滾動(dòng)軸承的失效分析

蔡雙利 羅坤 董家明

摘 要：滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一，被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)和國防事業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，滾動(dòng)軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架四部分組成，它的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況直接影響著主機(jī)運(yùn)行狀況。本文主要列出了滾動(dòng)軸承常見的失效形式及影響其失效的因素，次要說明了軸承失效的分析方法。

關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承；失效形式；失效因素；失效分析

1 滾動(dòng)軸承的失效形式

滾動(dòng)軸承失效的形式比較復(fù)雜，但其常見的損傷機(jī)理主要有以下幾個(gè)基本形式。

1 接觸疲勞失效

接觸疲勞失效是滾動(dòng)軸承表面最常見的失效形式之一。滾動(dòng)軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸承表面受到交變應(yīng)力的作用，經(jīng)過一定應(yīng)力循環(huán)后，各接觸表面的局部區(qū)域?qū)l(fā)生金屬的剝落，并形成麻點(diǎn)。滾動(dòng)軸承的接觸疲勞失效有點(diǎn)蝕和剝落兩種形式。其中滾動(dòng)體或內(nèi)外圈滾道上的點(diǎn)蝕破壞是滾動(dòng)軸承的早期的失效形式之一，它的表現(xiàn)形式為軸承表面出現(xiàn)麻點(diǎn)。剝落發(fā)生在軸承工作表面，往往也伴隨著疲勞裂紋，點(diǎn)蝕擴(kuò)展后也將形成疲勞剝落。

2 塑性變形失效

滾動(dòng)軸承在承受大的靜載荷或沖擊載荷時(shí)，很可能使?jié)L動(dòng)體與內(nèi)外圈滾道接觸處的局部應(yīng)力超過零件材料的屈服極限而產(chǎn)生塑性變形，形成不均勻的壓痕。這些塑性變形壓痕的出現(xiàn)，會(huì)使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，影響軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，從而使軸承失效。

3 磨損失效

在軸承工作過程中，由于在軸承內(nèi)部，滾動(dòng)體和套筒滾道之間，以及保持架與滾動(dòng)體和套圈之間存在著相對滑動(dòng)，從而會(huì)導(dǎo)致軸承零件表面的磨損。當(dāng)軸承中有異物侵入時(shí)，這種磨損會(huì)更為劇烈，結(jié)果會(huì)使軸承零件工作表面的質(zhì)量下降，配合游隙增大，旋轉(zhuǎn)精度降低，還會(huì)引起震動(dòng)和噪聲，最后導(dǎo)致滾動(dòng)軸承的失效。磨損失效按其形成機(jī)理可以分為磨粒磨損、粘著磨損、腐蝕磨損和微振磨損，其中最常見的是磨粒磨損和粘著磨損。磨粒磨損是由外界硬質(zhì)顆?；蛴脖砻娴奈⒎逶谳S承滾道上作相對運(yùn)動(dòng)引起的，這種磨損會(huì)在軸承摩擦副表面沿滑動(dòng)方向形成劃痕。粘著磨損又稱咬合磨損，它是指兩零件接觸面發(fā)生金屬粘著，而在隨后的相對運(yùn)動(dòng)中該粘著處被破壞，而使金屬材料從一個(gè)表面被拉拽下來轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面的一種磨損形式。且當(dāng)兩表面出現(xiàn)嚴(yán)重磨損時(shí)，甚至?xí)箖杀砻嬷g咬死，而不能相對運(yùn)動(dòng)。

2 影響滾動(dòng)軸承失效的因素

造成軸承失效的原因往往是多方面的，其設(shè)計(jì)制造過程的全部影響因素都可能會(huì)導(dǎo)致軸承的失效，因此分析判斷起來比較困難。一般來說，我們可以從兩個(gè)方面來考慮分析，即使用因素和內(nèi)在因素。

1 使用因素也稱為外來因素，它主要是指安裝調(diào)整、使用保養(yǎng)、維護(hù)修理等是否符合規(guī)定的技術(shù)要求。其中安裝條件是該影響因素中的首要因素之一。軸承的不正確安裝會(huì)使軸承各零件之間的受力狀態(tài)發(fā)生變化，使零件在受力不正常的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致軸承提前失效。因此，根據(jù)軸承的技術(shù)要求，應(yīng)當(dāng)對軸承的載荷情況、轉(zhuǎn)速情況、潤滑情況、溫度情況和周圍介質(zhì)情況進(jìn)行監(jiān)控和檢查，并在發(fā)生異常情況時(shí)立即查找其原因，從而找到解決方法，使其恢復(fù)正常工作。

2 內(nèi)在因素也稱為制造質(zhì)量因素，它主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝和材料質(zhì)量這三大因素。首先，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在能實(shí)現(xiàn)軸承功能的前提下，也應(yīng)具備先進(jìn)性，這樣才能延長軸承的使用壽命。滾動(dòng)軸承的制造一般需要經(jīng)過以下的加工工序：鍛造、熱處理、車削、磨削和裝配等。為了提高軸承的壽命，各加工工序的合理性、穩(wěn)定性和穩(wěn)定性等要得到足夠的重視，其中與軸承失效有著直接關(guān)系的是熱處理和磨削加工工序。從近年來對軸承工作表面變質(zhì)層的研究表明，磨削工藝與軸承表面質(zhì)量密切相關(guān)。

選擇制造滾動(dòng)軸承的材料是否合適，對其失效形式和使用性能也有著很大的影響。其中軸承材料的冶金質(zhì)量曾經(jīng)是影響滾動(dòng)軸承早期失效的主要因素。但隨著冶金技術(shù)的進(jìn)步，原材料質(zhì)量得到了改善。但是選的材料是否合適仍然是軸承失效分析所必須考慮的因素。

總之，我們需要根據(jù)大量的分析數(shù)據(jù)和失效形式，來找到軸承失效的主要因素，根據(jù)相應(yīng)的失效因素，找到解決方法和改進(jìn)措施，從而避免軸承發(fā)生突然地早期失效，延長軸承的壽命。

3 滾動(dòng)軸承失效的分析方法

為了很好地找到軸承失效的因素，需要采取合理有效的分析方法。在一般情況下，軸承的失效分析大體可以分為：收集失效實(shí)物和工作條件等資料，對其進(jìn)行檢查測量、微觀形貌的分析和光學(xué)電子顯微分析等。綜合利用以上分析手段，進(jìn)行分析判斷，進(jìn)而得出正確的結(jié)論。

4 小結(jié)

所有的軸承都會(huì)不可避免地會(huì)發(fā)生失效，但是我們應(yīng)該盡可能地避免軸承的早期失效，使軸承在額定壽命階段正常運(yùn)行。因此，軸承在使用時(shí)，需要進(jìn)行定期的診斷以保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)軸承發(fā)生失效后，要根據(jù)軸承的失效形式，進(jìn)行失效分析，確定失效因素，進(jìn)而采取有效的措施使軸承恢復(fù)正常。

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