离心风机球面滚子轴承失效分析

杨明

摘要：对某悬臂离心风机用调心滚子轴承的失效进行了分析，认为由于电动机轴在运转过程中发热膨胀使联轴器两端面接触或停机时异物进入联轴器的两端面之间，使得电动机端调心滚子轴承无轴向游隙，出现偏载，最终导致过早失效，并提出了改进措施。

关键词：离心风机;调心滚子轴承;偏载;失效分析

引言

球面滚子轴承因其具有承载能力高、自动调心、使用寿命长等特点，在电力、冶金、化工、铁路、航空等行业领域得到了广泛应用，是旋转机械中最常用的机械零件。

1故障原因分析

轴承在装机运行的初期是正常的，这说明安装过程并未对轴承造成严重损伤;在运行8个月后出现异常烧损，说明故障是在运行过程中产生并迅速加剧的。由于联轴器的端面在径向存在多条周向的挤压痕迹，这表明电动机轴在运转过程中发热膨胀致使联轴器两端面接触或停机时异物进入联轴器的两端面之间，使联轴器端面受到一轴向载荷，从而引起电动机端调心滚子轴承内圈产生轴向偏移，使得该调心滚子轴承的轴向游隙减小为零。由于故障轴承靠近风机一侧的滚子与内、外圈之间没有轴向游隙，因此，轴承在1450r/min的高速运转下形成偏载，偏载不但造成各列滚子间的载荷分配不均，还会引起单列滚子歪斜及打滑，造成局部应力集中，使滚子及相应内、外滚道部分区域疲劳，同时，滚子将与保持架、内圈、外圈产生干涉，出现剧烈摩擦。因偏载造成单列滚子和外滚道表面出现磨损和滚压的凹痕。外滚道表面沿周向出现严重剥落，说明轴承在运行中该列滚动副之间产生严重挤壓摩擦，导致温度升高，然后滚子出现粘连磨损造成疲劳剥落，剥落后的金属堆积在外滚道整个圆周表面上，进而导致轴承烧毁，这与现场的损坏轴承是相吻合的。

2检测结果及分析

试验样品为：SKFLGWA2新脂;A风机驱动端轴承室内黑色干焦状的润滑脂变质产物;A风机非驱动端轴承在用润滑脂;B风机轴承在用润滑脂;B风机驱动端损毁轴承部件。根据润滑脂反映设备状态的故障分析经验，对样品进行检测，以期根据检测数据查找或推断轴承故障原因。

2.1SKFLGWA2新脂分析

SKFLGWA2脂是以矿物油为基础油的复合锂基润滑脂，具有极压性能。按SH/T0535-93（2003）标准中方法对新脂进行检测，标准要求及检测结果如表1所示。可以看出：（1）SKFLGWA2新脂的烧结负荷较其典型值略有偏低;（2）新脂的烧结负荷、磨斑直径及蒸发度均不符合行业标准。较高的磨斑直径意味着润滑脂的抗磨性能较差，这可能是导致轴承异常磨损的一个重要原因。水分污染对润滑脂抗磨性能的影响分析考虑A风机驱动端中的润滑脂已烧干变质，不适合进行水分及其他润滑脂常规项目测试。因此设计模拟试验研究水分的影响。试验方案：向新脂中分别加入纯净水，配制水分质量分数为0.3%、0.5%、1%的润滑脂样品;对润滑脂样品进行摩擦磨损试验。

试验结果表明：（1）因抗磨添加剂会与水发生反应，随着润滑脂中水分的增加，润滑脂的抗磨性能明显下降;（2）当水分质量分数达到1%时，润滑脂油膜破裂，此时润滑脂的抗磨性能受水分污染影响严重。

2.3润滑脂发射光谱元素分析

由于A风机非驱动端轴承（已损毁）润滑脂已经干涸，无法测试光谱元素，因此仅对A风机非驱动端轴承润滑脂、B风机轴承润滑脂进行了光谱分析，同时与SKFLGWA2新脂的光谱分析结果进行对比。结果表明：（1）该润滑脂中元素Li含量较高，表明皂基为锂基，与SKFLGWA2官方的产品介绍相符;（2）A风机非驱动端轴承和B风机轴承的在用脂中Fe元素含量较高，Fe元素通常来源于轴承部件的磨损，因此A、B风机轴承均发生了异常磨损;（3）A风机非驱动端润滑脂中Mg、Ca、Si元素含量较高，可能来源于外部污染，不排除海水污染的可能。

2.4润滑脂铁谱分析

分析式铁谱主要检测油脂中的磨损颗粒，根据磨粒的形貌、材质、尺寸、含量等对轴承的磨损程度及磨损类型进行评价，并找出故障原因。

谱片上含有黑色的干焦状物质、橙黄色物质、粉尘及轴承磨损颗粒，干焦状物质可能为润滑脂烧干产生的积碳颗粒，橙黄色颗粒为锈蚀颗粒，表明润滑脂受到了水分污染。

从铁谱图可以看出，该轴承润滑脂中的磨损颗粒主要以疲劳颗粒和黏着擦伤颗粒为主，有个别颗粒表面有高温氧化痕迹;此外还有少量锈蚀颗粒，表明轴承润滑脂可能受到水分污染。图5所示为B风机轴承润滑脂的磨损颗粒，主要以疲劳颗粒和黏着擦伤颗粒为主，部分磨粒出现高温氧化痕迹。

黏着擦伤颗粒一般出现在滑动或滚滑摩擦副中，其成因是在高载荷的作用下，相互接触表面的微凸体发生变形，部分地方发生擦伤黏着。当摩擦副相对运动时，相互黏接的微凸体发生剪切或断裂，形成了黏着擦伤磨损颗粒。当擦伤黏着情况较为剧烈时，将会造成摩擦点的局部高温，使颗粒出现草黄色和蓝色的高温回火色，即图中颗粒的高温氧化痕迹。轴承润滑脂中发现了较多的黏着磨损颗粒，且颗粒表面呈现草黄色和蓝色的高温回火色，表明该轴承发生了早期的黏着磨损。

综上所述，对在用脂进行铁谱分析发现：（1）A风机驱动端轴承润滑脂可能受到水分污染，导致轴承出现锈蚀;（2）A风机非驱动端轴承中发现有高温氧化颗粒与锈蚀颗粒，轴承可能受到水分污染，存在早期异常磨损;（3）B风机轴承润滑脂中也发现有高温氧化颗粒，轴承存在早期异常磨损。

3结束语

根据上述分析可知，由于电动机轴在运转过程中发热膨胀使联轴器两端面接触或停机时异物进入联轴器的两端面之间，使得电动机端调心滚子轴承无轴向游隙，出现偏载，最终导致过早失效。因此，建议加强设备检查，确保联轴器间端面有合适的间隙，并对轴承箱内润滑油定期检查更换，确保油位及质量。

参考文献

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