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軸承的好壞會(huì)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用，發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓轉(zhuǎn)子前支點(diǎn)采用的是三點(diǎn)接觸球軸承，下面本公司分享是有關(guān)三點(diǎn)接觸球軸承的失效案例。
1、三點(diǎn)接觸球軸承失效形貌
某發(fā)電機(jī)高壓轉(zhuǎn)子三點(diǎn)接觸球軸承失效，保持架破裂，部分鋼磨損，套圈溝道表面有擠壓痕跡，如圖1和2所示。
圖1 軸承保持架破裂形貌
圖2 鋼球、套圈故障形貌
2、三點(diǎn)接觸球軸承故障分析
一般情況下，軸承只要選型得當(dāng)，維護(hù)和潤(rùn)滑良好，滾動(dòng)軸承使用壽面一般均大于其計(jì)算壽命，但是由于使用過(guò)程中受到各種因素的影響，也會(huì)出現(xiàn)一些想不到的早期損壞。下面我們主要分析下，此發(fā)動(dòng)機(jī)三點(diǎn)角接觸球軸承損壞的原因，可以從以下幾點(diǎn)進(jìn)行分析。
2.1軸承結(jié)構(gòu)及潤(rùn)滑分析
三點(diǎn)接觸球軸承裝配在某發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)前支點(diǎn)上，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)。該軸承的潤(rùn)滑冷卻采用端面噴射加環(huán)下潤(rùn)滑的負(fù)荷供油方式，前后共有3個(gè)噴嘴，前后2個(gè)斷面的噴嘴將滑油噴入軸承內(nèi)圈與保持架之間，軸承的前端有收油環(huán)，將前面端噴嘴噴入的滑油傳遞至軸承內(nèi)圈進(jìn)行環(huán)下潤(rùn)滑（圖3）
圖3 軸承潤(rùn)滑方式
2.2理化分析
對(duì)分解后的三點(diǎn)接觸球軸承內(nèi)圈、外圈、鋼球及保持架（內(nèi)、外圈和鋼球材料為Cr4Mo4V；保持架表面鍍銀處理，材料為40CrNiMoA)，中央傳動(dòng)齒輪機(jī)匣等損傷件和發(fā)現(xiàn)的碎塊、金屬絲以及外場(chǎng)、廠內(nèi)分解時(shí)收集到的金屬碎屑、油液進(jìn)行了理化檢驗(yàn)和分析。
2.2.1 碎屑檢驗(yàn)
對(duì)滑油濾、金屬屑末報(bào)警器、磁塞上以及中介機(jī)匣中收集到的碎屑進(jìn)行了能譜檢查，其中主要的成分為Cr4Mo4V ， 1Cr13，40CrNiMoA 和Ag。
2.2.2油液檢查
對(duì)外場(chǎng)收集的滑油進(jìn)行理化性能檢測(cè)分析，結(jié)果見(jiàn)表1。運(yùn)動(dòng)黏度和酸值兩項(xiàng)指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。
2.2.3 失效軸承檢查
(1)失效軸承內(nèi)、外圈溝道表面存在明顯的凹坑，在掃描電鏡下放大觀察，應(yīng)為滾動(dòng)接觸疲勞所產(chǎn)生的剝落，溝道剝落形貌，如圖4所示。
圖4 失效軸承套圈溝道剝落形貌
軸承內(nèi)、外圈的基體硬度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。外圈溝道面和引導(dǎo)面處發(fā)現(xiàn)明顯的淬火層，外圈引導(dǎo)面的二次淬火層厚度約3~3.5 mm ，溝道面二次淬火層約1 ~1.5 mm。檢查表明，外圈引導(dǎo)面和溝道均由于發(fā)生了嚴(yán)重的磨損而產(chǎn)生了高溫。
(2)保持架兜孔工作面及外徑引導(dǎo)面均有嚴(yán)重磨損，超過(guò)1/2厚度的保持架出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象。保持架與鋼球接觸的工作面存在過(guò)熱區(qū)，保持架的外引導(dǎo)面也存在過(guò)熱區(qū)，圖5中白色區(qū)域?yàn)楸３旨苓^(guò)熱區(qū)。
圖5 保持架外引導(dǎo)面和兜孔過(guò)熱痕跡
2.3潤(rùn)滑條件復(fù)查
2.3.1噴嘴堵塞檢查
噴嘴無(wú)堵塞情況。
2.3.2噴嘴流量及噴射方向復(fù)制
復(fù)查了工廠裝配時(shí)的噴嘴流量試驗(yàn)記錄，所有噴嘴流量和方向均合格。分解后又進(jìn)行了滑油流量及噴射方向的復(fù)測(cè)試驗(yàn)，所有噴嘴的滑油流量均合格。由于前噴嘴3814和后噴嘴3817變形，試驗(yàn)時(shí)滑油噴射方向略有偏轉(zhuǎn)，但基本仍向軸承供油。結(jié)合潤(rùn)滑油壓力測(cè)試結(jié)果，表面失效軸承潤(rùn)滑冷卻情況良好。
2.4 載荷分析
(1)外場(chǎng)載荷復(fù)查。載荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，所有機(jī)動(dòng)載荷均在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。
(2)中央錐齒輪附加載荷復(fù)查。對(duì)中央齒箱齒輪印痕原始情況進(jìn)行復(fù)查，符合要求。
(3)軸向載荷。經(jīng)復(fù)查，故障發(fā)動(dòng)機(jī)影響高壓轉(zhuǎn)子軸向力的相關(guān)封嚴(yán)件裝配前尺寸均符合要求，不存在軸向力過(guò)大的情況。
本例軸承故障與以往故障不同的幾個(gè)主要原因是，異物嵌入到保持架與套圈之間的間隙處或保持架兜孔與鋼球之間(后者的可能性最大)，導(dǎo)致保持架偏擺，產(chǎn)生異常磨損，使溫度急劇升高。保持架碎裂后，其碎塊嚴(yán)重阻礙鋼球的運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致鋼球與保持架以及內(nèi)、外圈之間產(chǎn)生滑動(dòng)，套圈和鋼球的溫度急劇升高，熱膨脹使部分鋼球產(chǎn)生卡死現(xiàn)象，在內(nèi)、外圈之間被拖蹭擠壓，發(fā)生材料熔融和轉(zhuǎn)移現(xiàn)象；在鋼球和內(nèi)、外圈的接觸區(qū)域形成了過(guò)熱區(qū)，導(dǎo)致內(nèi).外溝道表面出現(xiàn)擠壓變形和高溫粘結(jié)，鋼球發(fā)生嚴(yán)重變形。軸承失效后軸向徑向游隙增大造成轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致密封件產(chǎn)生嚴(yán)重的碰磨損傷。
3、軸承失效預(yù)防措施
結(jié)合以上分析，為避免出現(xiàn)類似失效故障，提高三點(diǎn)接觸球軸承的可靠性，建議采取如下預(yù)防措施：
(1)確保裝配質(zhì)量。嚴(yán)格執(zhí)行裝配工藝，保證裝配質(zhì)量符合要求，避免出現(xiàn)蓋板、密封墊及螺釘?shù)人蓜?dòng)脫落等問(wèn)題。
(2)針對(duì)三點(diǎn)接觸球軸承存在外圈剝落、保持架碎裂等現(xiàn)象，需明確軸承成品的碳化物形態(tài)和尺寸控制要求；優(yōu)化軸承零件表面精密磨削工藝；積極開(kāi)展國(guó)產(chǎn)超純材料的應(yīng)用研究。
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