木屑颗粒机轴承失效分析

李博文，李 颖

（1. 哈尔滨轴承集团公司 销售部，黑龙江 哈尔滨150036；2.哈尔滨电力职业技术学院，黑龙江 哈尔滨 150030；2. 哈尔滨电力职业技术学院，黑龙江 哈尔滨 150030）

木屑颗粒机轴承失效分析

李博文1，李 颖2

（1. 哈尔滨轴承集团公司 销售部，黑龙江 哈尔滨150036；2.哈尔滨电力职业技术学院，黑龙江 哈尔滨 150030；2. 哈尔滨电力职业技术学院，黑龙江 哈尔滨 150030）

针对某木屑颗粒机轴承发生早期疲劳剥落的现象，对其产生原因做了分析，确定为预紧不当造成的轴承早期失效。

木屑颗粒机；双列圆锥滚子轴承；早期疲劳剥落；预紧不当

1 前言

木屑颗粒机是生物质新能源设备，是木屑颗粒生产的制粒设备。木屑颗粒生产以杨木、农作物秸秆等为原料，通过粉碎、烘干、筛选、制粒、冷却、打包等过程制作成木屑颗粒成品，可用于生物质发电、锅炉、家用设备上。环模木屑颗粒机由环模、偏心轴、压辊、支撑轴承等零部件组成。偏心轴的支撑部件为一套轻接触式双密封的双列圆锥滚子轴承。双列圆锥滚子轴承预紧情况直接影响木屑颗粒成品的质量。

2 故障现象

某型号颗粒机支撑轴承安装在压辊轴箱内（图 1），轴箱两侧安装内径带有接触式橡胶密封的端盖，防止粉尘、水蒸气的进入。偏心轴竖直放置，支撑轴承结构如图2所示，内、外圈与轴、轴箱均采用过盈配合。由于偏心轴的存在，压辊与环模挤压原料时，轴承内圈总是在某一角度范围内存在较大的接触应力，产生较大的磨损。该设备工作半个月后出现颗粒无法成形的现象。为分析问题产生的原因，对轴箱进行分解检查。

图1 压辊轴箱

现场分解后可看到，轴承内部油脂发黑，存在油泥，油脂较少，下侧内组件多粒滚子出现明显的大片剥落（图 3），并出现高温变色现象；上侧内组件无明显异常现象（图 4）。图 5是拆下的轴承密封圈，密封圈橡胶部分弹性良好，无老化变形。外滚道油脂干枯，如图6所示。

3 详细检查

3.1 清洗、拆套后外观检查

对内组件进行清洗、分解检查，检查结果：下侧轴承部分滚子出现严重剥落（图 7），剥落区域集中于滚子滚动面小端及中部。内圈滚道部分区域（圆周方向160°-180°范围）内存在剥落（图 8）。保持架无明显损坏现象。

上侧轴承滚子无明显损伤（图 9），内圈滚道部分区域存在剥落，剥落区域分别集中接近大挡边、小挡边侧（图10）。保持架无明显损坏现象。

图2 轴承结构简图

图3 下侧内组件滚子剥落

图4 上侧内组件油脂状态

图5 轴承密封圈

图6 外滚道外观

图7 下侧轴承部分滚子滚动部分区域存在剥落

图8 下侧轴承内圈滚道部分区域剥落

外圈双列滚道均存在不同程度高温变色现象（图11）。

3.2 金相和硬度检测

对失效轴承内圈、滚子进行组织检测，见表1、图12、图13；进行硬度测试，见表 2。

检测结论：按JB/T1255标准规定，失效轴承的内圈、滚子淬（回）火组织和硬度均合格。

图9 上侧滚子无明显损伤

图10 上侧内圈滚道剥落

图11 外滚道高温变色

4 故障分析

（1）轴承的金相组织和硬度符合标准要求，判断轴承本身的材质及热处理质量没有问题。

（2）由图7和10看出，轴承滚子剥落磨损区开始时集中在滚子的小头端、内圈的大挡边及小挡边区域，判断轴承在运行失效时在内圈两端存在着载荷集中现象。

（3）滚子、内滚道剥落的碎屑加剧摩擦，导致大量的摩擦热产生，由于轴承散热条件较差，轴承短时间温度急剧上升，润滑脂性能下降，内圈与滚子局部温度过高，发生变色。

图12 内圈组织

图13 滚子组织

表1 轴承零件组织检测结果/级

表2 轴承零件硬度检测结果/HRC

（4）滚子出现剥落后，使得载荷承载区减小，伴随轴承的温升，进而导致内圈滚道抗疲劳能力的下降乃至在某些区域（圆周方向160°-180°范围）内剥落（图 8）。

（5）推测轴承内圈大、小挡边区域存在着载荷集中的原因，应是在轴承安装轴向游隙较大的情况下，轴承工作运转时出现了异常载荷，使得本应由全部滚子长度承载的力集中在了滚子的两端。

5 结论

综合以上分析所述，推测造成本次轴承失效的原因如下：轴承在工作状态时，滚子与滚道非正常接触，滚子小端与滚道接触过多。出现应力集中，使滚子小端出现剥落，剥落的碎屑和异常载荷使得轴承运转卡滞及温升。伴随着轴承温升，轴承工作区域的抗疲劳能力下降，最终导致轴承失效。

6 预防措施

针对此现象应排查并避免异常载荷。双列圆锥滚子轴承预紧是否到位直接影响着轴承的运转性能及寿命。建议安装轴承时旋转内组件3～5周，使滚子与滚道充分接触，载荷分布均匀。

（编辑：钟 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，助理工程师.