某電機軸承失效分析

孫慧廣，王松濤，高 亮

（中國人民解放軍駐哈爾濱軸承集團公司軍事代表室，黑龍江哈爾濱150036）

某電機軸承失效分析

孫慧廣，王松濤，高 亮

（中國人民解放軍駐哈爾濱軸承集團公司軍事代表室，黑龍江哈爾濱150036）

某電機軸承在使用后出現(xiàn)保持架斷裂。經(jīng)對軸承的故障特征、理化分析和尺寸測量后發(fā)現(xiàn)，軸承在工作過程中承受了較大的軸向力，使零件接觸表面出現(xiàn)異常摩擦、磨損，產(chǎn)生大量的摩擦熱，導(dǎo)致軸承加速失效。

電機軸承；保持架；斷裂；失效

1 前言

某電機軸承在運轉(zhuǎn)中發(fā)生故障，經(jīng)分解檢查發(fā)現(xiàn)該軸承保持架損壞。通過到現(xiàn)場了解故障情況，查看故障件，對該失效軸承進行失效分析，找到了問題原因，對減少或者避免此類問題的發(fā)生，保證該型號軸承的安全使用有非常重要的意義。

2 外觀檢查

2.1 故障軸承

故障軸承外觀整體完整，未見零件缺失，仍能轉(zhuǎn)動，但振感明顯，外觀形貌見圖1；拆下密封件，可見內(nèi)部油脂已成干粉狀粘附在保持架等外表面上，見圖2。

剖切軸承外圈，將軸承分解，可見內(nèi)圈滾道存在明顯的偏溝磨損，近半周滾道磨損嚴(yán)重，且偏向打字面，該部位的內(nèi)外徑表面明顯高溫變藍，觀察非明顯磨損部位的接觸軌跡，仍可見明顯偏向打字面，見圖3；內(nèi)圈非打字端面有明顯變色微動腐蝕接觸痕跡，局部已形成臺階，見圖4。

圖1 軸承整體形貌

圖2 軸承內(nèi)部形貌

圖3 內(nèi)滾道偏磨形貌

圖4 非打字端面微動腐蝕形貌

軸承外圈顏色正常，未見高溫現(xiàn)象，滾道粘附大量油脂垢，清洗后可見滾道形狀基本完整，未見剝落和明顯磨損，靠非打字面溝邊存在明顯卷邊現(xiàn)象，仔細(xì)觀察，滾道接觸軌跡偏向非打字面一側(cè)，見圖5、圖6。

圖5 外滾道粘附油脂垢

圖6 外滾道偏磨接觸軌跡

保持架上可見粘附大量油脂垢，靠一側(cè)偏多，外徑引導(dǎo)面有明顯磨損，露出材料基體，兩半保持架鉚合狀態(tài)保持完好，兜孔內(nèi)靠兩端面?zhèn)扔忻黠@磨損特征，見圖7～圖9。軸承非打字端面?zhèn)劝咨鬯姆蚁┟芊馊?nèi)徑處有明顯磨損，見圖10。其它零件未見異常。

圖7 保持架表面油脂垢

圖8 保持架引導(dǎo)面磨損形貌

圖9 保持架兜孔兩側(cè)磨損形貌

圖10 密封圈內(nèi)徑磨損形貌

2.2 使用壽命期滿軸承

2套使用壽命期滿軸承同樣剖切外圈進行分解，內(nèi)、外圈滾道、鋼球及保持架引導(dǎo)面和兜孔接觸痕跡均正常，編號為2#的軸承內(nèi)圈非打字端面同樣存在與故障軸承相似的微動腐蝕特征，見圖11、圖12。

圖11 內(nèi)圈非打字端面凸臺形貌

圖12 2#內(nèi)圈非打字端面微動腐蝕形貌

3 尺寸精度檢測

對2套使用壽命期滿軸承檢測了相關(guān)尺寸精度、旋轉(zhuǎn)精度和游隙，除2#軸承內(nèi)溝擺略有超差外，其它檢測結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，具體檢測數(shù)據(jù)見表 1。2#軸承內(nèi)溝擺超差應(yīng)與其基準(zhǔn)端面（非打字面）存在明顯的微動腐蝕有關(guān)。

表1 使用壽命期滿軸承檢測數(shù)據(jù)μm

4 理化分析

對故障軸承進行了組織及硬度檢測，結(jié)果見表2。結(jié)果表明，內(nèi)套及鋼球心部組織均存在碳化物析出，外套淬回火組織為3級，內(nèi)、外套滾道表面存在一層組織變化層，見圖13～18，說明軸承套圈滾道及鋼球表面均出現(xiàn)了高溫現(xiàn)象。

表2 軸承零件組織、硬度檢測結(jié)果

圖13 內(nèi)套心部組織

圖14 內(nèi)套滾道邊緣組織

圖15 外套心部組織

圖16 外套滾道邊緣組織

圖17 鋼球心部組織

圖18 鋼球表面組織形貌

5 以往故障情況

該電機在一年前曾發(fā)生兩起軸承故障，影響電機運轉(zhuǎn)。兩起故障軸承經(jīng)分析，均發(fā)現(xiàn)故障軸承內(nèi)、外圈滾道與鋼球接觸痕跡明顯偏向一側(cè)，且內(nèi)圈滾道與外圈滾道均存在明顯對應(yīng)的偏溝磨損特征（內(nèi)圈偏向非打字面，外圈偏向打字面），內(nèi)圈一側(cè)端面（打字面）出現(xiàn)明顯微動腐蝕現(xiàn)象，見圖19、20。分析結(jié)論為：兩套軸承故障形式相同，均是異常接觸磨損失效；該失效狀態(tài)與工作過程中過大的軸向力作用在軸承上，使軸承零件異常接觸，產(chǎn)生摩擦磨損有關(guān)。

圖19 內(nèi)圈滾道“爬坡” 及偏溝磨損形貌

圖20 內(nèi)圈打字面微動腐蝕形貌

6 綜合分析

外觀及理化分析結(jié)果表明，故障軸承失效形式為高溫磨損失效。

正常情況下，深溝球軸承工作軌跡應(yīng)居于溝底，但故障軸承內(nèi)、外圈滾道與鋼球接觸痕跡明顯偏向一側(cè)，且內(nèi)圈滾道與外圈滾道均存在明顯對應(yīng)的偏溝磨損特征，說明軸承在工作過程中承受了較大的軸向力。較大的軸向力使軸承零件工作位置異常，零件接觸表面出現(xiàn)異常摩擦、磨損，產(chǎn)生大量的摩擦熱，使軸承內(nèi)部溫度升高，潤滑脂性能變差，如基礎(chǔ)油加速揮發(fā)，潤滑脂變干、變硬，潤滑性能下降，進一步加劇軸承內(nèi)部的摩擦、磨損，游隙變大，軸承逐漸運轉(zhuǎn)失穩(wěn)，出現(xiàn)擺動，軸承加速失效。

故障軸承內(nèi)圈一側(cè)端面均存在微動腐蝕現(xiàn)象，該側(cè)端面應(yīng)是與軸肩配合面，分析認(rèn)為，軸承工作時軸向力的產(chǎn)生應(yīng)與該現(xiàn)象的產(chǎn)生有關(guān)。從軸承內(nèi)圈一側(cè)滾道存在偏磨特征與另一側(cè)端面存在微動腐蝕現(xiàn)象來判斷，內(nèi)圈承受軸向力的方向應(yīng)是從內(nèi)圈端面無接觸痕跡一側(cè)（外側(cè)）向有微動腐蝕一側(cè)（軸肩側(cè)），見圖21軸承安裝部位簡圖。軸承內(nèi)圈端面與軸肩產(chǎn)生微動腐蝕的原因多是軸承與軸肩未能充分靠緊，并受到反復(fù)軸向沖擊力作用的結(jié)果，其作用的結(jié)果可能使軸承內(nèi)圈與軸頸發(fā)生軸向移動（向外），此時若使軸承不產(chǎn)生附加軸向力，需要軸承外徑與軸承座孔的配合有足夠的間隙可軸向自由移動，如果軸承外徑與軸承座孔的配合偏緊，則軸承外圈在隨內(nèi)圈（向外）移動后就不能自由的回復(fù)，在軸承正常工作時使軸承內(nèi)圈產(chǎn)生一個（向內(nèi)）的附加軸向力。軸承非打字端面?zhèn)劝咨鬯姆蚁┟芊馊?nèi)徑處有明顯磨損，進一步說明軸承軸向力方向是從內(nèi)圈打字端向非打字端。

Analysis of a motor bearing failure

Sun Huiguang,Wang Songtao,Gao Liang

（Military Delegate Offce of PLA Residing Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China）

A motor bearing cage fracture occurs after using. It was found that the bearing withstanded the large axial force of during operation after analysis of the bearing failure characteristics, physical and chemical analysis and dimension measure, making the contact surface of the parts produce the abnormal friction and wear and a large amount of frictional heat, and resulting in the accelerated bearing failure.

motor bearings; cage; fracture; failure

TH 133.33+1

B

1672-4852（2015）02-0015-03

2015-04-10.

孫慧廣（1984-），男， 工程師.