離心風(fēng)機球面滾子軸承失效分析

楊明

摘要：對某懸臂離心風(fēng)機用調(diào)心滾子軸承的失效進行了分析，認(rèn)為由于電動機軸在運轉(zhuǎn)過程中發(fā)熱膨脹使聯(lián)軸器兩端面接觸或停機時異物進入聯(lián)軸器的兩端面之間，使得電動機端調(diào)心滾子軸承無軸向游隙，出現(xiàn)偏載，最終導(dǎo)致過早失效，并提出了改進措施。

關(guān)鍵詞：離心風(fēng)機;調(diào)心滾子軸承;偏載;失效分析

引言

球面滾子軸承因其具有承載能力高、自動調(diào)心、使用壽命長等特點，在電力、冶金、化工、鐵路、航空等行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，是旋轉(zhuǎn)機械中最常用的機械零件。

1故障原因分析

軸承在裝機運行的初期是正常的，這說明安裝過程并未對軸承造成嚴(yán)重損傷;在運行8個月后出現(xiàn)異常燒損，說明故障是在運行過程中產(chǎn)生并迅速加劇的。由于聯(lián)軸器的端面在徑向存在多條周向的擠壓痕跡，這表明電動機軸在運轉(zhuǎn)過程中發(fā)熱膨脹致使聯(lián)軸器兩端面接觸或停機時異物進入聯(lián)軸器的兩端面之間，使聯(lián)軸器端面受到一軸向載荷，從而引起電動機端調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈產(chǎn)生軸向偏移，使得該調(diào)心滾子軸承的軸向游隙減小為零。由于故障軸承靠近風(fēng)機一側(cè)的滾子與內(nèi)、外圈之間沒有軸向游隙，因此，軸承在1450r/min的高速運轉(zhuǎn)下形成偏載，偏載不但造成各列滾子間的載荷分配不均，還會引起單列滾子歪斜及打滑，造成局部應(yīng)力集中，使?jié)L子及相應(yīng)內(nèi)、外滾道部分區(qū)域疲勞，同時，滾子將與保持架、內(nèi)圈、外圈產(chǎn)生干涉，出現(xiàn)劇烈摩擦。因偏載造成單列滾子和外滾道表面出現(xiàn)磨損和滾壓的凹痕。外滾道表面沿周向出現(xiàn)嚴(yán)重剝落，說明軸承在運行中該列滾動副之間產(chǎn)生嚴(yán)重擠壓摩擦，導(dǎo)致溫度升高，然后滾子出現(xiàn)粘連磨損造成疲勞剝落，剝落后的金屬堆積在外滾道整個圓周表面上，進而導(dǎo)致軸承燒毀，這與現(xiàn)場的損壞軸承是相吻合的。

2檢測結(jié)果及分析

試驗樣品為：SKFLGWA2新脂;A風(fēng)機驅(qū)動端軸承室內(nèi)黑色干焦?fàn)畹臐櫥冑|(zhì)產(chǎn)物;A風(fēng)機非驅(qū)動端軸承在用潤滑脂;B風(fēng)機軸承在用潤滑脂;B風(fēng)機驅(qū)動端損毀軸承部件。根據(jù)潤滑脂反映設(shè)備狀態(tài)的故障分析經(jīng)驗，對樣品進行檢測，以期根據(jù)檢測數(shù)據(jù)查找或推斷軸承故障原因。

2.1SKFLGWA2新脂分析

SKFLGWA2脂是以礦物油為基礎(chǔ)油的復(fù)合鋰基潤滑脂，具有極壓性能。按SH/T0535-93（2003）標(biāo)準(zhǔn)中方法對新脂進行檢測，標(biāo)準(zhǔn)要求及檢測結(jié)果如表1所示。可以看出：（1）SKFLGWA2新脂的燒結(jié)負荷較其典型值略有偏低;（2）新脂的燒結(jié)負荷、磨斑直徑及蒸發(fā)度均不符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。較高的磨斑直徑意味著潤滑脂的抗磨性能較差，這可能是導(dǎo)致軸承異常磨損的一個重要原因。水分污染對潤滑脂抗磨性能的影響分析考慮A風(fēng)機驅(qū)動端中的潤滑脂已燒干變質(zhì)，不適合進行水分及其他潤滑脂常規(guī)項目測試。因此設(shè)計模擬試驗研究水分的影響。試驗方案：向新脂中分別加入純凈水，配制水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%、0.5%、1%的潤滑脂樣品;對潤滑脂樣品進行摩擦磨損試驗。

試驗結(jié)果表明：（1）因抗磨添加劑會與水發(fā)生反應(yīng)，隨著潤滑脂中水分的增加，潤滑脂的抗磨性能明顯下降;（2）當(dāng)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到1%時，潤滑脂油膜破裂，此時潤滑脂的抗磨性能受水分污染影響嚴(yán)重。

2.3潤滑脂發(fā)射光譜元素分析

由于A風(fēng)機非驅(qū)動端軸承（已損毀）潤滑脂已經(jīng)干涸，無法測試光譜元素，因此僅對A風(fēng)機非驅(qū)動端軸承潤滑脂、B風(fēng)機軸承潤滑脂進行了光譜分析，同時與SKFLGWA2新脂的光譜分析結(jié)果進行對比。結(jié)果表明：（1）該潤滑脂中元素Li含量較高，表明皂基為鋰基，與SKFLGWA2官方的產(chǎn)品介紹相符;（2）A風(fēng)機非驅(qū)動端軸承和B風(fēng)機軸承的在用脂中Fe元素含量較高，F(xiàn)e元素通常來源于軸承部件的磨損，因此A、B風(fēng)機軸承均發(fā)生了異常磨損;（3）A風(fēng)機非驅(qū)動端潤滑脂中Mg、Ca、Si元素含量較高，可能來源于外部污染，不排除海水污染的可能。

2.4潤滑脂鐵譜分析

分析式鐵譜主要檢測油脂中的磨損顆粒，根據(jù)磨粒的形貌、材質(zhì)、尺寸、含量等對軸承的磨損程度及磨損類型進行評價，并找出故障原因。

譜片上含有黑色的干焦?fàn)钗镔|(zhì)、橙黃色物質(zhì)、粉塵及軸承磨損顆粒，干焦?fàn)钗镔|(zhì)可能為潤滑脂燒干產(chǎn)生的積碳顆粒，橙黃色顆粒為銹蝕顆粒，表明潤滑脂受到了水分污染。

從鐵譜圖可以看出，該軸承潤滑脂中的磨損顆粒主要以疲勞顆粒和黏著擦傷顆粒為主，有個別顆粒表面有高溫氧化痕跡;此外還有少量銹蝕顆粒，表明軸承潤滑脂可能受到水分污染。圖5所示為B風(fēng)機軸承潤滑脂的磨損顆粒，主要以疲勞顆粒和黏著擦傷顆粒為主，部分磨粒出現(xiàn)高溫氧化痕跡。

黏著擦傷顆粒一般出現(xiàn)在滑動或滾滑摩擦副中，其成因是在高載荷的作用下，相互接觸表面的微凸體發(fā)生變形，部分地方發(fā)生擦傷黏著。當(dāng)摩擦副相對運動時，相互黏接的微凸體發(fā)生剪切或斷裂，形成了黏著擦傷磨損顆粒。當(dāng)擦傷黏著情況較為劇烈時，將會造成摩擦點的局部高溫，使顆粒出現(xiàn)草黃色和藍色的高溫回火色，即圖中顆粒的高溫氧化痕跡。軸承潤滑脂中發(fā)現(xiàn)了較多的黏著磨損顆粒，且顆粒表面呈現(xiàn)草黃色和藍色的高溫回火色，表明該軸承發(fā)生了早期的黏著磨損。

綜上所述，對在用脂進行鐵譜分析發(fā)現(xiàn)：（1）A風(fēng)機驅(qū)動端軸承潤滑脂可能受到水分污染，導(dǎo)致軸承出現(xiàn)銹蝕;（2）A風(fēng)機非驅(qū)動端軸承中發(fā)現(xiàn)有高溫氧化顆粒與銹蝕顆粒，軸承可能受到水分污染，存在早期異常磨損;（3）B風(fēng)機軸承潤滑脂中也發(fā)現(xiàn)有高溫氧化顆粒，軸承存在早期異常磨損。

3結(jié)束語

根據(jù)上述分析可知，由于電動機軸在運轉(zhuǎn)過程中發(fā)熱膨脹使聯(lián)軸器兩端面接觸或停機時異物進入聯(lián)軸器的兩端面之間，使得電動機端調(diào)心滾子軸承無軸向游隙，出現(xiàn)偏載，最終導(dǎo)致過早失效。因此，建議加強設(shè)備檢查，確保聯(lián)軸器間端面有合適的間隙，并對軸承箱內(nèi)潤滑油定期檢查更換，確保油位及質(zhì)量。

參考文獻

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