回转支承轴承失效案例分析

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(2)连铸钢包1＃台车大型回转支承失效案例－工况
2）1#回转支承 轴承基本结构 失效案例
内圈反推力 滚道1 外圈反推力 滚道4 外圈径向滚 道6 外圈主推力 滚道8 内圈主推力 滚道3
外 圈 上半内圈
上半内圈 挡边5 内圈径向 滚道2 下半内圈 挡边6
1
3
2
内 圈 下半内圈
1、2－推力滚子，3－径向滚子
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2）1#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
磨损量的检测
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 测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 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 (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“A”（转动部件）和 （ δ1+δ2 )/2=δ “ 1” （不转动部件） ，然后在圆周每90°设定为B、 C、D和2、3、4。 （2）检测A－1和C－3距离X1、X2，计算：（X2－X1)/2=δ1（图21b） （3）转动回转支承轴承（180°）检测A－3和C－1距离X3、X4，计算：（X4－ X3)/2=δ2（图21c） （4）回转支承轴承的间隙量为； （5）将前后两次的δ值的差值即为回转支承轴承在这段使用时间内的磨损量。
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（2）连铸钢包1＃台车大型回转支承失效案例 工况条件 钢包回转支承的载荷分析
2）1#回转支承失效案例
A
1 B 2 3 C Ⅰ 4 D A 2
D 1 4 3 B Ⅱ C D 2
C 1 4 3 A Ⅲ B C 2
B 1 3 D Ⅳ 4 A B 2
A 1 3 4 D
C
Ⅴ
轴承的载荷分布周期如下
； 1) 内圈A侧无包、C侧满包，用时1分钟，此时开始浇注 2) 内圈A侧无包、C侧浇注至包内钢水余100吨(已浇200吨)，用时28分钟 3) 内圈A侧上满包、B侧钢水从100吨浇注完毕，用时10分钟（开始旋转180°） 4) 内圈 C侧空包、A侧满包，用时1分钟 根据过钢量计算出每天钢包的转数约为10.5转。 图中A、B、C、D是轴承外圈的标位号，轴承外圈处于转动状态。 图中1、2、3、4是轴承内圈的标位号，轴承内圈处于转动状态。
2）1#回转支承失效案例
2006.12.27
422
464
321
391
400
24828
23688
13057
25401
21744
2003.07.03是1#大包回转轴承更换解体分析前的最后一次取样 2003.11.24是在1#大包回转轴承更换新轴承且在运行一周后取样 表1 表明：NO2#回转支承的铁元素明显增大，轴承的磨损明显（3.0倍），而且大大超 过NO1#回转支承在 更换前的铁元素含量（2.7倍），NO1#及NO2#回转支承的铁元素趋 势见图17、18。NO2#油样中的典型的块状和条状磨粒形态见图19。
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）1#回转支承失效案例 (2)连铸钢包2 1 ＃台车大型回转支承失效案例
磨损量的检测的注意点
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 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 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 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和磨损量的检测综合判断。
图18
NO2#回转支承油样铁元素分析趋势图
Leabharlann Baidu
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2）1#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
NO2#轴承更换前磨损分析及判断
NO2#回转支承金属磨粒的化学成分的分析
回转支承零部件的成分
元素种类
硅Si 锰Mn 铬Cr 钼Mo
元素种类 硅Si 锰Mn 铬Cr
含量/wt％ 0.27 0.83 0.72
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2）1#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
NO2#轴承更换前磨损分析及判断
块状磨粒 磨大小粒 图19 NO2# 2006.12.27 油样 磨粒
条状磨粒
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(2)连铸钢包1＃台车大型回转支承失效案例
分析与综合评论
2）1#回转支承失效案例
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14年的NO1#钢包回转支承（包括对已使用17 年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 要的损坏失效是； 主推力滚道的主载荷区域材料的正常疲劳剥离（图20、21），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 ； 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 附着物，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，除滚道疲劳剥落和 划伤外，未发现表面裂纹及内部缺陷；
SPECTROIL M型光谱仪、
RPD旋转式铁谱仪、 SX60铁谱显微镜、 EDAX能谱仪
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。
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(2)连铸钢包1＃台车大型回转支承失效案例－油样分析
表 1#、2#大包回转轴承润滑脂中的铁元素浓度（PPM）
图17
NO1#回转支承油样铁元素分析趋势图
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2）1#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
Fe浓度 （PPM） 21000 17000 13000 9000 6000 磨损稳定期
NO2#轴承磨损 加剧需要更换
2#轴承
磨损加剧
1000
Mar－ Jul－ Nov－ Mar－ Jul－ Nov－ Mar－ Jul－ Nov－ Mar－ Jul－ Nov 03 07 11 03 07 11 03 07 11 03 07 11
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(2)连铸钢包1＃台车大型回转支承失效案例
2）1#回转支承失效案例
结
论
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13.9年，约等于14年。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。
根据油样分析NO2#回转支承的磨损程度明显加剧，同时NO2#回转支承使用 时间已达17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。
2）1#回转支承失效案例
钢包回转支承轴承的承载特点；
1) 内、外套圈的主推力滚道（3、8）主要承受径向载荷；
2)
3) 4)
内、外套圈的主推力滚道（3、8）及反推力滚道（1、4）主要承受 颠覆力矩；
内、外套圈的径向滚道 (2、6)主要承受轴向载荷及轴向定位作用； 内、外套圈的挡边（5、7）主要导向滚动体“3”的运行；
提
示
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，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数据的积累，在分析 比较时应以相对数据的比较作为主要的分析依据。
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(2)连铸钢包1＃台车大型回转支承失效案例－损伤区域
2）1#回转支承失效案例
图20
NO1#回转支承主推力滚道疲劳剥离位置分布图
取样日期 样点1 2003.03.25 2003.07.03 2003.11.24 2004.07.06 2005.02.01 2005.12.01 8722 11124 434 1166 497 559 NO1#大包回转轴承 样点2 6128 3527 388 1001 670 502 样点3 11958 10559 370 977 764 476 样点4 5084 3594 302 977 1147 534 平均值 8198 7201 374 1030 770 518 样点1 24726 3396 － 3803 3386 10322 NO2#大包回转轴承 样点2 955 2648 － 3297 4735 8941 样点3 1157 3365 － 3925 2036 3160 样点4 1200 2953 － 2936 4602 6748 平均值 1434 3093 － 3490 3690 7293
检测方法 ZJH544－ 2006
滚动体
GCr15/wt％ 0.15 ~ 0.35 1.30 ~ 1.65 0.20 ~ 0.40 －
套圈
42CrMo/wt% 0.20 ~0.40 0.90 ~1.20 0.90 ~1.20 0.15 ~0.25
钼Mo
0.13
磨粒中有钼元素含量（0.13％）以及锰元素含量高达0.83％，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。
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2）1#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
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2〕； 失效现象 外圈主推力3滚道疲劳剥离〔图3、4、5〕；
内圈主推力8滚道疲劳剥离〔图6、7、8〕；
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10〕；
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
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(2)连铸钢包 ＃台车大型回转支承失效案例 2）1 1#回转支承失效案例
安装部位
回转支承
钢包台车 连铸机
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(2)连铸钢包1＃台车大型回转支承失效案例－工况
炼钢连铸钢包台车回转支承使用直径5420mm的特大三排圆 柱滚子轴承，经使用14 年（外商规定使用寿命为 10年）后进 行安全解体失效分析。 载荷(805吨)：空钢包重：140吨（两个）、钢水重：300吨 轴承上部的回转臂、减速机、千斤顶、马达等总重：365吨 载荷时的运行状态：轴承所支撑的钢包台车在360°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 复力矩的作用下的间隙转动运动。
图3 外圈主推力滚道的疲劳剥离
外圈主推力滚道3悬臂樑 加载区A、C有一长约1m 有一定深度的磨痕，距 滚道边缘约3.2cm沿滚道 方向分布。
图4 外圈主推力滚道的疲劳剥离放大
图5 外圈主推力滚道的磨痕
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（2）连铸钢包1＃台车大型回转支承失效案例
内圈主推力滚道 8 的热处 理软带处有较严重的疲劳 剥落，剥落区沿圆周方向 长约1m，剥落起源于滚道 外侧边缘处
2）1#回转支承失效案例
内 圈主推力滚道损伤
内圈主推力滚道 8 软带处 滚道上除疲劳剥离点以 外，还有有许多条状无 明显深度的黑褐色斑迹， 斑迹位置与滚子对应。
图6 外圈主推力滚道的疲劳剥离
图7 外圈主推力滚道的条状斑痕
无其他经着色探伤。内圈 主推力滚道8的热处理软带 的严重的疲劳剥落的边缘 微小裂纹。
根据油样的分析，提出更换回转支承的信号（NO2#回转支承已使用17年）。
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(2)连铸钢包1＃台车大型回转支承失效案例 2）1#回转支承失效案例
NO1#轴承更换后 磨损趋向稳定
Fe浓度 （PPM）
8000
更换前 6000 磨合期 4000 2000
1#轴承
更换稳定期
Mar－ Jul－ Nov－ Mar－ Jul－ Nov－ Mar－ Jul－ Nov－ Mar－ Jul－ Nov 03 07 11 03 07 11 03 07 11 03 07 11
图8 外圈主推力滚道的疲劳剥离处的探伤
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(2)连铸钢包1＃台车大型回转支承失效案例
滚动体表面形貌
主推力滚道滚子2工 作表面无明显的疲劳 剥离，仅有黑褐色斑 迹和轻微的剥离
2）1#回转支承失效案例
图8 滚动体工作表面形貌 反推力滚道表面形貌
轻载荷区滚道表面完好 轻微剥离 无裂纹 内外圈反推力滚道1、 4工作表面无明显的疲 劳剥离，仅有压痕和 轻微的剥离，无裂纹 拉伤
图9 反推力滚道工作 表面形貌
油沟边缘 的剥离 9
(2)连铸钢包1＃台车大型回转支承失效案例－油样分析
根据对NO1#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 在运行状态下实施磨损油样检测和磨损量的检测。 磨损油样的检测 使用仪器：
2）1#回转支承失效案例
图1 轴承解体局部外貌
图2 解体时发现的磨损磨粒
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2）1#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
外圈主推力3滚道悬臂樑A、 C加载区180°对称圆周长 0.5m的疲劳剥离区域
外圈主推力滚道损伤
外圈主推力3滚道悬臂 樑加载区A、C的油沟 处的材料大片剥离 （6.2mm×4.2mm）