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圓錐滾子軸承具有承載能力大，可同時承受軸向、徑向載荷，壽命長等有優(yōu)勢，應(yīng)用也非常廣泛，如汽車、鐵路貨車，工程機械，機床和石油等行業(yè)，軸承裝配時保證圓錐滾子軸承整體質(zhì)量的一環(huán)，裝配質(zhì)量的高低會直接影響到設(shè)備的安裝和使用性能。下面是本公司給大家提供的石油行業(yè)中的雙列圓錐滾子軸承（如圖1）失效實例的分析。我們主要從軸承運轉(zhuǎn)痕跡、斷口、原材料等方面進行對軸承失效原因的判斷。
圖1 雙列圓錐滾子軸承
1、雙列圓錐滾子軸承宏觀試驗分析
雙列圓錐滾子軸承使用在石油鉆井天車的滑輪組上，滑輪在使用約30 d出現(xiàn)異常，拆卸后發(fā)現(xiàn)滑輪上軸承斷裂。在對送檢軸承—側(cè)內(nèi)圈(A側(cè))保持架組件進行外觀檢查時，發(fā)現(xiàn)一粒剝落滾子，滾子剝落處靠近內(nèi)圈小端面(圖2)，而軸承外圈、另一側(cè)內(nèi)圈(B側(cè))保持架組件、滾子全部完好。
圖2 A側(cè)內(nèi)圈剝落滾子裝配狀態(tài)
1)A側(cè)內(nèi)圈斷口宏觀及微觀形貌。
A側(cè)內(nèi)圈內(nèi)徑表面存在圓周方向裂紋和軸向裂紋，A側(cè)內(nèi)圈小端面迸裂，部分區(qū)域掉塊，并且部分區(qū)域存在微動腐蝕痕跡(圖3a)。滾道表面靠近小端面處存在圓周一周的剝落，部分區(qū)域發(fā)生斷裂。未剝落區(qū)域表面布滿壓坑，并存在輕微軸向壓痕(圖3b)。
圖3 A側(cè)內(nèi)圈宏觀形貌
選取軸承內(nèi)圈滾道斷裂區(qū)域進行檢查發(fā)現(xiàn)，斷裂均是由滾道表面剝落處向內(nèi)延伸，而且斷裂源多處于乎平行(圖4)。這說明由于滾道表面先發(fā)生剝落，在載荷作用下繼續(xù)運轉(zhuǎn)，剝落向滾道內(nèi)部延伸，從而造成內(nèi)圈周問斷裂。
圖4 內(nèi)圈斷口形貌
選取軸承A側(cè)內(nèi)圈一剝落區(qū)域進行觀察，剝落源區(qū)域位于靠近小端面?zhèn)葷L道表面(圖5矩形框處)，剝落沿圖中箭頭方向擴展?？梢钥闯?，剝落源位于圓圈處，以剝落源為源頭，剝落向一側(cè)和下方（大端面一側(cè))擴展。結(jié)合剝落處宏觀觀察以及電鏡觀察，可以看出，剝落源位于內(nèi)圈滾道表面靠近小端面?zhèn)龋詣兟湓礊橹行南驖L道中央(圖5箭頭方向)。
圖5 軸承內(nèi)圈剝落形貌
2）剝落滾子形貌
側(cè)滾子共52粒，損壞滾子的一端嚴重剝落(圖6)。對剝落處進行觀察發(fā)現(xiàn)，剝落源位于圖6a中矩形區(qū)域，向另一側(cè)擴展(圖6a箭頭方向)。
圖6 剝落滾子形貌
3)保持架兜孔形貌。
A側(cè)保持架一個窗孔內(nèi)小端兩側(cè)過梁及底部存在擠壓痕跡(圖7)，剝落滾子在運轉(zhuǎn)過程中對保持架兜孔產(chǎn)生了擠壓和磨損。其他窗孔正常，B側(cè)保持架未見異常。
圖7 A側(cè)保持架一窗孔異常形貌
2、圓錐滾子軸承故障機理分析
經(jīng)過分析得知，軸承的失效性能為滾子與一側(cè)內(nèi)圈發(fā)生點接觸，導(dǎo)致應(yīng)力集中，使得內(nèi)圈出現(xiàn)疲勞剝落。
通過對失效軸承的熱處理狀況皮材質(zhì)進行分析，軸承本身材料、熱處理等質(zhì)量未發(fā)現(xiàn)異常。為找到軸承失效原因，隨后重新對軸承的斷口及受力狀況進行排查，通過對軸承破損內(nèi)圈剝落處斷口進行分析
發(fā)現(xiàn)，剝落由內(nèi)圈小端面向大端面擴展，即內(nèi)圈小端面?zhèn)仁艿捷^大的載荷。通過對保持架兜孔進行重新檢查，只有一個兜孔存在嚴重磨損，而其他兜孔完好。重新對破損滾子進行觀察，并與正常滾子進行對比，發(fā)現(xiàn)破損滾子磨損嚴重的部位在大端面處。
由此可以得出結(jié)論:導(dǎo)致軸承失效的直接原因就是其中一粒滾子反向裝入軸承A側(cè)內(nèi)圈。由于軸承尺寸較大(內(nèi)徑355.6mm)且滾子錐度很小，所以當一粒滾子反向裝入軸承內(nèi)圈后，該粒滾子對整個內(nèi)圈的影響很難被發(fā)現(xiàn)。在內(nèi)圈裝入軸承后，由于保持架的束縛及本身存在的游隙，在軸承整體裝機前，不經(jīng)過仔細檢查，不會發(fā)現(xiàn)此類異常。
當軸承裝人設(shè)備之后，由于內(nèi)圈與主軸之間通常采用過盈配合，造成軸承徑向游隙變小，而滾子反裝處游隙則更小或變?yōu)樨撚蜗?，在運轉(zhuǎn)過程中，該處接觸應(yīng)力將遠大于其他位置，甚至在運轉(zhuǎn)中該處無法形成正常工作的油膜，故在軸承運轉(zhuǎn)后不久，使得反裝處滾子表面形成剝落，由于剝落物在軸承內(nèi)部反復(fù)擠壓工作表面，在軸承內(nèi)圈滾道形成大量碾壓坑。
同時，由于反裝滾子擠壓軸承內(nèi)圈滾道，內(nèi)圈滾道沿反裝滾子運轉(zhuǎn)痕跡處逐漸產(chǎn)生剝落，在反裝滾子的反復(fù)擠壓下，剝落向軸承內(nèi)圈內(nèi)部擴展，最終導(dǎo)致內(nèi)圈斷裂。此類滾子反向裝入軸承導(dǎo)致的失效特征非常典型，即失效軸承中只有個別滾動體及內(nèi)圈失效，其他部件基本完好。
當滾子反向裝入軸承后，由于反裝滾子被保持架束縛，所以滾子大端倒角與內(nèi)圈產(chǎn)生點接觸，而未與外圈接觸，這就造成了內(nèi)圈已經(jīng)嚴重損壞的情況下，外圈卻完好無損的現(xiàn)象。所以這類軸承失效分析可先從外觀形貌、斷口、剝落方向等宏觀方面進行分析，推斷軸承零部件的受力狀況，然后從細節(jié)中找到失效原因。
目前，我國大多數(shù)軸承生產(chǎn)廠家對于圓錐滾子軸承滾動體正反裝的檢測主要是靠人工肉眼進行的，這種檢測方式容易引起視覺疲勞而漏檢。這種情況在小錐度圓錐滾子軸承中極其容易出現(xiàn)。因此在軸承組裝過程中應(yīng)仔細辨別滾子的大小端面，成品軸承應(yīng)進行振動檢測，在裝入設(shè)備后應(yīng)仔細檢查軸承是否存在異?；虍愴?。
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