木屑顆粒機(jī)軸承失效分析

李博文，李 穎

（1. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 銷售部，黑龍江 哈爾濱150036；2.哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030；2. 哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

木屑顆粒機(jī)軸承失效分析

李博文1，李 穎2

（1. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 銷售部，黑龍江 哈爾濱150036；2.哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030；2. 哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

針對(duì)某木屑顆粒機(jī)軸承發(fā)生早期疲勞剝落的現(xiàn)象，對(duì)其產(chǎn)生原因做了分析，確定為預(yù)緊不當(dāng)造成的軸承早期失效。

木屑顆粒機(jī)；雙列圓錐滾子軸承；早期疲勞剝落；預(yù)緊不當(dāng)

1 前言

木屑顆粒機(jī)是生物質(zhì)新能源設(shè)備，是木屑顆粒生產(chǎn)的制粒設(shè)備。木屑顆粒生產(chǎn)以楊木、農(nóng)作物秸稈等為原料，通過(guò)粉碎、烘干、篩選、制粒、冷卻、打包等過(guò)程制作成木屑顆粒成品，可用于生物質(zhì)發(fā)電、鍋爐、家用設(shè)備上。環(huán)模木屑顆粒機(jī)由環(huán)模、偏心軸、壓輥、支撐軸承等零部件組成。偏心軸的支撐部件為一套輕接觸式雙密封的雙列圓錐滾子軸承。雙列圓錐滾子軸承預(yù)緊情況直接影響木屑顆粒成品的質(zhì)量。

2 故障現(xiàn)象

某型號(hào)顆粒機(jī)支撐軸承安裝在壓輥軸箱內(nèi)（圖 1），軸箱兩側(cè)安裝內(nèi)徑帶有接觸式橡膠密封的端蓋，防止粉塵、水蒸氣的進(jìn)入。偏心軸豎直放置，支撐軸承結(jié)構(gòu)如圖2所示，內(nèi)、外圈與軸、軸箱均采用過(guò)盈配合。由于偏心軸的存在，壓輥與環(huán)模擠壓原料時(shí)，軸承內(nèi)圈總是在某一角度范圍內(nèi)存在較大的接觸應(yīng)力，產(chǎn)生較大的磨損。該設(shè)備工作半個(gè)月后出現(xiàn)顆粒無(wú)法成形的現(xiàn)象。為分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因，對(duì)軸箱進(jìn)行分解檢查。

圖1 壓輥軸箱

現(xiàn)場(chǎng)分解后可看到，軸承內(nèi)部油脂發(fā)黑，存在油泥，油脂較少，下側(cè)內(nèi)組件多粒滾子出現(xiàn)明顯的大片剝落（圖 3），并出現(xiàn)高溫變色現(xiàn)象；上側(cè)內(nèi)組件無(wú)明顯異?，F(xiàn)象（圖 4）。圖 5是拆下的軸承密封圈，密封圈橡膠部分彈性良好，無(wú)老化變形。外滾道油脂干枯，如圖6所示。

3 詳細(xì)檢查

3.1 清洗、拆套后外觀檢查

對(duì)內(nèi)組件進(jìn)行清洗、分解檢查，檢查結(jié)果：下側(cè)軸承部分滾子出現(xiàn)嚴(yán)重剝落（圖 7），剝落區(qū)域集中于滾子滾動(dòng)面小端及中部。內(nèi)圈滾道部分區(qū)域（圓周方向160°-180°范圍）內(nèi)存在剝落（圖 8）。保持架無(wú)明顯損壞現(xiàn)象。

上側(cè)軸承滾子無(wú)明顯損傷（圖 9），內(nèi)圈滾道部分區(qū)域存在剝落，剝落區(qū)域分別集中接近大擋邊、小擋邊側(cè)（圖10）。保持架無(wú)明顯損壞現(xiàn)象。

圖2 軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖3 下側(cè)內(nèi)組件滾子剝落

圖4 上側(cè)內(nèi)組件油脂狀態(tài)

圖5 軸承密封圈

圖6 外滾道外觀

圖7 下側(cè)軸承部分滾子滾動(dòng)部分區(qū)域存在剝落

圖8 下側(cè)軸承內(nèi)圈滾道部分區(qū)域剝落

外圈雙列滾道均存在不同程度高溫變色現(xiàn)象（圖11）。

3.2 金相和硬度檢測(cè)

對(duì)失效軸承內(nèi)圈、滾子進(jìn)行組織檢測(cè)，見表1、圖12、圖13；進(jìn)行硬度測(cè)試，見表 2。

檢測(cè)結(jié)論：按JB/T1255標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，失效軸承的內(nèi)圈、滾子淬（回）火組織和硬度均合格。

圖9 上側(cè)滾子無(wú)明顯損傷

圖10 上側(cè)內(nèi)圈滾道剝落

圖11 外滾道高溫變色

4 故障分析

（1）軸承的金相組織和硬度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，判斷軸承本身的材質(zhì)及熱處理質(zhì)量沒(méi)有問(wèn)題。

（2）由圖7和10看出，軸承滾子剝落磨損區(qū)開始時(shí)集中在滾子的小頭端、內(nèi)圈的大擋邊及小擋邊區(qū)域，判斷軸承在運(yùn)行失效時(shí)在內(nèi)圈兩端存在著載荷集中現(xiàn)象。

（3）滾子、內(nèi)滾道剝落的碎屑加劇摩擦，導(dǎo)致大量的摩擦熱產(chǎn)生，由于軸承散熱條件較差，軸承短時(shí)間溫度急劇上升，潤(rùn)滑脂性能下降，內(nèi)圈與滾子局部溫度過(guò)高，發(fā)生變色。

圖12 內(nèi)圈組織

圖13 滾子組織

表1 軸承零件組織檢測(cè)結(jié)果/級(jí)

表2 軸承零件硬度檢測(cè)結(jié)果/HRC

（4）滾子出現(xiàn)剝落后，使得載荷承載區(qū)減小，伴隨軸承的溫升，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)圈滾道抗疲勞能力的下降乃至在某些區(qū)域（圓周方向160°-180°范圍）內(nèi)剝落（圖 8）。

（5）推測(cè)軸承內(nèi)圈大、小擋邊區(qū)域存在著載荷集中的原因，應(yīng)是在軸承安裝軸向游隙較大的情況下，軸承工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)了異常載荷，使得本應(yīng)由全部滾子長(zhǎng)度承載的力集中在了滾子的兩端。

5 結(jié)論

綜合以上分析所述，推測(cè)造成本次軸承失效的原因如下：軸承在工作狀態(tài)時(shí)，滾子與滾道非正常接觸，滾子小端與滾道接觸過(guò)多。出現(xiàn)應(yīng)力集中，使?jié)L子小端出現(xiàn)剝落，剝落的碎屑和異常載荷使得軸承運(yùn)轉(zhuǎn)卡滯及溫升。伴隨著軸承溫升，軸承工作區(qū)域的抗疲勞能力下降，最終導(dǎo)致軸承失效。

6 預(yù)防措施

針對(duì)此現(xiàn)象應(yīng)排查并避免異常載荷。雙列圓錐滾子軸承預(yù)緊是否到位直接影響著軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)性能及壽命。建議安裝軸承時(shí)旋轉(zhuǎn)內(nèi)組件3～5周，使?jié)L子與滾道充分接觸，載荷分布均勻。

（編輯：鐘 媛）

Failure analysis of bearing in wood pellet machine

Li Bowen1, Li Ying2
( 1.Market Department,Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036,China; 2. Harbin Electric Power Vocational Technical College, Harbin 150030, China )

In the light of the phenomenon of early fatigue spalling of bearing in wood pellet machine, the causes of its fatigue were analyzed, and the early failure of the bearing caused by inappropriate pre-tightening force was determined.

wood pellet machine ;double row tapered roller bearing; early fatigue spalling; inappropriate pre-tightening force

TH133.33+2

B

1672-4852（2017）02-0032-03

2017-05-29.

李博文（1985-），男，助理工程師.