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SKF深沟球轴承保持架断裂问题分析
时间:2021-07-09    点击:601
1、深沟球轴承润滑不良问题:SKF轴承运转处于贫油状态,易形成粘着磨损,使工作表面状态恶化,粘着磨损产生的撕裂物易进入保持架,使保持架产生异常载荷,有可能造成保持架断裂。   
2、深沟球轴承蠕变现象:蠕变多指套圈的滑动现象,在配合面过盈量不足的情况下,由于滑动而使载荷点向周围方向移动,产生套圈相对轴或外壳向圆周方向位置偏离的现象。   

3、深沟球轴承保持架材料缺陷:裂纹、大块异金属夹杂物、缩孔、气泡及铆合缺陷缺钉、垫钉或两半保持架结合面空隙,严重损伤等均可能造成保持架断裂。

深沟球轴承在长时间使用后检查时,发现保持架断裂,分解后发现滚道有局部脱落。这类轴承应用非常广泛,但在多年的使用过程中,出现过架断裂、滚道脱落等问题,造成保持架断裂的原因是什么?下列轴承与您分享实例和具体原因。

深沟式轴承保持架断裂故障特征分析

整个失效轴承颜色鲜艳,内外圈表面无损伤,如图1所示;图2所示,某钢球保持架固定孔靠近一侧的铆钉铆接处断裂。

在轴承工业中,把这个过程放在内外圈的中间称为“装配”或“合套”。工艺如下:好内外圈,内圈靠边放置,钢球、分球放入,用小爪将钢球均匀地分开,放置于托架上,将两片托架固定在一起。是否有一种恍然大悟的感觉?

在切削轴承外圈时,发现在外圈滚道底部有较明显的变色接触痕迹,接触痕迹变得粗糙,如图3所示;在内圈滚道沿沟底出现持续不断的剥落,接触痕迹略偏向于未打字部分一侧的沟道,呈轻微爬坡特征,如图4所示,裂口近断层处的兜孔磨损明显,并产生飞边,如图5所示,兜孔所在钢球外观无异常,兜孔内表面与钢球摩擦变得更明亮,如图6、图7所示;钢球表面虽仍完整,但仍有金属光泽,但裂口所在钢球外观无异常。

故障轴承仍转动灵活,但振动感觉明显。对失效轴承精度和游隙进行了检测。

试验结果:内圈轴向跳动和外圈轴向跳动均明显超出标准要求,表明内圈精度已发生变化;

对7个轴承钢球进行了尺寸精度测试,结果发现钢球直径组差为0.8um,略超过标准要求,其中保持架开孔和兜孔处钢球尺寸偏差较大。

SKF探索者接触球轴承的性能得到了显著改善,其方法是优化内部几何形状和所有接触表面的表面光洁度,重新设计保持架,将极纯和均匀的钢与独特的热处理技术结合起来,并改善钢球的质量和一致性。

扫描电镜观察内滚道剥落部位,未发现夹杂等材料缺陷,剥落源处有金属棱角,棱角呈弧形分布,并逐渐向剥落心部扩展,如图8所示,性质为疲劳剥落。

对剥落部位进行能谱分析,除基体外,未发现其它元素。

根据失效零件的分解后外观检验结果,分别选择了内圈和钢球粒,并进行了硬度和淬火回火组织的检验,结果表明,表3所示的内圈和钢球粒的淬火回火组织和硬度符合标准要求。

进一步观察内圈金相样品,未发现明显的高温特征和组织异常。

通过扫描电镜分析,确定轴承滚道为疲劳剥落。根据对保持架兜孔开裂形貌及内圈滚道的剥落形貌分析,内圈滚道的剥落形貌应在保持架兜孔之前。因为轴承在正常工作时,保持架受力很小,只有钢球在其上拖动,所以该力不会导致保持架开裂;即使保持架先开裂,但它对钢球的约束作用没有明显改变,也不会导致内滚道脱落。

反之,轴承内圈滚道产生剥皮滞后,轴承运转会出现异常,产生振动,使钢球在周向转动时运转不平稳,产生径向跳动和周向摆动,同时产生运行阻滞,使钢球与保持架接触表面产生磨损,同时使钢球对保持架产生周向拉力,最终使保持架在转角等薄弱部位产生疲劳断裂。经物理化学检验,排除了冷、热加工缺陷或材料的影响;轴承外圈滚道在整个环形方向上都有接触压痕,表明工作时径向载荷偏大。检测轴承安装与配合状态,确保其符合工艺要求,排除径向工作游隙偏小的影响。经对7个钢球尺寸检测,发现直径组差异为0.8微米,超出标准要求。

运用轴承设计分析软件,对轴承在使用过程中的接触应力进行了计算分析。经计算发现,在轴承正常工作状态下,钢球与内圈滚道之间的接触应力最大,其最大值为1758MPa,低于轴承钢的最大许用接触应力2000MPa;而在钢球直径组差超差时,钢球与内圈滚道之间的最大接触应力可能大于轴承钢的最大许用接触应力2000MPa。

根据上述分析,初步得出内圈滚道开裂的原因是钢球直径组差异超差影响了一组钢球的受力分布状态,由于尺寸偏大,钢球与内圈的接触应力大于材料的最大受力,并且由于内圈滚道长时间工作而引起疲劳开裂。内圈滚道产生剥落落后,轴承运转出现异常,造成保持架上的圈孔破裂。因此在轴承装配过程中应严格控制钢球的径组差,防止因径组差过大而引起的轴承接触应力变化,增加振动负荷,造成产品失效。



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郭生
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