某圓錐滾子軸承異音故障分析

高長(zhǎng)旭，劉兆紅

某圓錐滾子軸承異音故障分析

高長(zhǎng)旭，劉兆紅

（瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司 質(zhì)量保證部，遼寧 瓦房店 116300）

一批圓錐滾子軸承32313裝機(jī)使用后，產(chǎn)生很大的振動(dòng)和噪聲。經(jīng)拆套分析發(fā)現(xiàn)，故障是由于滾子磨傷引起的。提出了避免磨傷的相應(yīng)措施，使振動(dòng)和噪聲恢復(fù)到合格范圍。

圓錐滾子軸承；噪聲；圓度；螺旋導(dǎo)輪；停轉(zhuǎn)

1 前言

一批圓錐滾子軸承32313在用戶(hù)試車(chē)中產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲，影響用戶(hù)使用。為此，分析了產(chǎn)生問(wèn)題的原因，并提出了改進(jìn)措施，使振動(dòng)和噪聲重新回到了正常水平，滿(mǎn)足了用戶(hù)的使用要求。

2 故障分析

2.1振動(dòng)診斷分析

將試車(chē)中振動(dòng)和噪聲較大的軸承在測(cè)振儀上進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，確實(shí)有較大的異常聲響。利用頻譜分析儀進(jìn)行檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)在66Hz左右振動(dòng)值增加明顯，并且66Hz的3倍和5倍諧波振動(dòng)值也相應(yīng)較大，見(jiàn)圖 1。

對(duì)內(nèi)圈和外圈進(jìn)行尺寸、形位和外觀檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)異常，懷疑振動(dòng)源是來(lái)自滾子。為驗(yàn)證上述分析，利用（1）式[1]來(lái)對(duì)32313軸承滾動(dòng)體故障頻率的計(jì)算。

式中：Db——滾動(dòng)體大端直徑，Db=20mm；

Dm——軸承平均直徑，Dm=109.5/mm；

α ——接觸角，α=12.96°；

β ——滾子半錐角，β=2°;

ni——軸承轉(zhuǎn)速, ni=1500r/min。

將數(shù)值代入（1）式，

計(jì)算結(jié)果與頻譜分析結(jié)果相吻合，診斷結(jié)果為滾動(dòng)體存在缺陷。

圖1 軸承振動(dòng)檢測(cè)

2.2尺寸測(cè)量

對(duì)一套軸承的16個(gè)滾子全部測(cè)量其長(zhǎng)度尺寸、直徑尺寸和批直徑變動(dòng)量，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，具體結(jié)果見(jiàn)表 1。

表1 滾子尺寸檢測(cè)結(jié)果/mm

2.3圓度檢測(cè)

檢測(cè)全部滾子的圓度，數(shù)值見(jiàn)表 2。

表2 圓度檢測(cè)結(jié)果 /μm

圓度要求3μm，除16號(hào)有疑似機(jī)械傷的滾子外，其余均合格。16號(hào)滾子的圓度檢測(cè)圖見(jiàn)圖 2。

圖2 16號(hào)滾子的圓度檢測(cè)圖

滾子圓度誤差62.4μm，其中疑似機(jī)械傷處凹入45μm，對(duì)面高出15μm。

2.4外觀檢查

對(duì)有疑似機(jī)械傷的滾子在放大鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)疑似機(jī)械傷處有磨削痕跡，且磨削痕跡在外圓完整連續(xù)，見(jiàn)圖 3。

圖3 滾子外觀檢查

2.5分析

通過(guò)上述檢查，問(wèn)題的焦點(diǎn)集中在表面有機(jī)械傷的滾子。從圖 2的圓度圖上和圖 3的實(shí)物圖中可以認(rèn)定滾子的疑似機(jī)械傷是磨加工造成的磨傷，是原有的缺陷，而不是試驗(yàn)、使用中造成的機(jī)械傷，正是這種磨傷的滾子造成了軸承噪聲和振動(dòng)的異常。為做進(jìn)一步驗(yàn)證，更換了缺陷滾子后，再進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，異常聲響消除。至此，可以確定該軸承異常聲響就是滾子表面缺陷導(dǎo)致。滾子缺陷又是怎么產(chǎn)生的？需做進(jìn)一步分析加以確定。

從圖 2的圓度圖形可知，滾子缺陷部分凹，而近似對(duì)稱(chēng)部分是凸起，這十分符合無(wú)心磨削所產(chǎn)生的仿形誤差。為此，重點(diǎn)分析無(wú)心磨床能導(dǎo)致復(fù)映誤差的相關(guān)機(jī)構(gòu)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察與分析發(fā)現(xiàn)，在粗磨外徑過(guò)程中，因螺旋導(dǎo)輪突然停轉(zhuǎn)，而砂輪由于慣性的原因繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，所以造成滾子軸向貫穿性磨傷。粗磨外圓時(shí)表面還有0.15mm左右的留量，而磨傷的深度可能達(dá)到0.11mm左右，超過(guò)了滾子單邊留量。該滾子并未挑出報(bào)廢，而是繼續(xù)加工，因此在細(xì)、精、終磨過(guò)程中，磨傷并未改掉，留下0.045mm的磨傷，同時(shí)因仿形而使對(duì)面高出0.015mm。

在處理這批軸承過(guò)程中，全部檢查了該批軸承中的滾子后，共發(fā)現(xiàn)此類(lèi)滾子4粒。其余軸承噪聲和振動(dòng)都達(dá)到了要求。計(jì)算表明，在螺旋導(dǎo)輪一次停轉(zhuǎn)中，磨傷32313滾子最多4粒。螺旋導(dǎo)輪螺距48mm，砂輪寬200mm , 200/48 = 4.16。

從圖 2圓度圖上看到高點(diǎn)和低點(diǎn)并非相距180°，而是175°左右，這正是無(wú)心磨削加工的結(jié)果，見(jiàn)圖 4。

圖4 無(wú)心磨削滾子示意圖

按文獻(xiàn)[1]，在無(wú)心磨削中，因滾子中心高出砂輪、導(dǎo)輪中心連線，因此形成θ1、θ2角。θ1+θ2應(yīng)在4.5°～7.5°之間。圖 4中表明滾子磨削時(shí)θ1+θ2約在5°左右。

3 改進(jìn)措施

在圓錐滾子外徑無(wú)心磨加工中要避免螺旋導(dǎo)輪停轉(zhuǎn)的現(xiàn)象出現(xiàn)。螺旋導(dǎo)輪停轉(zhuǎn)的原因有以下幾個(gè)。

（1）設(shè)備故障。因電氣或機(jī)械原因造成導(dǎo)輪停轉(zhuǎn)，或者導(dǎo)輪傳動(dòng)系統(tǒng)中某個(gè)傳動(dòng)環(huán)節(jié)( 如蝸輪、蝸桿等)間隙過(guò)大，造成導(dǎo)輪瞬間停轉(zhuǎn)。

（2）斷電。正常加工中，機(jī)床突然斷電，導(dǎo)輪立即停轉(zhuǎn)，而砂輪因速度高，慣性大，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，造成滾子磨傷。

（3）調(diào)整不當(dāng)。無(wú)心磨床上壓板和托板與滾子的間隙沒(méi)調(diào)整好，加工中滾子被卡住，使導(dǎo)輪停轉(zhuǎn)。

一旦出現(xiàn)上述導(dǎo)輪停轉(zhuǎn)現(xiàn)象后，要立即將磨傷的滾子挑出報(bào)廢。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于吸取了此次事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，加強(qiáng)管理，操作工人精心加工，滾子成品檢查人員精心檢查，此后再?zèng)]有發(fā)生過(guò)此類(lèi)事故。

[1]朱春奇. 圓錐滾子無(wú)心磨削螺旋輪角度的確定[J]. 軸承，1993，（7）：13-17.

（編輯：王立新）

表1 國(guó)外軸承預(yù)緊量的測(cè)量方法

主要是通過(guò)測(cè)量切向力來(lái)求出的。通過(guò)啟動(dòng)力矩與預(yù)緊力的關(guān)系，求出預(yù)緊力的大小。測(cè)量時(shí)如果滾動(dòng)部分不能形成穩(wěn)定的油膜，則容易發(fā)生卡住現(xiàn)象。如再施加切向力，也不轉(zhuǎn)動(dòng)，在逐漸加大切向力時(shí)，會(huì)發(fā)生突然轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象。此時(shí)的測(cè)量可能會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)算值的傾向，因此需多次測(cè)量，并去掉過(guò)大的測(cè)量值。

3.3.2 推力靜剛度法

對(duì)軸施加推力負(fù)荷，測(cè)量此時(shí)的軸向位移量，求出預(yù)緊力。

3.3.3 固有頻率法

對(duì)軸進(jìn)行軸向加振，測(cè)量軸的共振頻率，求出預(yù)緊力。

3 結(jié)論

在不改變主機(jī)原有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，要正確測(cè)定所施加的預(yù)緊負(fù)荷值，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的推薦方案是：采用測(cè)軸承啟動(dòng)力矩的方法、采用測(cè)定螺母緊固扭矩的方法。在電梯行業(yè)建議采用以上方案進(jìn)行預(yù)緊。

（編輯：鐘 媛）

Analysis of abnormal sound failure for tapered roller bearing

Gao Changxu,Liu Zhaohong
(Department of Quality Assurance,Wafangdian Bearing Group Co.,Ltd., Wafangdian 116300,China)

After the number of tapered roller bearings 32313 was installed and used, a great vibration and noise was produced. By analyzing the dismantled sets , the failure was caused by the roller scuffng. The appropriate measures was put forward to avoid scuffng and make the vibration and noise to recover the acceptable range.

tapered roller bearings; noise; roundness; spiral guide wheel;stopping turn

TH 133.33+2

B

1672-4852（2015）01-0013-03

2015-02-10.

高長(zhǎng)旭（1973-），男， 工程師.