某型軋機(jī)工作輥軸承失效分析

劉偉東

摘要：以實(shí)際的失效案例處理為線索，從軸承的使用工況入手，檢測了軸承內(nèi)外圈以及滾子保持架的失效后的具體情況，對各種失效現(xiàn)象做了詳細(xì)的論述與合理的分析，推理出軸承的失效原因，并提出改進(jìn)意見。

關(guān)鍵詞：軸承;失效;軋機(jī);工作輥

0前言

失效分析是一門新興交叉學(xué)科，涉及的學(xué)科領(lǐng)域和技術(shù)門類較多，如金屬物理、力學(xué)和斷裂、材料學(xué)、表面科學(xué)，冶金和加工技術(shù)、摩擦學(xué)、腐蝕學(xué)，還有環(huán)境和可靠性技術(shù)工程等，具有很強(qiáng)的生產(chǎn)應(yīng)用背景，與國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)有及其密切的聯(lián)系，需要廣泛收集原始資料，并運(yùn)用多種技術(shù)手段進(jìn)行測試分析。從失效分析著手客觀準(zhǔn)確的尋找零部件失效起因，往往是解決設(shè)備可靠性和延長使用壽命的必要前提[1]。

這里給出的一個(gè)例子是某軋機(jī)工作輥軸承失效分析，希望通過梳理這一案例的分析過程，使得大家了解一下軸承失效分析的基本流程，也希望有類似的情況的公司避免此種失效再次出現(xiàn)。

一般情況下軸承失效分析大體可分為實(shí)物和背景資料收集、對實(shí)物的宏觀和微觀檢測、以及分析等幾個(gè)步驟[2]。

1實(shí)物和背景資料收集

要分析一個(gè)失效部件就必須收集失效實(shí)物和背景材料，找到失效實(shí)物的各個(gè)零件和殘片，盡量多地了解到失效軸承的實(shí)際工作條件，使用過程和制造質(zhì)量情況[1]。為此，我們對失效軸承做了各個(gè)方面的情況收集。

1.1失效時(shí)軸承的使用情況

客戶反映裝在冷軋機(jī)工作輥的四列圓錐滾子軸承A列抱死，軸承型號(hào)為330870BG，該軸承累計(jì)在線時(shí)間只有20個(gè)小時(shí)。經(jīng)工程師到達(dá)現(xiàn)場并了解相關(guān)情況。該軸承安裝在上工作輥的操作側(cè)，之前使用的是另外一家的軸承，該部位軸承一直高溫，此前不久剛試用本公司的330870BG軸承。

1.2軸承標(biāo)識(shí)及描述

軸承型號(hào)為330870BG，為四列圓錐滾子軸承。

1.3軸承工況

應(yīng)用設(shè)備：單機(jī)架四輥冷軋機(jī);

軸承布置：操作側(cè)330870BG，裝配圖驅(qū)動(dòng)側(cè)330870BG;

旋轉(zhuǎn)方式：內(nèi)圈旋轉(zhuǎn);

軋制速度：線速度最高1000m/min（640rpm）;

潤滑方式：油氣潤滑（萊伯斯），每個(gè)軸承潤滑量為5.7ml/hour;

2失效軸承的宏觀檢測（由于軸承的一側(cè)呈明顯失效，本文按照ABCD列順序分開陳述，而不是通常的套圈、保持架、滾動(dòng)體順序）

2.1A列

2.1.1內(nèi)圈

a）滾道上粘連很多金屬碎片，為高溫碾壓焊接上去的，碎片來源為保持架橫梁。

b）內(nèi)圈大擋邊磨損啃傷。

c）滾道上的痕跡顯示滾動(dòng)體字體傾斜，啃傷擋邊。

2.1.2A列滾動(dòng)體滾動(dòng)體大端面磨損啃傷，與內(nèi)圈大擋邊損失情況相對應(yīng)。

2.1.3A列保持架

a）保持架橫梁被切斷。

b）多根被切斷后，保持架得不到滾動(dòng)體的定心作用，由于重力作用，保持架橫梁落入滾動(dòng)體和內(nèi)圈接觸區(qū)，被碾成薄皮。與內(nèi)圈上粘連的高溫金屬片相對應(yīng)。

c）保持架碾壓變形顯示滾動(dòng)體姿態(tài)傾斜，與內(nèi)圈痕跡相互驗(yàn)證。

2.2B列

2.2.1B列內(nèi)圈大擋邊

內(nèi)圈大擋邊磨損，并伴有高溫，滾道面有碎片壓痕。

2.2.2B列滾子

大端面異常磨損，與內(nèi)圈大擋邊損傷相對應(yīng)，兩者沒有正確接觸且潤滑不足形成半圓形壓痕清晰可見。

2.2.3B列保持架

a）保持架橫梁磨損，磨損形狀（集中到大端處），也顯示滾動(dòng)體姿態(tài)不正。

b）保持架上有很多黑色粉末，為潤滑油高溫碳化后的物質(zhì)。

2.3C、D列此兩列軸承無明顯損傷，以下為具體情況。

2.4尺寸檢測

由于軸承已經(jīng)失效，有些尺寸已經(jīng)改變，沒有對尺寸再次測量，經(jīng)調(diào)取生產(chǎn)時(shí)測量記錄，顯示各個(gè)尺寸均為合格尺寸，以下為游隙值

3失效軸承的微觀檢測

3.1金相檢測

對失效軸承的內(nèi)圈大擋邊，失效滾子的大端面處分別制樣，對其作金相分析，其結(jié)果顯示其金相均在合格范圍之內(nèi)

4失效分析

根據(jù)以上情況，不難發(fā)現(xiàn)此次軸承失效主要集中在A、B兩列，表現(xiàn)形式為：

a）滾動(dòng)體大端面和內(nèi)圈大擋邊磨損啃傷，并伴有高溫;

b）傾斜的滾動(dòng)體切斷保持架橫梁。

以上兩種情況的出現(xiàn)都與工作游隙過大相關(guān)。對于圓錐滾子軸承來說，其在工作時(shí)，滾動(dòng)體大端面與內(nèi)圈大擋邊屬于滑動(dòng)摩擦，如果工作游隙過大，兩者接觸姿態(tài)就會(huì)出現(xiàn)問題，滾動(dòng)體沒有正確貼合到大擋邊上，而是出現(xiàn)偏斜，傾斜過大就會(huì)導(dǎo)致啃擋邊，導(dǎo)致滑動(dòng)量過大，而滑動(dòng)量過大會(huì)引起高摩擦[3]。

加之此時(shí)潤滑再不足，兩者之間的滑動(dòng)摩擦?xí)×疑郎?，造成該案例中的情況，上圖金相大擋邊顯微結(jié)構(gòu)中有微小的剝落說明有潤滑不足所致。

ISO15243對軸承損傷及其原因，尤其對本案B列的損傷，也有專門論述。

如果軸承的原始游隙（標(biāo)準(zhǔn)為0.65-0.75mm）和工況沒有異常，對于工作游隙過大的原因，有兩種可能：

a）軸承外圈沒夾緊。據(jù)客戶反映，在安裝該軸承時(shí)，他們會(huì)在外圈軸向上放一個(gè)0.4mm的間隙（端蓋止口和間隔環(huán)之間），在承受軸向力時(shí)，外圈之間就會(huì)分開，相當(dāng)于在兩者之間加上了一個(gè)0.4mm的墊片，人為地放大了軸承的工作游隙。

b）在安裝軸承時(shí)，并沒有一邊旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈，一邊夾緊外圈，造成虛假鎖緊。這是因?yàn)?，如果沒有旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈，尤其滾動(dòng)體組件，會(huì)造成滾動(dòng)體大端面和內(nèi)圈大擋邊沒有完全貼合，留有間隙，這個(gè)間隙在鎖緊后就會(huì)釋放出來，增大軸承的工作游隙。

對于潤滑不足的原因：根據(jù)C、D列情況，說明A、B兩列潤滑不足的原因可能為：

a）分配到A、B兩列的油路被堵或者不暢;

b）A列滾動(dòng)體偏斜與擋邊劇烈摩擦，大量生熱。高溫導(dǎo)致潤滑油粘度降低，導(dǎo)致B列造成潤滑不良，滾動(dòng)體大端面和內(nèi)圈大擋邊磨損、高溫。

5結(jié)論和建議

5.1造成本次失效原因：

a）軸承工作游隙過大：

b）潤滑不良。

5.2建議：

a）軸承外圈軸向鎖緊，不再留有間隙;

b）在鎖緊軸承外圈的過程中，一定要一邊旋轉(zhuǎn)內(nèi)圈，使得將軸承座處于豎直狀態(tài)，保證滾動(dòng)體大端面與內(nèi)圈大擋邊貼合。

c）檢查軸承座內(nèi)的油路，排除油路被堵或者不暢的情況出現(xiàn)。

d）為了徹底可靠地解決該部位軸承高溫問題，建議采用散熱效果更好的循環(huán)油潤滑.

6結(jié)語

由于軸承失效分析相對于失效發(fā)生時(shí)的具體工況的滯后性，許多現(xiàn)場情況已經(jīng)無法收集，因此分析只能基于軸承失效后的狀態(tài)進(jìn)行合乎邏輯的推理，這樣才能得出合理的失效原因，解決切實(shí)問題，避免同樣的問題再次發(fā)生，也能說服客戶，避免商務(wù)糾紛的發(fā)生。

以上分析發(fā)客戶后，得到客戶認(rèn)可，并在使用過程中貫徹執(zhí)行，后銷售訪問客戶，同樣的問題沒有再次出現(xiàn)。

本案例提出的建議，可以成為軋機(jī)工作輥軸承安裝使用手冊的一部分，對一般工作輥軸承的使用也具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王承辛.失效分析思路及程序[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊，2005：41103-105

[2]梁華.滾動(dòng)軸承的失效分析[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊.2005：4199-102.