張偉男，洪 楊，劉 峰

（1.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 制造技術(shù)部，黑龍江 哈爾濱 150036；哈爾濱哈軸精密制造有限公司，黑龍江 哈爾濱150036）

某圓錐滾子軸承故障分析

張偉男1，洪 楊2，劉 峰1

（1.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 制造技術(shù)部，黑龍江 哈爾濱 150036；哈爾濱哈軸精密制造有限公司，黑龍江 哈爾濱150036）

某圓錐滾子軸承用于某種貨運(yùn)汽車的輪轂上，運(yùn)行40km后，出現(xiàn)軸承抱死、主軸退火、滾子和套圈變色破損等現(xiàn)象。經(jīng)過故障特征、金相組織分析發(fā)現(xiàn)，軸承在使用過程中由于安裝不當(dāng)導(dǎo)致軸承失效。

圓錐滾子軸承；軸承失效；粘著磨損；游隙

1 前言

某圓錐滾子軸承用于某特種汽車有限公司制造的貨車輪轂上，在裝配到車輛上運(yùn)行40km時(shí)，出現(xiàn)軸承抱死，主軸退火，滾子、套圈變色破損，保持架斷裂失效。故障軸承返回，對(duì)故障軸承進(jìn)行了分析，并找出軸承失效原因，采取措施避免此類問題的發(fā)生，進(jìn)而保證軸承的使用壽命。

2 故障件描述

故障軸承損壞嚴(yán)重，內(nèi)、外圈變色破損且滾道有大量材料堆疊，保持架斷裂缺失，內(nèi)圈大擋邊外翻，外徑有明顯滑動(dòng)痕跡，滾動(dòng)體磨損嚴(yán)重。（圖 1 ～圖 4）

3 故障淺析

圖1 外圈滾道及窄端面處粘接鐵屑

圖2 內(nèi)圈滾道表面粘接鐵屑

根據(jù)GB/T 24611-2009/ISO 15243：2004《滾動(dòng)軸承 損傷和失效術(shù)語、特征及原因》的規(guī)定，判定該軸承的失效模式為磨損失效。磨損是指在使用過程中，兩個(gè)滑動(dòng)或滾動(dòng)/滑動(dòng)接觸表面的微凸體相互作用造成材料的不斷移失。磨損的形式分為磨粒磨損（顆粒磨損；三體磨損）和粘著磨損(涂抹、滑傷、粘結(jié)）。

（1）磨粒磨損是潤(rùn)滑不充分或外界顆粒侵入的結(jié)果，表面變暗至一定程度，隨磨粒的粒度和性質(zhì)而異。由于旋轉(zhuǎn)表面和保持架上的材料被磨掉，這些磨粒數(shù)量逐漸增多，最終磨損進(jìn)入一個(gè)加速過程，從而導(dǎo)致軸承失效。

（2）粘著磨損是材料從一表面轉(zhuǎn)移到另一表面，并伴隨有摩擦發(fā)熱，有時(shí)還伴有表面回火或重新淬火。這一過程會(huì)在接觸區(qū)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中并可能導(dǎo)致開裂或剝落。

根據(jù)該軸承的失效表現(xiàn)，外圈滾道（圖 1）和內(nèi)圈滾道（圖 2）均粘著保持架和滾動(dòng)體掉落的混合鐵屑，可知，該軸承的失效模式應(yīng)為粘著磨損。

圖3 滾動(dòng)體及內(nèi)圈大擋邊外翻

圖4 外圈外徑表面

4 故障件檢驗(yàn)

對(duì)故障件的套圈及滾動(dòng)體進(jìn)行了硬度（表1）及金相組織檢測(cè)，圖5～圖8為金相組織（500×）檢測(cè)結(jié)果。

圖5～圖8中的金相組織（500×）符合JB/T 1255中淬、回火3級(jí)組織結(jié)構(gòu)。同時(shí)，查找了故障件生產(chǎn)時(shí)熱處理過程的監(jiān)控記錄，及與故障件同批次生產(chǎn)產(chǎn)品。查閱熱處理過程監(jiān)控記錄（表2）證實(shí)，該圓錐滾子軸承同批次產(chǎn)品熱處理過程硬度和金相無異常。

表1 故障件硬度檢驗(yàn)

表2 熱處理過程監(jiān)控記錄

圖5 故障件外圈組織

圖6 故障件外圈組織

圖7 故障件滾動(dòng)體

圖8 故障件滾動(dòng)體

通過對(duì)熱處理監(jiān)控記錄的查對(duì)，表明故障件在出廠前，硬度均符合JB/T 1255中淬、回火產(chǎn)品要求。由故障件硬度檢測(cè)結(jié)果表明，故障件外圈在使用過程中發(fā)生了高溫回火,回火溫度應(yīng)在350℃以上；內(nèi)圈和滾動(dòng)體出現(xiàn)了退火現(xiàn)象，退火溫度應(yīng)在800℃以上。

根據(jù)GB/T 24611-2009/ISO 15243：2004標(biāo)準(zhǔn)，軸承發(fā)生粘著磨損的失效原因?yàn)闈L子上的軸向載荷過大和潤(rùn)滑不充分造成粘著磨損，滾子端面發(fā)生咬粘,擋邊引導(dǎo)面和滾子端面均會(huì)發(fā)生粘著磨損。

5 綜合分析觀察軸承內(nèi)圈，大擋邊外翻嚴(yán)重，可見內(nèi)圈大擋邊所受軸向力極大。軸承外圈，未見潤(rùn)滑油脂過燒后形成的碳化痕跡，表明軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中潤(rùn)滑油脂未充分填充。

可以推斷，軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，軸向預(yù)緊力過大，游隙過小，滾動(dòng)體擠壓軸承內(nèi)圈大擋邊，內(nèi)圈與軸或外圈與軸承座之間的過盈配合會(huì)減小徑向游隙。同時(shí)，潤(rùn)滑不充分致使滑動(dòng)摩擦嚴(yán)重，軸承溫度迅速升高導(dǎo)致套圈和滾動(dòng)體產(chǎn)生回火軟化，進(jìn)而零件表面發(fā)生表面剝落及膠合，滾子在此情況下運(yùn)轉(zhuǎn)不良，產(chǎn)生偏斜及打橫將保持架拉斷并卷入滾道，大量材料的剝落及斷裂并卷入滾道愈加惡化了軸承的溫升，導(dǎo)致零件產(chǎn)生高溫回火過燒，內(nèi)圈軟化后在滾子極大的軸向力作用下，大擋邊被碾壓外翻。最終導(dǎo)致軸承抱死，故障失效。在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)溫度過高時(shí)，軸承的游隙也會(huì)減小，最導(dǎo)致軸承保持架與滾動(dòng)體之間的載荷過大，從而使保持架斷裂。保持架斷裂時(shí)，碎片脫落擠在滾動(dòng)體與滾道之間，會(huì)引起摩擦增大、過熱和軸承咬死。這種情況發(fā)生后對(duì)軸承滾道檢查時(shí)可發(fā)現(xiàn)，內(nèi)滾道載荷區(qū)域明顯加大，這表明了由于軸向載荷過大導(dǎo)致上述現(xiàn)象的產(chǎn)生。

6 結(jié)束語

由于該圓錐滾子軸承損壞嚴(yán)重，無法分析部分因素的初始情況及其失效的具體原因?，F(xiàn)對(duì)套圈及滾動(dòng)體、保持架的分析與排查，初步認(rèn)定該軸承失效的原因應(yīng)為潤(rùn)滑不充足、安裝不當(dāng)造成的軸承預(yù)緊力過大，游隙過小所致。使用時(shí)建議用戶對(duì)軸承潤(rùn)滑脂填充量、軸承預(yù)緊力狀態(tài)及軸承預(yù)緊后的游隙和旋轉(zhuǎn)靈活性進(jìn)行排查，以檢驗(yàn)我方分析是否合理。以上事實(shí)說明軸承在使用過程中合理的安裝對(duì)保證安全及保證軸承的使用壽命至關(guān)重要。

（編輯：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.

張偉男（1989- ），男，助理工程師.