某深沟球轴承失效分析

李殿文，许丽莹，洪 杨

（1. 哈尔滨轴承集团公司 质量保证部，黑龙江 哈尔滨 150036；2.哈尔滨哈轴精密轴承制造有限公司，黑龙江 哈尔滨150036）

某深沟球轴承失效分析

李殿文1，许丽莹1，洪 杨2

（1. 哈尔滨轴承集团公司 质量保证部，黑龙江 哈尔滨 150036；2.哈尔滨哈轴精密轴承制造有限公司，黑龙江 哈尔滨150036）

某深沟球轴承在使用中出现轴承滚道剥落现象。经过故障特征、理化检验等分析后发现，由于轴承选型及使用不当是导致其剥落失效的原因。

深沟球轴承；滚道剥落；失效分析

1 前言

轴承的使用精度和使用寿命与轴承设计、材料、制造、工作条件有直接关系。轴承早期失效模式常见的有疲劳、磨损、腐蚀、电蚀、塑性变形、断裂和开裂等。造成上述失效模式主要是因为润滑不良、工作条件异常、安装不当、设计、储运、制造及材料等原因造成。轴承选型对轴承使用精度和使用寿命也起到至关重要的作用。针对不同的工作条件，要选择合适的轴承，如果选型不当也会造成轴承异常失效。下面就选型不当造成轴承失效的典型案例进行分析。

2 故障特征

某主机用户选用通用型号某深沟球轴承，3套串联安装在粉碎颗粒机压辊上使用 2 周后，发生保持架破裂，钢球散落，内外圈疲劳剥落。轴承安装简图见图 1。

2.1 故障轴承外观

图1 轴承安装及受力简图

故障轴承共计3套（见图2）。1号轴承为内、外圈及 5 粒钢球，无其他部件（见图 3）。1号轴承内圈1/2圆周剥落及出现1个剥落点，剥落位置占满整个滚道直到内外径倒角位置（见图4、图 5）。2 号和 3 号轴承完整（见图 6，3号轴承略）。轴承旋转阻滞，轴承内部含有很多杂质异物（见图 7，3号轴承略）。1 号轴承外圈的铁架是用户为了拆卸轴承方便而焊接的。

图2 故障轴承

图3 1 号轴承整个外观情况

图4 1 号轴承滚道剥落区域

图5 1 号轴承单独剥落区域

图6 2 号轴承外观

图7 2 号轴承内部杂质

3 检验分析

3.1 原材料检验

检测 1 号故障轴承内、外圈材料带状碳化物及非金属夹杂物。

3.1.1 检验原材料带状碳化物（级）

碳化物带状如图 8、9所示，均为 1 级。

图8 外圈带状碳化物，100×

图9 内圈带状碳化物，100×

3.1.2 检验原材料非金属夹杂

切取试样，磨抛后在金相显微镜下100×观察，在剥落坑附近未发现存在夹杂物。

按GB/T18254-2002标准规定，轴承的内、外圈带状碳化物合格，剥落坑附近未发现夹杂物，故可排除轴承材料不良造成的轴承套圈剥落失效。

3.2 硬度及金相组织检验

按JB/T1255-2014标准规定，故障轴承的内、外圈及钢球表面硬度及心部硬度、淬回火组织均合格（表 1，图10~图15），故可排除因轴承制造过程不良造成的轴承套圈剥落失效。

表1 1号轴承各零件及组织检测结果

图10 内圈表面组织，500×

图11 内圈心部组织，500×

图12 内圈剥落区附近组织， 500×

图13 外圈表面组织，500×

图14 外圈心部组织，500×

图15 钢球组织， 500×

3.3 使用分析

（1）因轴承零件表面均未发现电腐蚀痕迹，故可排除电绝缘不良造成的轴承套圈剥落失效。

（2）对 1 号轴承剥落位置检查，未发现明显的冲击痕迹，故可排除安装不当造成的轴承套圈剥落失效。

（3）由图 4 可发现，1 号轴承整个滚道布满剥落痕迹，且两侧均靠近内圈内外径倒角位置。根据深沟球轴承的运动理论，正常工作时，钢球应在沟道中心运动，剥落应在沟道底部，故1号轴承运转过程中应是承受了较大的轴向载荷致使轴承内圈剥落。

（4）轴承套圈的内径、外径表面未发现严重的挤压或摩擦痕迹，故可排除配合不正确、固定不当、支撑表面不光滑等原因造成的轴承套圈剥落失效。

3.4 轴承安装分析

根据客户前期提供的轴承工作条件，该轴承为 3 套串连起来使用。由于我公司按照国标对轴承径向游隙进行控制，当轴承受到轴向载荷时无法保证 3 套轴承轴向游隙保持一致，致使每套受到的轴向载荷不同，其中 1 号轴承几乎承载了所有轴向载荷，造成轴承轴向载荷异常，出现剥落现象。

4 故障分析

（1）失效轴承的各零件原材料及热处理质量符合标准要求，内圈首先剥落点未发现材料及热处理缺陷。

（2）1 号轴承整个滚道布满剥落痕迹，且两侧均靠近内圈内外径倒角位置。根据深沟球轴承的运动理论，正常工作时，钢球应在沟道中心运动，剥落应在沟道底部，故 1 号轴承运转过程中应是承受了较大的轴向载荷致使轴承内圈剥落。

（3）2 号和 3 号旋转阻滞为外来异物导致，也是造成 1 号轴承内圈剥落的原因之一。可见，轴承使用时要注意润滑系统的清洁。

（4）根据轴承实际工作条件，该通用轴承实际为 3 套串连使用在粉碎颗粒机压辊上，但是用户在选型前并未说明要 3 套串联使用。轴承游隙国标要求只对轴承径向游隙进行品质控制，当轴承承受较大或异常轴向载荷时无法确保 3 套轴承轴向游隙串动量保持一致，致使每套受到的轴向载荷不同，其中 1 号轴承几乎承载了所有轴向载荷，造成轴承轴向载荷异常，出现剥落现象。

5 分析结论及建议

通过以上分析，造成该深沟球轴承失效的原因如下：

（1）轴承选型不当，如要成对使用需要特殊说明，对轴承轴向游隙进行控制，保证配套轴承同时受力。

（2）由于轴承使用不当，使轴承内圈受非正常的轴向力，导致轴承内、外圈间游隙变小，内圈发生偏沟磨损，直至发生剥落。

可见，轴承在选型时要根据实际工作情况进行合理选择，如有特殊要求应及时与生产厂家协调，从而确保轴承的使用精度和使用寿命。

处理建议如下：

（1）用户可根据轴承实际使用工况，选择配对角接触球轴承，从而承受更大的轴向载荷。

（2）如用户不方便更改机械结构，仍需使用目前型号轴承，建议将轴承游隙增大，从而提高轴承的轴向载荷及抗倾覆力矩。

（编辑：林小江）

Failure analysis of certain deep groove ball bearing

Li Dianwen1, Xu Liying1, Hong Yang2

(1. Quality Assurance Department, Harbin Bearing Group Corporation, Harbin150036, China; 2. Harbin Hazhou Precision Bearing Manufacturing Co., Ltd., Harbin 150036, China)

A deep groove ball bearing raceway spalling occurred during operation. After the analysis on fault feature ,the physical and chemical, it was concluded that improper bearing selection and use was the cause of bearing spalling.

deep groove ball bearing; bearing raceway spalling; failure analysis

TH133.33+1

B

1672-4852（2016）04-0017-03

2016-11-01.

李殿文（1985-），男，助理工程师.