减速器中滚动轴承失效分析请教

苍狼大地 · 发表于 2019-11-10 06:15:55

最近在处理一个产品失效，很诡异，和同事一直在找失效原因。不知道大侠们能不能有什么线索和建议，谢谢。@2266998

现象：

1. 减速器中的滚动轴承发生失效，测试后轴承的摩擦力矩大幅增加。跑的距离不特别长就失效了（应该算中期失效），而所在的测试工况比较轻。

2. 失效形式为一个球发生spalling，其它的球都完好。

3. 轴承内圈（椭圆形内圈）的长轴上发生spalling，一端长轴为3个spalling，一端为2个spalling，分布为球的分布节距。

调查分析：

1. 球：

a) 硬度和金相符合要求；

b) 没有发现线索是由非金属夹杂物或者制造缺陷引起失效

c) 一个球的表面约1/2发生spalling，可以看到cone-like spalling original。

2. 内圈

a) 硬度和金相符合要求

b) 内圈在两个主要承载区发生spalling，但无法看到失效源。

c) 无法判断是否存在非金属夹杂物。

3. 外圈

a) 硬度和金相符合要求

b) 滚道上有micro pitting和整圈有beginning pitting。

问题价值判断：

1. 尺寸不合格：只有一个球发生失效，前期测试结果OK。

2. 材料和硬度不合格：测试结果OK。

3. 球磨削过程中发生表面失效：未发现相关痕迹，而且若发生，通常应该是批量的问题而不会只有单个球出现故障。

4. 过高的动态载荷：应该有很多个球都发生破坏，不会只有一个球损坏。截面酸洗以后也显示没有过高载荷，测试工况也不会发生过高载荷。

5. 保持架卡滞导致球滑动：保持架上没有异常的接触痕迹。

6. 硬质颗粒：应该有很多个球都发生破坏，不会只有一个球损坏。

7. 润滑不良（如无要求的添加剂、低粘度）：同一台机器上的另一个相同零件没问题。

8. WEC(Whiteetching crack)：在失效区域附近未发现WEC痕迹。

9. 假性布氏压痕：在失效件上未发现假性布氏压痕 false brinelling

10. 球上非金属夹杂物：未发现，不能排除。

11. 轴承装配中发生损伤：轴承工厂、装配工厂、客户装配，不能排除。

12. 装配时发生一次性冲击载荷：不能排除。

13. 润滑油被污染：内圈滚道上发现有SiC硬质颗粒，不能排除。

还有没有其它可能引起失效的原因？

诡异的点在于为什么只有一个球发生失效，而内圈上有5个失效点？在显微镜下都没有看到其它球和滚道损伤。

我提出一种假设，可能滚动轴承根本就没有发生转动，只是在小幅度摆动，但目前没有相关证据，也无法说明失效的原因，所以来坛子里请教各位大侠。

马赛克 · 发表于 2019-11-10 18:30:48

这个我以前工作上也遇到过，谐波减速器轴承内圈长轴疲劳剥落，表象是客户投诉异响。我当时分析的思路跟大侠类似，只是没有大侠分析的全面，后来查了大半年，也没发现root cause，最后不了了之了。。。

海天一色 · 发表于 2019-11-10 08:23:29

过电流了。

2266998 · 发表于 2019-11-10 12:13:48

表象看，是一种类似腐蚀结合低速重载局部摩擦引起的，

首先，你详细分析你先有工况，比如速度，载荷，到达某工作点的规律行冲击，外圈，内圈相对转动问题，

轴电压是多少，轴电流对各种轴承都有作用，尤其低速，间歇摆动机构的轴承，间隙放电，电化学点蚀，扩展型剥离，

就是从头分析，从工况下手，逐渐剥离伪现象，最终就是实质问题

Spindoal · 发表于 2019-11-10 14:13:59

请问一下，你们做金相和硬度是在公司做的吗？我们公司没有理化试验室，只有发给研究院来分析。

苍狼大地 · 发表于 2019-11-10 17:48:34

2266998 发表于 2019-11-10 12:13
表象看，是一种类似腐蚀结合低速重载局部摩擦引起的，

首先，你详细分析你先有工况，比如速度，载荷，到达 ...

谢八爷。

1. 速度：按照设计，轴承的速度不高，全工况下需要的最高转速7000rpm。发生失效的车辆跑的是城市测试工况，轴承转速会很低，接近于没有转动，多数时候保持在一个位置。

2. 载荷：按照设计，轴承承受的载荷不大，之前已经跑了几十例其它测试，即使最大载荷测试点也没有发生失效。测量结果显示返回件的间隙有点小，在做FEA分析小间隙对轴承载荷的影响。但我通过显微镜看相配合的件，磨损痕迹和正常件并没有显著差异。

3. 到达某工作点的规律性冲击：这个是存在的，到达行程终了需要机械限位，会产生冲击。新版本允许的规律性冲击更大，可能原因之一，需要确认客户的工况及相同工况下的另几个件是否存在相类似的失效。

4. 内、外圈的相对转动：正常设计应该要正常转动。但从内圈上有5个沟槽，而滚动体只有一个发生失效，且其它滚动体完全正常，无划伤痕迹，我认为相对转动确实存在问题，但不能实锤。请教八爷，一般怎么分析内外圈的相对转动问题？

5. 轴电流：这个应用理论上没有轴电流通过，与电机输出轴端有一个塑料件绝缘。

6. 工况可能是一个问题。目前跑该工况发生了两例失效，1例1个球spalling（椭圆长轴最大载荷区），1例3个球spalling（120度分布）。但是同一台车上的2个件，第一例是左边失效右边完好，第二例是右边失效左边完好。但是目前我们关于工况的猜想都解释不通失效现象。
低速，OK。
重载：大载荷的来源我们没有找到，因为设计载荷不大，跑过的最大载荷测试工况也没有问题。也没有发现重载常伴随的DEA痕迹。现在在FEA分析轴承间隙过小引起的失效，但我认为这种情况会有不止一个球失效，而且显微检查没有在滚道上发现异常磨损痕迹。

田伯光 · 发表于 2019-11-10 17:49:26

椭圆内圈，是谐波减速器上的柔性轴承吗

2266998 · 发表于 2019-11-10 19:53:44

滚动体有问题，核心就是，一个是在一个点上反复碾摆，达到疲劳，第二就是腐蚀叠加应力，第三，滚动体压缩比不足，导致局部早期疲劳剥落，继而扩大化，

机械，没有神秘的，尤其牵扯材料，不可能是神秘不可解的，高硬度滚动体，用断裂力学也能解，

苍狼大地 · 发表于 2019-11-11 00:01:25

本帖最后由苍狼大地于 2019-11-11 00:24 编辑

2266998 发表于 2019-11-10 19:53
滚动体有问题，核心就是，一个是在一个点上反复碾摆，达到疲劳，第二就是腐蚀叠加应力，第三，滚动体压缩比 ...

八爷，查了一下，材料规范要求所采用滚动体的原材料压缩比reduction ratio要求为≥20。有个备注对于用于等速万向节的球的压缩比要求≥60。如果轴承的运行工况是反复碾摆，工况和等速万向节的工况还是比较类似的，接触的零件无法得到合适的润滑，同时小的杂质即可引起损伤和刮擦。明天跟这边同事聊聊压缩比过小的可能性，再问问万向节球额外增加一个备注是否也曾经发生过类似的失效。

但现在还很困扰我的现象是：

1. 为什么失效只发生在一边，且没有规律。同一台车上的2个件，第一例是左边失效右边完好，第二例是右边失效左边完好。如果是压缩比不足，由于压缩比是通过量产控制，应该都发生失效才对。2. 为什么case 1中1个球损伤而内圈上有5个损伤。我比了一下，内圈的损伤分布在长轴最大载荷部位的两端，损伤的球应该就是承受最大载荷的那个球。但按我理解，内圈损伤位置对应的其它都应该也会产生损伤，至少在粗糙表面碾摆球表面要发生损伤。
3. 为什么case 2中3个球失效而失效球是120°分布？

谢八爷。

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