某深沟球轴承失效分析

黄晓辉

（哈尔滨轴承集团公司 经营发展部，黑龙江 哈尔滨 150036）

某深沟球轴承失效分析

黄晓辉

（哈尔滨轴承集团公司 经营发展部，黑龙江 哈尔滨 150036）

某型号深沟球轴承用在扪合机上，使用不到24h，其中一套轴承出现旋转不灵活现象。针对此失效形式做了故障分析，判定为轴向载荷过大造成了该轴承的故障。

深沟球轴承；疲劳剥落；高温；轴向力

1 前言

某深沟球轴承（内径120mm）安装在扪合机上，使用不到24h，其中一套轴承出现旋转不灵活现象，拆卸后发现内圈滚道出现变色、剥落现象，并且变色、剥落区域偏向滚道一侧；外圈滚道出现变色、点蚀现象，并且变色、点蚀区域偏向滚道一侧；钢球出现点蚀及变色现象。通过对该失效轴承的分析，找到疲劳失效的原因，减少或者避免此类问题的发生，延长轴承的使用寿命，保证机械正常运行。

2 轴承结构

轴承基本结构见图 1。该轴承为深沟球轴承，冲压浪形保持架，一般的使用温度不应超过120℃，可以承受以径向载荷为主的联合载荷。

图1 轴承基本结构

图2 轴承外观图

图3 内径滑动痕迹

3 故障件描述

3.1 成品轴承

从外观看故障轴承无损坏，滚道及内部空间无油脂（图 2）；内径周向有360°滑动痕迹（图 3）。

内套一侧端面靠近装配倒角处有明显亮带（图 4），另一侧没有；外径有一处长71mm、宽11mm的锈带（图 5）；固定外圈，用力转动轴承内圈，轴承无法旋转。

3.2 轴承零件

外圈滚道周向360°出现变色带，呈现酱色（图 6），色带宽度均匀，为6.5mm，并有轻微点蚀现象（图 7）；变色带偏向滚道一侧，色带距套圈标志侧沟边角距离为1.4mm，距另一侧沟边角距离为3.7mm（图 8）。

图4 内圈端面亮带

图5 外圈外径锈带

图6 外滚道点蚀

图7 外滚道变色区域

图8 外滚道变色区域位置

内圈滚道周向360°出现变色带，呈现酱色，变色带偏向滚道一侧，色带宽度均匀，为10.2mm（图 9）；内滚道轴向360°出现疲劳剥落现象，剥落点偏向一侧挡边（图 10）。

保持架部分兜孔出现挤压痕迹，大部分兜孔内表面存在金属黏着物、黑色的油泥，并与保持架基体黏着（图 11）。

14粒钢球全部出现变色现象，呈现酱色（图12）；钢球无肉眼可见损伤。

图9 内滚道变色区域

图10 内滚道剥落

图11 保持架兜孔

图12 钢球

4 轴承故障可能性原因分析

4.1 可能原因

从轴承的失效形式分析，此轴承的失效可能性因素包括：轴向载荷过大、力矩载荷、异物进入、轴及轴箱精度不好、润滑不良、游隙不当、安装不良等。

4.2 尺寸检测

尺寸检测结果见表1。轴承无法旋转，内滚道出现剥落，故无法进行游隙测量。

4.3 理化检测

经理化分析,本套轴承内、外套圈、钢球材质均为GCr15，硬度、组织见表 2。

结合以上检测显示，轴承内径公差超差，内径锥度较大；内套、外套、钢球组织、硬度均符合相应的国家标准。

表1 尺寸检测

表2 理化检验结果

4.4 原因分析

通过分析，本轴承直接表现的故障形式是无法旋转。从故障轴承的分解来看，最明显的特征是轴承内、外滚道受载区域偏离中心位置（图8、10），并且内、外套圈的承载区域出现在相对位置，可见轴承受到了过大的轴向载荷，导致轴承内滚道剥落，最终导致轴承无法正常旋转。异物进入、润滑不良、游隙不当等原因也可造成摩擦加剧、温升过高与疲劳剥落，但是根据造成的承载轨迹分析，基本可排除其他原因造成的轴承失效。

4.5 失效过程

轴承失效的大致过程如下：轴承承受过大的轴向载荷造成钢球偏离中心位置，内、外套圈、钢球间摩擦加剧，发热严重，温升升高。随着温度持续升高，导致内圈滚道、钢球膨胀、内径增大，轴承游隙减小。内径增大导致内圈发生蠕动。游隙的减小导致摩擦进一步加剧，温升更高，润滑脂失效、碳化、滚道、钢球变色；内圈、外圈、钢球直接接触并出现干摩擦。此过程加速了材料的疲劳，最终导致内圈滚道疲劳剥落、外圈滚道点蚀，轴承无法正常旋转。

5 综合分析

综合以上分析，造成本轴承失效的原因可能是轴承承受到了超过其承受能力的轴向载荷。过大的轴向载荷使内滚道接触区域的接触应力超过了极限值，造成材料的疲劳剥落。深沟球轴承的轴向承载能力受到内、外圈沟曲率半径、游隙、挡边径尺寸等参数的制约。对于给定型号的深沟球轴承来说，其轴向承载能力已经确定，通过计算，比较钢球超出挡边的轴向载荷和产生过度接触应力的轴向载荷，以确定轴承允许的最大轴向载荷。

6 结束语

通过对此轴承的分析，了解了造成此深沟球轴承早期疲劳剥落的可能原因，即过大的轴向载荷。因此，根据深沟球轴承不易承受过大的轴向载荷的结构特点，在轴承选型中应根据工况条件，特别是径向、轴向载荷情况选择合适的轴承；安装过程中注意轴、轴箱的精度与轴承精度的匹配性，同时安装过程中选择合适的工具、正确的方法，避免对轴承产生不必要的损伤。

（编辑：钟 媛）

Analysis of failure of certain deep groove ball bearing

Huang Xiaohui
(Business and Development Department,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China)

Certain deep groove ball bearing was commonly used in pressing machine. It was found one set of bearing revolved abnormally after serving no more than 24 hours. To counter the state of failure, damage analysis was made and a conclusion was reached that too much axial load had resulted in the damage of bearing.

deep groove ball bearings; fatigue peeling; high temperature; axial force

TH133.33+1

B

1672-4852（2014）01-0018-02

2013-09-16.

黄晓辉（1980 -），女，工程师.