液壓柱塞泵主軸軸承滾柱表面腐蝕的影響分析

摘"要：液壓柱塞泵主軸軸承存在表面腐蝕的情況，大面積的銹蝕在裝配前能夠被及時發現，被忽略的往往是軸承上的小銹蝕點，且銹蝕點下有腐蝕坑存在。本文經能譜分析與有限元分析，并進行銹蝕軸承磨合試驗分析，對液壓柱塞泵主軸軸承滾柱表面存在腐蝕的影響進行研究。結果表明：銹蝕后軸承滾柱表面可能會殘留腐蝕坑，存在腐蝕坑的滾柱抗疲勞性能會下降。軸承在與分流活門接觸時，腐蝕坑的存在會導致軸承表面原有應力高點的應力在腐蝕坑周圍較大增加，軸承滾子發生早期剝落的可能性非常大。應該加強現場軸承油封管控，完善在修理過程中的軸承油封要求，防止修理過程中的精密配合零件銹蝕；液壓柱塞泵裝配前進一步加強軸承滾柱及其配套零件的表面銹蝕等狀態檢查，必要時應該使用放大鏡檢查滾柱表面有無銹蝕以及銹蝕坑，并且完善專用工藝要求。

關鍵詞：軸承滾柱；腐蝕；仿真分析；應力高點

Analysis"of"Influence"of"Surface"Corrosion"on"Roller"of

Main"Shaft"Bearing"of"Hydraulic"Piston"Pump

Zhu"Kai"Tang"Qi

Stateowned"Wuhu"Machinery"Factory"AnhuiWuhu"241007

Abstract：The"hydraulic"piston"pump"main"shaft"bearing"has"surface"corrosion，large"areas"of"rust"can"be"detected"before"assembly，and"the"small"rust"spots"an"the"bearing"are"often"ignored，and"there"are"corrosion"pits"under"the"rust"spots.By"means"of"energy"spectrum"analysis，finite"elementnbsp;analysis"and"runningin"test"of"corroded"bearings，the"influence"of"corrosion"on"the"surface"of"roller"bearings"of"the"main"shaft"of"hydraulic"piston"pump"is"studied.The"results"show"that"corrosion"pits"may"remain"on"the"surface"of"bearing"rollers"after"corrosion，and"the"fatigue"resistance"of"rollers"with"corrosion"pits"will"decrease.When"the"bearing"is"in"contact"with"the"shunt"valve，the"existence"of"corrosion"pit"will"cause"the"stress"of"the"original"stress"high"point"of"the"bearing"surface"to"increase"greatly"around"the"corrosion"pit，and"the"possibility"of"early"spalling"of"the"bearing"roller"is"very"large.We"should"strengthen"onsite"control"of"bearing"oil"seals，improve"the"requirements"for"bearing"oil"seals"during"the"repair"process，and"prevent"precision"fitting"parts"from"rusting"during"the"repair"process；Before"assembling"the"hydraulic"piston"pump，one"step"is"to"strengthen"the"inspection"of"the"surface"rust"and"other"conditions"of"the"bearing"rollers"and"their"supporting"parts"before"assembly.If"necessary，a"magnifying"glass"should"be"used"to"check"for"rust"and"rust"pits"on"the"surface"of"the"rollers，and"special"process"requirements"should"be"improved.

Keywords：bearing"roller；corrosion；simulation"analysis；stress"high"point

液壓柱塞泵主軸軸承承受泵旋轉部件產生的機械負載，防止泵內部零件過度磨損或損壞，為驅動軸提供支撐和穩定性［1］。液壓柱塞泵主軸軸承滾柱表面腐蝕損傷較為常見，為了明確滾柱表面腐蝕的影響，本文選取具有腐蝕情況的軸承，從體式檢查及能譜檢查分析出發，通過對軸承滾柱的有限元仿真分析及銹蝕軸承磨合試驗，確定液壓柱塞泵主軸軸承滾柱表面腐蝕的影響機理。

1"能譜分析

選取具有腐蝕情況的軸承送失效分析，通過體式及能譜檢查方法，油封軸承用線切割方法剖開后，軸承滾柱外觀形貌如圖1所示。單個軸承共12個滾柱，其中3個滾柱的表面出現了腐蝕的特征，該特征呈明顯的紅褐色，形狀不規則，呈麻點狀，類似覆蓋物。

將軸承滾柱置于掃描電鏡下觀察微觀形貌及組成元素。由圖2可以看出，表面覆蓋物分布較為集中，滾柱表面出現凹坑，可見龜裂現象。滾柱能譜分析結果，如圖3所示。由分析結果可知，滾柱表面基體與附著物，均含V、Cr、Fe、W等四種元素，根據材料本身牌號來分析，此為材料基體成分。但附著物中未見S、Cl等腐蝕元素，僅僅C、O元素含量明顯偏高，表明附著物并非由外界環境引入的腐蝕元素腐蝕而產生的腐蝕產物，更大可能為有機物在該位置的聚集。

由失效分析中軸承銹蝕的結果能夠看出，銹蝕后的滾柱表面會存在腐蝕凹坑，嚴重時甚至可見龜裂現象。

2"有限元仿真分析

下面通過有限元仿真分析方法來闡述此類腐蝕凹坑對軸承滾柱的影響機理［23］，以失效滾子及檢測尺寸Φ9對滾子建模，模型如圖4（a）所示，銹蝕坑模型如圖4（b）所示。簡化分流活門模型，以其內圈Φ58與上述滾子接觸。仿真分析結果如圖5所示。

由以上的仿真分析結果可以看出，軸承在與分流活門接觸時，軸承表面受應力高點并非最初直接接觸位置，而是接觸位置兩邊，腐蝕坑邊緣存在應力集中現象［4］。圖5中不同角度代表滾子與分流活門不同接觸位置，當腐蝕坑在應力高點之前時（角度1），腐蝕坑周圍應力相對較小，當腐蝕坑逐漸靠近應力高點（角度2，角度3，角度4），腐蝕坑周圍應力甚至會急劇增大［5］，當腐蝕坑逐漸離開應力高點（角度5，角度6），腐蝕坑周圍應力逐漸減小。

事實上，液壓柱塞泵主軸的額定轉速為4200r/min，即主軸上的該軸承轉速也為4200r/min，按照分流活門內圈Φ58尺寸和滾子直徑Φ9尺寸，考慮滾子與分流活門內圈無相對滑動，換算到軸承滾子上，滾子的每分鐘轉速可高達到十萬圈以上，如果腐蝕坑存在，會導致原有的應力高點應力在腐蝕坑周圍較大增加［6］，如此交變，軸承滾子發生早期剝落的可能性是非常大的。

3"銹蝕軸承磨合試驗分析

為了驗證表面銹蝕的軸承滾柱在液壓柱塞泵中初期工作后表面銹蝕的狀態，是否仍附著在軸承滾柱上或已經達到良好的磨合表面，對液壓柱塞泵的試驗件開展8小時的磨合試驗［7］，并進行分解檢查。挑選一臺試驗樣本泵，經在試驗臺檢測，其運轉狀態良好，試驗性能滿足磨合試驗要求，分解檢查發現內部無金屬屑，運動副表面無異常磨損。更換滾柱表面銹蝕較多的軸承，按要求進行裝有銹蝕軸承的液壓柱塞泵的8小時磨合試驗，試驗過程中液壓柱塞泵運轉狀態良好，試驗性能符合要求。磨合試驗后，分解檢查內部無金屬屑，運動副表面無異常磨損［8］。磨合試驗后，滾柱表面的浮銹已基本消失，但部分滾柱上銹蝕后的腐蝕坑仍存在滾柱表面，部分軸承滾柱表面如圖6所示。

圖6"滾柱表面磨合前后對比

由液壓泵磨合試驗結果能夠看出，銹蝕后軸承滾柱表面可能還會殘留腐蝕坑，也可能浮銹消除后無其他表面損傷［9］。軸承滾柱剝落應該與軸承滾柱銹蝕相關，并且主要與銹蝕下的腐蝕坑有關。大面積的銹蝕在裝配前能夠被及時發現，被忽略的往往是軸承上的小銹蝕點，且銹蝕點下有腐蝕坑存在。存在腐蝕坑的滾柱抗疲勞性能會下降，當存在腐蝕坑的滾柱疲勞剝落后，剝落物進入軸承滾柱與分油盤配合處，其他滾柱同樣會因為異常受力而剝落。

4"結論

本文經過對液壓柱塞泵軸承滾柱的能譜分析及有限元仿真分析，得出如下結論：具有一定分布規律的軸承表面異常損傷可能引發軸承出現偏向一側的早期疲勞剝落。即銹蝕后的軸承滾柱表面會殘留腐蝕凹坑，腐蝕坑會大幅降低軸承的疲勞壽命［10］，增大軸承滾子發生早期剝落的可能性。

因此，一方面應該加強現場軸承油封管控，完善在修理過程中的軸承油封要求，防止修理過程中的精密配合零件銹蝕；另一方面，液壓柱塞泵裝配前進一步加強軸承滾柱及其配套零件的表面銹蝕等狀態檢查，必要時應該使用放大鏡檢查滾柱表面有無銹蝕以及銹蝕坑，并且完善專用工藝要求。

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作者簡介：朱凱（1993—"），男，漢族，安徽亳州人，碩士研究生，助理工程師，主要研究方向為機電一體化與故障診斷預測。