某深溝球軸承失效分析

黃曉輝

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司 經(jīng)營發(fā)展部，黑龍江 哈爾濱 150036）

某深溝球軸承失效分析

黃曉輝

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司 經(jīng)營發(fā)展部，黑龍江 哈爾濱 150036）

某型號深溝球軸承用在捫合機(jī)上，使用不到24h，其中一套軸承出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)不靈活現(xiàn)象。針對此失效形式做了故障分析，判定為軸向載荷過大造成了該軸承的故障。

深溝球軸承；疲勞剝落；高溫；軸向力

1 前言

某深溝球軸承（內(nèi)徑120mm）安裝在捫合機(jī)上，使用不到24h，其中一套軸承出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)不靈活現(xiàn)象，拆卸后發(fā)現(xiàn)內(nèi)圈滾道出現(xiàn)變色、剝落現(xiàn)象，并且變色、剝落區(qū)域偏向滾道一側(cè)；外圈滾道出現(xiàn)變色、點(diǎn)蝕現(xiàn)象，并且變色、點(diǎn)蝕區(qū)域偏向滾道一側(cè)；鋼球出現(xiàn)點(diǎn)蝕及變色現(xiàn)象。通過對該失效軸承的分析，找到疲勞失效的原因，減少或者避免此類問題的發(fā)生，延長軸承的使用壽命，保證機(jī)械正常運(yùn)行。

2 軸承結(jié)構(gòu)

軸承基本結(jié)構(gòu)見圖 1。該軸承為深溝球軸承，沖壓浪形保持架，一般的使用溫度不應(yīng)超過120℃，可以承受以徑向載荷為主的聯(lián)合載荷。

圖1 軸承基本結(jié)構(gòu)

圖2 軸承外觀圖

圖3 內(nèi)徑滑動痕跡

3 故障件描述

3.1 成品軸承

從外觀看故障軸承無損壞，滾道及內(nèi)部空間無油脂（圖 2）；內(nèi)徑周向有360°滑動痕跡（圖 3）。

內(nèi)套一側(cè)端面靠近裝配倒角處有明顯亮帶（圖 4），另一側(cè)沒有；外徑有一處長71mm、寬11mm的銹帶（圖 5）；固定外圈，用力轉(zhuǎn)動軸承內(nèi)圈，軸承無法旋轉(zhuǎn)。

3.2 軸承零件

外圈滾道周向360°出現(xiàn)變色帶，呈現(xiàn)醬色（圖 6），色帶寬度均勻，為6.5mm，并有輕微點(diǎn)蝕現(xiàn)象（圖 7）；變色帶偏向滾道一側(cè)，色帶距套圈標(biāo)志側(cè)溝邊角距離為1.4mm，距另一側(cè)溝邊角距離為3.7mm（圖 8）。

圖4 內(nèi)圈端面亮帶

圖5 外圈外徑銹帶

圖6 外滾道點(diǎn)蝕

圖7 外滾道變色區(qū)域

圖8 外滾道變色區(qū)域位置

內(nèi)圈滾道周向360°出現(xiàn)變色帶，呈現(xiàn)醬色，變色帶偏向滾道一側(cè)，色帶寬度均勻，為10.2mm（圖 9）；內(nèi)滾道軸向360°出現(xiàn)疲勞剝落現(xiàn)象，剝落點(diǎn)偏向一側(cè)擋邊（圖 10）。

保持架部分兜孔出現(xiàn)擠壓痕跡，大部分兜孔內(nèi)表面存在金屬黏著物、黑色的油泥，并與保持架基體黏著（圖 11）。

14粒鋼球全部出現(xiàn)變色現(xiàn)象，呈現(xiàn)醬色（圖12）；鋼球無肉眼可見損傷。

圖9 內(nèi)滾道變色區(qū)域

圖10 內(nèi)滾道剝落

圖11 保持架兜孔

圖12 鋼球

4 軸承故障可能性原因分析

4.1 可能原因

從軸承的失效形式分析，此軸承的失效可能性因素包括：軸向載荷過大、力矩載荷、異物進(jìn)入、軸及軸箱精度不好、潤滑不良、游隙不當(dāng)、安裝不良等。

4.2 尺寸檢測

尺寸檢測結(jié)果見表1。軸承無法旋轉(zhuǎn)，內(nèi)滾道出現(xiàn)剝落，故無法進(jìn)行游隙測量。

4.3 理化檢測

經(jīng)理化分析,本套軸承內(nèi)、外套圈、鋼球材質(zhì)均為GCr15，硬度、組織見表 2。

結(jié)合以上檢測顯示，軸承內(nèi)徑公差超差，內(nèi)徑錐度較大；內(nèi)套、外套、鋼球組織、硬度均符合相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。

表1 尺寸檢測

表2 理化檢驗結(jié)果

4.4 原因分析

通過分析，本軸承直接表現(xiàn)的故障形式是無法旋轉(zhuǎn)。從故障軸承的分解來看，最明顯的特征是軸承內(nèi)、外滾道受載區(qū)域偏離中心位置（圖8、10），并且內(nèi)、外套圈的承載區(qū)域出現(xiàn)在相對位置，可見軸承受到了過大的軸向載荷，導(dǎo)致軸承內(nèi)滾道剝落，最終導(dǎo)致軸承無法正常旋轉(zhuǎn)。異物進(jìn)入、潤滑不良、游隙不當(dāng)?shù)仍蛞部稍斐赡Σ良觿　厣^高與疲勞剝落，但是根據(jù)造成的承載軌跡分析，基本可排除其他原因造成的軸承失效。

4.5 失效過程

軸承失效的大致過程如下：軸承承受過大的軸向載荷造成鋼球偏離中心位置，內(nèi)、外套圈、鋼球間摩擦加劇，發(fā)熱嚴(yán)重，溫升升高。隨著溫度持續(xù)升高，導(dǎo)致內(nèi)圈滾道、鋼球膨脹、內(nèi)徑增大，軸承游隙減小。內(nèi)徑增大導(dǎo)致內(nèi)圈發(fā)生蠕動。游隙的減小導(dǎo)致摩擦進(jìn)一步加劇，溫升更高，潤滑脂失效、碳化、滾道、鋼球變色；內(nèi)圈、外圈、鋼球直接接觸并出現(xiàn)干摩擦。此過程加速了材料的疲勞，最終導(dǎo)致內(nèi)圈滾道疲勞剝落、外圈滾道點(diǎn)蝕，軸承無法正常旋轉(zhuǎn)。

5 綜合分析

綜合以上分析，造成本軸承失效的原因可能是軸承承受到了超過其承受能力的軸向載荷。過大的軸向載荷使內(nèi)滾道接觸區(qū)域的接觸應(yīng)力超過了極限值，造成材料的疲勞剝落。深溝球軸承的軸向承載能力受到內(nèi)、外圈溝曲率半徑、游隙、擋邊徑尺寸等參數(shù)的制約。對于給定型號的深溝球軸承來說，其軸向承載能力已經(jīng)確定，通過計算，比較鋼球超出擋邊的軸向載荷和產(chǎn)生過度接觸應(yīng)力的軸向載荷，以確定軸承允許的最大軸向載荷。

6 結(jié)束語

通過對此軸承的分析，了解了造成此深溝球軸承早期疲勞剝落的可能原因，即過大的軸向載荷。因此，根據(jù)深溝球軸承不易承受過大的軸向載荷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在軸承選型中應(yīng)根據(jù)工況條件，特別是徑向、軸向載荷情況選擇合適的軸承；安裝過程中注意軸、軸箱的精度與軸承精度的匹配性，同時安裝過程中選擇合適的工具、正確的方法，避免對軸承產(chǎn)生不必要的損傷。

（編輯：鐘 媛）

Analysis of failure of certain deep groove ball bearing

Huang Xiaohui
(Business and Development Department,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China)

Certain deep groove ball bearing was commonly used in pressing machine. It was found one set of bearing revolved abnormally after serving no more than 24 hours. To counter the state of failure, damage analysis was made and a conclusion was reached that too much axial load had resulted in the damage of bearing.

deep groove ball bearings; fatigue peeling; high temperature; axial force

TH133.33+1

B

1672-4852（2014）01-0018-02

2013-09-16.

黃曉輝（1980 -），女，工程師.