圓柱滾子軸承引導面異常磨損分析

梁英，何惜港，曲瓊

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

1 試驗軸承

試驗軸承結構如圖1所示，為無內圈圓柱滾子軸承，保持架結構為鉆孔鉚釘鉚接結構，采用軸滾道引導方式。該軸承用在齒輪箱螺旋錐齒輪傳動軸中，主要承受螺旋錐齒輪在傳動工作過程中產生的徑向載荷。

圖1 試驗軸承示意圖

軸承運轉方式為外圈固定，軸旋轉。軸承徑向載荷8 190 N；使用溫度為-20～200 ℃；轉速為20 387 r/min，dm·n值達1.45×106mm·r/min；采用離心甩油潤滑(環下潤滑方式)，潤滑油為合成潤滑油4050油。軸承安裝示意圖如圖2所示。

圖2 試驗軸承安裝示意圖

試驗軸的材料及熱處理方法與試驗軸承完全相同，全部采用滲碳鋼16Cr2Ni4MoA，軸滾道工作部分的尺寸和幾何形狀的公差和主機設計要求一致。

2 試驗方法

依據主機廠給出的軸承使用工況編制試驗大綱。參與試驗的軸承樣品共計5套；試驗要求模擬主機使用工況；要求5套軸承應全部通過1 275 h耐久性試驗，試驗結束時試驗軸承和試驗軸應無疲勞剝落現象。

試驗大綱規定，軸承在試驗至50，450，850 h和試驗結束(1 275 h)后，應分階段對試驗軸承進行分解檢查，每個階段例行分解檢查無異常后，才可以進行后續試驗。

3 試驗結果

試驗至50 h時進行首次分解檢查，發現5套軸承的軸滾道引導面與保持架內徑引導面的配合處均出現不同程度的磨損，但軸滾道滾子工作區域痕跡正常。

5套軸承的軸滾道兩端即保持架的引導位置均出現程度不同的磨損，并形成2條規則的磨損痕跡。軸滾道磨損痕跡與保持架內徑引導面相對應，呈現一端窄一端寬：窄面寬約1.5 mm，深約0.05～0.3 mm；寬面寬約3 mm，深約0.05～0.3 mm。而與此對應配合的軸承保持架內徑引導面僅有輕微磨痕。

對出現軸引導面磨損的5套軸承和對應的軸繼續進行試驗，在后續試驗過程中，5套軸承和試驗軸均工作正常。

經450，850 h及試驗結束(1 275 h)檢查，軸磨損的部位未出現磨損加劇和擴展現象，最終5套試驗軸承全部通過1 275 h耐久性試驗考核。

在整個試驗分解檢查、檢測過程中可以發現，除軸滾道引導面磨損外，試驗軸滾道與滾子工作痕跡正常，軸承滾子組內復圓尺寸及公差符合產品圖樣的規定，試驗軸除磨損區域外，軸滾道尺寸及公差符合軸圖樣的規定，軸承回轉靈活無異常。

4 磨損原因分析

由于轉速較高，故對齒輪箱中的軸承、軸滾道及潤滑油路進行了特殊設計。軸承結構設計為軸滾道引導保持架方式，即由軸的滾道引導保持架旋轉；為減小保持架內徑引導面和軸滾道引導面之間的滑動摩擦，在軸滾道兩端引導位置各設計了一排潤滑油孔，在軸承高速旋轉中，實現高速軸承特殊的潤滑：離心甩油潤滑(環下潤滑油路)如圖3所示，而非齒輪離心甩油潤滑。

圖3 軸承環下潤滑示意圖

從5套軸承的試驗軸檢查結果看，軸的磨損槽一端窄一端寬，磨損槽的寬度與保持架兩端內徑引導面寬度尺寸對應并吻合，因此，軸上出現的磨損槽與軸承保持架結構有關。

對5套軸承分解檢查，發現保持架內徑引導面倒角尺寸偏大(圖1)，保持架設計圖樣規定倒角尺寸除銳邊后最大為R0.25 mm，而該保持架倒角實測數據為1～1.5 mm。

軸承在高速旋轉時，潤滑油在離心力的作用下，經環下油孔噴出，直接噴在保持架的引導面上，在軸與保持架引導面之間形成潤滑油膜，以確保軸承正常運行。

由于軸承保持架引導面倒角尺寸偏大，軸承在高速旋轉時，潤滑油在離心力的作用下，經環下油孔直接噴向保持架引導面和倒角上(圖4)，并順著保持架的倒角被甩出，不能在軸承保持架引導面形成有效的潤滑油膜，由此造成軸滾道引導面的磨損。

圖4 倒角偏大后保持架異常潤滑示意圖

而當軸磨損形成磨損槽后軸承仍繼續工作時，由于重力的作用，保持架的引導面和倒角面與軸的磨損槽形成局部潤滑區，即在保持架的引導面形成新的潤滑油路(圖5)。這就是在后續的試驗中，軸滾道引導面磨損槽未繼續擴展的原因。

圖5 出現磨損槽后形成新的潤滑示意圖

5 結束語

在高速圓柱滾子軸承設計中，整體潤滑油路的設計不僅包括工作承載區的潤滑設計，作為軸承潤滑的重要組成部分，保持架的潤滑同樣不可忽視。同時，在加工過程中應嚴格貫徹設計要求，以保證設計思想的正確實現。