谐波减速机轴承失效分析

黑熊怪

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。

苍狼大地

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

螺旋线

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。

2266998

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，

黑熊怪

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。

黑熊怪

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。

逛逛论坛

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。

苍狼大地

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

土匪也斯文

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.

土匪也斯文

如果振动是诱因，可能是fretting?楼主可以看看ASM HANDBOOK第11卷。