自然磨损或正常磨损。

轧辊直径、硬度均在允许范围之内，因出现某些缺陷甚至断裂而导致轧辊报废叫非正常损坏。

轧辊的非正常损坏形式主要有如下几种：划伤、粘辊、线性剥落、断裂、表面缺陷。表面缺陷主要包括夹杂物、桔皮、轧辊印痕、热损伤、热裂纹等等，在我公司主要存在以下几种非正常损坏形式：

⑴、挤压裂纹，它的产生机理是在铜带断裂时，铜带缠绕工作辊所致；由于工作辊和支承辊间多层铜带的碰撞和挤压，使机械荷载和动能以热形式扩散在支承辊某个区域，使轧辊表面产生裂纹从而诱生回火裂纹并降低了轧辊性能。从剥落的空穴可以看出疲劳扩展的痕迹，呈现贝壳表面纹路形状，类似沙滩上的水痕。

另外铜带可能会被压入支承辊并导致局部屈服和裂纹，轧辊在连续运转下，导致轧制力每转作用到裂纹的各边并出现多个疲劳裂纹，当裂纹连接到一起时，一块轧辊就会剥落。再则，工作辊的凸度会加重轧辊中间部分辊身荷载并导致裂纹产生。

⑵、滑痕，它的产生机理是工作辊和支承辊之间的相对滑动。如果在轧制中，由于润滑冷却不良而造成上下辊热膨胀不均，使辊径差加大，或者是由于张力设定不合理，或者是两只工作辊配对差相差太大，再加上多数工作辊辊身比支承辊长，这些因素都将照成两只工作辊线速度差值，势必使轧辊与铜带之间产生滑动，这种滑动产生的损伤通常会延伸到辊身的整个辊面或支承辊上，如果工作辊被严重磨损成凹陷状，将在支承辊的端头造成损伤。

滑动产生的损伤呈现两种形式，滑动高温产生的严重裂纹，类似于原始微观结构改变产生的微观结构损伤。较高的摩擦滑动，也称作滑行，摩擦热将损坏轧辊的微观结构并在局部薄弱区域会产生疲劳失效和剥落。由于滑动产生的热量，在变冷过程中，受约束的热膨胀而导致塑性应变变成拉应力，而出现裂纹。

微观结构损伤是由滑动所产生的摩擦热，使支承辊材料重新奥氏体化造成的，轧机冷却

液冷却量足够，将该区域快速转变成不能充分回火和释放应力的马氏体或贝氏体；即使裂纹在滑行时不会出现，随着轧辊的继续使用，将增加更多引起裂纹和潜在疲劳性剥落的应力。

⑶、颤痕，它的产生机理是工作辊和支承辊之间的轻微滑动，支承辊相对工作辊弹跳，支承辊产生震颤，由于支承辊较软，所以支承辊屈服并出现颤痕，支承辊表面产生损伤和微观结构损伤。颤痕是沿支承辊辊身长度的纵向线，可能在轧辊圆周上出现很多次。经常发生在轧制荷载轻的轧机上，颤痕数量多时，辊系运转不稳定。

⑷、线性剥落，它的产生机理是从轧辊表面开始，一旦有小裂纹在轧辊外表层滋生，交互变化的拉伸和压缩将在裂纹尖端的延展性材料带上施加应变变形；同时，轧机润滑液被灌进裂纹，在交变挤压下产生液压力，在液压力和剪切应力作用下促进了裂纹的扩展。在较硬的轧辊材料中，还有一些裂纹生长机理，比如微观杂质和裂纹分支加速裂纹的扩展。线性剥落的特征是导致轧辊表面大面积剥落，在脱落层里有一个显示出疲劳扩展的海螺纹。这种轧辊损坏在我公司不时出现，损失比较大。

目前深层淬硬层深度为8～12mm左右，而线性剥落深度一般达15 mm左右，裂纹深度深至30 mm左右，因此出现大面积线性剥落后轧辊无法修复加工使用。

线性剥落的形式有两种：事故剥落和无明显外部原因剥落。

由于轧辊是在复杂应力状态下工作，当这些应力叠加并超过轧辊材料的抗拉强度，如断带、缠辊、粘辊、等事故时，会出现轧辊局部线性剥落。

无明显外因剥落产生的原因主要有：

①轧辊内部质量原因主要有夹杂物、气孔、辊内晶粒错位等等；外部原因有轧制事故、磨辊烧伤、长时间超负荷工作等产生的初始裂纹、划痕等等；这些缺陷是产生应力集中的主要原因，在长时间轧制过程中，在轧辊与轧件边缘的接触部位会产生较大的应力，出现疲劳现象，如果轧辊内部原有或各种原因萌生的原始裂纹扩展到超过轧辊材料的抗拉强度时，就会出现局部线性剥落。这种情况下的剥落断口出现围绕夹杂物或疲劳应力集中区的“海滩状”疲劳纹，剥落深度基本达到淬硬层的深度。

②上次磨削没有清除尽的微裂纹在辊面下扩展，形成一个较窄的光亮带，上面有许多疲劳纹并沿辊轴向扩展，两侧是明显的瞬时断裂区。

③轧辊由于受到热冲击或加工硬化所致的表面裂纹，如果轧辊使用时间过长或在两次使用期间的修磨量过小，没有完全消除表面裂纹，这些裂纹会在轧辊工作中按疲劳方式扩展，直至导致瞬间剥落。

⑸、破碎性剥落，它是超载产生的表面裂纹，是由轧辊表层长期过量压力产生变形所致。

如果轧制过程中出现带材漂移、堆积、波浪折叠，由于超载高压产生瞬间高温，极易形成铜带与轧辊粘接，致使轧辊出现小面积损伤，并产生热裂纹。对于冷轧机，由于铜带断裂缠辊，使工作辊和支承辊间的多层轧件缠绕产生超载并生成裂纹；另外，发生轧辊碰撞的情况下产生额外应力而产生裂纹，这种超载裂纹使该区域轧辊表面碎裂。对于热轧机，辊身上的应力蚀点加重接触压力下由碎屑脱落而产生的磨损。

支承辊表面上的应力蚀点是由于轧制周期长和冷却液质量低造成，冷却液质量低是指其中含有大量的SO42-、Cl-、F-等。如果这些离子数量足够多且水温很高，应力腐蚀裂口就会产生，形成主要表面裂纹的蚀点。

⑹、断裂，如上述一些典型的非正常损坏形式可以看出，引起的原因均是在一些非正常情况下产生原始裂纹，在轧辊的交变应力作用下，裂纹逐渐扩展，当裂纹沿轧辊表面扩展时，最终造成轧辊表面剥落，当裂纹沿着轧辊直径方向扩展时，裂纹发展到一定程度，剩余断面不能承受轧辊所受的载荷时即发生断辊，断辊通常发生在辊径与辊面的交界处，因为这里轧辊径向尺寸变化大，容易产生应力集中，很容易产生原始裂纹。

如何预防和避免轧辊失效

从上面论述轧辊失效的主要原因可知，轧辊失效基本上是由于各种原因产生的裂纹逐步扩展而成，造成这些裂纹的原因有：轧辊原始质量缺陷、使用上的原因、事故原因、磨削等维护保养原因等等。如何有效地延长轧辊的使用寿命就要从这些方面入手，有效地规避这些因素产生的原始裂纹，从而有效地延长轧辊的使用寿命。

合理地选择轧辊的硬度，硬度通常是指轧辊工作表面的硬度，它是轧辊的主要质量指标，它决定轧辊的耐磨性，在一定程度上决定轧辊的使用寿命。高硬度轧辊与低硬度轧辊相比，裂纹扩展速度较快，剥落又大又深。对于热轧辊来说，它还应具有一定的耐热性，以保证轧制产品的精度，同时也决定轧辊的使用寿命。通常，硬度越高，耐磨性越好；但硬度太高又影响轧辊的韧性，容易出现脆性裂纹及颤痕，反倒影响轧辊的使用寿命，因此合理选择轧辊的硬度需要根据轧辊的材质、工作状态、产品精度等各方面因素综合考虑。

在确定轧辊的结构尺寸时要充分考虑轧辊的强度和结构尺寸，同时对轧辊的表面质量、尺寸公差、各项检测标准都要进行严格定量及定性确定。

必须依据机械行业标准、企业标准和定货技术要求进行严密、科学的质量复检。包括检测轧辊尺寸及形位公差，检测辊身、辊颈的硬度分布及其不均匀性，整个辊身HS值偏差不大于±（1～2）HS，同一母线偏差不大于±1HS。用顽磁力测定仪测定工作层深度；用磁粉法探测表层与近表层缺陷，用超声波法探测轧辊内部缺陷。

加强轧机操作机维护人员的技术培养和技能锻炼，不断提高操作和维护技能，合理制定轧制工艺、带材张力、弯辊力，有效避免铜带断裂、铜带缠绕工作辊、轧辊碰撞、轧辊打滑等事故，这些事故极易使轧辊过载或瞬间产生高温而引起轧辊缺陷；一旦出现这些事故应立即更换轧辊，进行轧辊修磨。

定期重磨，为了有效去除轧辊表面裂纹，即使轧辊辊面无影响使用的缺陷，也应进行保护性换辊重磨，除去疲劳裂纹，防止其扩展成深裂纹。重磨时可用双液法或探伤法检测裂纹深度，磨削量应大于裂纹深度。具体来说，针对不同规格铜带材，摸索轧辊的合理轧制吨位或轧制时间，形成合理的换辊制度，在轧辊辊面疲劳剥落前及时更换轧辊进行磨削，及时消除轧辊表面缺陷，减少由于表面缺陷扩展而产生的剥落情况发生。

规范修磨制度，轧辊修磨的目的是去除轧辊使用过程中产生的缺陷，但是，如果修磨时磨削参数选择不当，磨削时会对轧辊产生更大损伤，甚至产生磨削裂纹，主要原因是切削用量过大，产生巨大的摩擦热，使轧辊表面烧伤，造成轧辊材料力学性能下降，同时应力增大，最终造成裂纹；磨削裂纹具有特有的外部表面形状，常垂直于磨削方向，排列成行，有时也成网状。在轧辊修磨过程中，正确选择砂轮非常重要，正确选择砂轮不但可以提高磨削质量，还可以提高工作效率，选择砂轮时，要考虑轧辊材质、热处理状态、表面粗糙度、磨削余量等因素。

实际工作经验表明，采用适当降低砂轮线速度、磨削深度和适当提高工件转速的方法，可有效降低磨削温度，提高磨削质量。

在磨削过程中，金属变形速度很快，在极短时间内磨削区域会产生很高温度，高温极易引起轧辊表面烧伤和产生热应力，从而造成变形和裂纹；同时，在高温下砂轮的磨损也非常快，采用合理的冷却方法和磨削液可以防止轧辊修磨时的缺陷，提高砂轮的寿命。轧辊从轧机上换下时不应立即进行磨削，应放置到与环境温度一致，使工作中产生的内应力得到充分释放时再行磨削，磨削前应进行轧辊表面探伤，磨削完成后再次进行探伤，以便确认辊面残余裂纹清除情况；一般放置24小时再上机使用，以便于磨削应力消除。

正确使用及保管轧辊，控制贮运条件，运输时应做好保护措施，避免碰撞，一是造成表面磕碰伤，二是剧烈的颠簸和磕碰容易造成轧辊内部残余内应力迅速释放引起内部裂纹。

贮运温度应大于0℃，严禁室外存放。存放时不得发生较大的温度变化，避免成品轧辊堆放，应单只摆放或托架摆放，摆放的垫木或托架的托脚应设计合理的跨度，避免轧辊在重力作用下产生永久变形，并要做好防锈工作。

自然时效，自出厂日起，工作辊需存放6个月，支撑辊存放一年后方可使用，以有效降