1、高速圓柱滾子軸承滾子端面磨損實例情況

某型軸承在外場工作時，發(fā)生金屬屑超標報警故障，軸承失效。其典型失效特征如下：

滾子端面出現(xiàn)了磨損，外徑兩端出現(xiàn)了高溫變色，見圖1，保持架兜孔內(nèi)磨橫梁和側(cè)梁都發(fā)生了嚴重的高溫磨損變形，見圖2，外滾道擋邊磨損變形，見圖3。內(nèi)滾道出現(xiàn)了剝落，最大一處剝落面為長方形，長約22mm，見圖4，剝落區(qū)已出現(xiàn)了高溫二次淬火現(xiàn)象。

圖1 滾子端面磨損圖片

圖2 保持架兜孔磨損形貌

圖3、4 外滾道擋邊碾壓變形和內(nèi)滾道剝落形貌

從上述失效特征看，軸承滾子已發(fā)生了嚴重的偏，并造成了滾子端面、保持架兜孔、外滾道擋邊的磨損，以及內(nèi)滾道的疲勞剝落和高溫二次淬火現(xiàn)象。

近年來，該型軸承同類故障發(fā)生了多起，均出現(xiàn)了外圈擋邊的嚴重磨損、滾子端面的嚴重磨損，內(nèi)、外滾道的接觸疲勞剝落等故障特征。

2、軸承工作性能要求

改型軸承為外圈雙擋邊內(nèi)圈無擋邊的單列向心短圓柱滾子軸承，工作時外圈靜止，內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，內(nèi)圈轉(zhuǎn)速為41586r／min，承受的徑向載荷147N，從工作性能要求看，該軸承轉(zhuǎn)速高，載荷低，工作過程中極易產(chǎn)生輕載打滑。

3、軸承故障原因分析

軸承在高速運轉(zhuǎn)時，如有任何微小的干擾或變化（如高溫造成的潤滑油積碳顆粒等）都會使高速運轉(zhuǎn)的滾子產(chǎn)生動態(tài)失穩(wěn)，發(fā)生擺動，其結(jié)果就會使?jié)L子端面與外圈擋邊間發(fā)生異?；瑒幽p。滾子的外圓表面也會與內(nèi)圈滾道表面發(fā)生滑蹭，滾子擺動的結(jié)果也會造成與其接觸的保持架兜孔內(nèi)表面產(chǎn)生滑蹭或磨損，一系列的滑蹭和磨損都會伴隨著溫度的升高。隨著時間的變化，磨損和溫升都會加劇，直至造成軸承失效。

造成滾子動態(tài)失穩(wěn)并發(fā)生側(cè)擺的主要影響因素有：

(a)滾子精度。主要包括滾子直線段的直線性、弧坡和倒角的對稱性，直徑相互差和長度相互差，滾子端面平行差和垂直差，表面粗糙度等；

(b)套圈滾道直線性；

(C)外圈擋邊平行差；

(d)保持架兜孔精度。主要包括橫梁與側(cè)梁的垂直差，底部對保持架端面壁厚差等；

(e)滾子端面與外圈擋邊間間隙；

(f)異物干擾。

如果滾子精度不好，將直接影響滾子在高速滾動條件下的動平衡，從而破壞滾子的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。在滾子產(chǎn)生動態(tài)失穩(wěn)的初期，如果外圈擋邊平行差、套圈滾道直線性、保持架兜孑L等精度足夠高，就會對滾子的動態(tài)失穩(wěn)起到約束作用，使其保持正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)，否則，就會加劇滾子的動態(tài)失穩(wěn)。在滾子以極高的自轉(zhuǎn)速度與套圈擋邊發(fā)生滑動摩擦時，產(chǎn)生的摩擦熱也非常高，此時，如果滾子端面與套圈擋邊間隙偏小，就很難形成潤滑油膜，此處的冷卻效果也將受到嚴重影響，最終導(dǎo)致滾子端面和套圈擋邊的高溫磨損。因此，某高速短圓柱滾子軸承滾子端面磨損故障是上述各因素綜合作用的結(jié)果。用輪廓儀檢測了故障軸承套圈滾道和滾子直線性，可確認各零件原始直線性符合要求，可排除此項因素的影響。通過設(shè)計復(fù)查發(fā)現(xiàn)，該型軸承滾子長度相互差要求較低，弧坡表面為磨削加工表面，粗糙度和精度都較低；外圈擋邊對基準端面的平行差要求也較低，這些因素應(yīng)是影響該型軸承滾子高速轉(zhuǎn)動時動態(tài)穩(wěn)定性的主要因素。

4、改進措施

根據(jù)故障原因分析結(jié)果，制定了如下技術(shù)改進措施：

(1)將外圈擋邊對基準端面的平行差由5m提高到3m；

(2)將每組滾子長度相互差由8m提高至4m，直徑相互差由0.7131提高至0.5m；

(3)增加保持架兜孔底部對保持架端面壁厚差要求(不大于0.05mm)；

(4)增加滾子兩側(cè)弧坡表面超精加工要求。

(5)增加測量滾子端面與外圈擋邊間間隙的要求。

有效地改善和提高了滾子高速轉(zhuǎn)動時的動態(tài)穩(wěn)定性，使后期生產(chǎn)的軸承質(zhì)量得到大幅度提高，從而提高軸承的壽命與可靠性，保證主機的使用安全。改進后的軸承，經(jīng)裝機使用，同類故障未再發(fā)生，改進效果良好。