Page 57 - 理化检验-物理分册2024年第九期

李 权，等：液压泵用推力球轴承疲劳剥落原因

持架的主要作用是把滚动体均匀地间隔开，使其在 变形较大，会与钢球发生干涉，钢球存在多点接触的
内外圈的沟道上正常滚动，避免发生相互碰撞和接 现象，钢球会发生非自由转动（见图7）。同时，当某
触磨损。当钢球在保持架兜孔内受到过度约束时， 一时刻钢球移动到保持架兜孔锁点极限位置时，相
钢球运转不灵活，甚至发生滑动摩擦，就会在使用过 邻兜孔锁点与钢球之间已发生干涉，钢球与保持架
程中疲劳剥落。 之间出现接触摩擦（见图8），导致钢球与沟道表面产
为防止安装时钢球从保持架中脱出，采用保持架 生异常磨损，并首先表现为钢球磨损，最终导致轴承
兜孔边压印的方式来实现钢球在兜孔中的锁定。正 发生早期疲劳剥落现象。
常情况下，钢球在运转过程中与兜孔内腔接触，会在
兜孔内部形成周向环带。而该剥落轴承中的钢球与
保持架兜孔接触部位不仅形成了周向环带，还在压印
变形部位形成了凸耳状磨损痕迹，说明该轴承保持架
兜孔压印部位控制不当，变形量大。兜孔压印部位变
形量大，使钢球运转过程中与兜孔内部的接触点增
加，从而导致其受到过度约束。轴承保持架兜孔压印
的深度不同，同一兜孔边上4处压印的深度不一致。
图 7 锁点压印过深时钢球接触形式示意
保持架兜孔内磨损痕迹与压印深度有一定对应关系，
压印深度越大，相应的磨损痕迹越严重。综合上述结
果，判断轴承中钢球发生疲劳剥落与其保持架兜孔压
印部位变形量大，钢球受到过度约束有关。
根据轴承几何关系可知，正常情况下，轴承工
作时钢球仅与两套圈沟道接触，两接触点连线通过
球心，引导钢球定轴自转，同时在保持架的引导作用
图 8 锁点压印过深时钢球与保持架兜孔锁点接触示意
下，钢球绕着轴承的轴线公转，钢球始终在稳定的轨
3 改进措施
道上运转（见图5）。在某一时刻，钢球移动到保持
架锁点极限位置时，相邻兜孔保持架锁点与钢球之 保持架的设计、加工、生产环节控制对轴承的
间有一定的间隙，钢球与保持架兜孔不会产生接触 运行至关重要 [2-6] ，改进保持架是降低轴承故障率
摩擦（见图6）。 的有效方法。轴承保持架兜孔锁点为手工压印，不
易对锁点的压印深度进行控制；而取消保持架兜孔
锁点会使轴承安装时发生散套问题。因此，采用
PEEK(聚醚醚酮)材料制造的自锁保持架替代原轴
承结构中的铜实体保持架。
PEEK为有机高分子材料， 具有高强度、高模量、
耐高温、耐腐蚀以及尺寸稳定等优点，能够在高精度
耐热、耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳、抗冲击的工程零部
[7]
图 5 钢球与套圈沟道接触形式示意 件中代替传统金属材料 ，并已在高性能轴承上获
得应用 。利用工业化设备规模化生产的PEEK保
[8]
持架制造一致性高。PEEK材料无需压印，可直接
将钢球压入兜孔，并实现自锁，钢球的装配质量一致
性较好。PEEK材料的密度小，可以减小保持架的
运动惯量，使轴承运转更加平稳。
液压泵换用改进后的推力球轴承在使用50 h后，
图 6 钢球与保持架兜孔锁点接触示意 钢球表面质量较好，未出现钢球运动干涉现象（见
当保持架兜孔锁点压印过深时，锁点下方塑性 图9）。
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