某圆锥滚子轴承异音故障分析

高长旭，刘兆红

某圆锥滚子轴承异音故障分析

高长旭，刘兆红

（瓦房店轴承集团有限责任公司 质量保证部，辽宁 瓦房店 116300）

一批圆锥滚子轴承32313装机使用后，产生很大的振动和噪声。经拆套分析发现，故障是由于滚子磨伤引起的。提出了避免磨伤的相应措施，使振动和噪声恢复到合格范围。

圆锥滚子轴承；噪声；圆度；螺旋导轮；停转

1 前言

一批圆锥滚子轴承32313在用户试车中产生较大的振动和噪声，影响用户使用。为此，分析了产生问题的原因，并提出了改进措施，使振动和噪声重新回到了正常水平，满足了用户的使用要求。

2 故障分析

2.1振动诊断分析

将试车中振动和噪声较大的轴承在测振仪上进行振动检测，确实有较大的异常声响。利用频谱分析仪进行检测分析，发现在66Hz左右振动值增加明显，并且66Hz的3倍和5倍谐波振动值也相应较大，见图 1。

对内圈和外圈进行尺寸、形位和外观检测，未发现异常，怀疑振动源是来自滚子。为验证上述分析，利用（1）式[1]来对32313轴承滚动体故障频率的计算。

式中：Db——滚动体大端直径，Db=20mm；

Dm——轴承平均直径，Dm=109.5/mm；

α ——接触角，α=12.96°；

β ——滚子半锥角，β=2°;

ni——轴承转速, ni=1500r/min。

将数值代入（1）式，

计算结果与频谱分析结果相吻合，诊断结果为滚动体存在缺陷。

图1 轴承振动检测

2.2尺寸测量

对一套轴承的16个滚子全部测量其长度尺寸、直径尺寸和批直径变动量，均符合标准要求，具体结果见表 1。

表1 滚子尺寸检测结果/mm

2.3圆度检测

检测全部滚子的圆度，数值见表 2。

表2 圆度检测结果 /μm

圆度要求3μm，除16号有疑似机械伤的滚子外，其余均合格。16号滚子的圆度检测图见图 2。

图2 16号滚子的圆度检测图

滚子圆度误差62.4μm，其中疑似机械伤处凹入45μm，对面高出15μm。

2.4外观检查

对有疑似机械伤的滚子在放大镜下观察，发现疑似机械伤处有磨削痕迹，且磨削痕迹在外圆完整连续，见图 3。

图3 滚子外观检查

2.5分析

通过上述检查，问题的焦点集中在表面有机械伤的滚子。从图 2的圆度图上和图 3的实物图中可以认定滚子的疑似机械伤是磨加工造成的磨伤，是原有的缺陷，而不是试验、使用中造成的机械伤，正是这种磨伤的滚子造成了轴承噪声和振动的异常。为做进一步验证，更换了缺陷滚子后，再进行振动检测，异常声响消除。至此，可以确定该轴承异常声响就是滚子表面缺陷导致。滚子缺陷又是怎么产生的？需做进一步分析加以确定。

从图 2的圆度图形可知，滚子缺陷部分凹，而近似对称部分是凸起，这十分符合无心磨削所产生的仿形误差。为此，重点分析无心磨床能导致复映误差的相关机构。经过现场观察与分析发现，在粗磨外径过程中，因螺旋导轮突然停转，而砂轮由于惯性的原因继续旋转，所以造成滚子轴向贯穿性磨伤。粗磨外圆时表面还有0.15mm左右的留量，而磨伤的深度可能达到0.11mm左右，超过了滚子单边留量。该滚子并未挑出报废，而是继续加工，因此在细、精、终磨过程中，磨伤并未改掉，留下0.045mm的磨伤，同时因仿形而使对面高出0.015mm。

在处理这批轴承过程中，全部检查了该批轴承中的滚子后，共发现此类滚子4粒。其余轴承噪声和振动都达到了要求。计算表明，在螺旋导轮一次停转中，磨伤32313滚子最多4粒。螺旋导轮螺距48mm，砂轮宽200mm , 200/48 = 4.16。

从图 2圆度图上看到高点和低点并非相距180°，而是175°左右，这正是无心磨削加工的结果，见图 4。

图4 无心磨削滚子示意图

按文献[1]，在无心磨削中，因滚子中心高出砂轮、导轮中心连线，因此形成θ1、θ2角。θ1+θ2应在4.5°～7.5°之间。图 4中表明滚子磨削时θ1+θ2约在5°左右。

3 改进措施

在圆锥滚子外径无心磨加工中要避免螺旋导轮停转的现象出现。螺旋导轮停转的原因有以下几个。

（1）设备故障。因电气或机械原因造成导轮停转，或者导轮传动系统中某个传动环节( 如蜗轮、蜗杆等)间隙过大，造成导轮瞬间停转。

（2）断电。正常加工中，机床突然断电，导轮立即停转，而砂轮因速度高，惯性大，继续旋转，造成滚子磨伤。

（3）调整不当。无心磨床上压板和托板与滚子的间隙没调整好，加工中滚子被卡住，使导轮停转。

一旦出现上述导轮停转现象后，要立即将磨伤的滚子挑出报废。

4 结束语

由于吸取了此次事故的经验教训，加强管理，操作工人精心加工，滚子成品检查人员精心检查，此后再没有发生过此类事故。

[1]朱春奇. 圆锥滚子无心磨削螺旋轮角度的确定[J]. 轴承，1993，（7）：13-17.

（编辑：王立新）

表1 国外轴承预紧量的测量方法

主要是通过测量切向力来求出的。通过启动力矩与预紧力的关系，求出预紧力的大小。测量时如果滚动部分不能形成稳定的油膜，则容易发生卡住现象。如再施加切向力，也不转动，在逐渐加大切向力时，会发生突然转动现象。此时的测量可能会出现远远大于计算值的倾向，因此需多次测量，并去掉过大的测量值。

3.3.2 推力静刚度法

对轴施加推力负荷，测量此时的轴向位移量，求出预紧力。

3.3.3 固有频率法

对轴进行轴向加振，测量轴的共振频率，求出预紧力。

3 结论

在不改变主机原有结构设计方案的基础上，要正确测定所施加的预紧负荷值，经济实用的推荐方案是：采用测轴承启动力矩的方法、采用测定螺母紧固扭矩的方法。在电梯行业建议采用以上方案进行预紧。

（编辑：钟 媛）

Analysis of abnormal sound failure for tapered roller bearing

Gao Changxu,Liu Zhaohong
(Department of Quality Assurance,Wafangdian Bearing Group Co.,Ltd., Wafangdian 116300,China)

After the number of tapered roller bearings 32313 was installed and used, a great vibration and noise was produced. By analyzing the dismantled sets , the failure was caused by the roller scuffng. The appropriate measures was put forward to avoid scuffng and make the vibration and noise to recover the acceptable range.

tapered roller bearings; noise; roundness; spiral guide wheel;stopping turn

TH 133.33+2

B

1672-4852（2015）01-0013-03

2015-02-10.

高长旭（1973-），男， 工程师.