深沟球轴承保持架断裂实例及原因

某型号深沟球轴承在长期使用后检查时，发现保持架断裂，分解后发现滚道出现局部剥落。该轴承使用非常广泛，但在多年的使用过程中，均为出现过保持架断裂、滚道剥落现象，这个保持架断裂的原因是什么呢？下面中华轴承网（简称：华轴网）给大家分享相关实例和具体的原因。

深沟球轴承保持架断裂故障特征：

故障轴承整体颜色光亮，内、外套圈表面未见损伤如图1所示；某钢球所在保持架兜孔靠近一侧铆钉铆合处均已开裂断开，如图2所示。

图1 轴承整体形貌

图2 轴承保持架开裂形貌

将轴承外圈剖开后发现，外圈滚道底部均有较明显的变色接触轨迹，轨迹已变粗糙，如图3所示；内圈滚道沿沟底出现了整个圆周的继续剥落，接触轨迹略偏向非打字端一侧沟道，呈轻度爬坡特征，如图4所示，开裂兜孔近断裂处已明显磨损变薄并产生飞边，如图5所示，去掉铆钉分离两片保持架，可见有的保持架兜孔内表面与钢球摩擦变光亮,开裂兜孔内表面更明显如图6、图7所示;其中钢球表面完整,均有不同程度的高温变色,但仍有金属光泽,开裂兜孔所在钢球外观未见异常。

故障轴承仍转动灵活,但有明显振感。对故障轴承精度和游隙进行了检测,结果见表1。

检测结果：内圈轴向跳动、外圈轴向跳动均明显超出标准规定，说明内部精度已变差;

对轴承中7粒钢球的尺寸精度进行了检测，实测钢球直径组差为0.8u m，略超标准要求，其中保持架开裂兜孔内的钢球尺寸偏差略大，见表2。

剥落部位分析

扫描电镜下观察内滚道剥落部位，未发现夹杂等材料缺陷，剥落源处有金属凸棱，凸棱呈弧形分布并向剥落心部逐渐扩展,如图8所示，该剥落性质为疲劳剥落。

对剥落部位进行能谱分析,未发现除基体以外的其它元素，见图9。

硬度及金相组织

根据故障件分解后外观检查结果，选取内圈及一粒钢球,分别检测了硬度及淬回火组织,检测结果,内套和钢球的淬回火组织及硬度均符合标准的规定，见表3。

进一步观察内圈金相试样,未见高温特征及组织异常。

故障分析

通过扫描电镜分析确认，轴承滚道剥落为疲劳剥落。根据保持架兜孔开裂形貌及内圈滚道剥落形貌，可判断内圈滚道的剥落应先于保持架兜孔开裂。因为轴承正常工作时，保持架受力很小，只有钢球引导保持架的拖动力，此力不会造成保持架的开裂；即使保持架先开裂,其对钢球的约束作用并未明显改变，也不可能造成内圈滚道的剥落。

反之，轴承内圈滚道产生剥落后,轴承的运转将出现异常，产生振动，使钢球在周向转动时出现运转不平稳，产生径向跳动和周向的摆动、同时产生运转阻滞，使钢球与保持架兜孔之间产生接触表面的磨损,同时钢球对保持架兜孔还产生周向的拉伸作用，最终使保持架在转角等薄弱处产生疲劳断裂。从内圈理化检测结果看，可排除存在材料或冷、热加工缺陷的影响；轴承外圈滚道整个圆周方向都有接触压痕,说明轴承工作时径向载荷偏大。复查轴承安装配合状态，均符合技术要求，可排除径向工作游隙偏小的影响。从7粒钢球尺寸检测结果看，直径组差为0.8 u m，超过标准要求。

采用轴承设计分析软件对轴承工作过程中的接触应力进行了计算分析。计算结果表明，在轴承正常工况条件下，钢球与内圈滚道的接触应力最大，最大接触应力为1758MPa，小于轴承钢的最大许用接触应力2000MPa；在钢球直径组差超差的情况下，存在尺寸偏大的钢球与内圈滚道的最大接触应力超过轴承钢最大许用接触应力2000MPa的可能。

综合上述分析，初步得出造成内圈滚道剥落的原因是钢球直径组差超差影响了一组钢球承载分布状态，尺寸偏大的钢球与内圈的接触应力超过了材料的最大接触应力，并且出现了附加的振动载荷，长时间工作后，就会造成内圈滚道的疲劳剥落。轴承内圈滚道产生剥落后，轴承的运转出现异常，造成保持架一兜孔开裂。因此在轴承装配过程中应严格控制轴承的钢球直径组差，防止由于直径组差超差给轴承在使用过程中带来接触应力变化、额外的振动载荷导致的产品故障。