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谐波减速机轴承失效分析

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发表于 2016-12-28 22:55:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
客户发过来的机器人上的零件,现象是减速机卡顿,有噪音,机器人运行了大约有一年。拆开,发现润滑油里面有金属碎屑,把谐波减速机轴承擦拭干净后发现滚珠有点状剥落,有的是一个大点,有的是两三个小点;轴承内滚道有一段也有损伤(第三张图),外圈因为是柔性的,没有发现损伤:


减速机当时拆开的时候感觉里面的润滑脂有些少,把供应商叫来后他也说不准润滑脂是否加少了,只是可以确定油品还算正常;后来听现场工程师说客户那边使用工况,温度可能超出使用范围,而且安装机器人的基体有震动。现在只能猜测有两点失效原因:润滑不良导致的,或者是现场高温、震动导致的。
我只知道轴承滚珠有个疲劳剥落,不知道这个是不是,另外滚珠和滚道的失效过程是怎样的呢?有哪位大虾给指导一下,睡觉了,明天翻书研究一下。



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发表于 2016-12-29 11:16:44 | 显示全部楼层
我稍微说一点,有不对的请指教。
现在只能看到是疲劳剥落,建议拿去做一个低倍检查,如果有条件做一个SEM。看剥落起始点在哪,疲劳源是表层还是次表层。

如果是表层疲劳剥离,看表面是否光滑、磨削痕迹、表面烧伤,外部杂质等:
1.鱼鳞状剥离形貌,而且零件上的机加工痕迹没有了,通常多发生在混合摩擦状态下,润滑不良,轴承贫油,要改善润滑状态。pitting引起的微剥落也可能引起成片剥落。重点也是改善润滑。
2.看是否在表层有夹杂物,夹杂物也可能引起表层剥离。这个得考虑轴承材料的耐疲劳了。

如果是次表层,次表层剥离的原因可能有比如DEA,蝴蝶组织,夹杂物,WEC等。
1. 看是否有非金属夹杂,可以通过EDS能谱分析,判断夹杂物的类型、夹杂物位置。
2. 次表层产生黑色组织,很大可能为DEA(dark etching area),与受力有关,通常发生在大应力(>3000MPa)下。你这个应用的可能性很小。
3. 如果轴承使用寿命长,裂纹两侧为白色组织(纳米晶粒的铁素体组织,高硬度),裂纹产生在次表层,为蝴蝶组织。不过蝴蝶组织都是正常夹杂物的长期疲劳了,能挺到这个时候也没啥说的了。

如果是胡乱用的轴承,那就不多说了,哈哈
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发表于 2016-12-29 07:28:33 | 显示全部楼层
目前国内的这鬼东西,寿命就卡在轴承上。柔轮不是问题了。唯一量产的就是绿的,但他轴承不会是自己生产的。
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发表于 2016-12-29 10:11:44 | 显示全部楼层
轴承疲劳,普遍问题了,几十年的老问题了,也没啥要说的,就是寿命不够,

点评

请教八爷,之前在轴承失效培训时听人提到WEC,查了是White Etching Cracks白色腐蚀性裂纹,从别人聊时感觉还是很常见的失效,不知八爷能否讲讲  发表于 2016-12-29 15:27
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 楼主| 发表于 2016-12-29 19:22:15 | 显示全部楼层
首先吐个槽,这个论坛怎么只能用QQ号登陆呢,现在也不能新注册了,老出问题,公司不能用QQ,只能晚上到家回复了,@站长。
这个波发生器是harmonic drive的,应该是世界第一品牌了吧。他们的产品最近两年出的问题,只有一例是跟材料相关的,因轴承滚珠有裂纹召回,其余的大多是使用或者安装问题。
今天查了一下资料,说说我的看法吧。轴承内滚道应该确定是疲劳剥落,发生在椭圆的长轴,为什么只发生在一端也很奇怪;滚珠上的大斑点还是不像疲劳剥落的,在放大镜下看有烧蚀的痕迹,甚至在减速机里面发现了直径2、3mm的滚珠碎屑。今天看了一下现场工程师发来的视频,客户那边安装机器人的架子晃荡的厉害,而且报告说经常发生碰撞。另外,发生问题的两台机器人都是倒挂的,以前基本上没有这样使用过,润滑脂填充的标准供应商也是按照正置的方式执行的,倒挂后可能会造成润滑的不良。
所以我们这边暂时得出的原因可能是:1. 润滑不良  2. 现场有冲击。而且很有可能是二者兼具。
有一些图片,放公司电脑里了,没带回来。供应商明天提供检测报告,到时候一块儿贴出,希望小鼻子供应商不要倒江湖。

点评

椭圆长轴才是受力的最大点  发表于 2020-3-17 09:42
我们的谐波减速器用的轴承是内部自己配套的,开发过程也出现了轴承失效问题,明天我查查看失效位置和失效形式。传递扭矩多大?失效时间?  发表于 2016-12-29 20:29
鸟巢来的?  发表于 2016-12-29 19:32
之前发生过有些家伙来捣乱,于是只好先这么玩了  发表于 2016-12-29 19:28
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 楼主| 发表于 2016-12-30 21:45:14 | 显示全部楼层
苍狼大地 发表于 2016-12-29 11:16
我稍微说一点,有不对的请指教。
现在只能看到是疲劳剥落,建议拿去做一个低倍检查,如果有条件做一个SEM。 ...

感谢大侠的关注。这个减速机设计输出扭矩160NM,最大扭矩600NM,属于小型的,用了有一年。今天供应商出报告了,说是没有观察到疲劳组织,推测有异物进入,我们拆开后根本没发现任何异物,而且我查了资料,异物磨损也不是这个样子,感觉挺扯的。

减速箱结构和加油量,以现在的安装方式,加完油后润滑脂在红线以下,但是这个加油量是按以前机器人正置时定的,就是下面的图片旋转180°。现在这种情况油脂即使能甩上去,也可能润滑不好。

来两张大图,发给同一家客户的两台机器人,一样的问题。滚珠上就是大块的斑点状剥落,每个珠上一到三个点,:

再放大一点:


没办法,公司里没一个人能说的清楚的。现在只能归结于润滑不良或者客户使用中的振动冲击造成的,我觉得后一个应该是主要原因。

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发表于 2016-12-31 03:01:03 | 显示全部楼层
润滑不足,首先引起过热,过热的轴承拆下来清洗干净,都可以看到轴承失去了“本色”。
典型的是滚道与滚道周围呈“蓝色”或“黄色”,或两种颜色并存。球也变色。
单从滚道和钢球破坏来看,可能是过载引起的。过热也可以是过载引起的。
高温引起润滑脂失效,不妨把两端4个轴承拆下来比较一下。

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10有8,9是过载。载荷超出滚动体弹性极限了。一端磨损可能是两侧存在几何误差,所以载荷偏重一侧。  发表于 2017-2-11 21:25
大叔,还有一点不明白的,既然谐波轴承内圈是椭圆的,为什么只在长轴的一端有磨损呢?  发表于 2016-12-31 09:24
好的  发表于 2016-12-31 08:35
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发表于 2016-12-31 09:33:11 | 显示全部楼层
逛逛论坛 发表于 2016-12-31 03:01
润滑不足,首先引起过热,过热的轴承拆下来清洗干净,都可以看到轴承失去了“本色”。
典型的是滚道与滚道 ...

逛总,是否有两种可能:
一、过载→轴承上产生过载痕迹,且干摩擦引起过热→高温引起润滑脂失效→颗粒剥落→轴承卡死;
二、润滑失效→过热→颗粒剥落→轴承卡死,滚珠上形成过载痕迹。
两种不同的原因导向不同的解决方案。请教这两种可能从失效特征上看是否会存在不同呢?轴承失效这块看得少,缺乏实战经验。

@黑熊怪,建议大侠可以看一下ISO15243,从温度有关的失效入手,翻译版本为GB/T 24611-2009。看不到更清晰的照片,围观群众只能瞎猜,哈哈

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我看过现场发过来的照片,装机器人的架子晃荡的很厉害。  发表于 2016-12-31 15:11
轴承破坏到这个地步,才找厂家,可见使用者的“野蛮”。初期状况比较好分析。  发表于 2016-12-31 12:55
他那“长轴”处是个承载的地方,一旦“压溃”,什么润滑也不起作用了。他这个是晚期癌症,比如撞击,一旦 破坏形成,就扩大了。  发表于 2016-12-31 12:42
Scuffing  发表于 2016-12-31 10:37

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发表于 2016-12-31 10:46:27 | 显示全部楼层
苍狼大地 发表于 2016-12-31 09:33
逛总,是否有两种可能:
一、过载→轴承上产生过载痕迹,且干摩擦引起过热→高温引起润滑脂失效→颗粒剥 ...

Scuffing is a surface damage where seizure or welding together of areas of surfaces occurs due to absence or breakdown of a lubricant film between the contacting flanks , which is caused by high temperature and high pressure.
就说给自己罢
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发表于 2016-12-31 11:28:38 | 显示全部楼层
如果振动是诱因,可能是fretting?楼主可以看看ASM HANDBOOK第11卷。

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工作时温度正常的话,就可能是这个原因了。  发表于 2016-12-31 11:53
就说给自己罢
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