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圓錐滾子軸承是滾動(dòng)軸承中常見(jiàn)的類型之一，使用過(guò)程中失效形式是常見(jiàn)的故障，圓錐滾子軸承失效種類很復(fù)雜，軸承失效的形式也很多，原因也很復(fù)雜，為了能更佳的了解其中的一種失效形式，本公司下面給大家分享的是圓錐滾子軸承的早期失效形式和相關(guān)檢測(cè)分析。
1、圓錐滾子軸承的介紹
如圖1所示，圓錐滾子軸承一般可承受較重的徑向和軸向聯(lián)合字載荷，也可承受純軸向載荷，主要取決于軸承接觸角的大小，接觸角越大，軸向承載能力越高。
圖1 圓錐滾子軸承
2、圓錐滾子軸承早期失效形式描述
此圓錐滾子軸承是裝配在某型車車橋的主動(dòng)柱齒輪兩側(cè)的，齒輪兩側(cè)各安裝一套該軸承。通過(guò)與該車技術(shù)員溝通，了解到該型號(hào)軸承在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)軸承過(guò)燒、保持架斷裂、軸承內(nèi)圈與滾子損壞等現(xiàn)象，具體的損壞形式為：故障軸承損壞嚴(yán)重，軸承內(nèi)圈滾道有光亮狀剝落痕跡，大擋邊外翻且已磨失，小擋邊外翻（如圖2、3所示），內(nèi)徑一側(cè)有帶深度軸花鍵壓痕（如圖4所示）。
圖2 內(nèi)圈損壞嚴(yán)重且大擋邊外翻
圖3 內(nèi)圈小擋邊外翻
圖4 內(nèi)徑存在有深度貫穿壓痕
3、圓錐滾子軸承失效形式分析
磨損是指在使用過(guò)程中，兩個(gè)滑動(dòng)或滾動(dòng)與滑動(dòng)接觸表面的微凸體相互作用，造成材料的不斷移失，主要分為磨粒磨損和粘著磨損兩方面。磨粒磨損是潤(rùn)滑不充分或外界顆粒侵入的結(jié)果，表面變暗的程度因磨粒和性質(zhì)而異。由于旋轉(zhuǎn)表面和保持架上的材料被磨掉，這些磨粒數(shù)量逐漸增多。最終磨損進(jìn)入一個(gè)加速過(guò)程，從而導(dǎo)致軸承失效。粘著磨損是材料從一表面回火或重新淬火，這一過(guò)程會(huì)在接觸區(qū)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中并可能導(dǎo)致開裂和剝落。
4、軸承失效驗(yàn)證
對(duì)故障軸承的套圈及滾子進(jìn)行了金相組織及硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5和表1.
圖5內(nèi) 圈淬回火組織
5、 失效分析
故障軸承零件的金相組織及硬度檢測(cè)結(jié)果表明，內(nèi)圈在使用過(guò)程中發(fā)生了高溫回火回火溫度應(yīng)在350℃以上。
軸承滾道表面產(chǎn)生光亮狀磨損，應(yīng)為潤(rùn)滑劑不合適或潤(rùn)滑劑供給不足導(dǎo)致；內(nèi)圈擋邊和滾道發(fā)生粘著磨損的失效原因應(yīng)為滾子上的軸向載荷過(guò)大和潤(rùn)滑不充分造成粘著磨損，使?jié)L子端面發(fā)生咬粘現(xiàn)象。
因該軸承損壞頻繁，通過(guò)與客戶技術(shù)人員溝通，取得了該軸承的運(yùn)行參數(shù)，并通過(guò)Romax軟件模擬建模，對(duì)軸承進(jìn)行壽命分析。該齒輪軸為螺旋齒輪（見(jiàn)圖 6），齒輪兩側(cè)各安裝一套30215軸承，軸承的額定軸向載荷為41.5kN。螺旋齒輪傳遞的軸向力很大，通過(guò)建模分析確定為54.5kN。通常情況下，軸承允許的軸向載荷不超過(guò)定載荷的50%，30215軸承此時(shí)承受的載荷已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其所能承受的極限，齒輪兩側(cè)軸承的計(jì)算壽命為表 2 和表 3。
通過(guò)以上分析可以推斷，軸承在使用時(shí)，因軸向載荷過(guò)大，滾動(dòng)體擠壓軸承內(nèi)圈大擋邊，致使滑動(dòng)摩擦嚴(yán)重，軸承溫度迅速升高導(dǎo)致套圈產(chǎn)生回火軟化，使零件表面發(fā)生表面剝落及膠合，滾子在此情況下運(yùn)轉(zhuǎn)不良，內(nèi)圈軟化后在滾子極大的軸向力作用下，大擋邊被碾壓外翻，最終導(dǎo)致軸承失效。
6、 解決方法
通過(guò)對(duì)該軸承使用工況進(jìn)行了解后發(fā)現(xiàn)，該車橋設(shè)計(jì)中齒輪軸原為斜齒輪，對(duì)軸承產(chǎn)生的軸向力較小，軸承未見(jiàn)失效發(fā)生，但斜齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較大噪音，客戶在使用中反響較強(qiáng)烈。為減小整體噪音，將斜齒輪更改為現(xiàn)有的螺旋齒輪，整體噪音明顯下降，但導(dǎo)致軸承所受軸向力明顯變大，超出軸承承受極限，使軸承過(guò)早失效。
利用專用軟件Romax建模分析，該軸承失效的原因應(yīng)為軸向載荷過(guò)大所致，因此，對(duì)軸承的接觸角度進(jìn)行了調(diào)整，根據(jù)GB/T 297《滾動(dòng)軸承 圓錐滾子軸承 外形尺寸》標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)徑為75mm的軸承最大接觸角為28°48′39″，當(dāng)調(diào)整至該接觸角時(shí)，軸承計(jì)算壽命為表 4 和表 5，還是不能滿足用戶整車壽命要求，建議用戶考慮擴(kuò)大軸承外形尺寸或從其他方面減小軸承所受軸向載荷，以滿足對(duì)軸承的使用要求，避免此類失效再次發(fā)生。
溫馨提示：為了避免軸承早期失效，根據(jù)工況條件，選擇合適的軸承最重要。軸承的選擇是一項(xiàng)重要、細(xì)致、復(fù)雜的技術(shù)工作，它包括軸承結(jié)構(gòu)選擇、性能選擇和使用壽命的計(jì)算。在軸承選型時(shí)，應(yīng)該對(duì)軸承進(jìn)行全面考察，盡早發(fā)現(xiàn)軸承是否滿足使用要求，預(yù)防軸承早期失效，確保設(shè)備正常工作。
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