某化工機械用軸承失效分析

王多亮，司艷清

（1.哈爾濱軸承集團公司 技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱150036；2. 哈爾濱軸承集團公司 南直軸承分廠，黑龍江 哈爾濱150036）

某化工機械用軸承失效分析

王多亮1，司艷清2

（1.哈爾濱軸承集團公司 技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱150036；2. 哈爾濱軸承集團公司 南直軸承分廠，黑龍江 哈爾濱150036）

針對某化工機械用深溝球軸承早期疲勞剝落的現(xiàn)象，做了故障分析，判定軸承的失效原因為安裝不當(dāng)造成軸承承受過大的軸向載荷。

深溝球軸承；早期疲勞剝落，安裝不當(dāng)；軸向載荷

1 前言

現(xiàn)代工業(yè)機械大量地裝配了滾動軸承。一般說來，滾動軸承是機器中最精密的部件。通常，它們的公差都保持在機器的其余部件公差的十分之一。但是，由于各種原因，只有10%到20%的軸承能達到它們的設(shè)計壽命，其原因很多，包括潤滑不當(dāng)、使用錯誤的潤滑劑、被灰塵和其它外來物顆粒污染、不恰當(dāng)?shù)貎Υ?，在出廠包裝箱之外受潮氣腐蝕、選型不當(dāng)?shù)?，此外滾動軸承過早發(fā)生損壞的主要因素之一是軸承安裝不當(dāng)。

2 故障軸承分析

2.1 故障情況描述

該軸承被安裝到某化工機械電機上，裝機運行72h后發(fā)現(xiàn)軸承噪音大，并存在異常音。經(jīng)停機檢查后發(fā)現(xiàn)軸承出現(xiàn)溫升現(xiàn)象，軸承內(nèi)滾道出現(xiàn)疲勞剝落現(xiàn)象。該軸承型號是6317，結(jié)構(gòu)為深溝球軸承，配沖壓浪形保持架，精度P0級，套圈和鋼球材料為GCr15，無特殊要求。

2.2 故障軸承外觀

故障軸承的外觀見圖1、圖2。

圖1是軸承的端面圖，可見軸承保持架外表面及整個軸承表面存在大量的油污；圖2是軸承的內(nèi)徑表面圖，內(nèi)徑表面在周向上摩擦痕跡不同，在內(nèi)圈的非基準端面端存在沿內(nèi)徑周向360°范圍內(nèi)的光亮痕跡，與基面端形成鮮明對比。

圖1 故障軸承端面

圖2 故障軸承內(nèi)徑

由圖3可見，軸承基準端面與非基準端面的摩擦痕跡顯著不同，內(nèi)圈非基準端面處滿是油污，基準端面?zhèn)却嬖诿黠@的不同區(qū)域，靠近擋邊徑處周向360°區(qū)域內(nèi)疑為油污覆蓋，靠近內(nèi)徑周向360°區(qū)域內(nèi)較為光亮。

圖3 故障軸承內(nèi)圈兩端面對比

2.3 故障軸承分解

軸承零件分解見圖4、圖5、圖6、圖7。、

圖4為軸承外圈滾道圖，由圖可見軸承滾道分為兩個區(qū)域，靠近打字面?zhèn)葷L道顏色發(fā)暗，較粗糙，有輕微的點蝕，沿滾道成360°分布。另一端則保持滾道正常的加工文理。圖5是軸承內(nèi)圈滾道圖，可見沿滾道周向360°范圍內(nèi)出現(xiàn)了疲勞剝落，且剝落痕跡亦靠近一端——內(nèi)圈基準端面。

圖6是滾動體圖，部分滾動體存在環(huán)帶。圖7是保持架兜孔圖，兜孔內(nèi)部可見油污，同時兜孔內(nèi)表面變色，呈現(xiàn)紅褐色。由圖7可見在內(nèi)圈滾道上除360°周向剝落區(qū)域外，與保持架兜孔近似等間距處存在大塊的剝落區(qū)域。

2.4 初步分析

軸承的故障現(xiàn)象是軸承異常升溫、運行噪音大、停機檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)滾道疲勞剝落。并且內(nèi)圈疲勞剝落的位置與外圈點蝕的區(qū)域存在明顯的相對錯位。經(jīng)分析造成此故障的可能原因有潤滑不良、載荷過大、安裝不當(dāng)、振動、不應(yīng)有的預(yù)載荷、軸承偏斜。

圖4 外滾道點蝕

圖5 內(nèi)滾道剝落

圖6 鋼球表面環(huán)帶

圖7 內(nèi)滾道大塊剝落點

2.5 故障軸承檢測

2.5.1 尺寸檢測

故障軸承尺寸檢測結(jié)果見表1。

表1 故障軸承尺寸檢測結(jié)果 mm

2.5.2 硬度檢測

故障軸承硬度檢測結(jié)果見表2。

表2 故障軸承尺寸檢測結(jié)果 HRC

2.5.3 組織檢測

（1）軸承外套淬回火組織級別為3級（心部），見圖8。

圖8 4%硝酸酒精腐蝕，500×

（2）軸承內(nèi)套淬回火組織級別為3級（心部），見圖9。兩端面有高溫退火現(xiàn)象。

圖9 4%硝酸酒精腐蝕， 500×

（3）滾動體的淬回火組織級別為3級（心部），見圖10。滾動體表面有高溫退火現(xiàn)象。

圖10 4%硝酸酒精腐蝕，500×

經(jīng)上述檢驗分析發(fā)現(xiàn)，失效軸承的淬回火組織符合圖紙設(shè)計要求，其內(nèi)圈、滾動體硬度偏低現(xiàn)象應(yīng)為軸承表面受高溫影響所致。

2.6 定性分析

由內(nèi)圈滾道剝落區(qū)域和外圈滾道的點蝕區(qū)域分布特點可初步判斷，軸承存在過大的軸向載荷是導(dǎo)致軸承出現(xiàn)早期疲勞剝落的主要原因。如圖11所示，可見過大的軸向載荷導(dǎo)致內(nèi)、外圈錯位，滾動體偏向滾道一側(cè)，導(dǎo)致套圈與滾道體的摩擦加劇，劇烈的摩擦使軸承得不到很好的潤滑；潤滑不良加劇了套圈與滾動體的摩擦，導(dǎo)致軸承溫升升高，達到退火溫度導(dǎo)致軸承滾動體、內(nèi)圈硬度下降，持續(xù)的干摩擦最終導(dǎo)致軸承的疲勞剝落。

圖11 軸向過大載荷壓痕位置

2.7 結(jié)論

故障軸承內(nèi)滾道的剝落痕跡、外滾道的點蝕區(qū)域的位置符合此特點?；究膳懦渌?。故可判斷此故障軸承的故障原因為安裝不當(dāng)或產(chǎn)生不應(yīng)有的預(yù)載荷，導(dǎo)致軸承內(nèi)部應(yīng)力過大、摩擦嚴重，最終導(dǎo)致軸承的失效。

3 結(jié)束語

通過對此故障軸承的分析，了解了安裝不當(dāng)是造成軸承早期疲勞剝落的可能原因之一。因此，根據(jù)深溝球軸承不易承受過大的軸向載荷的結(jié)構(gòu)特點，在軸承選型中應(yīng)根據(jù)工況條件，特別是徑向、軸向載荷情況選擇合適的軸承；安裝過程中注意軸、軸箱的精度與軸承精度的匹配性，同時安裝過程中選擇合適的工具、正確的方法，避免對軸承產(chǎn)生不必要的損傷。

（編輯：鐘 媛）

Failure analysis of bearing for a chemical mechinery

Wang Duoliang1，Si Yanqing2

（1.Technical Center,Harbin Bearing Group corporation,Harbin 150036,China;2.Nanzhi Bearing Sub-factory,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China)

For the deep groove ball bearing for early fatigue peeling phenomenon, fault analysis is carried out. It is determined that the failure reasons is improper installation for bearing to bearing large axial loadd.

deep groove ball bearing; early fatigue peeling; improper installation; axial load

TH 133.33+1

B

1672-4852（2015）02-0012-03

2015-04-15.

王多亮（1980-），男，工程師.