圓錐滾子軸承失效分析

孫盛革，董玉雪

（瓦房店軸承集團有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，遼寧 瓦房店 116300）

圓錐滾子軸承失效分析

孫盛革，董玉雪

（瓦房店軸承集團有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，遼寧 瓦房店 116300）

通過對某圓錐滾子軸承的失效分析，找出兩公司圓錐滾子軸承在材料及制造方面存在的差異，指出軸承早期疲勞失效的原因，提出相應(yīng)的改進建議，以提高圓錐滾子軸承使用壽命及可靠性。

圓錐滾子軸承；早期疲勞失效；邊緣應(yīng)力；接觸疲勞

1 前言

某一型號的圓錐滾子軸承是為輕型卡車配套的差速器軸承，2012年該輕型卡車公司委托我們對兩套分別由A、B兩家公司生產(chǎn)的該軸承進行失效分析，原因是A公司的軸承在用戶的跑車試驗中出現(xiàn)了早期疲勞失效，未通過測試；而B公司的軸承通過跑車試驗，狀態(tài)良好。

表1 A、B公司軸承路試后樣品原始狀態(tài)對比

2 A、B公司軸承對比

A、B公司軸承路試后樣品原始狀態(tài)對比見表 1。

A、B公司軸承路試后樣品照片見圖 1-圖8。

圖1 A公司軸承內(nèi)圈

圖2 A公司軸承外圈

圖3 A公司軸承滾動體

圖4 A公司軸承保持架

圖5 B公司軸承內(nèi)圈

圖6 B公司軸承外圈

圖7 B公司軸承滾動體

圖8 B公司軸承保持架

3 軸承檢測與檢驗

A公司軸承磨損特別嚴重，內(nèi)滾道尺寸精度已完全喪失，對A公司軸承和B公司軸承的各零件進行如下的檢測與檢驗。

3.1 軸承內(nèi)滾道結(jié)構(gòu)尺寸檢測

對兩公司軸承的越程槽尺寸、內(nèi)圈滾道有效長度（水平值）及大擋邊角度檢測如圖 9 和 圖10。

圖9 A公司軸承

圖10 B公司軸承

圖11 A公司軸承網(wǎng)狀碳化物金相圖片（大于3級）

圖12 B公司軸承網(wǎng)狀碳化物金相圖片(1.5級)

3.2 化學(xué)成分檢測（表 2）

3.3 原材料及熱處理質(zhì)量檢驗

原材料及熱處理質(zhì)量檢驗見表 3～表 5。

兩公司軸承網(wǎng)狀碳化物金相圖片圖 11和圖12。

表2 A、B兩公司化學(xué)成分檢測

表3 原材料非金屬夾雜物（級）質(zhì)量檢驗

表4 熱處理質(zhì)量檢驗（1）

表5 熱處理質(zhì)量檢驗（2）

4 檢測、檢驗分析

（1）A公司軸承內(nèi)圈大擋邊的角度大于B公司軸承內(nèi)圈大擋邊的角度（A公司軸承大擋邊角度為91°20′46″，B公司軸承大擋邊角度為89°51′4″），且A公司軸承內(nèi)圈大擋邊角度大于90°，不符合設(shè)計理論要求；A公司軸承的砂輪越程槽的尺寸要遠遠大于B公司軸承的砂輪越程槽尺寸，內(nèi)圈滾道有效長度（水平值）要小于B公司軸承的內(nèi)圈滾道有效長度（水平值）。

（2）A、B兩公司軸承材料均為GCr15鋼，各種元素的含量均在標準要求的范圍內(nèi)，但A公司軸承的Ti、As、Cu、、Co元素的含量遠遠高于B公司軸承的含量。

（3）A公司軸承的熱處理質(zhì)量較差，網(wǎng)狀碳化物為3級，超標；零件間的最大硬度差為2HRC，滾子的硬度小于內(nèi)、外套圈的硬度；B公司軸承熱處理質(zhì)量較好，各項指標均在標準要求的范圍內(nèi)，零件間的最大硬度差為1HRC，滾子的硬度介于內(nèi)、外套圈硬度之間。

5 結(jié)論

（1）A公司軸承早期疲勞失效的原因是因為套圈網(wǎng)狀碳化物超標，降低軸承零件的耐磨性，顯著降低軸承的強度，尤其是疲勞強度，使表面的脆性增加，導(dǎo)致軸承在運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)早期疲勞失效，大大降低了軸承的使用壽命，所以網(wǎng)狀碳化物超標是A公司軸承出現(xiàn)早期疲勞失效的主要原因。

（2）A公司軸承材料中的有害元素Ti、As、Cu、、Co的含量遠遠高于B公司軸承的含量，同一零件的硬度均勻性較差，各零件間硬度差較大（2HRC）及砂輪越程槽尺寸超出圖紙要求，導(dǎo)致滾道的有效長度減小、內(nèi)圈大擋邊角度大于90°等，這些選材、加工制造中的缺陷也對軸承的壽命構(gòu)成了一定的影響。

6 改進建議

對A公司提出如下的改進建議：

（1）改進鍛造工藝，嚴格控制終鍛溫度和冷卻速度，防止網(wǎng)狀碳化物超標的現(xiàn)象出現(xiàn)；

（2）采用優(yōu)質(zhì)鋼材，控制有害元素的含量；

（3）提高加工質(zhì)量，嚴格按照圖紙的要求加工軸承零件。

（編輯：鐘 媛）

Analysis on failure of tapered roller bearing

Sun Shengge, Dong Yuxue
( Technical Center,Wafangdian Bearing Group Co.,Ltd., Wafangdian 116300,China ）

Failure analysis of certain a tapered roller bearing was made, so that the difference between two companies in aspects of material and processing was found out. The causes of fatigue failure in early time was pointed out, the relative improvement measure was given, thus both service life and reliability of tapered roller bearing were hoped to improve.

tapered roller bearing; fatigue failure of early time; edge stress; contact fatigue

TH133.33+2

B

1672-4852（2014）03-0007-02

2014-03-22.

孫盛革（1967-），女，工程師.