圓錐滾子軸承具有承載能力大，可同時(shí)承受軸向、徑向載荷，壽命長(zhǎng)等有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用也非常廣泛，如汽車、鐵路貨車，工程機(jī)械，機(jī)床和石油等行業(yè)，軸承裝配時(shí)保證圓錐滾子軸承整體質(zhì)量的一環(huán)，裝配質(zhì)量的高低會(huì)直接影響到設(shè)備的安裝和使用性能。下面是中華軸承網(wǎng)（簡(jiǎn)稱：華軸網(wǎng)）給大家提供的石油行業(yè)中的雙列圓錐滾子軸承（如圖1）失效實(shí)例的分析。我們主要從軸承運(yùn)轉(zhuǎn)痕跡、斷口、原材料等方面進(jìn)行對(duì)軸承失效原因的判斷。

圖1 雙列圓錐滾子軸承

1、雙列圓錐滾子軸承宏觀試驗(yàn)分析

雙列圓錐滾子軸承使用在石油鉆井天車的滑輪組上，滑輪在使用約30 d出現(xiàn)異常，拆卸后發(fā)現(xiàn)滑輪上軸承斷裂。在對(duì)送檢軸承—側(cè)內(nèi)圈(A側(cè))保持架組件進(jìn)行外觀檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)一粒剝落滾子，滾子剝落處靠近內(nèi)圈小端面(圖2)，而軸承外圈、另一側(cè)內(nèi)圈(B側(cè))保持架組件、滾子全部完好。

圖2 A側(cè)內(nèi)圈剝落滾子裝配狀態(tài)

1)A側(cè)內(nèi)圈斷口宏觀及微觀形貌。

A側(cè)內(nèi)圈內(nèi)徑表面存在圓周方向裂紋和軸向裂紋，A側(cè)內(nèi)圈小端面迸裂，部分區(qū)域掉塊，并且部分區(qū)域存在微動(dòng)腐蝕痕跡(圖3a)。滾道表面靠近小端面處存在圓周一周的剝落，部分區(qū)域發(fā)生斷裂。未剝落區(qū)域表面布滿壓坑，并存在輕微軸向壓痕(圖3b)。

圖3 A側(cè)內(nèi)圈宏觀形貌

選取軸承內(nèi)圈滾道斷裂區(qū)域進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，斷裂均是由滾道表面剝落處向內(nèi)延伸，而且斷裂源多處于乎平行(圖4)。這說(shuō)明由于滾道表面先發(fā)生剝落，在載荷作用下繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，剝落向滾道內(nèi)部延伸，從而造成內(nèi)圈周問斷裂。

圖4 內(nèi)圈斷口形貌

選取軸承A側(cè)內(nèi)圈一剝落區(qū)域進(jìn)行觀察，剝落源區(qū)域位于靠近小端面?zhèn)葷L道表面(圖5矩形框處)，剝落沿圖中箭頭方向擴(kuò)展?？梢钥闯?，剝落源位于圓圈處，以剝落源為源頭，剝落向一側(cè)和下方（大端面一側(cè))擴(kuò)展。結(jié)合剝落處宏觀觀察以及電鏡觀察，可以看出，剝落源位于內(nèi)圈滾道表面靠近小端面?zhèn)龋詣兟湓礊橹行南驖L道中央(圖5箭頭方向)。

圖5 軸承內(nèi)圈剝落形貌

2）剝落滾子形貌

側(cè)滾子共52粒，損壞滾子的一端嚴(yán)重剝落(圖6)。對(duì)剝落處進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，剝落源位于圖6a中矩形區(qū)域，向另一側(cè)擴(kuò)展(圖6a箭頭方向)。

圖6 剝落滾子形貌

3)保持架兜孔形貌。

A側(cè)保持架一個(gè)窗孔內(nèi)小端兩側(cè)過(guò)梁及底部存在擠壓痕跡(圖7)，剝落滾子在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)保持架兜孔產(chǎn)生了擠壓和磨損。其他窗孔正常，B側(cè)保持架未見異常。

圖7 A側(cè)保持架一窗孔異常形貌

2、圓錐滾子軸承故障機(jī)理分析

經(jīng)過(guò)分析得知，軸承的失效性能為滾子與一側(cè)內(nèi)圈發(fā)生點(diǎn)接觸，導(dǎo)致應(yīng)力集中，使得內(nèi)圈出現(xiàn)疲勞剝落。

通過(guò)對(duì)失效軸承的熱處理狀況皮材質(zhì)進(jìn)行分析，軸承本身材料、熱處理等質(zhì)量未發(fā)現(xiàn)異常。為找到軸承失效原因，隨后重新對(duì)軸承的斷口及受力狀況進(jìn)行排查，通過(guò)對(duì)軸承破損內(nèi)圈剝落處斷口進(jìn)行分析

發(fā)現(xiàn)，剝落由內(nèi)圈小端面向大端面擴(kuò)展，即內(nèi)圈小端面?zhèn)仁艿捷^大的載荷。通過(guò)對(duì)保持架兜孔進(jìn)行重新檢查，只有一個(gè)兜孔存在嚴(yán)重磨損，而其他兜孔完好。重新對(duì)破損滾子進(jìn)行觀察，并與正常滾子進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)破損滾子磨損嚴(yán)重的部位在大端面處。

由此可以得出結(jié)論:導(dǎo)致軸承失效的直接原因就是其中一粒滾子反向裝入軸承A側(cè)內(nèi)圈。由于軸承尺寸較大(內(nèi)徑355.6mm)且滾子錐度很小，所以當(dāng)一粒滾子反向裝入軸承內(nèi)圈后，該粒滾子對(duì)整個(gè)內(nèi)圈的影響很難被發(fā)現(xiàn)。在內(nèi)圈裝入軸承后，由于保持架的束縛及本身存在的游隙，在軸承整體裝機(jī)前，不經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查，不會(huì)發(fā)現(xiàn)此類異常。

當(dāng)軸承裝人設(shè)備之后，由于內(nèi)圈與主軸之間通常采用過(guò)盈配合，造成軸承徑向游隙變小，而滾子反裝處游隙則更小或變?yōu)樨?fù)游隙，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，該處接觸應(yīng)力將遠(yuǎn)大于其他位置，甚至在運(yùn)轉(zhuǎn)中該處無(wú)法形成正常工作的油膜，故在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)后不久，使得反裝處滾子表面形成剝落，由于剝落物在軸承內(nèi)部反復(fù)擠壓工作表面，在軸承內(nèi)圈滾道形成大量碾壓坑。

同時(shí)，由于反裝滾子擠壓軸承內(nèi)圈滾道，內(nèi)圈滾道沿反裝滾子運(yùn)轉(zhuǎn)痕跡處逐漸產(chǎn)生剝落，在反裝滾子的反復(fù)擠壓下，剝落向軸承內(nèi)圈內(nèi)部擴(kuò)展，最終導(dǎo)致內(nèi)圈斷裂。此類滾子反向裝入軸承導(dǎo)致的失效特征非常典型，即失效軸承中只有個(gè)別滾動(dòng)體及內(nèi)圈失效，其他部件基本完好。

當(dāng)滾子反向裝入軸承后，由于反裝滾子被保持架束縛，所以滾子大端倒角與內(nèi)圈產(chǎn)生點(diǎn)接觸，而未與外圈接觸，這就造成了內(nèi)圈已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p壞的情況下，外圈卻完好無(wú)損的現(xiàn)象。所以這類軸承失效分析可先從外觀形貌、斷口、剝落方向等宏觀方面進(jìn)行分析，推斷軸承零部件的受力狀況，然后從細(xì)節(jié)中找到失效原因。

目前，我國(guó)大多數(shù)軸承生產(chǎn)廠家對(duì)于圓錐滾子軸承滾動(dòng)體正反裝的檢測(cè)主要是靠人工肉眼進(jìn)行的，這種檢測(cè)方式容易引起視覺疲勞而漏檢。這種情況在小錐度圓錐滾子軸承中極其容易出現(xiàn)。因此在軸承組裝過(guò)程中應(yīng)仔細(xì)辨別滾子的大小端面，成品軸承應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，在裝入設(shè)備后應(yīng)仔細(xì)檢查軸承是否存在異?；虍愴憽?/p>