摘　要：分析了某精密電機（jī）軸承異常磨損的現象，闡述了精密電機軸承異常磨損的原因，采集精密（mì）電機磨損粉（fěn）末進行（háng）了電鏡（jìng）掃描分析，對磨損粉末的元素成分進行了研究，找到了軸承異常磨損的原因並提出（chū）了改進措施，實現（xiàn）了精密（mì）電機的裝機合格率的大幅提高。
　　關鍵詞：精密電機（jī）；異（yì）常磨損；定子架；圖譜
　　載人飛船、飛機和其他各種飛行器及航海艦船的慣性儀表都使用陀螺儀來檢測飛行姿態、船隻方位（wèi）和角速度，隻有準（zhǔn）確地（dì）測量方位、速度、姿態等參量才能完成（chéng）預定（dìng）的導航或穩定任務。陀螺儀的基本（běn）功能是敏（mǐn）感角位移和（hé）角速度，在這（zhè）些運載體的慣導係統中，陀螺（luó）儀是（shì）極其重要的敏（mǐn）感器（qì），有（yǒu）著十分廣泛和重要的應用（yòng）^[1]。陀螺儀的心髒部分是精密電機，為了獲得Z高的陀螺精度，電機應（yīng）具（jù）有在陀螺儀的容積和懸浮能（néng）力範（fàn）圍內所能獲得的Z大角動量。由於精密電機軸承的性能直接影響到精密電（diàn）機（jī）的靈敏度和導引性能，而且精密電機軸承的環境工況Z惡劣，使用（yòng）壽（shòu）命短，所以陀螺儀的壽命均是以精密電機軸承的壽命作為依據^[2]。
　　1　電機故障
　　某型精密電機（圖1）壽命為50h，使用軸承為我公司（sī）生產的（de）某微型軸承。該電機有快速啟動的要求，因此對軸承的摩擦力矩要求十（shí）分苛刻，合格軸承的摩擦力矩一般為0.15g•cm以下。電（diàn）機的穩態電流為100～120mA，電機轉速25000r/min。某批次裝配20台電機，前期運轉正常。經過4h的運轉，其中8台電機監控顯示電流異常增大，接近500mA。測試電機表麵溫（wēn）度異常升高，振動增大。分解電機後，發（fā）現電機兩端軸承保持（chí）架已經（jīng）斷裂，定子架兩端都有異常（cháng）磨損，端蓋（gài）軸（zhóu）承線包槽裏殘留大量的灰色粉末（圖2）。

　　2　軸（zhóu）承異常運轉狀態原因及分析
　　滾動軸承的失效分析是（shì）對已經損壞的軸承進行仔（zǎi）細地分析研究，找出軸承損壞的（de）詳細原因，並在使用方法、設計方法和製造（zào）方法（fǎ）方麵提（tí）出改進意見。常用的失效分析步驟如下^[3]：
　　1）搜集使用（yòng）數據。搜集使用數據時進行分析的重要依據，數據包括安裝和拆卸方法、負荷、轉速、潤滑（huá）、溫度、可（kě）能產生的振源、周圍的灰塵和溫度、可能（néng）產生的水源或其他流體汙染源、所有軸承零件的狀態等。
　　2）拆卸前的觀察。拆卸軸（zhóu）承之前，還須對下述三個方麵進行觀察，並將觀（guān）察結果記錄下來。這個步驟之所以關鍵是（shì）因為在（zài）拆卸軸承和清洗軸承之後，這些跡象（xiàng）就將無可挽回地消（xiāo）失了。主要觀察汙染情況、潤滑劑的流失（shī）情況及損壞的過程。詳細（xì）記錄損（sǔn）壞的全過程是（shì）重要的。首先應記下首次發現異常的時（shí）間和現（xiàn）象，如噪聲、振動、溫度隨時間的變化情況等。如果事故是突（tū）然發生的，應記下當時有（yǒu）關儀表的示值，損壞之前有關條件的改變，如軸承的間隙調整、負荷或速度的變化等。
　　3）拆（chāi）卸中（zhōng）的（de）觀察（chá）。將軸承從（cóng）機（jī）械裝置中拆卸下（xià）來的過程中，應注意觀察潤滑情況、軸承軸向緊固零件的鬆緊程度、軸承（chéng）配合（hé）件的精度等。
　　4）拆卸後的（de）檢查。拆卸後（hòu）的檢查是Z重要的，通過對（duì）軸承各零件的外觀（guān）檢查、物理測（cè）試和金相分析，將（jiāng）Z後確定軸承失效的形式和原因。
　　普通軸承的（de）失效形式是疲勞失效，與一般軸承不同，陀螺轉（zhuǎn）子軸承以軸承零件磨損或潤（rùn）滑失效作為壽命終止的標誌^[4]。針對該精密電機的異常運轉後（hòu）的現象，推（tuī）測原因如下（xià）。
　　2.1 噪音分析
　　對於軸承損（sǔn）壞，主要通過軸承支承工作性能的異常來（lái）判別（bié）。運轉不平（píng）穩和運轉噪聲異常，往往是軸承滾動麵受損或因磨損導（dǎo）致軸承振動增大而（ér）產生損壞的反映（yìng）。其產生的原因如表1所示，由於本批次裝配20台電機，據用戶反映潤滑油統（tǒng）一（yī）用量、統一牌號，所以不存在潤滑（huá）油不足（zú）或不適導致的異常噪音。軸承承受徑向載荷時，由於徑向（xiàng）遊隙的存在，僅有（yǒu）承載區內（nèi）的部（bù）分滾動（dòng）體承受（shòu）載荷。當滾動體從非承載區運動到承載區的過程中，滾動體自重與離心力的合力的大小及方（fāng）向不斷發生變化，滾動體將交替與套圈滾道發生碰撞，從而產生噪聲。這種噪聲（shēng）可以通過對軸承施加預緊力予以消（xiāo）除^[5]。該電機通過銅片調（diào）整預載，前期運轉正（zhèng）常，說明電機的預（yù）載荷比較合（hé）適。通過分解電機也證明沒有（yǒu）異常載荷的出（chū）現。安裝不良造成的噪音在電機軸承的前（qián）期跑合（hé）中難以發現，故此項原因難以（yǐ）排除（chú）。
　　2.2 異常分（fèn）析
　　溫度法通過監測電（diàn）機的表麵溫度來判斷軸承工作是否正常。溫度監（jiān）測對（duì）載荷和潤（rùn）滑情況（kuàng）的變化反應比（bǐ）較敏感，尤其是對（duì）潤滑不良而引起的過熱很敏感。所（suǒ）以用於這（zhè）種場合比較有效。但當軸承出（chū）現諸如（rú）早（zǎo）期點蝕、剝落、輕（qīng）微（wēi）磨損等比較微小的故障時，溫度監測基本上沒有反應（yīng），隻有當故（gù）障達到一定的程度時，用這種（zhǒng）方法才能檢測到（dào）^[6]。
　　其推測原因如表1所示，分解電機表明：本批次電機的溫度異（yì）常變化確實是（shì）由於潤滑不良產生的。這種潤滑不良不是潤滑油劑量的問題，而是由於軸承滾（gǔn）道的潤滑油膜遭到破壞。破壞潤滑係統的直接原因是滾道被一層灰色粉末所覆蓋。鋼球和滾道上沒有異常壓痕，從而排除（chú）了異常載（zǎi）荷導致的溫度變化。

　　2.3 振動分（fèn）析
　　軸承內圈與電機定子架軸聯接（jiē），外圈裝配（pèi）在定子架內。這樣組成的軸承係統在運行過程中由於各種原（yuán）因而產生的振動信號是十分複雜（zá）的（de），且（qiě）隨機性比較強。引起（qǐ）軸承振動的激勵是多方麵的，就軸承本（běn）身而言，產生激勵的原因有軸承各元件的製造誤差（尺（chǐ）寸和形（xíng）位誤差）；裝配誤差（不對（duì）中，不平衡等）；運行過程中出現的各種故（gù）障（如疲（pí）勞點蝕、剝（bāo）落、磨（mó）損、潤滑不良等）^[7]。
　　如（rú）表1所示，分解電機後（hòu），鋼球已經發烏，軸承套圈滾道的潤滑油膜已經破壞，滾道上覆蓋一層灰色粉（fěn）末（mò）。滾道及鋼（gāng）球表麵並未發現由於塑性變形過大而形成的表麵變（biàn）形。由（yóu）於運行時間較短，也沒有發現鋼球及滾道表麵表麵剝落的（de）現象。本批次軸承出廠前經過嚴格的檢測，不存在尺寸和形位的誤差。軸承滾道及端蓋軸承線包槽裏殘留大（dà）量的灰色粉末，不（bú）能排除異物（如灰塵、磨損的粉塵（chén）等）侵入的可能（néng）性。
　　綜合以上分析，本批次陀螺精密電機的異常磨損極有可能是安裝不良或異物（wù）侵入導致的。鑒於該電機定（dìng）子架（jià）與端蓋軸承線包槽內磨損（sǔn）出大量的（de）灰色粉末，粉（fěn）末成（chéng）分難以確認，故采集粉末試（shì）樣進行電鏡掃描分析。
　　3　電鏡掃（sǎo）描分析
　　能譜儀配合掃描電鏡是用來對材料微區成分元素種類及含量進行分析的，通過帶能譜分析的掃描（miáo）電（diàn）鏡分析，可以定量分析元素的（de）成分。以下取有線端端蓋（gài）線包（bāo）槽粉末和無線端端蓋線包（bāo）槽粉末兩（liǎng）個試樣，通過JSM-6380LV掃描電鏡掃（sǎo）描試樣，EDST582能譜儀分析試樣，取兩個視場觀察（圖3、圖4）。

　　從圖3中可以看出，有（yǒu）線（xiàn）端端蓋粉（fěn）末中各個元素的重量及百（bǎi）分比，譜圖中可以看（kàn）到粉末的形貌，以及各中元素在能量（liàng）峰中出現（xiàn）的位置，如Cr元素出現在能量峰5.2KeV與6KeV之（zhī）間。
　　圖（tú）4取的是無線（xiàn）端端（duān）蓋粉末元素（sù）的分析結果，各個元（yuán）素（sù）在（zài）能量峰中出（chū）現的位（wèi）置與圖3大致相同。
　　綜合圖3和圖4兩個視場的觀察表明，灰色（sè）粉末中含有C、O、Si、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn等成分（fèn）。該（gāi）微型軸承內（nèi）外套圈及鋼球所使用的材料為不鏽鋼9Cr18，其成分如表2所示。

　　而2個視場分析出來的圖譜顯示，有Ni和Cu、Zn等不屬於不（bú）鏽鋼9Cr18的外（wài）來成分。陀螺電機定子架的材料為0Cr17Ni4Cu4Nb，其材料（liào）洛氏硬度（HRC）僅為20左右。而不鏽鋼9Cr18材（cái）料的洛氏硬度為HRC58左（zuǒ）右。經分析，電機定子架和電機線包槽裏所磨下來的（de）灰色粉末（mò），應該是電機定子架和軸（zhóu）承外徑（jìng）相互對磨引起的。引（yǐn）起對磨的（de）原（yuán）因在於裝配（pèi）電機時，軸承（chéng）外徑與（yǔ）定子架之（zhī）間出現了較大的間隙。
　　4　解（jiě）決措施
　　軸承在使用過程中如果使（shǐ）用不當就會人為的造成軸承的精度缺陷，從而影響到（dào）軸承的正常運轉。Z常見的問題就是裝配（pèi）過程中（zhōng）內、外套圈的配合（hé）問題（tí），精密電機（jī）軸承內（nèi）、外套圈的Z佳配合（hé）為動圈采用1～3μm的過盈配（pèi）合，靜圈采用0～2μm的間隙配合。配合太緊，會導致（zhì）裝配孔的誤差複映，破壞軸承（chéng）的圓（yuán）度；太鬆，會使套圈打滑，破壞套（tào）圈（quān）的正常（cháng）運轉^[8]。
　　基於以上的（de）裝（zhuāng）配原則，對該精密電（diàn）機（jī）的裝配（pèi）作出以（yǐ）下改進：軸承內徑與定子架空心軸（zhóu）是小間隙配（pèi）合（hé）。應當做專（zhuān）門的工裝，通過工裝均勻受力（lì），壓住內圈緩緩的與（yǔ）空心軸配合，而不應該（gāi）通過軸承的外（wài）圈凸緣通過鋼球來傳遞力（lì）。軸承外徑與定子架座是小過盈配合。在（zài）裝配時（shí），采用加熱定子架的方法進行（háng）熱裝配。經過以上改（gǎi）進，該精密（mì）電機的裝（zhuāng）配合格率由60%提高到90%以上。
　　參考文獻：
　　[1] SAVET P H.Gyroscopes theory and design with applications to instrumentation,guidance and control[M].北京:科學出版社,1977.
　　[2] 李（lǐ）娟.整體端蓋式液浮陀（tuó）螺（luó）電動機軸承的性能試驗[J].軸承,2012(4):36-38.
　　[3] 賈群義.滾動軸承的設計原理與應用技術[M].西安:西北工（gōng）業大學出版社,1991.
　　[4] 顧家銘.陀螺轉子軸承精度壽命試驗（yàn）[J].軸承,2011(8):31-35.
　　[5] 楊曉蔚.滾（gǔn）動軸承振動（dòng）與噪聲的相關（guān）性解析[J].軸（zhóu）承,2011(7):53-56.
　　[6] 劉澤九.滾動軸承應用手冊[M].北京:機械工業出版社,2006.
　　[7] 王子君.精密儀表軸承（chéng）的潤（rùn）滑與可靠性[J].軸承,2002(11):37-39.
　　[8] 葛世東.多孔含油保持架常見故障分析[J].軸承,1999(7):28-29.