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查找故障:确定推力滚针轴承过早失效的真正原因

发布日期:2019-12-26 作者: 点击:

现代制造实践和预测性维护等技术已使轴承过早失效的情况很少发生。但是,它仍然可能发生,并且一旦发生,将产生灾难性的影响。令人担忧的是,某些失效推力滚针轴承距离其计算的使用寿命还很遥远,并且只能运行其额定寿命的5-10%。对于客户而言,这是巨大的费用和烦恼的来源,他们希望他们的推力滚针轴承能在其计算出的使用寿命及以后的使用寿命内保持使用寿命。

与其他应用相比,某些应用(例如风力涡轮机变速箱)更容易出现早期推力滚针轴承故障。对客户而言,重要的是诊断故障并进行纠正。但是,关于早期推力滚针轴承失效的确切原因一直有很多争论。 

过早失效的一个常见特征是在推力滚针轴承表面下方的白色装饰小裂纹网络,即所谓的“白色蚀刻裂纹”(WEC)或在滚道表面可见的轴向小裂纹(图1)。乍一看,可以认为是造成问题的原因,这在大多数推力滚针轴承过早失效的情况下都是可以看到的。 

但是,SKF进行的一项为期四年的广泛研究项目表明,实际上,这些裂纹发生在失效链的末端,并且是过早失效的推力滚针轴承中裂纹网络的自然结果。该公司的专家得出结论,WEC只是故障的可见症状,而不是根本原因的一部分。 

到目前为止,SKF已经确定了导致轴承过早失效的七种机制,这导致了一个常见的结果:推力滚针轴承寿命缩短以及WEC的出现。因此,SKF开发了一种对推力滚针轴承过早故障进行分类的方案,以帮助应用工程师与客户一起寻找故障的真正根源,从而找到合适的解决方案。 

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尽管有了这一新见解,仍会将一些过早的故障分配给WEC,并在此基础上解决(通常是通过将故障推力滚针轴承替换为相同的轴承)。然而,与其不必要地重复这种方法,重要的是深入研究问题并找出失败的根本原因。SKF的研究确定了一系列根本原因,可以在每种情况下找到更准确的解决方案。 

该项目涉及复制在现场失败的推力滚针轴承中看到的确切条件,并对其进行广泛的实验室测试(包括光学和扫描电子显微镜以及超声波)。使轴承在受控条件下失效,有助于SKF查明确切的失效机理,从而为每个问题找到更准确,更有针对性的解决方案。 

对于每一个根本原因,SKF都会在试验台上系统地再现关键操作条件。这样一来,他们就可以确定哪些特殊情况导致了WEC,并可以证明裂纹与结构应力之间的联系。该项目使SKF能够阐明WEC在传统推力滚针轴承滚动接触疲劳和加速疲劳(加速轴承剥落)方面的作用。 

在推力滚针轴承滚动接触疲劳(没有过早失效)的情况下,WEC通常是由循环应力和载荷引起的。但是,在加速疲劳中可以看到WEC的出现更为广泛,这可以归因于较高的应力,较低的材料强度和/或摩擦和润滑作用的混合。 

WEC是轴承钢微观结构中的裂缝。之所以命名它们,是因为经过抛光和蚀刻的钢样品的微观结构呈现白色外观。受影响的区域包含超细,纳米晶体,无碳化物的铁素体或具有非常精细的碳化物颗粒分布的铁素体。由于过度轧制时裂纹面上的摩擦,非晶化形成白色蚀刻区域(WEA)。由于它们对蚀刻剂的低蚀刻响应,这些区域在光学显微镜下显示为白色。裂纹周围的白色蚀刻区域比周围(且不受影响)的微结构坚硬10-50%。 


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