滚动轴承的一种特殊失效形式分析

2013-07-17王兴

赤峰学院学报·自然科学版 2013年6期

关键词：减速机滚子外圈

王兴

（安徽三联学院交通工程学院，安徽合肥230601）

滚动轴承的一种特殊失效形式分析

王兴

（安徽三联学院交通工程学院，安徽合肥230601）

根据滚动轴承常见的失效形式比照，笔者在工厂实际中发现一种特殊的轴承失效.本文针对减速机用32230轴承在实际使用中失效，具体描述了其失效的特征，分析其失效的原因，并提出了有效的预防措施.

滚动轴承；咬合；磨损；失效

滚动轴承（rollingbearing）是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件.圆锥滚子轴承是滚动轴承的一种，它可以分离，由内圈与滚子、保持架一起组成的组件和外圈可以分别安装.滚子和滚道接触处修正的接触线可以减少应力集中.圆锥滚子轴承可以承受大的径向载荷和轴向载荷.由于圆锥滚子轴承只能传递单向轴向载荷，因此，为传递相反方向的轴向载荷就需要另一个与之对称安装的圆锥滚子轴承.

我们常见的滚动轴承失效形式有：疲劳点蚀、塑性变形即凹坑及压痕、磨损、裂纹和断裂、保持架损坏、特殊工况下的化学腐蚀和电流腐蚀.但笔者观察到一例滚动轴承的失效形式比较特殊，现在介绍如下.

1 调查失效现场，故障概述

某厂制团工艺设备配用的JZQ1000-2、i=8.23减速机，运行中突然出现异常噪音且伴有振动，经维修调整后未消除.

图1

停机解体后发现中档齿轮轴配用的32230轴承失效，外圈严重磨损，有条纹波峰和波谷，轴承内圈和滚动体的磨损均在正常值范围内，保持架也完好.减速机箱体与该轴承配合处座孔也有条纹状的波纹，与轴承外圈的峰谷一一对应，局部伴有灼伤痕迹（见图1）.波谷深度约0.5mm不等，间隔约2mm不等.箱体座孔与轴承均损坏，箱盖轴承孔和与之配合的轴承外圈上半部分完好.

（1）保护现场

（2）查明事故发生的时间、地点及失效过程

（3）标出失效相对位置

（4）选取进一步分析的试样（轴承）

（5）询问且击者及其他有关人员能提供的有关情况

（6）写出现场调查报告

2 收集背景资料

2.1 JZQ1000机体的自然状况

本机广泛应用于各种超重、运输、矿山机械及其他机械中做减速之用.其联动方式，可用联轴器直接联动，也可用三角皮带挠性联动.

本机通用性和互换性强，维修简单，效率系数为0.94，具有启动阻力小、运动灵活等优点.

本机结构为两级三轴圆柱斜齿水平分割全封式.润滑油存于减速机内部，在主动轴和中间轴上设有挡油板，各轴支点均用滚动轴承，轴承轴向间隙可用内部调整环调整，本机上部有一检查盖，下部有油标指针和排废油用的油塞.

2.2 机体的运行记录近5次（略）

2.3 机体的维修历史情况（无）

2.4 机体的失效历史情况（无）

2.5 设计图纸及说明书，装配程序说明书，使用维护说明书（部分）

JZQ型圆柱齿轮减速机基本尺寸（见图2、图3，表1、表2）

图2

图3

表1

表2

2.6 材料选择及其依据

齿轮和轴均用优质碳素钢制成，并经调质处理，齿轮多用高级铸钢制造，并经正火处理，箱体材料为灰铸铁HT200并经时效处理，齿轮按8级精度制造的滚切斜齿、倾斜角为8°6’34”两配偶齿轮齿数和为99牙.

2.7 设备主要零部件的生产流程（略）

2.8 质量检验报告及有关的规范和标准（略）

3 32230（7530）轴承失效原因研究分析

3.1 轴承外圈材料的化学成分

高碳铬轴承钢(全淬透型)(GB/T18254-2002),见表3.

表3

3.2 材料的金相组织及硬度

见表4.

3.3 常规力学性能

淬回火状态下的力学性能值：抗拉强度2160MPa，屈服强度1670MPa，断后伸长率0.

3.4 主要零部件的几何参量及装配间隙

轴承在装配后，用手转动应轻快灵活.轴向游隙在装配时如需调整，应调整到规定数值（轴承间隙Φd1=0.05～0.1mm,Φd2=0.08～0.15mm）

3.5 失效的宏观分析及微观形貌分析（SEM）

由于此减速机传递的扭矩比较大且转速低，在32230轴承与箱体装配上可能配合不紧，或因轴承磨损，箱体与外圈过盈量减少，造成外圈在箱体座孔内轻微滑动或有滑动的趋势，同时伴有振动.这种滑动的速度虽然不高，振动不非很大，但两个接触面某些摩擦点处氧化膜被破坏，形成了金属结合，当超过表面实际接触点处的屈服极限的时候，便发生了咬合磨损.

分析表明，随着咬合的不断发生，使支承表面发热、变形.当发热到一定程度即软化温度时，在接触点处发生局部粘着，出现较大金属质点的撕裂脱落甚至熔化，随即产生一连串的升高和抛光的波峰，并引起操作噪音.这时，就过度到热磨损.热磨损时，由于表层处有大量的局部热集中，使该处的温度超过材料的相变临界点，运动停止时，热量很快传递到金属表层以内的深度，其冷却速度已超过淬火临界冷却速度而形成二次淬硬层.

表4

图4

根据滚动轴承径向载荷分布图（见图5）可知，径向力沿着滚动体分布，在振动发生的瞬间，产生应力集中，应力集中的地方磨损最为严重.32230轴承是线接触轴承，应力集中沿轴向呈直线分布在外圈上.这样，较硬的表面就在软化面上沿轴向挤压出一条凸起的波峰，凸起的部分又将相邻软化部分挤压出波谷.经过两接触面的不断相互作用，使箱体座孔与轴承外圈的承压表面出现条纹状的损伤，受力较大的面产生高温，并出现灼伤的现象.

图5

4 综合归纳信息得出初步结论

根据失效现场获得的信息、背景材料及各种实测数据，运用材料学、机械学、管理学及统计学等方面的知识，进行综合归纳、推理判断、分析后，这种失效形式的形成是以噪音和振动为特征的.产生失效的主要原因是咬合磨损和热磨损的复合作用的结果.它使表面发生宏观几何形状的改变，而不是微粒的脱落.所以这种失效形式与已知的轴承失效形式有所区别.