圓柱滾子軸承引導面異常磨損分析

梁英，何惜港，曲瓊

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

1 試驗軸承

試驗軸承結構如圖1所示，為無內圈圓柱滾子軸承，保持架結構為鉆孔鉚釘鉚接結構，采用軸滾道引導方式。該軸承用在齒輪箱螺旋錐齒輪傳動軸中，主要承受螺旋錐齒輪在傳動工作過程中產生的徑向載荷。

圖1 試驗軸承示意圖

軸承運轉方式為外圈固定，軸旋轉。軸承徑向載荷8 190 N；使用溫度為-20～200 ℃；轉速為20 387 r/min，dm·n值達1.45×106mm·r/min；采用離心甩油潤滑(環(huán)下潤滑方式)，潤滑油為合成潤滑油4050油。軸承安裝示意圖如圖2所示。

圖2 試驗軸承安裝示意圖

試驗軸的材料及熱處理方法與試驗軸承完全相同，全部采用滲碳鋼16Cr2Ni4MoA，軸滾道工作部分的尺寸和幾何形狀的公差和主機設計要求一致。

2 試驗方法

依據主機廠給出的軸承使用工況編制試驗大綱。參與試驗的軸承樣品共計5套；試驗要求模擬主機使用工況；要求5套軸承應全部通過1 275 h耐久性試驗，試驗結束時試驗軸承和試驗軸應無疲勞剝落現(xiàn)象。

試驗大綱規(guī)定，軸承在試驗至50，450，850 h和試驗結束(1 275 h)后，應分階段對試驗軸承進行分解檢查，每個階段例行分解檢查無異常后，才可以進行后續(xù)試驗。

3 試驗結果

試驗至50 h時進行首次分解檢查，發(fā)現(xiàn)5套軸承的軸滾道引導面與保持架內徑引導面的配合處均出現(xiàn)不同程度的磨損，但軸滾道滾子工作區(qū)域痕跡正常。

5套軸承的軸滾道兩端即保持架的引導位置均出現(xiàn)程度不同的磨損，并形成2條規(guī)則的磨損痕跡。軸滾道磨損痕跡與保持架內徑引導面相對應，呈現(xiàn)一端窄一端寬：窄面寬約1.5 mm，深約0.05～0.3 mm；寬面寬約3 mm，深約0.05～0.3 mm。而與此對應配合的軸承保持架內徑引導面僅有輕微磨痕。

對出現(xiàn)軸引導面磨損的5套軸承和對應的軸繼續(xù)進行試驗，在后續(xù)試驗過程中，5套軸承和試驗軸均工作正常。

經450，850 h及試驗結束(1 275 h)檢查，軸磨損的部位未出現(xiàn)磨損加劇和擴展現(xiàn)象，最終5套試驗軸承全部通過1 275 h耐久性試驗考核。

在整個試驗分解檢查、檢測過程中可以發(fā)現(xiàn)，除軸滾道引導面磨損外，試驗軸滾道與滾子工作痕跡正常，軸承滾子組內復圓尺寸及公差符合產品圖樣的規(guī)定，試驗軸除磨損區(qū)域外，軸滾道尺寸及公差符合軸圖樣的規(guī)定，軸承回轉靈活無異常。

4 磨損原因分析

由于轉速較高，故對齒輪箱中的軸承、軸滾道及潤滑油路進行了特殊設計。軸承結構設計為軸滾道引導保持架方式，即由軸的滾道引導保持架旋轉；為減小保持架內徑引導面和軸滾道引導面之間的滑動摩擦，在軸滾道兩端引導位置各設計了一排潤滑油孔，在軸承高速旋轉中，實現(xiàn)高速軸承特殊的潤滑：離心甩油潤滑(環(huán)下潤滑油路)如圖3所示，而非齒輪離心甩油潤滑。

圖3 軸承環(huán)下潤滑示意圖

從5套軸承的試驗軸檢查結果看，軸的磨損槽一端窄一端寬，磨損槽的寬度與保持架兩端內徑引導面寬度尺寸對應并吻合，因此，軸上出現(xiàn)的磨損槽與軸承保持架結構有關。

對5套軸承分解檢查，發(fā)現(xiàn)保持架內徑引導面倒角尺寸偏大(圖1)，保持架設計圖樣規(guī)定倒角尺寸除銳邊后最大為R0.25 mm，而該保持架倒角實測數(shù)據為1～1.5 mm。

軸承在高速旋轉時，潤滑油在離心力的作用下，經環(huán)下油孔噴出，直接噴在保持架的引導面上，在軸與保持架引導面之間形成潤滑油膜，以確保軸承正常運行。

由于軸承保持架引導面倒角尺寸偏大，軸承在高速旋轉時，潤滑油在離心力的作用下，經環(huán)下油孔直接噴向保持架引導面和倒角上(圖4)，并順著保持架的倒角被甩出，不能在軸承保持架引導面形成有效的潤滑油膜，由此造成軸滾道引導面的磨損。

圖4 倒角偏大后保持架異常潤滑示意圖

而當軸磨損形成磨損槽后軸承仍繼續(xù)工作時，由于重力的作用，保持架的引導面和倒角面與軸的磨損槽形成局部潤滑區(qū)，即在保持架的引導面形成新的潤滑油路(圖5)。這就是在后續(xù)的試驗中，軸滾道引導面磨損槽未繼續(xù)擴展的原因。

圖5 出現(xiàn)磨損槽后形成新的潤滑示意圖

5 結束語

在高速圓柱滾子軸承設計中，整體潤滑油路的設計不僅包括工作承載區(qū)的潤滑設計，作為軸承潤滑的重要組成部分，保持架的潤滑同樣不可忽視。同時，在加工過程中應嚴格貫徹設計要求，以保證設計思想的正確實現(xiàn)。