轴承失效分析(朱贵银)

滚动轴承的失效分析
前言：
滚动轴承在使用过程中，由于本身或外部条件的影响，其承载能力，旋转精度和耐磨性能等会发生变化。

当轴承的性能指标低于要求而不能正常工作时，就被称为轴承失效（损坏）。

造成轴承失效的原因；
1选型不合理，载荷过大，转速太高。

2 润滑选择不当或失效。

3安装不良、同心性不好，密封不好；
4工作条件恶劣，工作环境被污染。

第一讲轴承损坏的形式和原因：
(一）疲劳剥落
定义：滚动体和滚道表面在接触应力（交变载荷）的反复作用下，表面呈片状剥落下来的现象称为疲劳剥落，又称点蚀。

1，滚动接触表面最终要发生疲劳剥落是不可避免的，即在正常的条件下，良好的安装、润滑、密封条件下，大多数是由于疲劳剥落而损坏。

2，安装使用不当，润滑不良，灰尘进入轴承等会导致轴承过早的发生疲劳剥落。

如：滚子轴承安装后内、外圈轴线偏斜；润滑不良；异物进入等，安装压痕等引发的剥离（见下图）。

二）磨损：
轴承内所有的滚动体接触表面和滑动接触表面都可能发生磨损，磨损严重时，轴承内部游隙、振动、噪音、摩擦会增大，旋转精度降低，使轴承不能正常工作。

滚动体与滚道之间的滚动和滑动摩损方式：
1，滚子和挡边的磨损；
2，低幅振动的微动磨损；
3，配合面之间的蠕动磨损。

三）塑性变形：
轴承工作中会出现一定的塑性变形量是不可避免的。

小的塑性变形不影响正常工作；
大的塑性变形量将使摩擦和振动增大，影响工作。

四）腐蚀和锈蚀：
金属与周围介质发生化学作用而引起的破坏现象，叫腐蚀。

金属在大气中的腐蚀叫锈蚀。

轴承工作表面出现锈蚀后，摩擦增大，运转不平衡。

工作表面出现锈斑也是轴承过早的发生疲劳剥落的原因之一。

原因：1，储存和使用中存在的严重问题；
2，潮湿环境，润滑剂中的硫化物等；
3，安装时清洗防锈不好；
4，在腐蚀介质中工作（可选用耐腐蚀的轴承）。

五）烧伤：
烧伤是指轴承滑动表面或滚动表面局部急剧摩擦发热使表面变得很粗糙，甚至发生粘连而不能旋转的现象（是一种突发损坏的现象）。

原因：1，主要是润滑不良，接触面之间不能形成油膜；
2，滚动体打滑，预负荷太大；
3，滚子表面和挡边引导之间轴向载荷太大；
4，开始运转到温升稳定之间易发生。

六）裂纹和崩裂：
由于安装不当或受冲击载荷，轴承会发生微小裂纹甚至崩裂。

原因：1，安装时轴的过盈量太大，造成内圈涨裂。

2，轴承受到较大的轴向载荷或冲击负荷，易发生挡边崩裂；
3，摩擦产生的热裂纹；
4，润滑不良，启动载荷大，使保持架或铆钉崩裂；
5；套圈因热处理淬火裂纹；
6；安装或运输中的强力冲击造成的裂纹。

七）电蚀：
当轴承内部有电流通过时，滚动体和滚道接触处很薄的油膜被击穿产生电火花，造成局部表面熔融的现象叫电蚀。

使接触表面出现搓板状凹凸不平。

防止电蚀的方法是接地线。

八）保持架损坏：
原因：1，安装不当引起保持架损坏；
2，润滑不好，滚动体和保持架之间磨损大，频繁起动力矩作用，使保持架断裂；
3，冲击振动加快了保持架的损坏。

九）安装、配合不当引起的损坏：
安装工具和安装方法不当容易造成破裂、划伤、碰伤、压痕等。

例如：1，直接锤击造成挡边破裂；
2，滚动体承受安装压力造成压痕；
3，安装圆柱滚子轴承，内外圈组装时轴线倾斜就会划伤、擦伤滚道；
4，配合松紧不当。

过盈量大，套圈出现裂纹，游隙变小，发热；
过盈量小，发生蠕动磨损，振动大。

5，预紧量过大会增加摩擦和磨损，温升高，寿命低。

6，轴承座或轴的制造误差，或轴的挠曲变形，使内外圈轴线相对偏斜，以及轴和传动轴的对心不好，滚动体或滚道产
生很大的力矩负荷，应力集中，导致轴承过早损坏。

十）结构缺陷：
轴承套圈应均匀地被支撑在配合件上，如果支撑不均，会造成套圈局部过载，产生应力集中；
轴向配套轴承游动间隙不好，轴承发热抱死；
套圈端面，保持架与周围零件摩擦发热、损坏；
轴承座刚性不均（如采用了加强筋），相应的会产生应力集中和弯曲变形，影响轴承振动和寿命。

第二讲滚动轴承异常的监测和诊断方法：
滚动轴承是机械装置中重要的基础零件，一套大型设备中常常使
用成千上万套滚动轴承，若有一套轴承突然损坏，造成整套设备停转，会给生产造成巨大损失。

但是，轴承损坏的形式和原因比较复杂，在疲劳寿命100%的可靠性进行设计下，也不能保证轴承不会过早的损坏。

为了防止事故，靠理论进行可靠性设计是不够的。

轴承运转的监测和诊断第一要靠人的感觉判断，第二要靠仪器检测。

具体方法如下：
(一）凭感觉判断
1，轴承损伤后，摩擦增大，温度升高，用手触摸轴承箱，根据温度，感觉估测轴承损坏情况。

2，机床主轴轴承受损时，运转不平稳、振动大，加工质量下降。

方法：1）用木棒或螺丝刀听，判断
一端顶住轴承座或端盖，手握木柄倾听轴承运转声。

正常稳定的是“嗡嗡”声，异常磨损的是“格格”
声。

2）直接听轴承运转噪声
滚道压痕或剥落：发生周期性冲击声音；
滚动体表面伤：噪音时有时无，呈周期性；
异物侵入：噪音周期性，大小不稳定；
游隙较大负值时：令人讨厌的尖利啸叫声。

以上方法不够精确，关键部位，必须使用仪器监测。

二）测量轴承的工作温度
1，用温度计测量轴承外圈的温度，并参考表13-1。

若发现轴承温度异常，初步判定轴承中有损伤或将要发生损坏。

2，使用热传感器可以随时监测轴承的工作温度，并实现温度超标时自动报警或停车。

3，通过红外线测温仪检测。

（表13-1）
三）用振动法判断轴承异常
轴承工作中出现剥落、压痕、锈蚀、磨损等都会在轴承振动测量中反映出来。

所以，通过轴承振动测量可以有效地发现轴承损坏前各种轻微的损伤点。

方法：
1，频率分析法
当轴承滚动体或滚道表面产生一个损伤点时，滚动表面损伤的冲击频率为：
内圈：½fi(1+DwCosa/dm) Z 外圈：½fi(1-DwCosa/dm)Z 滚动体：fi·dm/Dw[1-(DwCosa/dm) ² ]
注：fi:内圈转数；转/分；Dw：滚动体直径；
Dm:节圆直径；a: 接触角；Z:滚动体个数
对复杂的轴承振动信号进行频率分析。

若出现以上频率，推断轴承有损伤发生。

2，冲击脉冲测量法
冲击脉冲测量法是监测轴承运转状态并发现早期异常最有效的一种方法。

60年代瑞典发明。

当滚动体表面的压痕、裂纹、剥落等损伤点进入接触区时，滚动体和滚道产生冲击；冲击点产生很大的加速度，这个加速度又会激发出一个高频压缩波在材料内部向四周传播，被轴承座上的冲击脉冲计的压电加速度传感器所接收。

冲击脉冲计测量的不是一般的机械振动频率。

而是轴承损坏后金属物体相互冲撞时产生的高频脉冲。

这种高频脉冲在正常轴承中是没有的。

因此，这种方法选择性好，不受一般机械振动的影响，压电加速度计测得电压峰值与冲击速度的平方成正比。

轴承转速一定时，工作表面伤痕越大，冲击速度越大，测得的电压峰值越大，冲击脉冲速度越大。

轴承由良好变到严重损坏时，冲击脉冲值增大到1000倍。

发现微小异常后，及早做更换准备。

冲击脉冲测量仪的种类：MEPA10A；PA21A；SPM-43A等。

SPM-43A不仅性能好，而且使用方便、体积小。

四）测量轴承油膜电阻
轴承运转中，滚动体和滚道之间有油膜形成内外沟之间的电阻很高，当润滑不好，或表面粗糙时，油膜就会破裂，电阻减小。

但该方法应用麻烦，判断困难。

五）磨损微粒分析
通过磨损分析混入润滑剂中磨损微粒的成分、形态和数量，可以判断轴承各零件的磨损情况和轴承工作状态。

方法：1，光谱分析：
精密分析方法，使用分光光度计分析润滑剂的成
分，根据润滑剂中磨损微粒的化学成分和数量推
断轴承磨损情况。

2，谱分析；
3，磁性塞。

六）AE检测法：
AE发生的简称（超声波）：
即声发射是指伴随材料内部微观组织及结构的
变化而发生的弹性波（具有数万赫兹以上的超声
波成分）。

示例：。