離心風機用調心滾子軸承的失效分析

朱愛華，朱成九

(華東交通大學a.機電工程學院; b.土建工程學院,南昌 330013)

某一懸臂離心風機，轉速1 450 r/min，靠近電動機端所用的軸承為22324CC/W33，油浴潤滑，在運行8個月就出現燒損事故，被迫停機更換，現對其失效原因進行分析。

1 軸承和聯軸器外觀檢查

風機機組結構如圖1所示，軸承安裝結構如圖2所示。

圖1 風機機組結構示意圖

圖2 風機軸承安裝結構示意圖

對失效的軸承進行外觀檢查，發現保持架已嚴重燒損變形，并有被滾子磨擠的凹痕，如圖3所示。單列滾子和外滾道表面有嚴重磨損和滾壓的凹痕，如圖4所示。外圈端面可見清晰的周向壓痕，如圖5所示。內圈端面未見異常，內滾道有明顯可見的分布于整個滾道面的嚴重的磨損痕跡；內徑面可見輕度蠕動剝落痕跡。

圖3 保持架燒損

圖4 滾子和外滾道表面的凹痕

圖5 外圈端面的周向壓痕

軸承外徑面沿周向有蠕動剝落痕跡，如圖6所示。外滾道上可見剝落的金屬附著堆積在整個圓周上，如圖7所示。對聯軸器進行檢查發現，其端面有明顯可見多條周向異物擠壓痕跡。

圖6 外徑表面蠕動剝落痕跡

圖7 外滾道表面剝落失效

2 故障原因分析

軸承在裝機運行的初期是正常的，這說明安裝過程并未對軸承造成嚴重損傷；在運行8個月后出現異常燒損，說明故障是在運行過程中產生并迅速加劇的。該故障軸承使用油浴潤滑，滿足運行工況，且外圈上黑色碳化油跡也說明潤滑油量是充足的。

由于聯軸器的端面在徑向存在多條周向的擠壓痕跡，這表明電動機軸在運轉過程中發熱膨脹致使聯軸器兩端面接觸或停機時異物進入聯軸器的兩端面之間(圖8)，使聯軸器端面受到一軸向載荷，從而引起電動機端調心滾子軸承內圈產生軸向偏移，使得該調心滾子軸承的軸向游隙減小為零。由于故障軸承靠近風機一側的滾子與內、外圈之間沒有軸向游隙，因此，軸承在1 450 r/min 的高速運轉下形成偏載，偏載不但造成各列滾子間的載荷分配不均，還會引起單列滾子歪斜及打滑，造成局部應力集中，使滾子及相應內、外滾道部分區域疲勞,同時，滾子將與保持架、內圈、外圈產生干涉，出現劇烈摩擦[1-2]。這可從圖4看出，因偏載造成單列滾子和外滾道表面出現磨損和滾壓的凹痕。從圖7可看出，外滾道表面沿周向出現嚴重剝落，說明軸承在運行中該列滾動副之間產生嚴重擠壓摩擦，導致溫度升高，然后滾子出現粘連磨損造成疲勞剝落[3]，剝落后的金屬堆積在外滾道整個圓周表面上，進而導致軸承燒毀，這與現場的損壞軸承是相吻合的。

圖8 異物進入聯軸器端面間

3 結束語

根據上述分析可知，由于電動機軸在運轉過程中發熱膨脹使聯軸器兩端面接觸或停機時異物進入聯軸器的兩端面之間，使得電動機端調心滾子軸承無軸向游隙，出現偏載，最終導致過早失效。因此，建議加強設備檢查，確保聯軸器間端面有合適的間隙，并對軸承箱內潤滑油定期檢查更換，確保油位及質量。