某圆锥滚子轴承故障分析

张伟男，洪 杨，刘 峰

（1.哈尔滨轴承集团公司 制造技术部，黑龙江 哈尔滨 150036；哈尔滨哈轴精密制造有限公司，黑龙江 哈尔滨150036）

某圆锥滚子轴承故障分析

张伟男1，洪 杨2，刘 峰1

（1.哈尔滨轴承集团公司 制造技术部，黑龙江 哈尔滨 150036；哈尔滨哈轴精密制造有限公司，黑龙江 哈尔滨150036）

某圆锥滚子轴承用于某种货运汽车的轮毂上，运行40km后，出现轴承抱死、主轴退火、滚子和套圈变色破损等现象。经过故障特征、金相组织分析发现，轴承在使用过程中由于安装不当导致轴承失效。

圆锥滚子轴承；轴承失效；粘着磨损；游隙

1 前言

某圆锥滚子轴承用于某特种汽车有限公司制造的货车轮毂上，在装配到车辆上运行40km时，出现轴承抱死，主轴退火，滚子、套圈变色破损，保持架断裂失效。故障轴承返回，对故障轴承进行了分析，并找出轴承失效原因，采取措施避免此类问题的发生，进而保证轴承的使用寿命。

2 故障件描述

故障轴承损坏严重，内、外圈变色破损且滚道有大量材料堆叠，保持架断裂缺失，内圈大挡边外翻，外径有明显滑动痕迹，滚动体磨损严重。（图 1 ～图 4）

3 故障浅析

图1 外圈滚道及窄端面处粘接铁屑

图2 内圈滚道表面粘接铁屑

根据GB/T 24611-2009/ISO 15243：2004《滚动轴承 损伤和失效术语、特征及原因》的规定，判定该轴承的失效模式为磨损失效。磨损是指在使用过程中，两个滑动或滚动/滑动接触表面的微凸体相互作用造成材料的不断移失。磨损的形式分为磨粒磨损（颗粒磨损；三体磨损）和粘着磨损(涂抹、滑伤、粘结）。

（1）磨粒磨损是润滑不充分或外界颗粒侵入的结果，表面变暗至一定程度，随磨粒的粒度和性质而异。由于旋转表面和保持架上的材料被磨掉，这些磨粒数量逐渐增多，最终磨损进入一个加速过程，从而导致轴承失效。

（2）粘着磨损是材料从一表面转移到另一表面，并伴随有摩擦发热，有时还伴有表面回火或重新淬火。这一过程会在接触区产生局部应力集中并可能导致开裂或剥落。

根据该轴承的失效表现，外圈滚道（图 1）和内圈滚道（图 2）均粘着保持架和滚动体掉落的混合铁屑，可知，该轴承的失效模式应为粘着磨损。

图3 滚动体及内圈大挡边外翻

图4 外圈外径表面

4 故障件检验

对故障件的套圈及滚动体进行了硬度（表1）及金相组织检测，图5～图8为金相组织（500×）检测结果。

图5～图8中的金相组织（500×）符合JB/T 1255中淬、回火3级组织结构。同时，查找了故障件生产时热处理过程的监控记录，及与故障件同批次生产产品。查阅热处理过程监控记录（表2）证实，该圆锥滚子轴承同批次产品热处理过程硬度和金相无异常。

表1 故障件硬度检验

表2 热处理过程监控记录

图5 故障件外圈组织

图6 故障件外圈组织

图7 故障件滚动体

图8 故障件滚动体

通过对热处理监控记录的查对，表明故障件在出厂前，硬度均符合JB/T 1255中淬、回火产品要求。由故障件硬度检测结果表明，故障件外圈在使用过程中发生了高温回火,回火温度应在350℃以上；内圈和滚动体出现了退火现象，退火温度应在800℃以上。

根据GB/T 24611-2009/ISO 15243：2004标准，轴承发生粘着磨损的失效原因为滚子上的轴向载荷过大和润滑不充分造成粘着磨损，滚子端面发生咬粘,挡边引导面和滚子端面均会发生粘着磨损。

5 综合分析观察轴承内圈，大挡边外翻严重，可见内圈大挡边所受轴向力极大。轴承外圈，未见润滑油脂过烧后形成的碳化痕迹，表明轴承在运转过程中润滑油脂未充分填充。

可以推断，轴承在运转过程中，轴向预紧力过大，游隙过小，滚动体挤压轴承内圈大挡边，内圈与轴或外圈与轴承座之间的过盈配合会减小径向游隙。同时，润滑不充分致使滑动摩擦严重，轴承温度迅速升高导致套圈和滚动体产生回火软化，进而零件表面发生表面剥落及胶合，滚子在此情况下运转不良，产生偏斜及打横将保持架拉断并卷入滚道，大量材料的剥落及断裂并卷入滚道愈加恶化了轴承的温升，导致零件产生高温回火过烧，内圈软化后在滚子极大的轴向力作用下，大挡边被碾压外翻。最终导致轴承抱死，故障失效。在轴承运转温度过高时，轴承的游隙也会减小，最导致轴承保持架与滚动体之间的载荷过大，从而使保持架断裂。保持架断裂时，碎片脱落挤在滚动体与滚道之间，会引起摩擦增大、过热和轴承咬死。这种情况发生后对轴承滚道检查时可发现，内滚道载荷区域明显加大，这表明了由于轴向载荷过大导致上述现象的产生。

6 结束语

由于该圆锥滚子轴承损坏严重，无法分析部分因素的初始情况及其失效的具体原因。现对套圈及滚动体、保持架的分析与排查，初步认定该轴承失效的原因应为润滑不充足、安装不当造成的轴承预紧力过大，游隙过小所致。使用时建议用户对轴承润滑脂填充量、轴承预紧力状态及轴承预紧后的游隙和旋转灵活性进行排查，以检验我方分析是否合理。以上事实说明轴承在使用过程中合理的安装对保证安全及保证轴承的使用寿命至关重要。

（编辑：王立新）

Failure analysis on a tapered roller bearing

Zhang Weinan1, Hong Yang2, Liu Feng1
(1.Manufacturing Technology Department,Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036, China; 2. Harbin Hazhou Precision Bearing Manufacturing Co., Ltd., Harbin 150036, China )

A tapered roller bearing is applied on wheel hubs of some freight trucks.Failure appears with bearing locked,wheel shaftannealed,rings and rollers discolored and damaged after running for 40 kilomiles.Through observational check and microstructure analysis on failure parts,it is found that the failure reasons are the bearing improperly mounting in use.

tapered roller bearing, bearing failure, adhesive wear, clearance

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）01-0019-02

2017-03-03.

张伟男（1989- ），男，助理工程师.