圆锥滚子轴承失效分析

孙盛革，董玉雪

（瓦房店轴承集团有限责任公司 技术中心，辽宁 瓦房店 116300）

圆锥滚子轴承失效分析

孙盛革，董玉雪

（瓦房店轴承集团有限责任公司 技术中心，辽宁 瓦房店 116300）

通过对某圆锥滚子轴承的失效分析，找出两公司圆锥滚子轴承在材料及制造方面存在的差异，指出轴承早期疲劳失效的原因，提出相应的改进建议，以提高圆锥滚子轴承使用寿命及可靠性。

圆锥滚子轴承；早期疲劳失效；边缘应力；接触疲劳

1 前言

某一型号的圆锥滚子轴承是为轻型卡车配套的差速器轴承，2012年该轻型卡车公司委托我们对两套分别由A、B两家公司生产的该轴承进行失效分析，原因是A公司的轴承在用户的跑车试验中出现了早期疲劳失效，未通过测试；而B公司的轴承通过跑车试验，状态良好。

表1 A、B公司轴承路试后样品原始状态对比

2 A、B公司轴承对比

A、B公司轴承路试后样品原始状态对比见表 1。

A、B公司轴承路试后样品照片见图 1-图8。

图1 A公司轴承内圈

图2 A公司轴承外圈

图3 A公司轴承滚动体

图4 A公司轴承保持架

图5 B公司轴承内圈

图6 B公司轴承外圈

图7 B公司轴承滚动体

图8 B公司轴承保持架

3 轴承检测与检验

A公司轴承磨损特别严重，内滚道尺寸精度已完全丧失，对A公司轴承和B公司轴承的各零件进行如下的检测与检验。

3.1 轴承内滚道结构尺寸检测

对两公司轴承的越程槽尺寸、内圈滚道有效长度（水平值）及大挡边角度检测如图 9 和 图10。

图9 A公司轴承

图10 B公司轴承

图11 A公司轴承网状碳化物金相图片（大于3级）

图12 B公司轴承网状碳化物金相图片(1.5级)

3.2 化学成分检测（表 2）

3.3 原材料及热处理质量检验

原材料及热处理质量检验见表 3～表 5。

两公司轴承网状碳化物金相图片图 11和图12。

表2 A、B两公司化学成分检测

表3 原材料非金属夹杂物（级）质量检验

表4 热处理质量检验（1）

表5 热处理质量检验（2）

4 检测、检验分析

（1）A公司轴承内圈大挡边的角度大于B公司轴承内圈大挡边的角度（A公司轴承大挡边角度为91°20′46″，B公司轴承大挡边角度为89°51′4″），且A公司轴承内圈大挡边角度大于90°，不符合设计理论要求；A公司轴承的砂轮越程槽的尺寸要远远大于B公司轴承的砂轮越程槽尺寸，内圈滚道有效长度（水平值）要小于B公司轴承的内圈滚道有效长度（水平值）。

（2）A、B两公司轴承材料均为GCr15钢，各种元素的含量均在标准要求的范围内，但A公司轴承的Ti、As、Cu、、Co元素的含量远远高于B公司轴承的含量。

（3）A公司轴承的热处理质量较差，网状碳化物为3级，超标；零件间的最大硬度差为2HRC，滚子的硬度小于内、外套圈的硬度；B公司轴承热处理质量较好，各项指标均在标准要求的范围内，零件间的最大硬度差为1HRC，滚子的硬度介于内、外套圈硬度之间。

5 结论

（1）A公司轴承早期疲劳失效的原因是因为套圈网状碳化物超标，降低轴承零件的耐磨性，显著降低轴承的强度，尤其是疲劳强度，使表面的脆性增加，导致轴承在运转过程中出现早期疲劳失效，大大降低了轴承的使用寿命，所以网状碳化物超标是A公司轴承出现早期疲劳失效的主要原因。

（2）A公司轴承材料中的有害元素Ti、As、Cu、、Co的含量远远高于B公司轴承的含量，同一零件的硬度均匀性较差，各零件间硬度差较大（2HRC）及砂轮越程槽尺寸超出图纸要求，导致滚道的有效长度减小、内圈大挡边角度大于90°等，这些选材、加工制造中的缺陷也对轴承的寿命构成了一定的影响。

6 改进建议

对A公司提出如下的改进建议：

（1）改进锻造工艺，严格控制终锻温度和冷却速度，防止网状碳化物超标的现象出现；

（2）采用优质钢材，控制有害元素的含量；

（3）提高加工质量，严格按照图纸的要求加工轴承零件。

（编辑：钟 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.

孙盛革（1967-），女，工程师.