圆柱滚子轴承引导面异常磨损分析

梁英，何惜港，曲琼

(洛阳LYC轴承有限公司，河南 洛阳 471039)

1 试验轴承

试验轴承结构如图1所示，为无内圈圆柱滚子轴承，保持架结构为钻孔铆钉铆接结构，采用轴滚道引导方式。该轴承用在齿轮箱螺旋锥齿轮传动轴中，主要承受螺旋锥齿轮在传动工作过程中产生的径向载荷。

图1 试验轴承示意图

轴承运转方式为外圈固定，轴旋转。轴承径向载荷8 190 N；使用温度为-20～200 ℃；转速为20 387 r/min，dm·n值达1.45×106mm·r/min；采用离心甩油润滑(环下润滑方式)，润滑油为合成润滑油4050油。轴承安装示意图如图2所示。

图2 试验轴承安装示意图

试验轴的材料及热处理方法与试验轴承完全相同，全部采用渗碳钢16Cr2Ni4MoA，轴滚道工作部分的尺寸和几何形状的公差和主机设计要求一致。

2 试验方法

依据主机厂给出的轴承使用工况编制试验大纲。参与试验的轴承样品共计5套；试验要求模拟主机使用工况；要求5套轴承应全部通过1 275 h耐久性试验，试验结束时试验轴承和试验轴应无疲劳剥落现象。

试验大纲规定，轴承在试验至50，450，850 h和试验结束(1 275 h)后，应分阶段对试验轴承进行分解检查，每个阶段例行分解检查无异常后，才可以进行后续试验。

3 试验结果

试验至50 h时进行首次分解检查，发现5套轴承的轴滚道引导面与保持架内径引导面的配合处均出现不同程度的磨损，但轴滚道滚子工作区域痕迹正常。

5套轴承的轴滚道两端即保持架的引导位置均出现程度不同的磨损，并形成2条规则的磨损痕迹。轴滚道磨损痕迹与保持架内径引导面相对应，呈现一端窄一端宽：窄面宽约1.5 mm，深约0.05～0.3 mm；宽面宽约3 mm，深约0.05～0.3 mm。而与此对应配合的轴承保持架内径引导面仅有轻微磨痕。

对出现轴引导面磨损的5套轴承和对应的轴继续进行试验，在后续试验过程中，5套轴承和试验轴均工作正常。

经450，850 h及试验结束(1 275 h)检查，轴磨损的部位未出现磨损加剧和扩展现象，最终5套试验轴承全部通过1 275 h耐久性试验考核。

在整个试验分解检查、检测过程中可以发现，除轴滚道引导面磨损外，试验轴滚道与滚子工作痕迹正常，轴承滚子组内复圆尺寸及公差符合产品图样的规定，试验轴除磨损区域外，轴滚道尺寸及公差符合轴图样的规定，轴承回转灵活无异常。

4 磨损原因分析

由于转速较高，故对齿轮箱中的轴承、轴滚道及润滑油路进行了特殊设计。轴承结构设计为轴滚道引导保持架方式，即由轴的滚道引导保持架旋转；为减小保持架内径引导面和轴滚道引导面之间的滑动摩擦，在轴滚道两端引导位置各设计了一排润滑油孔，在轴承高速旋转中，实现高速轴承特殊的润滑：离心甩油润滑(环下润滑油路)如图3所示，而非齿轮离心甩油润滑。

图3 轴承环下润滑示意图

从5套轴承的试验轴检查结果看，轴的磨损槽一端窄一端宽，磨损槽的宽度与保持架两端内径引导面宽度尺寸对应并吻合，因此，轴上出现的磨损槽与轴承保持架结构有关。

对5套轴承分解检查，发现保持架内径引导面倒角尺寸偏大(图1)，保持架设计图样规定倒角尺寸除锐边后最大为R0.25 mm，而该保持架倒角实测数据为1～1.5 mm。

轴承在高速旋转时，润滑油在离心力的作用下，经环下油孔喷出，直接喷在保持架的引导面上，在轴与保持架引导面之间形成润滑油膜，以确保轴承正常运行。

由于轴承保持架引导面倒角尺寸偏大，轴承在高速旋转时，润滑油在离心力的作用下，经环下油孔直接喷向保持架引导面和倒角上(图4)，并顺着保持架的倒角被甩出，不能在轴承保持架引导面形成有效的润滑油膜，由此造成轴滚道引导面的磨损。

图4 倒角偏大后保持架异常润滑示意图

而当轴磨损形成磨损槽后轴承仍继续工作时，由于重力的作用，保持架的引导面和倒角面与轴的磨损槽形成局部润滑区，即在保持架的引导面形成新的润滑油路(图5)。这就是在后续的试验中，轴滚道引导面磨损槽未继续扩展的原因。

图5 出现磨损槽后形成新的润滑示意图

5 结束语

在高速圆柱滚子轴承设计中，整体润滑油路的设计不仅包括工作承载区的润滑设计，作为轴承润滑的重要组成部分，保持架的润滑同样不可忽视。同时，在加工过程中应严格贯彻设计要求，以保证设计思想的正确实现。