某型液壓馬達軸承失效分析及保持架優化設計

馬洪全，溫麗超，崔

（1.哈爾濱軸承集團公司 技術中心，黑龍江 哈爾濱 150036；2.中航工業哈爾濱軸承有限公司 研發中心，黑龍江 哈爾濱 150025）

1 前言

圖1 某型液壓馬達軸承保持架內、外圓表面磨損形貌

液壓馬達多數采用載荷較小、精度較好、可以達到較高轉速的“外圈無擋邊圓柱滾子軸承”。軸承是液壓馬達的關鍵部件，軸承質量直接影響著液壓馬達的工作質量。在使用過程中，因液壓馬達回油量異常、流量超標，分解檢查發現軸承保持架內、外徑磨損，保持架與內圈的引導間隙增大，實測達1.058mm，磨損形貌見圖1。

該軸承工作轉速為12 000r/min，徑向載荷23 00kg，浸油潤滑，徑向游隙0.020～0.055mm；內圈外徑Φ50mm，保持架內徑Φ50.4mm，計算引導間隙為0.40 ～0.055mm。

2 失效分析

2.1 對比分析

故障發生后，采取一套國外樣件及該故障件和四套液壓馬達軸承新樣件，對相關尺寸精度進行對比，同時還復測了2件庫存未裝配使用過的新保持架的內徑圓度和外徑圓度，部分結果見表1。

結果表明：

（1）國外樣件相關尺寸精度明顯高于國產新軸承；

（2）故障件保持架內徑尺寸增大，而內徑圓度和外徑圓度卻與國外樣件相當，均是磨損后的結果；

表1 某軸承相關檢測數據/mm

（3）3件新軸承保持架內徑圓度與外徑圓度均超差，且內徑圓度超差嚴重，而庫存未裝配使用的新保持架的相應精度卻均較好，說明裝配后的保持架內、外徑圓度超差是軸承裝配后保持架變形所致。

為查找保持架裝配后變形的原因，查看了液壓馬達軸承產品圖樣、產品設計計算記錄與保持架加工工藝，了解了保持架實際加工過程和軸承裝配過程，情況如下：

（1）軸承設計按國外樣品進行測仿設計，國外樣件保持架為內引導，引導間隙為0.32mm，設計圖樣同為保持架內引導，引導間隙為0.40～0.55mm。再次對比本次新提供國外樣件0.212mm的保持架引導間隙，國產軸承0.40～0.55mm的引導間隙顯著偏大；

（2）產品設計圖樣、保持架工藝及成品軸承裝配工藝對保持架鎖點控制及滾子裝配均要求“保持架垛口后，滾子可以從外徑方向壓入，但不得從外徑方向掉出”，但沒有規定“壓入”的方法和力度等；

（3） “垛口”為保持架加工最后一道機加工工序；

（4）取庫存保持架和滾子，試圖用手力將滾子從外徑方向壓入，結果發現鎖口太緊，均無法壓入；

（5）軸承裝配時，由于保持架鎖口緊，操作者均無法正常將滾子壓入，實際采用軟錘子敲擊裝入，滾子裝入后即不可拆卸。用錘子將滾子敲擊裝入這一過程難免使保持架產生變形，這就是成品軸承保持架變形的原因。

2.2 機理分析

2.2.1 保持架引導間隙的影響

保持架引導間隙的選擇一般要綜合考慮結構尺寸、潤滑方式、零件加工精度等因素，選擇小的引導間隙必須有較高的加工精度作保證，否則就會因橢圓、變形等因素的影響，使保持架引導面產生異常磨損，發生阻滯，甚至抱死。進口軸承引導間隙小，是因為其加工精度能夠保證，而國內因設備、技術等原因，保持架的加工精度很難保證，故適當放大一些引導間隙是正常的。經計算，軸承各零件在極限條件下，保持架與外滾道間最小距離為0.23mm，也就是說，正常工作條件下，保持架外徑是不會碰到外滾道的，也不會產生保持架外徑的磨損。因此，該軸承保持架內引導間隙選定為0.40～0.55mm，對保持架內、外徑的磨損無影響。

2.2.2 保持架磨損原因分析

保持架外徑的磨損是由保持架內徑磨損引發的，由上述計算可知，當保持架內徑磨損，內引導間隙增大0.23mm時，保持架外徑就會與外滾道接觸產生碰磨。

尺寸精度檢測結果表明，成品軸承保持架內徑圓度超差達0.097mm，保持架的橢圓變形會使其在運轉過程中產生徑向不平衡量，加劇引導面的磨損。保持架內引導面的磨損會先磨損內徑表面的橢圓短軸或凸點，使內徑表面越磨越圓，內徑越磨越大，進而增大引導間隙，當引導間隙增大到一定程度，保持架的引導作用將逐漸減弱，甚至消失，最后保持架運轉也逐漸失穩，引發軸向擺動，使磨損進一步加劇。因此，軸承裝配過程中，用錘子將滾子敲擊裝入這一過程產生的保持架變形，是造成保持架內、外徑磨損的直接原因。

3 優化設計方案

根據上述的分析結果，對液壓馬達軸承采取了相應改進措施，詳述如下：

（1）保持架內引導間隙適當減小

根據國外樣件的測繪結果，其保持架與內圈的引導間隙為0.212mm，故將該軸承保持架與內圈引導間隙由0.4～0.55mm調整為0.2～0.3mm。為保證要求，需將保持架內徑尺寸由Φ50.4調整為Φ50.2，保持架鎖口形式按圖2進行改進，其它要求不變。

（2）進一步明確保持架鎖口及滾子裝入等過程的控制要求

明確禁止用錘子將滾子敲擊裝入這一過程，制定了新的裝滾子用的工裝夾具。鎖口深度要求裝入滾子后，滾子沿滾動方向推向兜孔兩邊后不得與鎖點接觸。

圖2 改進后的液壓馬達軸承保持架鎖口形式

按照上述要求，合出兩套保持架改進后的軸承，供改進試驗驗證，并對該兩套軸承進行了檢測，檢測結果見表2。

表2 某軸承相關檢測數據/mm

根據表2 數據，用新的工裝夾具裝配后的軸承保持架圓度均合格，即新的工裝夾具可以滿足裝配后保持架圓度的要求。

4 結束語

兩套保持架改進后的液壓馬達軸承試驗件隨液壓馬達完成了60萬次（209h）負載循環耐久試驗，分解檢查該兩套軸承保持架，無異常磨損，該型軸承的改進滿足了用戶的使用要求。