某电机轴承失效分析

孙慧广，王松涛，高 亮

（中国人民解放军驻哈尔滨轴承集团公司军事代表室，黑龙江哈尔滨150036）

某电机轴承失效分析

孙慧广，王松涛，高 亮

（中国人民解放军驻哈尔滨轴承集团公司军事代表室，黑龙江哈尔滨150036）

某电机轴承在使用后出现保持架断裂。经对轴承的故障特征、理化分析和尺寸测量后发现，轴承在工作过程中承受了较大的轴向力，使零件接触表面出现异常摩擦、磨损，产生大量的摩擦热，导致轴承加速失效。

电机轴承；保持架；断裂；失效

1 前言

某电机轴承在运转中发生故障，经分解检查发现该轴承保持架损坏。通过到现场了解故障情况，查看故障件，对该失效轴承进行失效分析，找到了问题原因，对减少或者避免此类问题的发生，保证该型号轴承的安全使用有非常重要的意义。

2 外观检查

2.1 故障轴承

故障轴承外观整体完整，未见零件缺失，仍能转动，但振感明显，外观形貌见图1；拆下密封件，可见内部油脂已成干粉状粘附在保持架等外表面上，见图2。

剖切轴承外圈，将轴承分解，可见内圈滚道存在明显的偏沟磨损，近半周滚道磨损严重，且偏向打字面，该部位的内外径表面明显高温变蓝，观察非明显磨损部位的接触轨迹，仍可见明显偏向打字面，见图3；内圈非打字端面有明显变色微动腐蚀接触痕迹，局部已形成台阶，见图4。

图1 轴承整体形貌

图2 轴承内部形貌

图3 内滚道偏磨形貌

图4 非打字端面微动腐蚀形貌

轴承外圈颜色正常，未见高温现象，滚道粘附大量油脂垢，清洗后可见滚道形状基本完整，未见剥落和明显磨损，靠非打字面沟边存在明显卷边现象，仔细观察，滚道接触轨迹偏向非打字面一侧，见图5、图6。

图5 外滚道粘附油脂垢

图6 外滚道偏磨接触轨迹

保持架上可见粘附大量油脂垢，靠一侧偏多，外径引导面有明显磨损，露出材料基体，两半保持架铆合状态保持完好，兜孔内靠两端面侧有明显磨损特征，见图7～图9。轴承非打字端面侧白色聚四氟乙烯密封圈内径处有明显磨损，见图10。其它零件未见异常。

图7 保持架表面油脂垢

图8 保持架引导面磨损形貌

图9 保持架兜孔两侧磨损形貌

图10 密封圈内径磨损形貌

2.2 使用寿命期满轴承

2套使用寿命期满轴承同样剖切外圈进行分解，内、外圈滚道、钢球及保持架引导面和兜孔接触痕迹均正常，编号为2#的轴承内圈非打字端面同样存在与故障轴承相似的微动腐蚀特征，见图11、图12。

图11 内圈非打字端面凸台形貌

图12 2#内圈非打字端面微动腐蚀形貌

3 尺寸精度检测

对2套使用寿命期满轴承检测了相关尺寸精度、旋转精度和游隙，除2#轴承内沟摆略有超差外，其它检测结果均符合标准要求，具体检测数据见表 1。2#轴承内沟摆超差应与其基准端面（非打字面）存在明显的微动腐蚀有关。

表1 使用寿命期满轴承检测数据μm

4 理化分析

对故障轴承进行了组织及硬度检测，结果见表2。结果表明，内套及钢球心部组织均存在碳化物析出，外套淬回火组织为3级，内、外套滚道表面存在一层组织变化层，见图13～18，说明轴承套圈滚道及钢球表面均出现了高温现象。

表2 轴承零件组织、硬度检测结果

图13 内套心部组织

图14 内套滚道边缘组织

图15 外套心部组织

图16 外套滚道边缘组织

图17 钢球心部组织

图18 钢球表面组织形貌

5 以往故障情况

该电机在一年前曾发生两起轴承故障，影响电机运转。两起故障轴承经分析，均发现故障轴承内、外圈滚道与钢球接触痕迹明显偏向一侧，且内圈滚道与外圈滚道均存在明显对应的偏沟磨损特征（内圈偏向非打字面，外圈偏向打字面），内圈一侧端面（打字面）出现明显微动腐蚀现象，见图19、20。分析结论为：两套轴承故障形式相同，均是异常接触磨损失效；该失效状态与工作过程中过大的轴向力作用在轴承上，使轴承零件异常接触，产生摩擦磨损有关。

图19 内圈滚道“爬坡” 及偏沟磨损形貌

图20 内圈打字面微动腐蚀形貌

6 综合分析

外观及理化分析结果表明，故障轴承失效形式为高温磨损失效。

正常情况下，深沟球轴承工作轨迹应居于沟底，但故障轴承内、外圈滚道与钢球接触痕迹明显偏向一侧，且内圈滚道与外圈滚道均存在明显对应的偏沟磨损特征，说明轴承在工作过程中承受了较大的轴向力。较大的轴向力使轴承零件工作位置异常，零件接触表面出现异常摩擦、磨损，产生大量的摩擦热，使轴承内部温度升高，润滑脂性能变差，如基础油加速挥发，润滑脂变干、变硬，润滑性能下降，进一步加剧轴承内部的摩擦、磨损，游隙变大，轴承逐渐运转失稳，出现摆动，轴承加速失效。

故障轴承内圈一侧端面均存在微动腐蚀现象，该侧端面应是与轴肩配合面，分析认为，轴承工作时轴向力的产生应与该现象的产生有关。从轴承内圈一侧滚道存在偏磨特征与另一侧端面存在微动腐蚀现象来判断，内圈承受轴向力的方向应是从内圈端面无接触痕迹一侧（外侧）向有微动腐蚀一侧（轴肩侧），见图21轴承安装部位简图。轴承内圈端面与轴肩产生微动腐蚀的原因多是轴承与轴肩未能充分靠紧，并受到反复轴向冲击力作用的结果，其作用的结果可能使轴承内圈与轴颈发生轴向移动（向外），此时若使轴承不产生附加轴向力，需要轴承外径与轴承座孔的配合有足够的间隙可轴向自由移动，如果轴承外径与轴承座孔的配合偏紧，则轴承外圈在随内圈（向外）移动后就不能自由的回复，在轴承正常工作时使轴承内圈产生一个（向内）的附加轴向力。轴承非打字端面侧白色聚四氟乙烯密封圈内径处有明显磨损，进一步说明轴承轴向力方向是从内圈打字端向非打字端。

Analysis of a motor bearing failure

Sun Huiguang,Wang Songtao,Gao Liang

（Military Delegate Offce of PLA Residing Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China）

A motor bearing cage fracture occurs after using. It was found that the bearing withstanded the large axial force of during operation after analysis of the bearing failure characteristics, physical and chemical analysis and dimension measure, making the contact surface of the parts produce the abnormal friction and wear and a large amount of frictional heat, and resulting in the accelerated bearing failure.

motor bearings; cage; fracture; failure

TH 133.33+1

B

1672-4852（2015）02-0015-03

2015-04-10.

孙慧广（1984-），男， 工程师.