某圓錐滾子軸承故障分析

張偉男，洪 楊，劉 峰

（1.哈爾濱軸承集團公司 制造技術部，黑龍江 哈爾濱 150036；哈爾濱哈軸精密制造有限公司，黑龍江 哈爾濱150036）

某圓錐滾子軸承故障分析

張偉男1，洪 楊2，劉 峰1

（1.哈爾濱軸承集團公司 制造技術部，黑龍江 哈爾濱 150036；哈爾濱哈軸精密制造有限公司，黑龍江 哈爾濱150036）

某圓錐滾子軸承用于某種貨運汽車的輪轂上，運行40km后，出現軸承抱死、主軸退火、滾子和套圈變色破損等現象。經過故障特征、金相組織分析發現，軸承在使用過程中由于安裝不當導致軸承失效。

圓錐滾子軸承；軸承失效；粘著磨損；游隙

1 前言

某圓錐滾子軸承用于某特種汽車有限公司制造的貨車輪轂上，在裝配到車輛上運行40km時，出現軸承抱死，主軸退火，滾子、套圈變色破損，保持架斷裂失效。故障軸承返回，對故障軸承進行了分析，并找出軸承失效原因，采取措施避免此類問題的發生，進而保證軸承的使用壽命。

2 故障件描述

故障軸承損壞嚴重，內、外圈變色破損且滾道有大量材料堆疊，保持架斷裂缺失，內圈大擋邊外翻，外徑有明顯滑動痕跡，滾動體磨損嚴重。（圖 1 ～圖 4）

3 故障淺析

圖1 外圈滾道及窄端面處粘接鐵屑

圖2 內圈滾道表面粘接鐵屑

根據GB/T 24611-2009/ISO 15243：2004《滾動軸承 損傷和失效術語、特征及原因》的規定，判定該軸承的失效模式為磨損失效。磨損是指在使用過程中，兩個滑動或滾動/滑動接觸表面的微凸體相互作用造成材料的不斷移失。磨損的形式分為磨粒磨損（顆粒磨損；三體磨損）和粘著磨損(涂抹、滑傷、粘結）。

（1）磨粒磨損是潤滑不充分或外界顆粒侵入的結果，表面變暗至一定程度，隨磨粒的粒度和性質而異。由于旋轉表面和保持架上的材料被磨掉，這些磨粒數量逐漸增多，最終磨損進入一個加速過程，從而導致軸承失效。

（2）粘著磨損是材料從一表面轉移到另一表面，并伴隨有摩擦發熱，有時還伴有表面回火或重新淬火。這一過程會在接觸區產生局部應力集中并可能導致開裂或剝落。

根據該軸承的失效表現，外圈滾道（圖 1）和內圈滾道（圖 2）均粘著保持架和滾動體掉落的混合鐵屑，可知，該軸承的失效模式應為粘著磨損。

圖3 滾動體及內圈大擋邊外翻

圖4 外圈外徑表面

4 故障件檢驗

對故障件的套圈及滾動體進行了硬度（表1）及金相組織檢測，圖5～圖8為金相組織（500×）檢測結果。

圖5～圖8中的金相組織（500×）符合JB/T 1255中淬、回火3級組織結構。同時，查找了故障件生產時熱處理過程的監控記錄，及與故障件同批次生產產品。查閱熱處理過程監控記錄（表2）證實，該圓錐滾子軸承同批次產品熱處理過程硬度和金相無異常。

表1 故障件硬度檢驗

表2 熱處理過程監控記錄

圖5 故障件外圈組織

圖6 故障件外圈組織

圖7 故障件滾動體

圖8 故障件滾動體

通過對熱處理監控記錄的查對，表明故障件在出廠前，硬度均符合JB/T 1255中淬、回火產品要求。由故障件硬度檢測結果表明，故障件外圈在使用過程中發生了高溫回火,回火溫度應在350℃以上；內圈和滾動體出現了退火現象，退火溫度應在800℃以上。

根據GB/T 24611-2009/ISO 15243：2004標準，軸承發生粘著磨損的失效原因為滾子上的軸向載荷過大和潤滑不充分造成粘著磨損，滾子端面發生咬粘,擋邊引導面和滾子端面均會發生粘著磨損。

5 綜合分析觀察軸承內圈，大擋邊外翻嚴重，可見內圈大擋邊所受軸向力極大。軸承外圈，未見潤滑油脂過燒后形成的碳化痕跡，表明軸承在運轉過程中潤滑油脂未充分填充。

可以推斷，軸承在運轉過程中，軸向預緊力過大，游隙過小，滾動體擠壓軸承內圈大擋邊，內圈與軸或外圈與軸承座之間的過盈配合會減小徑向游隙。同時，潤滑不充分致使滑動摩擦嚴重，軸承溫度迅速升高導致套圈和滾動體產生回火軟化，進而零件表面發生表面剝落及膠合，滾子在此情況下運轉不良，產生偏斜及打橫將保持架拉斷并卷入滾道，大量材料的剝落及斷裂并卷入滾道愈加惡化了軸承的溫升，導致零件產生高溫回火過燒，內圈軟化后在滾子極大的軸向力作用下，大擋邊被碾壓外翻。最終導致軸承抱死，故障失效。在軸承運轉溫度過高時，軸承的游隙也會減小，最導致軸承保持架與滾動體之間的載荷過大，從而使保持架斷裂。保持架斷裂時，碎片脫落擠在滾動體與滾道之間，會引起摩擦增大、過熱和軸承咬死。這種情況發生后對軸承滾道檢查時可發現，內滾道載荷區域明顯加大，這表明了由于軸向載荷過大導致上述現象的產生。

6 結束語

由于該圓錐滾子軸承損壞嚴重，無法分析部分因素的初始情況及其失效的具體原因。現對套圈及滾動體、保持架的分析與排查，初步認定該軸承失效的原因應為潤滑不充足、安裝不當造成的軸承預緊力過大，游隙過小所致。使用時建議用戶對軸承潤滑脂填充量、軸承預緊力狀態及軸承預緊后的游隙和旋轉靈活性進行排查，以檢驗我方分析是否合理。以上事實說明軸承在使用過程中合理的安裝對保證安全及保證軸承的使用壽命至關重要。

（編輯：王立新）

Failure analysis on a tapered roller bearing

Zhang Weinan1, Hong Yang2, Liu Feng1
(1.Manufacturing Technology Department,Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036, China; 2. Harbin Hazhou Precision Bearing Manufacturing Co., Ltd., Harbin 150036, China )

A tapered roller bearing is applied on wheel hubs of some freight trucks.Failure appears with bearing locked,wheel shaftannealed,rings and rollers discolored and damaged after running for 40 kilomiles.Through observational check and microstructure analysis on failure parts,it is found that the failure reasons are the bearing improperly mounting in use.

tapered roller bearing, bearing failure, adhesive wear, clearance

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）01-0019-02

2017-03-03.

張偉男（1989- ），男，助理工程師.