圆锥滚子轴承滚道破损和贯穿裂纹故障分析

时间:2021-07-28 点击:92次
1、圆锥滚子轴承滚道破损故障形貌
故障轴承外圈窄端滚道边缘有一长度约为51mm(中间的凹槽为检验切割所致)如图1所示,宽度约为7mm的破损带(如图2所示),破损带内发生疲劳性剥落,与滚道过渡边缘有棱状材料碾压凸起(如图3所示),其他部位无明显损伤。
图1 故障轴承外圈窄端边缘的破损带长度
图2 破损带宽度
图3 破损处与滚道边缘的棱状材料碾压凸起
2、圆锥滚子轴承贯穿裂纹故障形貌
故障轴承内圈沿着径向方向有一贯穿裂纹,裂纹呈较规则形状,内圈内径、宽端面均有明显滑动痕迹(图4)。
图4 内圈内径、宽端面的滑动痕迹
故障轴承全部滚子小端有一明显宽度约为7mm的亮印(图5),部分滚子小端倒角处有剥落迹象。
图5 失效轴承的滚子亮印宽度
3、轴承故障树分析
通过故障树图6、7进行分析,可以初步对轴承的失效原因进行有针对性地分析与讨论。
首先,对于滚道破损问题,由于施加载荷为正常通用载荷并无异常,因此可以排除载荷过大原因;由于破损带位于外圈滚道边缘部分,而非全部载荷区,因此排除异物侵入、润滑不良、游隙不当等原因,因为这些原因所导致的滚道疲劳必然是分布于全载荷区或者至少是大部分载荷区。因此,可以初步确定,力矩载荷与旋转不良是致使该轴承外圈滚道破损的主要原因。
其次,对于内圈贯穿裂纹问题,由于经过测量的轴承与轴均未超差,因此可以排除过盈量大的原因;与外圈相同,轴承载荷并无异常,可以排除过大载荷的原因;轴圆柱度符合标准要求,可以排除轴的原因;内圈并无剥落,可以排除剥落发展的原因;内圈没有烧伤变色现象,可以排除发热变形原因。综上所述,基本可以确定旋转不良是致使该轴承内圈贯穿裂纹的主要原因。
4、轴承故障具体原因分析
4.1外圈滚道疲劳破损原因
1)力矩载荷。当轴承承受力矩载荷而使滚子与滚道的部分表面产生应力集中时,便会在应力集中区域发生局部过载剥落。
2)旋转不良。由于旋转不良而使滚道承载区域减小甚至偏离主要承载区域,致使局部应力集中而发生剥落。
4.2内圈贯穿裂纹原因
1)由于某些原因使轴承内圈承受倾覆力矩,在倾覆力矩作用下致使内圈异常受载而撕裂。
2)轴承旋转过程中发生异常的过大的冲击载荷,致使内圈局部瞬间受载过大而将内圈振裂。
5、轴承故障综合分析
5.1外圈滚道疲劳破损
经过对外圈滚道疲劳破损部位与滚子亮印带的对比,发现二者尺寸吻合(图8)。
图8 外圈滚道疲劳破损部位与滚子亮印带的对比
外圈疲劳破损部位与滚道相交处的棱状凸起部分的圆弧与滚子小端倒角吻合,因此可以判定,外圈滚道疲劳破损部位与滚子亮印带的局部相互作用是致使滚道应力集中而发生剥落的原因。
加之内圈内径有明显滑动痕迹,可以推测内圈与轴产生了相对滑动,原因可能是固定内圈轴向位置的锁紧螺母松动而使内圈脱离工作位置产生内组件窜出现象(图9),致使轴承旋转不良而产生受载区域局部应力集中,从而在交变应力的作用下,发生外圈疲劳破损现象。
图9 圆锥滚子轴承内组件窜出示意图
5.2 内圈贯穿裂纹
根据外圈滚道疲劳破损的分析情况,当内组件窜出致使外圈滚道疲劳破损后,轴承的旋转进入极度不良状态,此时,内圈在承受偏载而产生倾覆力矩的情况下还会由于外圈滚道的破损而产生冲击载荷,继而使内圈产生裂纹并扩展、贯穿。