【進口軸承專家】滾動軸承失效類型及痕跡特征

  濟南市鴻慷機電設(shè)備有限公司位于交通便利的泉城濟南，是全球生產(chǎn)滾動軸承和直線運動產(chǎn)品的領(lǐng)導企業(yè)---德國舍弗勒集團在山東的授權(quán)代理商。公司專營舍弗勒集團旗下兩大品牌INA軸承和FAG軸承，是一家順應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展需要而誕生的專業(yè)化新型高端軸承公司。多年來一直從事軸承的銷售和售后技術(shù)支持，在機械行業(yè)技術(shù)方面有著非常豐富的經(jīng)驗，今天濟南鴻慷機電進口軸承專家為大家介紹一下滾動軸承失效類型及痕跡特征。

 

  引言

 

　　滾動軸承是工程機械設(shè)備中常用重要機件，各種因素導致的損害會在軸承上留下不同的特征。通過檢查分析損壞的軸承，找出其損壞的原因并采取必要的改善措施，防止不利因素的發(fā)生，是非常有意義的。即使有時沒有找出失效的真實原因，也能得出一些方向性的提示，排除一些錯誤的觀點和避免一些不必要的彎路。

 

　　1　滾動軸承運轉(zhuǎn)軌跡模式

 

　　滾動軸承在低負荷下運轉(zhuǎn)時，內(nèi)、外圈滾道接觸面會有一些鈍化痕跡，通常這不算磨損，對軸承壽命影響不大。鈍化痕跡形成的部位及大小即所謂的軌跡模式，因轉(zhuǎn)動與滾動情況不同而各異，一般可以通過對軌跡模式的檢測來掌握軸承的運行環(huán)境，區(qū)分其運行環(huán)境是否正常和適當。

 

　　2　失效分類及實例

 

　　軸承失效的典型損壞形式一般是由初期階段延續(xù)上升到第二階段，即由壓痕、擦痕、刮傷、電擊、銹跡、過熱等上升至凹痕、磨損、瘢痕、腐蝕、疲勞、剝落、失圓、燒傷、斷裂、內(nèi)部間隙增大、振動和噪聲上升，直至失效，而軸承失效通常表現(xiàn)為各階段損壞的混合，以下為常見的失效形式和不適當運行方式。

 

　　2.1疲勞

 

　　疲勞是載荷所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力在金屬承載表面以下快速周期性的出現(xiàn)，經(jīng)過一定時間后產(chǎn)生微觀裂紋，并逐漸延伸到金屬表面引起的剝離或脫落，并逐漸擴展最終使軸承失效。它與因潤滑不足、粗糙表面及微觀凹凸在周期載荷作用下滾道表面形成的微小裂紋不同，表面裂紋（或表面疲勞）非常細微，但逐漸擴展會縮短軸承使用壽命。

 

 

 

　　2.2磨損

 

　　2.2.1潤滑原因

 

　　當潤滑油型號不對、變質(zhì)、流失、潤滑不充分或潤滑失效，無法形成有承載力的油膜，金屬之間直接接觸，相對滑動，表面材料原始微觀刀紋被磨掉，起初出現(xiàn)明顯的碾壓光亮鏡面效果。當潤滑油耗盡，干摩擦使溫度急劇上升，發(fā)藍直至呈棕色，溫度繼續(xù)升高，金屬表面變軟，發(fā)生流動和粘連，表面材料發(fā)生相互轉(zhuǎn)移的拖尾效應(yīng)，呈淚痕狀。摩擦發(fā)生時，某些材料的表面也可能會被加熱后又經(jīng)油淋快速冷卻而局部硬化，造成滾動中局部應(yīng)力集中和其它材料的加速磨損。

 

　　2.2.2污染原因

 

　　因裝配操作不當，密封性差，維護不良，雜質(zhì)或軸承材料磨屑進入等，軸承工作面會被逐漸磨損直至不能使用。

 

　　2.2.3振動原因

 

　　軸承靜止時，滾子與滾道間還未形成潤滑膜，相互接觸的金屬之間受振動環(huán)境影響產(chǎn)生相對移動摩擦，有時會產(chǎn)生搓板條紋狀印痕，微小顆粒從滾道表面剝離形成印痕，滾柱軸承產(chǎn)生長條凹槽，滾珠軸承產(chǎn)生球狀凹坑。大多情況剝離部位會氧化使印痕底部有暗紅色銹跡，而滾子沒有明顯的損害。振動幅度的大小、持續(xù)的時間和間隙的大小都影響損害的程度，但振頻與損害程度無顯著關(guān)系。圓柱滾子軸承相對更易受到傷害，因為滾珠能在任何方向滾動，而滾柱只能朝一個方向滾動，其他方向則形成滑動。所以，提供振動阻尼基座、采用油浴潤滑、軸承預(yù)加彈性載荷，或可能情況下采用球面滾子代替圓柱滾子等，盡量避免振動損害。

 

　　2.2.4進出載荷區(qū)

 

　　滾動軸承運轉(zhuǎn)時，載荷區(qū)的滾子受到內(nèi)、外圈的壓力驅(qū)動處于滾動狀態(tài)，而無載荷區(qū)域的滾子并未完全形成滾動，當這部分滾子處于正在進入與尚未進入載荷時刻，處于剛性體與塑性體、滑動和滾動的混合狀態(tài)，受加速、壓力失圓和劇烈的搓擠，此刻若潤滑油膜失效，會導致滾子和內(nèi)外滾道磨損。

 

　　2.2.5安裝原因

 

　　安裝圓柱滾子軸承時，滾子與保持架相連的環(huán)應(yīng)加以潤滑和旋轉(zhuǎn)進行安裝，否則滾子容易刮擦滾道，導致與滾子間距一致的橫向擦痕。批量裝配軸承時若采用合理的工裝會非常方便。若軸承內(nèi)圈與軸、外圈與軸承座配合不夠緊，此種情況靠軸向壓緊難以改善，運行時產(chǎn)生相對運動（跑套），在軸和軸承孔、軸承外表面和軸承座孔會產(chǎn)生磨損。

 

　　2.2.6軸承結(jié)構(gòu)

 

　　軸承擋邊、角環(huán)及保持架等都容易在運行中發(fā)生摩擦，雙列球面滾子軸承的中隔圈在尺寸設(shè)計上過于靠近保持架容易磨損；雙支撐軸承跨度較大時，常因熱膨脹釋放受阻，受過大的單向軸向載荷導致滾子端部與擋邊和角環(huán)的導向面發(fā)生磨損。

 

　　2.2.7軸承質(zhì)量原因

 

　　不具備資質(zhì)的制造廠家所生產(chǎn)的軸承，結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、材料選用不當、制造上的缺陷、質(zhì)量控制不善、工藝執(zhí)行不嚴及運輸保管失誤等，均可能引起軸承較快磨損。

 

　　2.3凹痕

 

　　2.3.1軸承拆裝時施力不當、過盈配合過大、錐孔軸承軸套過度脹緊，軸承未運轉(zhuǎn)時受不對稱或非正常載荷，使座圈和滾子上形成凹痕，有時軸承圈上的凹痕與滾子的間距是一致的。

 

　　2.3.2毛刺類雜質(zhì)卷入滾動中座環(huán)會產(chǎn)生碾壓凹痕，導致凹痕的粒子并不一定很硬，碎紙、纖維也可能導致這種情況。

 

　　2.4瘢痕

 

　　推力球軸承若載荷不足情況下轉(zhuǎn)速過高，離心力會把滾珠甩向滾道外側(cè)，滾珠與滾道產(chǎn)生相對滑動而非正常滾動，導致滾道外側(cè)形成傾斜的條狀劃擦痕跡，一般通過對軸承附加預(yù)緊載荷（如彈簧）可以避免。此外，一些軸承定位件、壓緊件及隨軸旋轉(zhuǎn)件的各種缺陷也會在軸承上留下?lián)p傷痕跡。

 

 

 

　　2.5腐蝕和銹蝕

 

　　暴露在空氣中的軸承金屬表面會產(chǎn)生一層很薄的氧化保護膜，但若無潤滑油保護，此薄膜極易破壞，一經(jīng)與水或腐蝕元素接觸，就會產(chǎn)生腐蝕痕跡并迅速擴展。如鹽水能產(chǎn)生電解腐蝕，一般硫酸腐蝕很快，硝液腐蝕較弱。腐蝕也可因摩擦引起氧化薄膜破壞，氧化逐漸滲透至材料內(nèi)部，銹蝕處破裂形成凹坑，產(chǎn)生承載不均勻，載荷分布惡化。

 

　　2.6電擊

 

　　當對機械設(shè)備施焊，電流從一個軸承環(huán)經(jīng)滾子流向另一個環(huán)，接觸點產(chǎn)生高溫電弧，局部材料受熱產(chǎn)生大小不一的變色或灼傷區(qū)域，此處材料被回火、被再次硬化或融化，形成凹坑褶皺，滾動受到影響，外環(huán)滾道上的剝落會因碾壓周向擴展，滾子上的灼傷有黑色或變色瘢痕。直流電和交流電都能損傷軸承，即使是很小的電流。轉(zhuǎn)動著的軸承對電流損害更敏感，損傷的程度取決于電流強度、持續(xù)時間、載荷、速度和潤滑。

 

　　有時電流產(chǎn)生的凹痕與振動引起的凹痕非常相似，一般較難區(qū)分，但是前者產(chǎn)生的凹痕底部深暗發(fā)黑，通常不明亮不銹蝕；而振動引起的凹痕底部較亮或帶銹跡；另一個特征是振動損傷主要在滾道上，滾子上無明顯損傷。

 

　　2.7剝落

 

　　通常的軸承剝落并非疲勞已達到額定壽命，而有可能存在6種情況。

 

　　2.7.1軸承配置選型不當，裝調(diào)預(yù)載荷過大，配合過緊造成軸承運行過載荷。

 

　　2.7.2運行軸承散熱不良，材料間相互溫差過大，軸承圈熱變形和局部高負載會引起剝落。

 

　　2.7.3剖分式軸承座中分面錯位或連接螺栓過緊，致軸承孔失圓而形成附加載荷。

 

　　2.7.4雙支型軸承浮動端移動度受限，不能釋放熱膨脹引起的軸向附加載荷，導致擠壓。

 

　　2.7.5安裝傾斜，定位不良或缺乏定位，內(nèi)外圈不同軸，深溝球軸承直徑兩端造成嚴重的傾斜受力印痕和剝落；圓柱滾子軸承則在內(nèi)圈一側(cè)滾道邊緣超載出現(xiàn)印痕和剝落。

 

　　2.7.6硬粒雜質(zhì)污染碾壓造成剝落，其它如表面腐蝕、銹蝕、摩擦或電擊損害等引起的剝落，當剝落到一定程度時，通過聲音和振動的不正常可以判斷出。

 

 

 

　　2.8斷裂

 

　　2.8.1野蠻拆裝，對內(nèi)外環(huán)的直接錘擊或以硬物敲鑿都將導致裂紋或碎片脫落；球面滾子軸承裝配時受敲擊易造成中部法蘭破裂或撞擊力由另一列滾子傳遞后造成另一側(cè)內(nèi)環(huán)外擋邊破裂。

 

　　2.8.2錐形內(nèi)孔或脹套緊力過度，圓柱孔內(nèi)圈配合過盈量過大，導致過度加熱后與主軸套裝過緊，造成內(nèi)環(huán)上過大的附加拉應(yīng)力，在運行載荷作用下容易斷裂。

 

　　2.8.3軸承內(nèi)圈與主軸配合不夠緊，運行中產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動和摩擦，易導致內(nèi)圈裂紋或橫貫?zāi)Σ撩娴臄嗔选?/p>

 

　　2.8.4深溝球軸承易產(chǎn)生外圈周向斷裂，嚴重磨損銹蝕的球面滾子軸承易產(chǎn)生內(nèi)圈橫向斷裂。

 

　　2.9保持架損壞

 

　　2.9.1劇烈振動下滾子慣性力會使保持架受沖擊過載荷，保持架內(nèi)部會疲勞產(chǎn)生裂紋，這些裂紋遲早會導致保持架破裂。

 

　　2.8.2若軸承轉(zhuǎn)速超過保持架設(shè)計強度，保持架也會因高速產(chǎn)生的巨大慣性力而破壞。

 

　　2.9.3使用滾動軸承的初衷是避免滑動摩擦，但保持架和與其接觸的軸承組件不可避免地會產(chǎn)生滑動摩擦。保持架材料相對偏軟，若潤滑不充分和微粒研磨，磨損相對較快，當保持架尺寸因磨損減小后，間隙增大，對滾動件的導向作用減弱，滾動會偏離正常運動軌跡，會更加速保持架失效。

 

　　2.9.4若硬質(zhì)顆粒進入保持架阻礙了滾子正常旋轉(zhuǎn)，也將導致保持架失效。

 

　　2.9.5其它原因：若軸承安裝時內(nèi)外環(huán)軸心偏移或軸承間隙增大，滾子以橢圓和非正常軌跡運動，那么保持架每轉(zhuǎn)一圈都必定改變形狀，產(chǎn)生附加載荷或承受劇烈加速、減速及速度波動和慣性力的影響，其內(nèi)部材料遲早會因疲勞導致破損。

 

　　3　結(jié)論

 

　　總之，只要注意保護運行現(xiàn)場和保留失效軸承遺留物件，認真進行觀察分析和不斷總結(jié)積累經(jīng)驗，就能找到解決問題的方法和思路，從失效軸承的運行環(huán)境和損壞痕跡分析中獲益。

 

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——責任編輯：濟南鴻慷機電設(shè)備公司01銷售顧問

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