失效分析论文 2

滚动轴承的失效分析及预防

摘要：滚动轴承是现代机械传动中重要的基础部件之一。它也是极易造成破坏的一种机械零件。滚动轴承的好坏将直接影响到生产的顺利进行。因此对滚动轴承的失效原因进行分析对于设备的使用及维护都有着非常重要的指导意义。

关键词：滚动轴承；失效分析；维护

一、概述

滚动轴承是旋转机械中的重要零件。滚动轴承由于摩擦系数小，启动阻力小及对润滑剂粘度敏感性低，运动精度高，成本低等优点，而且它正标准化，选用润滑、维护都很方便，因此在一般机械中应用极为广泛。但是它同时也具有承受冲击能力差，滚动体上载荷分布不均匀等缺点，因此在机械生产中常会出现轴承的磨损、刮伤、胶合，产生噪声，甚至整个轴承烧伤等现象。这将影响到整个企业的正常生产工作，严重时可能会带来巨大的经济损失。因此分析滚动轴承的失效原因及寻找有效的预防措施就显得尤为重要。

二、滚动轴承的失效分析

2.1轴承的疲劳剥落

轴承的内外滚道和滚动体表面在正常工作状态下既承受载荷又产生相对滚动，同时轴承又受到轴向载荷和径向载荷，在周期性的交变载荷的作用下，产生交变应力，这个应力循环次数越来越多，达到一定数值后轴承表面会出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，裂纹会受到应力作用和润滑油的侵蚀，当裂纹向轴承衬和衬背结合面扩展后，造成轴承衬材料的剥落，产生的剥落周边不规则，由于剥落面的逐渐扩大，而往往向深层扩展。深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。另外疲劳磨损引起表面金属小片状脱落，在轴承表面形成一个个麻坑，当麻坑尺寸大时，麻坑成为下凹的舌状，或成椭圆形。麻坑附近有明显的塑性变形痕迹，塑性变形中金属的流动的方向与摩擦力的方向一致。在麻坑的前沿和坑的根部，还有多处明显发展的表面疲劳裂纹和二次裂纹。疲劳剥落是轴承失效的主要形式，当出现疲劳失效后，会造成较强烈的振动、噪声和发热现象。

2.2轴承的磨损失效

轴承的滚道和滚动体之间相对运动产生摩擦导致其表面金属不断磨损而产生失效。滚动轴承常见的磨损失效形式主要有粘着磨损和磨料磨损。粘着磨损是由于在两个配合面上局部应力很高，使之产生严重的塑性变形，并产生牢固的粘合或焊合。当摩擦副表面发生粘合后，如果粘合出处的结合强度大于基体的强度，剪切撕脱将发生在相对强度较低的金属亚表层，

造成软金属粘着在相对较硬的金属表面上，形成细长条状，不均匀，不连续的条痕；而在软金属表面则想成凹坑和凹槽。若外加应力增加，润滑膜被严重破坏时，表面温度升高，产生表面焊合，此时的剪切破坏深入金属的内部，形成较深的坑，磨损表面有严重的烧伤痕迹。磨粒磨损是由于轴承封闭不严，致使硬颗粒进入轴承间隙而嵌入轴承表面。有的游离于间隙并随轴一起转动，它们将对轴颈和轴承表面起研磨作用。在启动、停车或轴颈与轴承发生边缘接触时，将加剧轴承的磨损，导致几何形状发生改变，精度丧失，轴承间隙加大。硬质物多次被压入金属表面，因此表面会存在和滑动方向或硬质点运动方向相一致的沟槽和划痕。若磨料硬而尖锐，材料的韧性较好，此时磨损表面的沟槽清晰可见；若材料的韧性较差时，则磨损产生的沟槽比较光滑。

2.3轴承的磨损失效

轴承在运转中由于受到水分、酸性或碱性物质的侵入可能会造成轴承的锈蚀失效。另外轴承在工作过程中还会受到微电流和静电的作用，造成滚动轴承的电流腐蚀。轴承的表面易形成一层松脆的化合物，当配合表面接触运动时，化合物层破碎，剥落，重现裸露出新鲜表面，露出的表面很快又产生腐蚀磨损，如此反复，腐蚀加速磨损，很快轴承将失效而不能正常工作。滚动轴承的生锈和腐蚀会造成套圈、滚动体表面的状锈，梨皮状锈及滚动体间隔相同的坑状锈，全面生锈及腐蚀。最终引起滚动轴承的失效。

2.4轴承的塑性变形

塑形变形也是轴承的失效形式之一。当轴承承受过大的冲击载荷或静载荷时，在滚动体和内外滚道表面上由于局部接触应力大，轴承材料处于屈服状态而产生金属材料的塑性流动，引起塑性变形。引起塑性变形后会在轴承运转过程中产生剧烈的振动和噪声。

2.5保持架破坏

滚动轴承由于装配或使用不当可能会引起保持架变形，此时保持架和滚动体之间的摩擦增大，甚至使某些滚动体卡死而不能滚动，也有可能造成保持架与内外圈发生摩擦。主要有以下五个方面：

a．保持架异常载荷。如安装不到位、倾斜过盈量过大等造成游隙减少，加剧摩擦生热，表面软化，过早出现异常剥落，随着剥落的扩展，剥落异物进入保持架兜孔中，导致保持架运转阻滞并产生附加载荷，加剧了保持架的磨损，如此恶化的循环作用可能造成保持架的断裂。

b．润滑不良。轴承运转处于贫油状态易形成粘着磨损，使工作表面状态恶化，粘着磨损产生的撕裂物进入保持架，使保持架产生异常载荷，有可能造成保持架断裂。

c．外来异物的进入是造成保持架断裂失效的常见模式。由于外来异物的侵入，造成保持架的磨损和产生附加载荷，也有可能造成保持架断裂。

d．蠕变现象也是造成保持架断裂失效的原因之一。所谓蠕变多指套圈的滑动现象，在配合面过盈量不足的情况下，由于滑动而使载荷点向周围方向移动，产生套圈或轴相对外壳向圆周方向位置偏离的现象。蠕变一旦产生，配合面显著磨损，磨损粉末可能进入轴承内部，形成异常磨损——滚道剥落——保持架磨损及附加载荷的过程，以致可能造成保持架的断裂。

e．保持架材料缺陷（如裂纹、缩孔、气泡）及铆合缺陷（缺钉、垫钉、严重铆伤）等均可能造成保持架断裂。

2.6轴承刮伤

当轴承间隙中进入硬颗粒或轴颈表面粗糙的轮廓峰顶会在轴瓦上划出线状伤痕，导致轴承因刮伤而失效。

2.7轴承的断裂

轴承断裂失效主要原因是缺陷与过载两大因素。滚动轴承在工作中所受载荷过大或承受交变应力作用，也有可能因为轴承零件的微裂纹、缩孔、气泡、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击过载或剧烈振动时在缺陷处发生轴承断裂失效。

三、滚动轴承失效的预防措施

预防轴承失效问题很重要，许多滚动轴承在还没有达到预期寿命之前就已经损坏。为了提高轴承的使用寿命必须采取以下措施：

3.1保证轴承的装配质量

加工方法不正确，技术要求不合格及操作者失误都是引起轴承过早失效的重要原因。因此滚动轴承在使用安装前，要仔细检查，观察有无微小裂纹，有无磨损及锈蚀，坚决不能使用不合格的轴承。安装轴承时应尽量减少载荷的不均匀性，同时还要保证合理的轴承间隙，间隙过小会造成轴承发热量过大，引起轴承膨胀而得不到补偿发生弯曲，间隙过大，会造成转轴径向跳动加大及轴承受力不均匀，致使轴承过早损坏。

3.2保证轴承良好的润滑和密封

轴承中的润滑剂不仅可以降低磨损阻力，还可以起着散热，减少接触阻力，吸收振动，防止锈蚀等作用。要保证管线畅通，润滑油供给充足，合理选择润滑油，切润滑油应清洁无杂质，应定期清洗和更换润滑油。另外为了阻止灰尘、水、酸气和其它杂物进入轴承还应有轴承的密封封装，这样还可以阻止润滑剂流失。