滾動軸承的一種特殊失效形式分析

王興

（安徽三聯學院交通工程學院，安徽合肥230601）

滾動軸承的一種特殊失效形式分析

王興

（安徽三聯學院交通工程學院，安徽合肥230601）

根據滾動軸承常見的失效形式比照，筆者在工廠實際中發現一種特殊的軸承失效.本文針對減速機用32230軸承在實際使用中失效，具體描述了其失效的特征，分析其失效的原因，并提出了有效的預防措施.

滾動軸承；咬合；磨損；失效

滾動軸承（rollingbearing）是將運轉的軸與軸座之間的滑動摩擦變為滾動摩擦，從而減少摩擦損失的一種精密的機械元件.圓錐滾子軸承是滾動軸承的一種，它可以分離，由內圈與滾子、保持架一起組成的組件和外圈可以分別安裝.滾子和滾道接觸處修正的接觸線可以減少應力集中.圓錐滾子軸承可以承受大的徑向載荷和軸向載荷.由于圓錐滾子軸承只能傳遞單向軸向載荷，因此，為傳遞相反方向的軸向載荷就需要另一個與之對稱安裝的圓錐滾子軸承.

我們常見的滾動軸承失效形式有：疲勞點蝕、塑性變形即凹坑及壓痕、磨損、裂紋和斷裂、保持架損壞、特殊工況下的化學腐蝕和電流腐蝕.但筆者觀察到一例滾動軸承的失效形式比較特殊，現在介紹如下.

1 調查失效現場，故障概述

某廠制團工藝設備配用的JZQ1000-2、i=8.23減速機，運行中突然出現異常噪音且伴有振動，經維修調整后未消除.

圖1

停機解體后發現中檔齒輪軸配用的32230軸承失效，外圈嚴重磨損，有條紋波峰和波谷，軸承內圈和滾動體的磨損均在正常值范圍內，保持架也完好.減速機箱體與該軸承配合處座孔也有條紋狀的波紋，與軸承外圈的峰谷一一對應，局部伴有灼傷痕跡（見圖1）.波谷深度約0.5mm不等，間隔約2mm不等.箱體座孔與軸承均損壞，箱蓋軸承孔和與之配合的軸承外圈上半部分完好.

（1）保護現場

（2）查明事故發生的時間、地點及失效過程

（3）標出失效相對位置

（4）選取進一步分析的試樣（軸承）

（5）詢問且擊者及其他有關人員能提供的有關情況

（6）寫出現場調查報告

2 收集背景資料

2.1 JZQ1000機體的自然狀況

本機廣泛應用于各種超重、運輸、礦山機械及其他機械中做減速之用.其聯動方式，可用聯軸器直接聯動，也可用三角皮帶撓性聯動.

本機通用性和互換性強，維修簡單，效率系數為0.94，具有啟動阻力小、運動靈活等優點.

本機結構為兩級三軸圓柱斜齒水平分割全封式.潤滑油存于減速機內部，在主動軸和中間軸上設有擋油板，各軸支點均用滾動軸承，軸承軸向間隙可用內部調整環調整，本機上部有一檢查蓋，下部有油標指針和排廢油用的油塞.

2.2 機體的運行記錄近5次（略）

2.3 機體的維修歷史情況（無）

2.4 機體的失效歷史情況（無）

2.5 設計圖紙及說明書，裝配程序說明書，使用維護說明書（部分）

JZQ型圓柱齒輪減速機基本尺寸（見圖2、圖3，表1、表2）

圖2

圖3

表1

表2

2.6 材料選擇及其依據

齒輪和軸均用優質碳素鋼制成，并經調質處理，齒輪多用高級鑄鋼制造，并經正火處理，箱體材料為灰鑄鐵HT200并經時效處理，齒輪按8級精度制造的滾切斜齒、傾斜角為8°6’34”兩配偶齒輪齒數和為99牙.

2.7 設備主要零部件的生產流程（略）

2.8 質量檢驗報告及有關的規范和標準（略）

3 32230（7530）軸承失效原因研究分析

3.1 軸承外圈材料的化學成分

高碳鉻軸承鋼(全淬透型)(GB/T18254-2002),見表3.

表3

3.2 材料的金相組織及硬度

見表4.

3.3 常規力學性能

淬回火狀態下的力學性能值：抗拉強度2160MPa，屈服強度1670MPa，斷后伸長率0.

3.4 主要零部件的幾何參量及裝配間隙

軸承在裝配后，用手轉動應輕快靈活.軸向游隙在裝配時如需調整，應調整到規定數值（軸承間隙Φd1=0.05～0.1mm,Φd2=0.08～0.15mm）

3.5 失效的宏觀分析及微觀形貌分析（SEM）

由于此減速機傳遞的扭矩比較大且轉速低，在32230軸承與箱體裝配上可能配合不緊，或因軸承磨損，箱體與外圈過盈量減少，造成外圈在箱體座孔內輕微滑動或有滑動的趨勢，同時伴有振動.這種滑動的速度雖然不高，振動不非很大，但兩個接觸面某些摩擦點處氧化膜被破壞，形成了金屬結合，當超過表面實際接觸點處的屈服極限的時候，便發生了咬合磨損.

分析表明，隨著咬合的不斷發生，使支承表面發熱、變形.當發熱到一定程度即軟化溫度時，在接觸點處發生局部粘著，出現較大金屬質點的撕裂脫落甚至熔化，隨即產生一連串的升高和拋光的波峰，并引起操作噪音.這時，就過度到熱磨損.熱磨損時，由于表層處有大量的局部熱集中，使該處的溫度超過材料的相變臨界點，運動停止時，熱量很快傳遞到金屬表層以內的深度，其冷卻速度已超過淬火臨界冷卻速度而形成二次淬硬層.

表4

圖4

根據滾動軸承徑向載荷分布圖（見圖5）可知，徑向力沿著滾動體分布，在振動發生的瞬間，產生應力集中，應力集中的地方磨損最為嚴重.32230軸承是線接觸軸承，應力集中沿軸向呈直線分布在外圈上.這樣，較硬的表面就在軟化面上沿軸向擠壓出一條凸起的波峰，凸起的部分又將相鄰軟化部分擠壓出波谷.經過兩接觸面的不斷相互作用，使箱體座孔與軸承外圈的承壓表面出現條紋狀的損傷，受力較大的面產生高溫，并出現灼傷的現象.

圖5

4 綜合歸納信息得出初步結論

根據失效現場獲得的信息、背景材料及各種實測數據，運用材料學、機械學、管理學及統計學等方面的知識，進行綜合歸納、推理判斷、分析后，這種失效形式的形成是以噪音和振動為特征的.產生失效的主要原因是咬合磨損和熱磨損的復合作用的結果.它使表面發生宏觀幾何形狀的改變，而不是微粒的脫落.所以這種失效形式與已知的軸承失效形式有所區別.

5 重現性實驗

6 確定失效原因并提出預防措施

為了避免軸承的非正常失效，我們在裝配低速重載的減速機上采取了嚴格執行維修技術規程的通用技術標準，緊固箱體聯接螺栓時，過盈量控制在0.01～0.025mm，軸承的游隙保證在規定范圍內，近期未出現這種形式的失效.

〔1〕劉瑞堂.機械零件失效分析與預防[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2001.

〔2〕汪德濤，林亨耀.設備潤滑手冊[M].北京：機械工業出版社，2000.

〔3〕（英）D.F摩爾.摩擦學原理和應用[M].北京：機械工業出版社，1997.

〔4〕楊曉蔚.對軸承鋼的一般認識和深入認識[J].軸承，2012（9）.

TH133.3

A

1673-260X（2013）03-0037-03