振动刀套625Z轴承失效分析❋

2014-07-20杨强中黄国健彭启凤王新华郭华忠

机械工程与自动化 2014年4期

陈敏，杨强中，黄国健，彭启凤，王新华，郭华忠

（1.广州市特种机电设备检测研究院，广东广州 510180；2.广东瑞洲科技有限公司，广东佛山 528299）

0 引言

轴承在工作中丧失其规定功能，从而导致故障或不能正常工作的现象称为轴承失效。常见的辆承失效形式有疲劳剥落、磨损、胶合、烧伤、锈蚀、套圈及保持架断裂等［1，2］。轴承的失效按其寿命可分为正常失效和早期失效两种。失效分析主要是针对早期失效的轴承，找出失效的原因，提出改进措施，以提高轴承的使用寿命和可靠性［3－5］。

本文分析的对象为用于切割皮具振动刀套的深沟球轴承，轴承代号为625Z。该系列滚动轴承在刀套工作过程中经常提前失效，因此有必要研究和分析其损坏的原因。

1 轴承损坏统计

625Z深沟球轴承主要承受径向力，径向载荷Fr为50N，它用于高频振动的切割刀套中，安装位置如图1 所示。电机转速为n＝16 000r／min，电机高速旋转带动与联轴器相连的输出轴旋转，深沟球轴承安装在偏心的输出轴上，因此与输出轴一起做高频旋转，同时带动连杆高频上下振动。

图1 625Z轴承在振动刀套中的安装位置

球轴承承载能力低，抗冲击能力较差，但旋转精度和极限转速较高，适用轻载、高速和要求精确旋转的场合。用于振动刀套且高速旋转的625Z深沟球轴承的结构及参数如图2 ～图4 和表1所示，其在使用1～2年内经常损坏。本文针对损坏情况作出数据统计，得出以下几组数据：

（1）偏心轴轴承散架、脱落的情况约占轴承失效的40%。

（2）偏心轴轴承磨损、间隙变大并且返修后用久同样导致轴承散架，这种损坏形式约占轴承失效的10%。

（3）偏心轴的磨损、变形最终导致轴承散架约占轴承失效的50%。

（4）对失效的625Z轴承进行拆解，发现润滑脂干枯并且呈乳黄色，粘附在防尘盖和保持架上，沟道附近的脂稀少、稠硬，沟道底部有烧伤迹象，呈暗红色。

此外，将轴承加大一级，更改为承载能力更高的深沟球轴承，经测试，结果还不如625Z轴承。综合以上几点初步判断轴承失效主要是由于润滑脂失效引起的。

图2 深沟球轴承结构示意图

2 滚动轴承寿命计算

振动刀套625Z深沟球轴承的径向基本额定动载荷Cr＝1.88kN，径向基本额定静载荷C0r＝0.68kN。

（1）当Fa／Fr＜e时，径向当量动载荷Pr为：

其中：X为径向动载系数；Y为轴向动载系数；Fr为径向载荷；Fa为轴向载荷；e为轴向载荷影响指数。

（2）基本额定寿命为：

（3）根据轴承额定寿命定义为90%的同一批轴承在相同条件下运作不发生疲劳扩展时的工作小时数［6］，确定可靠度修正系数为a1＝0.9，此外与材料自身的质量运转条件相关的材料修正系数a2取为0.98，以及运转条件修正系数a3取0.95，则修正后的轴承额定寿命Lna为：

按每天工作12h一年300d换算，则基本额定寿命约为13年。可见，振动刀套中的625轴承的实际寿命远小于额定寿命，需要对其失效原因做全面分析，并针对原因提出改进策略。

3 轴承失效原因分析

3.1 润滑脂失效分析

润滑脂的选择不当容易引起轴承失效，如磨损、升温、烧伤甚至完全损坏。625轴承使用某白色特种润滑脂，适用的润滑温度范围为－20℃～100℃。振动刀套的电机高速旋转，达到16 000r／min，由于润滑温度范围有限，长时间连续工作使轴承温度很容易超过100℃，造成润滑效果大幅度降低，引起轴承损伤导致失效。由失效的统计数据可知，该滚动轴承常表现为磨损、间隙变大等失效形式，很大程度上是由于该轴承所选用的润滑脂黏度太低，无法有效把钢球和内、外圈有效隔开，当振动刀套连续工作较长时间后，轴承温度逐渐升高。所用的白色特种润滑脂在高温下黏度降低，稠度增大，流动性也逐渐降低，导致润滑脂凝胶萎缩，丧失润滑能力，最终失效。