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某型號(hào)深溝球軸承在長(zhǎng)期使用后檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)保持架斷裂，分解后發(fā)現(xiàn)滾道出現(xiàn)局部剝落。該軸承使用非常廣泛，但在多年的使用過(guò)程中，均為出現(xiàn)過(guò)保持架斷裂、滾道剝落現(xiàn)象，這個(gè)保持架斷裂的原因是什么呢？下面本公司給大家分享相關(guān)實(shí)例和具體的原因。
深溝球軸承保持架斷裂故障特征：
故障軸承整體顏色光亮，內(nèi)、外套圈表面未見(jiàn)損傷如圖1所示；某鋼球所在保持架兜孔靠近一側(cè)鉚釘鉚合處均已開(kāi)裂斷開(kāi)，如圖2所示。
圖1 軸承整體形貌
圖2 軸承保持架開(kāi)裂形貌
將軸承外圈剖開(kāi)后發(fā)現(xiàn)，外圈滾道底部均有較明顯的變色接觸軌跡，軌跡已變粗糙，如圖3所示；內(nèi)圈滾道沿溝底出現(xiàn)了整個(gè)圓周的繼續(xù)剝落，接觸軌跡略偏向非打字端一側(cè)溝道，呈輕度爬坡特征，如圖4所示，開(kāi)裂兜孔近斷裂處已明顯磨損變薄并產(chǎn)生飛邊，如圖5所示，去掉鉚釘分離兩片保持架，可見(jiàn)有的保持架兜孔內(nèi)表面與鋼球摩擦變光亮開(kāi)裂兜孔內(nèi)表面更明顯如圖6、圖7所示;其中鋼球表面完整均有不同程度的高溫變色但仍有金屬光澤開(kāi)裂兜孔所在鋼球外觀未見(jiàn)異常。
故障軸承仍轉(zhuǎn)動(dòng)靈活但有明顯振感。對(duì)故障軸承精度和游隙進(jìn)行了檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
檢測(cè)結(jié)果：內(nèi)圈軸向跳動(dòng)、外圈軸向跳動(dòng)均明顯超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，說(shuō)明內(nèi)部精度已變差;
對(duì)軸承中7粒鋼球的尺寸精度進(jìn)行了檢測(cè)，實(shí)測(cè)鋼球直徑組差為0.8u m，略超標(biāo)準(zhǔn)要求，其中保持架開(kāi)裂兜孔內(nèi)的鋼球尺寸偏差略大，見(jiàn)表2。
剝落部位分析
掃描電鏡下觀察內(nèi)滾道剝落部位，未發(fā)現(xiàn)夾雜等材料缺陷，剝落源處有金屬凸棱，凸棱呈弧形分布并向剝落心部逐漸擴(kuò)展如圖8所示，該剝落性質(zhì)為疲勞剝落。
對(duì)剝落部位進(jìn)行能譜分析未發(fā)現(xiàn)除基體以外的其它元素，見(jiàn)圖9。
硬度及金相組織
根據(jù)故障件分解后外觀檢查結(jié)果，選取內(nèi)圈及一粒鋼球分別檢測(cè)了硬度及淬回火組織檢測(cè)結(jié)果內(nèi)套和鋼球的淬回火組織及硬度均符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，見(jiàn)表3。
進(jìn)一步觀察內(nèi)圈金相試樣未見(jiàn)高溫特征及組織異常。
故障分析
通過(guò)掃描電鏡分析確認(rèn)，軸承滾道剝落為疲勞剝落。根據(jù)保持架兜孔開(kāi)裂形貌及內(nèi)圈滾道剝落形貌，可判斷內(nèi)圈滾道的剝落應(yīng)先于保持架兜孔開(kāi)裂。因?yàn)檩S承正常工作時(shí)，保持架受力很小，只有鋼球引導(dǎo)保持架的拖動(dòng)力，此力不會(huì)造成保持架的開(kāi)裂；即使保持架先開(kāi)裂其對(duì)鋼球的約束作用并未明顯改變，也不可能造成內(nèi)圈滾道的剝落。
反之，軸承內(nèi)圈滾道產(chǎn)生剝落后軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)將出現(xiàn)異常，產(chǎn)生振動(dòng)，使鋼球在周向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，產(chǎn)生徑向跳動(dòng)和周向的擺動(dòng)、同時(shí)產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)阻滯，使鋼球與保持架兜孔之間產(chǎn)生接觸表面的磨損同時(shí)鋼球?qū)Ρ３旨芏悼走€產(chǎn)生周向的拉伸作用，最終使保持架在轉(zhuǎn)角等薄弱處產(chǎn)生疲勞斷裂。從內(nèi)圈理化檢測(cè)結(jié)果看，可排除存在材料或冷、熱加工缺陷的影響；軸承外圈滾道整個(gè)圓周方向都有接觸壓痕說(shuō)明軸承工作時(shí)徑向載荷偏大。復(fù)查軸承安裝配合狀態(tài)，均符合技術(shù)要求，可排除徑向工作游隙偏小的影響。從7粒鋼球尺寸檢測(cè)結(jié)果看，直徑組差為0.8 u m，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求。
采用軸承設(shè)計(jì)分析軟件對(duì)軸承工作過(guò)程中的接觸應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算分析。計(jì)算結(jié)果表明，在軸承正常工況條件下，鋼球與內(nèi)圈滾道的接觸應(yīng)力最大，最大接觸應(yīng)力為1758MPa，小于軸承鋼的最大許用接觸應(yīng)力2000MPa；在鋼球直徑組差超差的情況下，存在尺寸偏大的鋼球與內(nèi)圈滾道的最大接觸應(yīng)力超過(guò)軸承鋼最大許用接觸應(yīng)力2000MPa的可能。
綜合上述分析，初步得出造成內(nèi)圈滾道剝落的原因是鋼球直徑組差超差影響了一組鋼球承載分布狀態(tài)，尺寸偏大的鋼球與內(nèi)圈的接觸應(yīng)力超過(guò)了材料的最大接觸應(yīng)力，并且出現(xiàn)了附加的振動(dòng)載荷，長(zhǎng)時(shí)間工作后，就會(huì)造成內(nèi)圈滾道的疲勞剝落。軸承內(nèi)圈滾道產(chǎn)生剝落后，軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)異常，造成保持架一兜孔開(kāi)裂。因此在軸承裝配過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制軸承的鋼球直徑組差，防止由于直徑組差超差給軸承在使用過(guò)程中帶來(lái)接觸應(yīng)力變化、額外的振動(dòng)載荷導(dǎo)致的產(chǎn)品故障。
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