軸承失效淺析

海上孤舟

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軸承是精密的機(jī)械基礎(chǔ)件。由于科技進(jìn)步的迅速發(fā)展，客戶對軸承產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高。制造廠提供符合標(biāo)準(zhǔn)、滿足主機(jī)使用性能的高質(zhì)量的產(chǎn)品固然重要，但正確使用軸承更為重要。筆者在近幾年從事摩托車專用軸承的技術(shù)工作中，經(jīng)常碰到這樣的問題，即軸承經(jīng)檢測是合格的，但裝機(jī)后軸承出現(xiàn)卡滯或使用時的早期止轉(zhuǎn)失效。主要表現(xiàn)轉(zhuǎn)動卡滯感、工作面嚴(yán)重剝落，保持架嚴(yán)重磨損乃至扭曲與斷裂。經(jīng)失效結(jié)果分析表明，屬于軸承本身質(zhì)量問題并不多，多數(shù)是由于安裝使用不當(dāng)所造成。為此，筆者認(rèn)為有必要就軸承常見的失效模式與機(jī)理作些膚淺的綜述，以期起到一個拋磚引玉的作用。
　　一、軸承的失效機(jī)理1.接觸疲勞失效
4 {( }* l5 }# g　　接觸疲勞失效系指軸承工作表面受到交變應(yīng)力的作用而產(chǎn)生失效。接觸疲勞剝落發(fā)生在軸承工作表面，往往也伴隨著疲勞裂紋，首先從接觸表面以下最大交變切應(yīng)力處產(chǎn)生，然后擴(kuò)展到表面形成不同的剝落形狀，如點(diǎn)狀為點(diǎn)蝕或麻點(diǎn)剝落，剝落成小片狀的稱淺層剝落。由于剝落面的逐漸擴(kuò)大，而往往向深層擴(kuò)展，{TodayHot}形成深層剝落。深層剝落是接觸疲勞失效的疲勞源。2.磨損失效
　　磨損失效系指表面之間的相對滑動摩擦導(dǎo)致其工作表面金屬不斷磨損而產(chǎn)生的失效。持續(xù)的磨損將引起軸承零件逐漸損壞，并最終導(dǎo)致軸承尺寸精度喪失及其它相關(guān)問題。磨損可能影響到形狀變化，配合間隙增大及工作表面形貌變化，可能影響到潤滑劑或使其污染達(dá)到一定程度而造成潤滑功能完全喪失，因而使軸承喪失旋轉(zhuǎn)精度乃至不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。磨損失效是各類軸承常見的失效模式之一，按磨損形式通常可分為最常見的磨粒磨損和粘著磨損。
　　磨粒磨損系指軸承工作表面之間擠入外來堅硬粒子或硬質(zhì)異物或金屬表面的磨屑且接觸表面相對移動而引起的磨損，常在軸承工作表面造成犁溝狀的擦傷。硬質(zhì)粒子或異物可能來自主機(jī)內(nèi)部或來自主機(jī)系統(tǒng)其它相鄰零件由潤滑介質(zhì)送進(jìn)軸承內(nèi)部。粘著磨損系指由于摩擦表面的顯微凸起或異物使摩擦面受力不均，在潤滑條件嚴(yán)重惡化時，因局部摩擦生熱，易造成摩擦面局部變形和摩擦顯微焊合現(xiàn)象，嚴(yán)重時表面金屬可能局部熔化，接觸面上作用力將局部摩擦焊接點(diǎn)從基體上撕裂而增大塑性變形。這種粘著——撕裂——粘著的循環(huán)過程構(gòu)成了粘著磨損，一般而言，輕微的粘著磨損稱為擦傷，嚴(yán)重的粘著磨損稱為咬合。3.斷裂失效
2 @1 p+ g( {- Y% l. U1 g　　軸承斷裂失效主要原因是缺陷與過載兩大因素。當(dāng)外加載荷超過材料強(qiáng)度極限而造成零件斷裂稱為過載斷裂。過載原因主要是主機(jī)突發(fā)故障或安裝不當(dāng)。軸承零件的微裂紋、縮孔、氣泡、大塊外來雜物、過熱組織及局部燒傷等缺陷在沖擊過載或劇烈振動時也會在缺陷處引起斷裂，稱為缺陷斷裂。應(yīng)當(dāng)指出，軸承在制造過程中，對原材料的入廠復(fù)驗(yàn)、鍛造和熱處理質(zhì)量控制、加工過程控制中可通過儀器正確分析上述缺陷是否存在，今后仍必須加強(qiáng)控制。但一般來說，通常出現(xiàn)的軸承斷裂失效大多數(shù)為過載失效。

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4.游隙變化失效
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7 p1 B" ]: m. ~# U　　軸承在工作中，由于外界或內(nèi)在因素的影響，使原有配合間隙改變，精度降低，乃至造成“咬死”稱為游隙變化失效。外界因素如過盈量過大，安裝不到位，溫升引起的膨脹量、瞬時過載等，內(nèi)在因素如殘余奧氏體和殘余應(yīng)力處于不穩(wěn)定狀態(tài)等均是造成游隙變化失效的主要原因。
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　　二、軸承常見失效模式及對策1.溝道單側(cè)極限位置剝落
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- M) }/ `* v# T6 P6 W: A　　溝道單側(cè)極限位置剝落主要表現(xiàn)在溝道與擋邊交界處有嚴(yán)重的剝落環(huán)帶。產(chǎn)生原因是軸承安裝不到位或運(yùn)轉(zhuǎn)過程中突發(fā)軸向過載。采取對策是確保軸承安裝到位或?qū)⒆杂蓚?cè)軸承外圈配合改為間隙配合，以期軸承過載時使軸承得到補(bǔ)償。

5 B$ g  e  G5 ]* H7 u+ P6 X+ c　　2.溝道在圓周方向呈對稱位置剝落

　　對稱位置剝落表現(xiàn)在內(nèi)圈為周圍環(huán)帶剝落，而外圈呈周向?qū)ΨQ位置剝落(即橢圓的短軸方向)，其產(chǎn)生原因主要是因?yàn)橥鈿た讬E圓過大或兩半分離式外殼孔結(jié)構(gòu)，這在摩托車用凸輪軸軸承中表現(xiàn)尤為明顯。當(dāng)軸承壓入橢圓偏大的外殼孔中或兩半分離式外殼固緊時，使軸承外圈產(chǎn)生橢圓，在短軸方向的游隙明顯減少甚至負(fù)游隙。軸承在載荷的作用下，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生周向剝落痕跡，外圈只在短軸方向的對稱位置產(chǎn)生剝落痕跡。這是該軸承早期失效的主要原因，經(jīng)對該軸承失效件檢驗(yàn)表明，該軸承外徑圓度已從原工藝控制的0.8μm變?yōu)?7μm。此值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于徑向游隙值。因此，可以肯定該軸承是在嚴(yán)重變形及負(fù)游隙下工作的，工作面上易早期形成異常的急劇磨損與剝落。采取的對策是提高外殼孔加工精度或盡可能不采用外殼孔兩半分離結(jié)構(gòu)。

　　3.滾道傾斜剝落

　　在軸承工作面上呈傾斜剝落環(huán)帶，說明軸承是在傾斜狀態(tài)下工作的，當(dāng)傾斜角達(dá)到或超過臨界狀態(tài)時，易早期形成異常的急劇磨損與剝落。產(chǎn)生的原因主要是因?yàn)榘惭b不良，軸有撓度、軸頸與外殼孔精度低等，采取對策為確保軸承安裝質(zhì)量與提高軸肩、孔肩的軸向跳動精度。

　　4.套圈斷裂

　　套圈斷裂失效一般較少見，往往是突發(fā)性過載造成。產(chǎn)生原因較為復(fù)雜，如軸承的原材料缺陷(氣泡、縮孔)、鍛造缺陷(過燒)、熱處理缺陷(過熱)、加工缺陷(局部燒傷或表面微裂紋)、主機(jī)缺陷(安裝不良、潤滑貧乏、瞬時過載)等，一旦受過載沖擊負(fù)荷或劇烈振動均有可能使套圈斷裂。采取對策為避免過載沖擊載荷、選擇適當(dāng)?shù)倪^盈量、提高安裝精度、改善使用條件及加強(qiáng)軸承制造過程中的質(zhì)量控制。

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5.保持架斷裂

　　保持架斷裂屬于偶發(fā)性非正常失效模式。其產(chǎn)生原因主要有以下五個方面：
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　　　a.保持架異常載荷。如安裝不到位、傾斜、過盈量過大等易造成游隙減少，加劇摩擦生熱，表面軟化，過早出現(xiàn)異常剝落，隨著剝落的擴(kuò)展，剝落異物進(jìn)入保持架兜孔中，導(dǎo)致保持架運(yùn)轉(zhuǎn)阻滯并產(chǎn)生附加載荷，加劇了保持架的磨損，如此惡化的循環(huán)作用，便可能造成保持架斷裂。
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　　　b.潤滑不良主要指軸承運(yùn)轉(zhuǎn)處于貧油狀態(tài)，易形成粘著磨損，使工作表面狀態(tài)惡化，粘著磨損產(chǎn)生的撕裂物易進(jìn)入保持架，使保持架產(chǎn)生異常載荷，有可能造成保持架斷裂。

　　　c.外來異物的侵入是造成保持架斷裂失效的常見模式。由于外來硬質(zhì)異物的侵入，加劇了保持架的磨損與產(chǎn)生異常附加載荷，也有可能導(dǎo)致保持架斷裂。
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# `, ]. n8 W- J9 V4 y' r4 z+ s　　　d.蠕變現(xiàn)象也是造成保持架斷裂的原因之一。所謂蠕變多指套圈的滑動現(xiàn)象，在配合面過盈量不足的情況下，由于滑動而使載荷點(diǎn)向周圍方向移動，產(chǎn)生套圈相對軸或外殼向圓周方向位置偏離的現(xiàn)象。蠕變一旦產(chǎn)生，配合面顯著磨損，磨損粉末有可能進(jìn)入軸承內(nèi)部，形成異常磨損——滾道剝落——保持架磨損及附加載荷的過程，以至可能造成保持架斷裂。
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* V! m* Z5 D/ e5 d2 k　　　e.保持架材料缺陷(如裂紋、大塊異金屬夾雜物、縮孔、氣泡)及鉚合缺陷(缺釘、墊釘或兩半保持架結(jié)合面空隙，嚴(yán)重鉚傷)等均可能造成保持架斷裂。采取對策為在制造過程中加以嚴(yán)格控制。

　　三、結(jié)論

& l- S# \5 @6 r　　綜上所述，從軸承常見失效機(jī)理與失效模式可知，盡管滾動軸承是精密而可靠的機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)體，但使用不當(dāng)也會引起早期失效。一般情況下，如果能正確使用軸承，可使用至疲勞壽命為止。軸承的早期失效多起于主機(jī)配合部位的制造精度、安裝質(zhì)量、使用條件、潤滑效果、外部異物侵入、熱影響及主機(jī)突發(fā)故障等方面的因素。因此，正確合理地使用軸承是一項系統(tǒng)工程，在軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造和裝機(jī)過程中，針對產(chǎn)生早期失效的環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的措施，可有效地提高軸承及主機(jī)的使用壽命，這是制造廠和客戶應(yīng)負(fù)有的共同責(zé)任。

向偉65034418

謝謝樓主的對軸承的分析，在工作中很有用的。頂一下。

草原蒙狼

頂一下

辛苦了
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機(jī)械師888

學(xué)習(xí)了，謝謝辛苦

fagskf2008

辛苦了哦
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6 Q2 H) j# v* p: x  x! J. E謝謝分享啊


, ?, p8 [1 T" V. y$ y4 m. C學(xué)習(xí)了哦

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