回转支承轴承失效案例分析[各行参照]

1、滚动轴承应用工程师技术培训滚动轴承典型失效案例分析1行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例安装部位安装部位回转支承回转支承钢包台车钢包台车连连 铸铸 机机(2)连铸钢包1台车大型回转支承失效案例2行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例炼钢连铸钢包台车回转支承使用直径炼钢连铸钢包台车回转支承使用直径5420mm的特大三排圆的特大三排圆柱滚子轴承，柱滚子轴承，经使用经使用14年（外商规定使用寿命为年（外商规定使用寿命为10年）后进年）后进行安全解体失效分析。行安全解体失效分析。载荷载荷(805(805吨吨) )：空钢包重：空钢包重：140140吨（两个）、钢水重：吨（两个）、钢

2、水重：300300吨吨轴承上部的回转臂、减速机、千斤顶、马达等总重：轴承上部的回转臂、减速机、千斤顶、马达等总重：365365吨吨载荷时的运行状态：轴承所支撑的钢包台车在载荷时的运行状态：轴承所支撑的钢包台车在360360运行过运行过程中有受钢包、浇钢等工序，在整个运行过程中轴承处于倾程中有受钢包、浇钢等工序，在整个运行过程中轴承处于倾复力矩的作用下的间隙转动运动。复力矩的作用下的间隙转动运动。 钢包回转支承轴承的承载特点；1) 1) 内、外套圈的主推力滚道（内、外套圈的主推力滚道（3 3、8 8）主要承受径向载荷；）主要承受径向载荷；2) 2) 内、外套圈的主推力滚道（内、外套圈的主推力滚道

3、（3 3、8 8）及反推力滚道（）及反推力滚道（1 1、4 4）主要承受）主要承受颠覆力矩；颠覆力矩；3) 3) 内、外套圈的径向滚道内、外套圈的径向滚道 (2 (2、6)6)主要承受轴向载荷及轴向定位作用；主要承受轴向载荷及轴向定位作用；4) 4) 内、外套圈的挡边（内、外套圈的挡边（5 5、7 7）主要导向滚动）主要导向滚动体体“3”的运行；的运行； (2)连铸钢包1台车大型回转支承失效案例工况3行业专项2）1#回转支承回转支承失效案例失效案例轴承基本结构轴承基本结构上半内圈上半内圈挡边挡边5内圈径向内圈径向滚道滚道2下半内圈下半内圈挡边挡边6内圈主推力内圈主推力滚道滚道3123上半内圈上

4、半内圈下半内圈下半内圈外外圈圈外圈主推力外圈主推力滚道滚道8外圈径向滚外圈径向滚道道6外圈反推力外圈反推力滚道滚道4内圈反推力内圈反推力滚道滚道11 1、2 2推力滚子，推力滚子，3 3径向径向滚子滚子内内圈圈(2)连铸钢包1台车大型回转支承失效案例工况4行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例AAAAACBDBBBCCCDDDBCD11112122223333344444轴承的载荷分布周期如下 ；1)1) 内圈内圈A A侧无包、侧无包、C C侧满包，用时侧满包，用时1 1分钟，此时开始浇注分钟，此时开始浇注2) 2) 内圈内圈A A侧无包、侧无包、C C侧浇注至包内钢水余侧浇注至包内

5、钢水余100100吨吨( (已浇已浇200200吨吨) )，用时，用时2828分钟分钟3) 3) 内圈内圈A A侧上满包、侧上满包、B B侧钢水从侧钢水从100100吨浇注完毕，用时吨浇注完毕，用时1010分钟（开始旋转分钟（开始旋转180180）4) 4) 内圈内圈 C C侧空包、侧空包、A A侧满包，用时侧满包，用时1 1分钟分钟根据过钢量计算出每天钢包的转数约为根据过钢量计算出每天钢包的转数约为10.510.5转。转。图中图中A A、B B、C C、D D是轴承外圈的标位号，轴承外圈处于转动状态。是轴承外圈的标位号，轴承外圈处于转动状态。图中图中1 1、2 2、3 3、4 4是轴承内圈的

6、标位号，轴承内圈处于转动状态。是轴承内圈的标位号，轴承内圈处于转动状态。钢钢 包包 回回 转转 支支 承承 的的 载载 荷荷 分分 析析工况条件工况条件（2）连铸钢包1台车大型回转支承失效案例5行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例失效现象失效现象回转支承轴承的解体局部外貌图回转支承轴承的解体局部外貌图1解体时从润滑油脂中发现的部分磨损磨粒图解体时从润滑油脂中发现的部分磨损磨粒图2；外圈主推力外圈主推力3滚道疲劳剥离图滚道疲劳剥离图3、4、5；内圈主推力内圈主推力8滚道疲劳剥离图滚道疲劳剥离图6、7、8；滚动体工作表面的形貌图滚动体工作表面的形貌图9；反推力滚道工作表面的形貌图反推力

7、滚道工作表面的形貌图10；图图1 轴承解体局部外貌轴承解体局部外貌图图2 解体时发现的磨损磨粒解体时发现的磨损磨粒（2）连铸钢包1台车大型回转支承失效案例6行业专项外圈主推力外圈主推力3 3滚道悬臂樑滚道悬臂樑A A、C C加载区加载区180180对称圆周长对称圆周长0.50.5m m的疲劳剥离区域的疲劳剥离区域外圈主推力外圈主推力3 3滚道悬臂滚道悬臂樑加载区樑加载区A A、C C的油沟的油沟处的材料大片剥离处的材料大片剥离（6.26.2mmmm4.2mm4.2mm）外圈主推力滚道外圈主推力滚道3 3悬臂樑悬臂樑加载区加载区A A、C C有一长约有一长约1 1m m有一定深度的磨痕，距有一定

8、深度的磨痕，距滚道边缘约滚道边缘约3.23.2cmcm沿滚道沿滚道方向分布。方向分布。2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例图图3 外圈主推力滚道的疲劳剥离外圈主推力滚道的疲劳剥离图图4 外圈主推力滚道的疲劳剥离放大外圈主推力滚道的疲劳剥离放大图图5 外圈主推力滚道的磨痕外圈主推力滚道的磨痕外圈主推力滚道损伤外圈主推力滚道损伤（2）连铸钢包）连铸钢包1台车大型回转支承失效案例台车大型回转支承失效案例7行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例内内 圈主推力滚道损伤圈主推力滚道损伤内圈主推力滚道内圈主推力滚道8 8的热处的热处理软带处有较严重的疲劳理软带处有较严重的疲劳剥落，剥落区沿圆周

9、方向剥落，剥落区沿圆周方向长约长约1 1m m，剥落起源于滚道剥落起源于滚道外侧边缘处外侧边缘处图图6 外圈主推力滚道的疲劳剥离外圈主推力滚道的疲劳剥离内圈主推力滚道内圈主推力滚道8 8软带处软带处滚道上除疲劳剥离点以滚道上除疲劳剥离点以外，还有有许多条状无外，还有有许多条状无明显深度的黑褐色斑迹，明显深度的黑褐色斑迹，斑迹位置与滚子对应。斑迹位置与滚子对应。图图7 外圈主推力滚道的条状斑痕外圈主推力滚道的条状斑痕无其他经着色探伤。内圈无其他经着色探伤。内圈主推力滚道主推力滚道8 8的热处理软带的热处理软带的严重的疲劳剥落的边缘的严重的疲劳剥落的边缘微小裂纹微小裂纹。图图8 外圈主推力滚道的疲

10、劳剥离处的探伤外圈主推力滚道的疲劳剥离处的探伤（2）连铸钢包）连铸钢包1台车大型回转支承失效案例台车大型回转支承失效案例8行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例滚动体表面形貌滚动体表面形貌主推力滚道滚子主推力滚道滚子2 2工工作表面无明显的疲劳作表面无明显的疲劳剥离，仅有黑褐色斑剥离，仅有黑褐色斑迹和轻微的剥离迹和轻微的剥离 反推力滚道表面形貌反推力滚道表面形貌图图8 滚动体工作表面形貌滚动体工作表面形貌内外圈反推力滚道内外圈反推力滚道1 1、4 4工作表面无明显的疲工作表面无明显的疲劳剥离，仅有压痕和劳剥离，仅有压痕和轻微的剥离，无裂纹轻微的剥离，无裂纹 图图9 反推力滚道工作反推

11、力滚道工作表面形貌表面形貌拉伤拉伤轻微剥离轻微剥离无裂纹无裂纹油沟边缘油沟边缘的剥离的剥离轻载荷区滚道表面完好轻载荷区滚道表面完好(2)连铸钢包1台车大型回转支承失效案例9行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例 根据对根据对NO1#NO1#钢包回转支承的解体分析，认为大型回转支承在重钢包回转支承的解体分析，认为大型回转支承在重载荷低速状态下的主要失效形式是磨损，因此考虑对大型回转支承载荷低速状态下的主要失效形式是磨损，因此考虑对大型回转支承在运行状态下实施在运行状态下实施磨损油样检测和磨损量的检测磨损油样检测和磨损量的检测。磨磨 损损 油油 样样 的的 检检 测测使用仪器：使用仪器：

12、SPECTROIL M型光谱仪、型光谱仪、RPD旋转式铁谱仪、旋转式铁谱仪、SX60铁谱显微镜、铁谱显微镜、EDAX能谱仪能谱仪(2)连铸钢包连铸钢包1台车大型回转支承失效案例油样分析台车大型回转支承失效案例油样分析 连续多年的铁谱油样分析与1#回转支承的失效分析结合，判断大型回转支承的失效状态、程度与油样分析的关系。10行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例取样日期取样日期NO1#大包回转轴承大包回转轴承NO2#大包回转轴承大包回转轴承样点样点1样点样点2样点样点3样点样点4平均值平均值样点样点1样点样点2样点样点3样点样点4平均值平均值2003.03.25872261281195

13、850848198247269551157120014342003.07.031112435271055935947201339626483365295330932003.11.244343883703023742004.07.06116610019779771030380332973925293634902005.02.014976707641147770338647352036460236902005.12.015595024765345181032289413160674872932006.12.274224643213914002482823688130572540121744表表 1

14、#、2#大包回转轴承润滑脂中的铁元素浓度（大包回转轴承润滑脂中的铁元素浓度（PPM）2003.11.24是在是在1#大包回转轴承更换新轴承且在运行一周后取样大包回转轴承更换新轴承且在运行一周后取样 表表1 表明：表明：NO2#回转支承的铁元素明显增大，回转支承的铁元素明显增大，轴承的磨损明显（轴承的磨损明显（3.0倍）倍），而且大大超，而且大大超过过NO1#回转支承在回转支承在 更换前的铁元素含量（更换前的铁元素含量（2.7倍）倍），NO1#及及NO2#回转支承的铁元素趋势回转支承的铁元素趋势见图见图17、18。NO2#油样中的典型的块状和条状磨粒形态见图油样中的典型的块状和条状磨粒形态见图1

15、9。根据油样的分析，根据油样的分析，提出更换回转支承的信号提出更换回转支承的信号（NO2#回转支承已使用回转支承已使用17年）。年）。(2)连铸钢包1台车大型回转支承失效案例油样分析2003.07.03是是1#大包回转轴承更换解体分析前的最后一次取样大包回转轴承更换解体分析前的最后一次取样11行业专项Fe浓度浓度（PPM）200040006000800003 07 11 03 07 11 03 07 11 03 07 11Mar Jul Nov Mar Jul Nov Mar Jul Nov Mar Jul Nov1#轴承轴承更换前更换前更换稳定期更换稳定期磨合期磨合期NO1#NO1#轴承更换

16、后轴承更换后磨损趋向稳定磨损趋向稳定2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例(2)连铸钢包1台车大型回转支承失效案例图图17 17 NO1#NO1#回转支承油样铁元素分析趋势图回转支承油样铁元素分析趋势图12行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例Fe浓度浓度（PPM）03 07 11 03 07 11 03 07 11 03 07 11Mar Jul Nov Mar Jul Nov Mar Jul Nov Mar Jul Nov1000900060001700021000130002#轴承轴承磨损稳定期磨损稳定期磨损加剧磨损加剧NO2#NO2#轴承磨损轴承磨损加剧需要更换加剧需要更换

17、图图18 18 NO2#NO2#回转支承油样铁元素分析趋势图回转支承油样铁元素分析趋势图(2)连铸钢包1台车大型回转支承失效案例13行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例元素种类元素种类含量含量/wt检测方法检测方法硅硅Si0.27ZJH5442006锰锰Mn0.83铬铬Cr0.72钼钼Mo0.13NO2#回转支承金属磨粒的化学成分的分析回转支承金属磨粒的化学成分的分析磨粒中有钼元素含量（磨粒中有钼元素含量（0.13）以及锰元素含量高达）以及锰元素含量高达0.83，说明轴承的磨损主要说明轴承的磨损主要是轴承的内外套圈，而滚动体磨损不明显。是轴承的内外套圈，而滚动体磨损不明显。回转支承

18、零部件的成分回转支承零部件的成分NO2#NO2#轴承更换前磨损分析及判断轴承更换前磨损分析及判断元素种类元素种类滚动体滚动体套圈套圈GCr15/wt42CrMo/wt%硅硅Si0.15 0.350.20 0.40锰锰Mn1.30 1.650.90 1.20铬铬Cr0.20 0.400.90 1.20钼钼Mo0.15 0.25(2)连铸钢包1台车大型回转支承失效案例14行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例NO2#NO2#轴承更换前磨损分析及判断轴承更换前磨损分析及判断块状磨粒块状磨粒条状磨粒条状磨粒磨大小粒磨大小粒(2)连铸钢包连铸钢包1台车大型回转支承失效案例台车大型回转支承失效案

19、例 图图19 NO2#2006.12.27油样油样磨粒磨粒15行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例分分 析析 与与 综综 合合 评评 论论 大型回转支承轴承是大型设备的主要部件，其在正常使用情况下，使用寿大型回转支承轴承是大型设备的主要部件，其在正常使用情况下，使用寿命是很长的，正如案例中对使用命是很长的，正如案例中对使用14年的年的NO1#钢包回转支承（包括对已使用钢包回转支承（包括对已使用17年年尚未更换而准备更换尚未更换而准备更换NO2#的跟踪检测）的实物解体分析一样，其正常的主要的的跟踪检测）的实物解体分析一样，其正常的主要的损坏失效是；损坏失效是； 主推力滚道的主载荷区域

20、材料的正常疲劳剥离主推力滚道的主载荷区域材料的正常疲劳剥离（图（图20、21），），滚道面异物压滚道面异物压伤是滚道剥落后轴承持续运转碾压剥落的金属屑形成的伤是滚道剥落后轴承持续运转碾压剥落的金属屑形成的 ； 滚道面上的黑褐色斑迹，是轴承在滚道面上的黑褐色斑迹，是轴承在静态滚道与滚子间的润滑脂粘着形成的附静态滚道与滚子间的润滑脂粘着形成的附着物着物，长时间会形成一定程度的腐蚀；，长时间会形成一定程度的腐蚀； 内外滚道面着色渗透探伤和内部材质超声波探伤检查，除滚道内外滚道面着色渗透探伤和内部材质超声波探伤检查，除滚道疲劳剥落和划疲劳剥落和划伤伤外，未发现表面外，未发现表面裂纹及内部缺陷裂纹及内部

21、缺陷；(2)连铸钢包连铸钢包1台车大型回转支承失效案例台车大型回转支承失效案例16行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例 根据轴承的负荷和工作周期图及过钢量，按现行寿命计算方法，利用承载根据轴承的负荷和工作周期图及过钢量，按现行寿命计算方法，利用承载曲线图，计算出轴承的使用寿命为曲线图，计算出轴承的使用寿命为13.913.9年，约等于年，约等于1414年。年。轴承属正常疲劳失效。轴承属正常疲劳失效。轴承已达到预期寿命，不具备修复条件。轴承已达到预期寿命，不具备修复条件。 根据油样分析根据油样分析NO2#NO2#回转支承的磨损程度明显加剧，同时回转支承的磨损程度明显加剧，同时NO2#N

22、O2#回转支承使用回转支承使用时间已达时间已达1717之久，远远超过其设计寿命，应缩短油样分析和磨损量检测周期，之久，远远超过其设计寿命，应缩短油样分析和磨损量检测周期，作更换准备。作更换准备。 对于大型回转支承的状态检测的有效方法是；对于大型回转支承的状态检测的有效方法是；油样分析和磨损量的检测油样分析和磨损量的检测，由，由于大型回转支承的使用寿命很长所以在状态检测时要注意于大型回转支承的使用寿命很长所以在状态检测时要注意数据的积累数据的积累，在分析，在分析比较时应以比较时应以相对数据的比较相对数据的比较作为主要的分析依据。作为主要的分析依据。结结 论论 提提 示示 (2)连铸钢包1台车大型

23、回转支承失效案例17行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例图图20 20 NO1#NO1#回转支承主推力滚道疲劳剥离位置分布图回转支承主推力滚道疲劳剥离位置分布图(2)连铸钢包1台车大型回转支承失效案例损伤区域18行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例磨磨 损损 量量 的的 检检 测测 磨损量的检测是大型回转支承轴承又一种实用的故障诊断方法，其是通过检磨损量的检测是大型回转支承轴承又一种实用的故障诊断方法，其是通过检测测一个固定的检测点一个固定的检测点检测回转支承轴承的转动部件（如：套圈）和固定不转动部检测回转支承轴承的转动部件（如：套圈）和固定不转动部件（如：底座）的距离

24、件（如：底座）的距离“X”的变化来判断回转支承轴承的磨损程度（见图的变化来判断回转支承轴承的磨损程度（见图21a）。）。 为了更方便、更正确地检测回转支承轴承的磨损量，建议使用下列检测方法为了更方便、更正确地检测回转支承轴承的磨损量，建议使用下列检测方法(不受固定检测点的影响不受固定检测点的影响)：（1）以回转支承轴承工作状态时的最大倾覆力矩处定为）以回转支承轴承工作状态时的最大倾覆力矩处定为“A”（转动部件）和（转动部件）和“1” （不转动部件）（不转动部件） ，然后在圆周每，然后在圆周每90设定为设定为B、 C、D和和2、3、4。（2）检测）检测A1和和C3距离距离X1、X2，计算：（计算

25、：（X2X1)/2=1（图图21b）（3）转动回转支承轴承（）转动回转支承轴承（180）检测）检测A3和和C1距离距离X3、X4，计算：（计算：（X4 X3)/2=2（图图21c）（4）回转支承轴承的间隙量为；回转支承轴承的间隙量为；（5）将前后两次的）将前后两次的值的差值即为回转支承轴承在这段使用时间内的磨损量。值的差值即为回转支承轴承在这段使用时间内的磨损量。（ 1+2 )/2=(2)连铸钢包连铸钢包1台车大型回转支承失效案例台车大型回转支承失效案例19行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例磨磨 损损 量量 的的 检检 测测 的的 注注 意意 点点检测点应在回转支承轴承的最大倾覆

26、力矩处；检测点应在回转支承轴承的最大倾覆力矩处；检测点应尽量靠近固定不转动部位，检测点在整个回转支承轴承的使用检测点应尽量靠近固定不转动部位，检测点在整个回转支承轴承的使用周期在不要变动；周期在不要变动；磨损量的检测需要数据的积累，因此必须累计检测，建议；回转支承轴磨损量的检测需要数据的积累，因此必须累计检测，建议；回转支承轴承安装后必须检测承安装后必须检测“X”的距离，然后每一年检测一次、三年后每半年的距离，然后每一年检测一次、三年后每半年检测一次，以后可以根据回转支承轴承的运行状态确定检测周期。检测一次，以后可以根据回转支承轴承的运行状态确定检测周期。回转支承轴承的运行状态可以通过油样检测

27、和磨损量的检测综合判断。回转支承轴承的运行状态可以通过油样检测和磨损量的检测综合判断。(2)连铸钢包1台车大型回转支承失效案例20行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例倾覆力矩最倾覆力矩最大点大点倾覆力矩最大点倾覆力矩最大点的的180对称点对称点134C （A）D （B）A（C）(2)连铸钢包1台车大型回转支承失效案例A、B、C、D回转部位记号；回转部位记号；1、2、3、4固定不转动部位记号；固定不转动部位记号；（D）B21行业专项2）1#回转支承失效案例回转支承失效案例XX1X2X4X4（X2X1)/2=1（X4X3)/2=2（ 1+2 )/2=磨磨 损损 的的 检测方法检测方法图