某深溝球軸承失效分析

李殿文，許麗瑩，洪 楊

（1. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 質(zhì)量保證部，黑龍江 哈爾濱 150036；2.哈爾濱哈軸精密軸承制造有限公司，黑龍江 哈爾濱150036）

某深溝球軸承失效分析

李殿文1，許麗瑩1，洪 楊2

（1. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 質(zhì)量保證部，黑龍江 哈爾濱 150036；2.哈爾濱哈軸精密軸承制造有限公司，黑龍江 哈爾濱150036）

某深溝球軸承在使用中出現(xiàn)軸承滾道剝落現(xiàn)象。經(jīng)過故障特征、理化檢驗(yàn)等分析后發(fā)現(xiàn)，由于軸承選型及使用不當(dāng)是導(dǎo)致其剝落失效的原因。

深溝球軸承；滾道剝落；失效分析

1 前言

軸承的使用精度和使用壽命與軸承設(shè)計(jì)、材料、制造、工作條件有直接關(guān)系。軸承早期失效模式常見的有疲勞、磨損、腐蝕、電蝕、塑性變形、斷裂和開裂等。造成上述失效模式主要是因?yàn)闈?rùn)滑不良、工作條件異常、安裝不當(dāng)、設(shè)計(jì)、儲(chǔ)運(yùn)、制造及材料等原因造成。軸承選型對(duì)軸承使用精度和使用壽命也起到至關(guān)重要的作用。針對(duì)不同的工作條件，要選擇合適的軸承，如果選型不當(dāng)也會(huì)造成軸承異常失效。下面就選型不當(dāng)造成軸承失效的典型案例進(jìn)行分析。

2 故障特征

某主機(jī)用戶選用通用型號(hào)某深溝球軸承，3套串聯(lián)安裝在粉碎顆粒機(jī)壓輥上使用 2 周后，發(fā)生保持架破裂，鋼球散落，內(nèi)外圈疲勞剝落。軸承安裝簡(jiǎn)圖見圖 1。

2.1 故障軸承外觀

圖1 軸承安裝及受力簡(jiǎn)圖

故障軸承共計(jì)3套（見圖2）。1號(hào)軸承為內(nèi)、外圈及 5 粒鋼球，無(wú)其他部件（見圖 3）。1號(hào)軸承內(nèi)圈1/2圓周剝落及出現(xiàn)1個(gè)剝落點(diǎn)，剝落位置占滿整個(gè)滾道直到內(nèi)外徑倒角位置（見圖4、圖 5）。2 號(hào)和 3 號(hào)軸承完整（見圖 6，3號(hào)軸承略）。軸承旋轉(zhuǎn)阻滯，軸承內(nèi)部含有很多雜質(zhì)異物（見圖 7，3號(hào)軸承略）。1 號(hào)軸承外圈的鐵架是用戶為了拆卸軸承方便而焊接的。

圖2 故障軸承

圖3 1 號(hào)軸承整個(gè)外觀情況

圖4 1 號(hào)軸承滾道剝落區(qū)域

圖5 1 號(hào)軸承單獨(dú)剝落區(qū)域

圖6 2 號(hào)軸承外觀

圖7 2 號(hào)軸承內(nèi)部雜質(zhì)

3 檢驗(yàn)分析

3.1 原材料檢驗(yàn)

檢測(cè) 1 號(hào)故障軸承內(nèi)、外圈材料帶狀碳化物及非金屬夾雜物。

3.1.1 檢驗(yàn)原材料帶狀碳化物（級(jí)）

碳化物帶狀如圖 8、9所示，均為 1 級(jí)。

圖8 外圈帶狀碳化物，100×

圖9 內(nèi)圈帶狀碳化物，100×

3.1.2 檢驗(yàn)原材料非金屬夾雜

切取試樣，磨拋后在金相顯微鏡下100×觀察，在剝落坑附近未發(fā)現(xiàn)存在夾雜物。

按GB/T18254-2002標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，軸承的內(nèi)、外圈帶狀碳化物合格，剝落坑附近未發(fā)現(xiàn)夾雜物，故可排除軸承材料不良造成的軸承套圈剝落失效。

3.2 硬度及金相組織檢驗(yàn)

按JB/T1255-2014標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，故障軸承的內(nèi)、外圈及鋼球表面硬度及心部硬度、淬回火組織均合格（表 1，圖10~圖15），故可排除因軸承制造過程不良造成的軸承套圈剝落失效。

表1 1號(hào)軸承各零件及組織檢測(cè)結(jié)果

圖10 內(nèi)圈表面組織，500×

圖11 內(nèi)圈心部組織，500×

圖12 內(nèi)圈剝落區(qū)附近組織， 500×

圖13 外圈表面組織，500×

圖14 外圈心部組織，500×

圖15 鋼球組織， 500×

3.3 使用分析

（1）因軸承零件表面均未發(fā)現(xiàn)電腐蝕痕跡，故可排除電絕緣不良造成的軸承套圈剝落失效。

（2）對(duì) 1 號(hào)軸承剝落位置檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯的沖擊痕跡，故可排除安裝不當(dāng)造成的軸承套圈剝落失效。

（3）由圖 4 可發(fā)現(xiàn)，1 號(hào)軸承整個(gè)滾道布滿剝落痕跡，且兩側(cè)均靠近內(nèi)圈內(nèi)外徑倒角位置。根據(jù)深溝球軸承的運(yùn)動(dòng)理論，正常工作時(shí)，鋼球應(yīng)在溝道中心運(yùn)動(dòng)，剝落應(yīng)在溝道底部，故1號(hào)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中應(yīng)是承受了較大的軸向載荷致使軸承內(nèi)圈剝落。

（4）軸承套圈的內(nèi)徑、外徑表面未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的擠壓或摩擦痕跡，故可排除配合不正確、固定不當(dāng)、支撐表面不光滑等原因造成的軸承套圈剝落失效。

3.4 軸承安裝分析

根據(jù)客戶前期提供的軸承工作條件，該軸承為 3 套串連起來(lái)使用。由于我公司按照國(guó)標(biāo)對(duì)軸承徑向游隙進(jìn)行控制，當(dāng)軸承受到軸向載荷時(shí)無(wú)法保證 3 套軸承軸向游隙保持一致，致使每套受到的軸向載荷不同，其中 1 號(hào)軸承幾乎承載了所有軸向載荷，造成軸承軸向載荷異常，出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。

4 故障分析

（1）失效軸承的各零件原材料及熱處理質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，內(nèi)圈首先剝落點(diǎn)未發(fā)現(xiàn)材料及熱處理缺陷。

（2）1 號(hào)軸承整個(gè)滾道布滿剝落痕跡，且兩側(cè)均靠近內(nèi)圈內(nèi)外徑倒角位置。根據(jù)深溝球軸承的運(yùn)動(dòng)理論，正常工作時(shí)，鋼球應(yīng)在溝道中心運(yùn)動(dòng)，剝落應(yīng)在溝道底部，故 1 號(hào)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中應(yīng)是承受了較大的軸向載荷致使軸承內(nèi)圈剝落。

（3）2 號(hào)和 3 號(hào)旋轉(zhuǎn)阻滯為外來(lái)異物導(dǎo)致，也是造成 1 號(hào)軸承內(nèi)圈剝落的原因之一。可見，軸承使用時(shí)要注意潤(rùn)滑系統(tǒng)的清潔。

（4）根據(jù)軸承實(shí)際工作條件，該通用軸承實(shí)際為 3 套串連使用在粉碎顆粒機(jī)壓輥上，但是用戶在選型前并未說(shuō)明要 3 套串聯(lián)使用。軸承游隙國(guó)標(biāo)要求只對(duì)軸承徑向游隙進(jìn)行品質(zhì)控制，當(dāng)軸承承受較大或異常軸向載荷時(shí)無(wú)法確保 3 套軸承軸向游隙串動(dòng)量保持一致，致使每套受到的軸向載荷不同，其中 1 號(hào)軸承幾乎承載了所有軸向載荷，造成軸承軸向載荷異常，出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。

5 分析結(jié)論及建議

通過以上分析，造成該深溝球軸承失效的原因如下：

（1）軸承選型不當(dāng)，如要成對(duì)使用需要特殊說(shuō)明，對(duì)軸承軸向游隙進(jìn)行控制，保證配套軸承同時(shí)受力。

（2）由于軸承使用不當(dāng)，使軸承內(nèi)圈受非正常的軸向力，導(dǎo)致軸承內(nèi)、外圈間游隙變小，內(nèi)圈發(fā)生偏溝磨損，直至發(fā)生剝落。

可見，軸承在選型時(shí)要根據(jù)實(shí)際工作情況進(jìn)行合理選擇，如有特殊要求應(yīng)及時(shí)與生產(chǎn)廠家協(xié)調(diào)，從而確保軸承的使用精度和使用壽命。

處理建議如下：

（1）用戶可根據(jù)軸承實(shí)際使用工況，選擇配對(duì)角接觸球軸承，從而承受更大的軸向載荷。

（2）如用戶不方便更改機(jī)械結(jié)構(gòu)，仍需使用目前型號(hào)軸承，建議將軸承游隙增大，從而提高軸承的軸向載荷及抗傾覆力矩。

（編輯：林小江）

Failure analysis of certain deep groove ball bearing

Li Dianwen1, Xu Liying1, Hong Yang2

(1. Quality Assurance Department, Harbin Bearing Group Corporation, Harbin150036, China; 2. Harbin Hazhou Precision Bearing Manufacturing Co., Ltd., Harbin 150036, China)

A deep groove ball bearing raceway spalling occurred during operation. After the analysis on fault feature ,the physical and chemical, it was concluded that improper bearing selection and use was the cause of bearing spalling.

deep groove ball bearing; bearing raceway spalling; failure analysis

TH133.33+1

B

1672-4852（2016）04-0017-03

2016-11-01.

李殿文（1985-），男，助理工程師.