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        鐵路客車軸承外圈疲勞失效分析

        2022-07-22 06:33:44陳明浩
        哈爾濱軸承 2022年2期
        關(guān)鍵詞:未加工軸承座外徑

        陳明浩

        (瓦房店軸承集團(tuán)水泥事業(yè)部,遼寧 瓦房店 116300)

        1 前言

        當(dāng)年 5T 監(jiān)測(cè)中心 TADS 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)曾監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)某次列車機(jī)后 14 位輪對(duì)軸承故障報(bào)警[1][2]。通過追蹤查詢,發(fā)現(xiàn)了軸承故障車號(hào),TADS 監(jiān)控發(fā)現(xiàn)京九線某一探測(cè)站預(yù)報(bào)該車次機(jī)后 14 位一級(jí)軸承外圈故障報(bào)警一次,其故障頻譜符合故障特征,基本確定該軸承為外圈故障[3]。后來運(yùn)用車間分解了故障輪對(duì)。

        來樣故障軸承編號(hào):101-1502026,為某軌道客車有限公司新裝軸承,軸承裝用時(shí)間將近一年。拆檢軸承發(fā)現(xiàn):軸承外圈承載區(qū)滾道一處剝離,承載區(qū)外徑表面略有變色;內(nèi)圈滾道及滾子滾動(dòng)表面存在碾壓剝離碎屑而產(chǎn)生的凹坑;保持架未見異常。

        2 失效軸承狀態(tài)

        外圈承載區(qū)滾道有一處剝離,見圖 1。剝離起源于近非打字端面一側(cè)近油溝邊緣并沿軸向擴(kuò)展;近油溝邊緣處損傷較重,剝離長(zhǎng)度約125 mm,寬度布滿滾道全寬,見圖 2。放大觀察,剝離區(qū)呈現(xiàn)疲勞擴(kuò)展特征的海灘狀條紋,見圖 3。外徑接觸載荷區(qū)存在兩邊接觸、中間未接觸的異常情況,見圖 4。

        圖1 外圈滾道剝離形貌

        圖2 外圈滾道剝離起源部位及擴(kuò)展方向

        圖4 外圈載荷區(qū)接觸形貌

        3 理化檢測(cè)

        3.1 化學(xué)成分能譜檢測(cè)分析

        采用 ARL4460 直讀光譜分析儀檢測(cè),失效軸承外圈材料為 GCr18Mo(電渣重熔)鋼[4],化學(xué)成分均符合 TB/T 2235—2016 標(biāo)準(zhǔn)要求[5]。檢驗(yàn)結(jié)果見表 1:

        表1 外圈化學(xué)成分檢測(cè) %

        3.2 硬度檢驗(yàn)

        采用 HR-150A 洛氏硬度計(jì)(檢測(cè)范圍:20~67HRC)對(duì)來樣進(jìn)行硬度檢驗(yàn),外圈表面硬度符合 TB/T 2235—2016 標(biāo)準(zhǔn)要求,檢測(cè)結(jié)果如下:

        外圈硬度:60.5 61.0 61.0 HRC(標(biāo)準(zhǔn)58~62 HRC)

        3.3 顯微組織檢驗(yàn)

        采用 LEICA DMRXE 金相顯微鏡檢驗(yàn),外圈淬火組織符合 TB/T 2235—2016 標(biāo)準(zhǔn)要求,檢驗(yàn)結(jié)果詳見表 2 及圖 5。

        表2 外圈淬火組織檢驗(yàn)結(jié)果

        采用 LEICA DMRXE 金相顯微鏡檢驗(yàn),外圈非金屬夾雜物符合 TB/T 2235—2016 標(biāo)準(zhǔn)要求,檢驗(yàn)結(jié)果詳見表 3 及圖 5。

        表3 外圈非金屬夾雜物檢驗(yàn)結(jié)果

        圖5 放大500 倍 外圈貝氏體組織

        4 軸承外圈輪廓檢測(cè)

        根據(jù)外圈承載區(qū)滾道剝離形貌判定,剝離起源于非打字面一側(cè)滾道近油溝的邊緣處。通過對(duì)外圈未損壞部位滾道輪廓進(jìn)行檢測(cè),近剝離起源部位滾道邊緣(近油溝處)存在凸起,表明滾道未加工到位,見圖 6。外圈外徑輪廓檢測(cè)結(jié)果見圖 7。

        圖6 外圈滾道輪廓

        圖7 外圈外徑輪廓

        5 分析判斷

        結(jié)合檢驗(yàn)結(jié)果分析,軸承外圈材料及熱處

        理質(zhì)量未見異常,排除因材料及熱處理等因素引起的疲勞剝離。軸承外圈載荷區(qū)外徑接觸痕跡異常,兩端接觸痕跡重,中間接觸痕跡輕,說明軸承外圈與軸承座接觸形式異常。軸承外圈外徑直線度符合標(biāo)準(zhǔn)要求,結(jié)合外圈外徑接觸痕跡推斷應(yīng)是軸承座接觸面出現(xiàn)凹陷形式,這種接觸形式會(huì)對(duì)軸承受載產(chǎn)生影響。軸承外圈兩端油溝處受力大,易出現(xiàn)應(yīng)力集中,加之軸承滾道通過輪廓儀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)外圈近非打字端面一側(cè)滾道邊緣(近油溝處)存在凸起,即滾道未加工到位,在軸承持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,滾子與外圈滾道凸起部位接觸時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中。另軸承外圈外徑油溝位置受力大,凸起部位逐漸產(chǎn)生疲勞剝離,剝離進(jìn)一步沿軸向擴(kuò)展并布滿滾道全寬。故此次軸承失效與外圈外徑接觸異常;滾道未加工到位,邊緣存在凸起兩個(gè)方面有直接關(guān)系[6]。

        6 結(jié)論

        軸承失效與外圈外徑接觸異常;滾道未加工到位,邊緣存在凸起兩個(gè)方面有直接關(guān)系。

        建議在加工制造過程中要嚴(yán)格控制軸承尺寸精度,加強(qiáng)檢驗(yàn),避免漏檢而出現(xiàn)的質(zhì)量問題;另在安裝使用過程中建議車輛段對(duì)軸承座尺寸也要嚴(yán)格檢測(cè),避免因接觸不良而產(chǎn)生受力不均,進(jìn)而引起軸承失效。

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