圓柱滾子軸承引導(dǎo)面異常磨損分析

梁英，何惜港，曲瓊

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

1 試驗(yàn)軸承

試驗(yàn)軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，為無內(nèi)圈圓柱滾子軸承，保持架結(jié)構(gòu)為鉆孔鉚釘鉚接結(jié)構(gòu)，采用軸滾道引導(dǎo)方式。該軸承用在齒輪箱螺旋錐齒輪傳動(dòng)軸中，主要承受螺旋錐齒輪在傳動(dòng)工作過程中產(chǎn)生的徑向載荷。

圖1 試驗(yàn)軸承示意圖

軸承運(yùn)轉(zhuǎn)方式為外圈固定，軸旋轉(zhuǎn)。軸承徑向載荷8 190 N；使用溫度為-20～200 ℃；轉(zhuǎn)速為20 387 r/min，dm·n值達(dá)1.45×106mm·r/min；采用離心甩油潤滑(環(huán)下潤滑方式)，潤滑油為合成潤滑油4050油。軸承安裝示意圖如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)軸承安裝示意圖

試驗(yàn)軸的材料及熱處理方法與試驗(yàn)軸承完全相同，全部采用滲碳鋼16Cr2Ni4MoA，軸滾道工作部分的尺寸和幾何形狀的公差和主機(jī)設(shè)計(jì)要求一致。

2 試驗(yàn)方法

依據(jù)主機(jī)廠給出的軸承使用工況編制試驗(yàn)大綱。參與試驗(yàn)的軸承樣品共計(jì)5套；試驗(yàn)要求模擬主機(jī)使用工況；要求5套軸承應(yīng)全部通過1 275 h耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試驗(yàn)軸承和試驗(yàn)軸應(yīng)無疲勞剝落現(xiàn)象。

試驗(yàn)大綱規(guī)定，軸承在試驗(yàn)至50，450，850 h和試驗(yàn)結(jié)束(1 275 h)后，應(yīng)分階段對試驗(yàn)軸承進(jìn)行分解檢查，每個(gè)階段例行分解檢查無異常后，才可以進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)至50 h時(shí)進(jìn)行首次分解檢查，發(fā)現(xiàn)5套軸承的軸滾道引導(dǎo)面與保持架內(nèi)徑引導(dǎo)面的配合處均出現(xiàn)不同程度的磨損，但軸滾道滾子工作區(qū)域痕跡正常。

5套軸承的軸滾道兩端即保持架的引導(dǎo)位置均出現(xiàn)程度不同的磨損，并形成2條規(guī)則的磨損痕跡。軸滾道磨損痕跡與保持架內(nèi)徑引導(dǎo)面相對應(yīng)，呈現(xiàn)一端窄一端寬：窄面寬約1.5 mm，深約0.05～0.3 mm；寬面寬約3 mm，深約0.05～0.3 mm。而與此對應(yīng)配合的軸承保持架內(nèi)徑引導(dǎo)面僅有輕微磨痕。

對出現(xiàn)軸引導(dǎo)面磨損的5套軸承和對應(yīng)的軸繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，在后續(xù)試驗(yàn)過程中，5套軸承和試驗(yàn)軸均工作正常。

經(jīng)450，850 h及試驗(yàn)結(jié)束(1 275 h)檢查，軸磨損的部位未出現(xiàn)磨損加劇和擴(kuò)展現(xiàn)象，最終5套試驗(yàn)軸承全部通過1 275 h耐久性試驗(yàn)考核。

在整個(gè)試驗(yàn)分解檢查、檢測過程中可以發(fā)現(xiàn)，除軸滾道引導(dǎo)面磨損外，試驗(yàn)軸滾道與滾子工作痕跡正常，軸承滾子組內(nèi)復(fù)圓尺寸及公差符合產(chǎn)品圖樣的規(guī)定，試驗(yàn)軸除磨損區(qū)域外，軸滾道尺寸及公差符合軸圖樣的規(guī)定，軸承回轉(zhuǎn)靈活無異常。

4 磨損原因分析

由于轉(zhuǎn)速較高，故對齒輪箱中的軸承、軸滾道及潤滑油路進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為軸滾道引導(dǎo)保持架方式，即由軸的滾道引導(dǎo)保持架旋轉(zhuǎn)；為減小保持架內(nèi)徑引導(dǎo)面和軸滾道引導(dǎo)面之間的滑動(dòng)摩擦，在軸滾道兩端引導(dǎo)位置各設(shè)計(jì)了一排潤滑油孔，在軸承高速旋轉(zhuǎn)中，實(shí)現(xiàn)高速軸承特殊的潤滑：離心甩油潤滑(環(huán)下潤滑油路)如圖3所示，而非齒輪離心甩油潤滑。

圖3 軸承環(huán)下潤滑示意圖

從5套軸承的試驗(yàn)軸檢查結(jié)果看，軸的磨損槽一端窄一端寬，磨損槽的寬度與保持架兩端內(nèi)徑引導(dǎo)面寬度尺寸對應(yīng)并吻合，因此，軸上出現(xiàn)的磨損槽與軸承保持架結(jié)構(gòu)有關(guān)。

對5套軸承分解檢查，發(fā)現(xiàn)保持架內(nèi)徑引導(dǎo)面倒角尺寸偏大(圖1)，保持架設(shè)計(jì)圖樣規(guī)定倒角尺寸除銳邊后最大為R0.25 mm，而該保持架倒角實(shí)測數(shù)據(jù)為1～1.5 mm。

軸承在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，潤滑油在離心力的作用下，經(jīng)環(huán)下油孔噴出，直接噴在保持架的引導(dǎo)面上，在軸與保持架引導(dǎo)面之間形成潤滑油膜，以確保軸承正常運(yùn)行。

由于軸承保持架引導(dǎo)面倒角尺寸偏大，軸承在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，潤滑油在離心力的作用下，經(jīng)環(huán)下油孔直接噴向保持架引導(dǎo)面和倒角上(圖4)，并順著保持架的倒角被甩出，不能在軸承保持架引導(dǎo)面形成有效的潤滑油膜，由此造成軸滾道引導(dǎo)面的磨損。

圖4 倒角偏大后保持架異常潤滑示意圖

而當(dāng)軸磨損形成磨損槽后軸承仍繼續(xù)工作時(shí)，由于重力的作用，保持架的引導(dǎo)面和倒角面與軸的磨損槽形成局部潤滑區(qū)，即在保持架的引導(dǎo)面形成新的潤滑油路(圖5)。這就是在后續(xù)的試驗(yàn)中，軸滾道引導(dǎo)面磨損槽未繼續(xù)擴(kuò)展的原因。

圖5 出現(xiàn)磨損槽后形成新的潤滑示意圖

5 結(jié)束語

在高速圓柱滾子軸承設(shè)計(jì)中，整體潤滑油路的設(shè)計(jì)不僅包括工作承載區(qū)的潤滑設(shè)計(jì)，作為軸承潤滑的重要組成部分，保持架的潤滑同樣不可忽視。同時(shí)，在加工過程中應(yīng)嚴(yán)格貫徹設(shè)計(jì)要求，以保證設(shè)計(jì)思想的正確實(shí)現(xiàn)。