某電機用戶出現立式電機軸承噪聲異常,電機軸承拆卸后滾道如下圖所示:

圖中為NU型圓柱滾子軸承內圈滾道照片。滾道上出現兩類失效痕跡:①沿著滾道圓周方向的失效痕跡,如圖中紅色標記處;②沿著軸承軸向的失效痕跡,如圖中黃色標記處
周向痕跡失效分析
圖中紅色標記部分的失效痕跡是沿著軸承外圈周向分布。并且布滿整個軸承滾道。應該是軸承承載的接觸面。從接觸軌跡的角度看,接觸的痕跡處在內圈滾道偏向一側的地方。因此可以判斷軸承承載的方向與軸線并不垂直。因此存在幾種可能性:
①軸與軸承室的偏心負荷;
②軸承室或者軸的形位公差不良;
首先,如果軸與軸承室之間存在偏心負荷,作為內圈旋轉的圓柱滾子軸承而言,其負荷痕跡布滿一整圈,因此無法確認是否為偏心負荷。需要對軸承外圈或者滾動體進行檢查。此軸承混動體與滾道如下圖所示:

圖中可以看到,軸承內潤滑脂狀態良好。但是從滾動體上可以看到偏向一側的接觸軌跡。如果是軸承承受偏心負荷,滾動體接觸軌跡應該兩邊對稱,而不是單獨一邊出現。
當軸承室或者軸的圓柱度出現問題的時候,滾道經過變形呈現錐形,會出現一側分布的接觸軌跡。由此可以判斷,這個軸承存在存在軸承室或者軸錐度不良的可能性,因此需要進一步檢查尺寸進行排除或者確認。
失效痕跡分析
圖中紅色標記的部分呈現表面疲勞的特征,而潤滑脂狀態良好。這樣呈現出軸承負荷輕的特征。但是僅僅憑借表面形貌的推斷還缺乏證據。
觀察軸承系統,發現是立式電機采用了圓柱滾子軸承。經詢問了解到圓柱滾子軸承位于軸伸端。而軸伸端連接的負荷是聯軸節負荷。
對于立式電機,聯軸節負荷的時候,聯軸節的重量和轉子重量都作為電機的軸向負荷施加在定位軸承上。這臺電機是用一個圓柱滾子軸承加一個深溝球軸承的結構布置方式。圓柱滾子軸承不能承受軸向力,因此深溝球軸承作為定位軸承承受上述軸向力。而電機運行的時候沒有外界徑向負荷。這樣對于圓柱滾子軸承而言,大概率會出現徑向負荷不足的可能性。
上述分析與前面的失效痕跡分析完全吻合。因此可以得到一個結論,此電機圓柱滾子軸承徑向負荷不足導致滾道表面出現表面疲勞。
圖中黃色標記出的失效痕跡,呈現沿著軸承軸向的失效痕跡,切分布狀態為大致與滾子間距相等的群組分布。如下圖所示:

仔細觀察失效痕跡不難發現,失效痕跡呈現軸向粗細不均的狀態,顯示為某物體沿著軸向某一方向劃過的趨勢。
由以上兩點可以判斷,此軸承在安裝的時候存在滾子在滾道上的軸向滑動。因為在安裝的時候不可能一次裝入,因此有反復的挪動,因此呈現與滾子間距相類的群組分布。
結論與建議
由上述分析可以看到,此電機軸承存在三個問題:
第一、軸承配置不當。立式電機無徑向負荷的時候使用圓柱滾子軸承會有很大可能性不能滿足圓柱滾子中軸承的最小負荷,從而出現滾道表面的失效。建議調整那軸承配置。
第二、軸承室或者軸形位公差存在問題。需要對軸和軸承室的錐度進行檢查并且修正
第三、電機軸承裝配的的時候裝配不當,導致滾道劃傷。因此建議改善電機軸承裝配工藝,保護軸承免受傷害。
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