滚动轴承常见的失效形式及原因
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对常见轴承失效分析的探讨摘要:轴承是社会生产最为关键的的零部件之一,同时也是最为损伤的零部件之一,所以,对于轴承的失效分析尤为重要,本文结合作者的工作经验主要阐述了轴承的失效分析,仅供参考。
关键词:轴承;失效分析一、轴承在生产中概述轴承是广泛应用于机械设备的零部件,是配套的精密零件,同时也是最易损坏的元件之一。
按轴承工作的摩擦性质来分,可分为滑动摩擦轴承(简称滑动轴承)和滚动摩擦轴承(简称滚动轴承)。
其中滚动轴承最常见,它一般由内、外两个套圈、一组滚动体和一个保持架组成。
本文结合工程案例主要分析了轴承的失效形式以及其改进的原因。
二、轴承损伤和失效的形式轴承在工作中丧失其规定的功能,导致故障或不能正常工作的现象称为失效。
轴承的失效可分为正常失效和早期失效两种。
按其损伤机理大致可分为:接触疲劳失效、磨损失效、断裂失效、塑性变形失效、腐蚀失效和游隙变化失效等几种基本形式。
1.接触疲劳失效接触疲劳失效是滚动轴承最常见的失效形式,是轴承表面受到交变应力的作用而产生的失效。
滚动轴承在高接触应力作用下,通过多次的应力循环后,在套圈或滚动体工作表面的局部区域产生小片或小块金属剥落,形成麻点或凹坑,从而引起振动,噪声增大,温度升高,磨损加剧,最终导致轴承不能正常工作的现象称为接触疲劳失效。
根据材质、工作条件、润滑条件等因素,接触疲劳失效可分为点蚀与剥落。
点蚀是由于表面出现麻点而失效,通常有非进展性和进展性之分,前者通常不影响轴承的使用,但如果使用一段时间后,由于某种原因,使点蚀不断扩展,进而形成进展性点蚀,表面会出现大面积的微剥落,最后使轴承失效。
剥落是在次表面产生疲劳裂纹,然后扩展至表面,使金属成片状脱落,可分为浅层剥落和硬化层剥落。
2.磨损失效工作过程中,轴承零件之间相对滑动摩擦导致工作表面金属不断损失的现象叫磨损。
持续的磨损会使轴承零件尺寸和形状变化,配合游隙增大,工作表面形貌恶化而丧失旋转精度,由此引起工作温度升高、振动、噪声、摩擦力矩增大等,导致轴承不能正常工作的现象叫磨损失效。
滚动轴承失效的四种形式
滚动轴承的失效主要有以下四种形式:
1、疲劳点蚀:滚动轴承在载荷作用下,滚动体与内、外滚道之间将产生接触应力。
轴承转动时,接触应力是循环变化的,当工作若干时间以后,滚动体或滚道的局部表层金属脱落,使轴承产生振动和噪声而失效。
2、塑性变形:当轴承的转速很低或间歇摆动时,轴承不会发生疲劳点蚀,此时轴承失效是因受过大的载荷(称为静载荷)或冲击载荷,使滚动体或内、外圈滚道上出现大的塑性变形,形成不均匀的凹坑,从而加大轴承的摩擦力矩,振动和噪声增加,运动精度降低。
3、磨料磨损:在轴承组合设计时,轴承处均设有密封装置。
但在多尘条件下的轴承,外界的尘土、杂质仍会侵入到轴承内,使滚动体与滚道表面产生磨粒磨损。
如果润滑不良,滚动轴承内有滑动的摩擦表面,还会产生粘着磨损,轴承转速越高,粘着磨损越严重。
经磨损后,轴承游隙加大,轴承游隙加大,运动精度降低,振动和噪声增加。
4、安装问题:安装不当也可能导致滚动轴承失效。
滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断初步1、故障原因滚动轴承的早期故障是滚⼦和滚道剥落、凹痕、破裂、腐蚀和杂物嵌⼊。
即主要故障形式:疲劳剥落、磨损、塑性变形、锈蚀、断裂、胶合、保持架损坏。
产⽣主要原因包括搬运粗⼼、安装不当、不对中、轴承倾斜、轴承选⽤不正确、润滑不⾜或密封失效、负载不合适以及制造缺陷。
2、频谱和波形特征滚动轴承它是由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。
当滚动体和滚道接触处遇到⼀个局部缺陷时,就有⼀个冲击信号产⽣。
缺陷在不同的元件上,接触点经过缺陷的频率是不相同的,这个频率就称为滚动轴承的特征频率。
滚动轴承的故障特征频率的数值⼀般在⼏赫兹到⼏百赫兹之间,在频谱图中的1000Hz以内的低频区域轴承故障特征频率如下:1、滚动轴承故障特征频率(外圈静⽌)式中:Z——滚动体个数fr——转频(Hz)D——轴承节径(mm)d——滚动体直径(mm)α——接触⾓(1)滚动轴承内圈故障特征频率(2)滚动轴承外圈故障特征频率(3)滚动轴承滚动体特征频率(4)滚动轴承保持架特征频率2、滚动轴承故障特征频率的计算经验公式:⼆、滚动轴承故障诊断的要素滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成,每个轴承部件对应⼀个轴承故障特征频率。
滚动轴承的故障频率分布有⼀个明显的特点,往往在低频和⾼频两个频段内都有表现。
所以在频率分析时,可以选择在这两个频段进⾏分析。
根据滚动轴承的故障形式在频域中的表现形式,将整个频域分为三个频段,既⾼频段、中频段和低频段。
l ⾼频阶段指频率范围处于2000-5000Hz 的频段,主要是轴承固有频率,在轴承故障的早期,⾼频段反映⽐较敏感;中频阶段指频率范围处于800-1600Hz 的频段,⼀般是由于轴承润滑不良⽽引起碰磨产⽣的频率范围;l 低频阶段指频率范围处于0-800Hz 的频段,基本覆盖轴承故障特征频率及谐波;在⾼频段和低频段中所体现的频率是否为轴承故障频率,还要通过其他⽅法进⾏印证加以确认。
轴承的主要失效形式1、剥离损伤状态:轴承在承受旋转载荷时,内圈、外圈的滚道或滚动体面由于滚动疲劳而呈现鱼鳞状的剥离现象。
原因:载荷不当;安装不良(非直线性);力矩载荷;异物进入、进水;润滑不良、润滑剂不合适;轴承游隙不适当;轴承箱精度不好、轴承箱的刚性不均、轴的挠度大;生锈、侵蚀点、擦伤和压痕(表面变形现象)。
措施:检查载荷的大小;改善安装方法、改善密封装置、停机时防锈;使用适当粘度的润滑剂、改善润滑方法;检查轴和轴承箱的精度;检查游隙。
2、剥离损伤状态:呈现出带有轻微磨损的暗面,暗面上由表及里有多条深至5~10μm,的微小裂缝,并在大范围内发生微小脱落(微小剥离)。
原因:润滑剂不合适;异物进入了润滑剂内;润滑剂不良造成表面粗糙;配对滚动零件的表面质量不好。
措施:选择润滑剂;改善密封装置;改善配对滚动零件的表面粗糙度。
3、卡伤损伤状态:卡伤是指由于在滑动面的微小烧伤汇总而产生的表面损伤,表面为滑道面、滚道面圆周方向的线状伤痕。
滚子断面的摆线状伤痕靠近滚子端面的轴环面的卡伤。
原因:过大载荷、过大预压;润滑不良;异物咬入;内圈外圈的倾斜、轴的挠度;轴、轴承箱的精度。
4、擦伤损伤状态:所谓擦伤,是在滚道面和滚动面上,由随着滚动的打滑和油膜热裂产生的微小烧伤汇总而成的表面损伤。
原因:高速轻载荷;急加减速;润滑剂不适当;水的进入。
措施:改善预压;改善轴承游隙;使用油膜性好的润滑剂;改善润滑防震;改善密封装置。
5、断裂损伤状态:由于对滚道的挡边或滚子角的局部施加冲击或过大载荷,而使其一小部分断裂。
原因:安装时受到了打击;载荷过大;跌落等;使用不良。
措施:改善安装方法(采用热装、使用适当的工具夹);改善载荷条件;轴承安装到位,使挡边受支承。
6、裂纹、裂缝损伤状态:滚道轮或滚动体有事会产生裂纹损伤。
如果继续使用,裂纹将发展为裂缝。
原因:过大过盈量;过大载荷、冲击载荷;剥落有所发展;由于滚道轮或安装构件的接触而产生的发热和微震磨损;蠕变造成的发热;锥轴的锥角不良;轴的圆柱度不良;轴台阶的圆角半径比轴承倒角大而造成与轴承倒角的干扰。
滚动轴承常见的失效形式及原因分析+浪逐风尖2008-11-05 10:55滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。
一,疲劳剥落疲劳有许多类型,对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。
滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下,其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。
点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象,但形状尺寸很小,点蚀扩展后将形成疲劳剥落。
疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积,使滚动表面呈凹凸不平的鳞状,有尖锐的沟角.通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路.产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面.轴承疲劳失效的机理很复杂,也出现了多种分析理论,如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。
这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象,只能对其中的部分现象作出解释。
目前对疲劳失效机理比较统一的观点有:1、次表面起源型次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时,滚动表面是以内部(次表面)为起源产生的疲劳剥落。
2、表面起源型表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时,滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。
3、工程模型工程模型认为在一般工作条件下,轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。
疲劳产生的原因错综复杂,影响因素也很多,有与轴承制造有关的因素,如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等;也有与轴承使用有关的因素,如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。
具体因素如下:A、制造因素1、产品结构设计的影响产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的,这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。
在设计时,由于各种原因,会造成产品设计与使用的不适用或脱节,甚至偏离了目标值,这种情况很容易造成产品的早期失效。
滚动轴承常见的失效形式及原因分析滚动轴承是一种用于支撑和减少摩擦的常用机械元件。
它们广泛应用于各种机械设备和领域,如汽车、风力发电、机械制造等。
然而,由于工作环境的恶劣条件或长期运行等原因,滚动轴承可能会出现各种故障和失效。
以下是滚动轴承常见的失效形式及其原因分析。
1.疲劳失效:疲劳失效是滚动轴承最常见的失效形式之一、它通常在长时间高速运转或载荷较大的情况下发生。
轴承在不断重复的载荷下产生微小的裂纹,最终导致轴承出现断裂。
这种失效通常与以下原因有关:-动载荷过大:轴承在长时间内承受过大的动载荷,超出了其额定负荷能力。
-轴承安装不当:安装不当会使轴向载荷分布不均匀,导致局部载荷过大。
-润滑不良:缺乏或过多的润滑剂都会导致轴承摩擦增加,使得轴承易于疲劳失效。
2.磨损失效:磨损是轴承常见的失效形式之一、它通常发生在轴承和周围部件之间的摩擦表面上。
常见的磨损形式包括:-磨粒磨损:当粉尘、金属碎屑等进入轴承内部时,会使滚动体、保持架等部件发生磨损。
-粘着磨损:当润滑不良时,摩擦表面出现直接接触,轴承可能会发生粘着磨损。
-磨料磨损:当轴承受污染物质时,如沙尘、水等,会导致轴承表面产生磨料磨损。
3.返现失效:轴承返现是指滚动体和滚道之间的剥离、严重滚道表面损伤或磨擦减小所引起的失效。
返现失效的原因主要有:-轴承清洗不当:清洗过程中使用的溶剂或清洁剂残留在轴承内部,导致润滑性能下降,滚动体容易返现。
-轴承热胀冷缩:当轴承受到温度变化时,轴承和轴承座之间的配合间隙有可能发生变化,导致轴承返现。
-润滑不良:缺乏或过多的润滑剂会导致轴承受到不均匀的载荷分布,容易引起轴承返现。
4.偏磨失效:偏磨是指轴承滚动体在滚道上发生偏磨,导致滚道表面形变或表面破坏。
-不均匀载荷:长期承受不均匀载荷会导致滚动体在滚道上的位置发生偏移,从而引起偏磨失效。
-润滑不良:过多或过少的润滑剂会导致轴承滚动体和滚道之间的摩擦增加,从而引起偏磨。
滚动轴承常见的失效形式及原因分析滚动轴承在使用过程中由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产烧伤、生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、架电腐蚀、保持损坏等。
一,疲劳剥落用应表面在接触力的反复作疲劳有许多类型,对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。
滚动轴承套圈各滚动体劳料由于材疲。
现状剥落下来的象称为疲劳剥落点蚀也是或体从表,下其滚动面金属金属基呈点状片。
后,点蚀扩展将形成疲劳剥落寸但劳起引一种疲现象,形状尺很小疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积,使滚动表面呈凹凸不平的鳞状,有尖锐的沟角.通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路.产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面.轴承疲劳失效的机理很复杂,也出现了多种分析理论,如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。
这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象,只能对其中的部分现象作出解释。
目前对疲劳失效机理比较统一的观点有: 1、次表面起源型次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时,滚动表面是以内部(次表面)为起源产生的疲劳剥落。
2、表面起源型滚动表面是以表面为起源产生的疲表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时,劳剥落。
3、工程模型工程模型认为在一般工作条件下,轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。
疲劳产生的原因错综复杂,影响因素也很多,有与轴承制造有关的因素,如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等;也有与轴承使用有关的因素,如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。
具体因素如下: A、制造因素精度、产品结构设计的影响:产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的,这些目标值如载荷容量、寿命、 1、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。
在设计时,由于各种原因,会造成产品设计与使用的不适用或脱节,甚至偏离了、材料品质的影响:轴承工作时,零件滚动表面承受周期性交变载荷目标值,这种情况很容易造成产品的早期失效。
常见的滚动轴承失效形式1.接触疲劳失效接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生的材料疲劳失效。
接触疲劳失效常见的形式是接触疲劳剥落发。
接触疲劳剥落发生在轴承工作表面,往往也伴随着疲劳裂纹,首先从接触表面以下最大交变切应力处产生,然后扩展到表面形成不同的剥落形状,如点状为点蚀或麻点剥落,剥落成小片状的称浅层剥落。
由于剥落面的逐渐扩大,而往往向深层扩展,形成深层剥落。
深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。
2.磨损失效磨损失效系指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。
持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏,并最终导致轴承尺寸精度丧失及其它相关问题。
磨损失效是各类轴承常见的失效模式之一,按磨损形式通常可分为最常见的磨粒磨损和粘着磨损。
磨粒磨损系指轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物或金属表面的磨屑且接触表面相对移动而引起的磨损,常在轴承工作表面造成犁沟状的擦伤。
粘着磨损系指由于摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均,在润滑条件严重恶化时,因局部摩擦生热,易造成摩擦面局部变形和摩擦显微焊合现象,严重时表面金属可能局部熔化,接触面上作用力将局部摩擦焊接点从基体上撕裂而增大塑性变形。
3.断裂失效轴承断裂失效主要原因是缺陷与过载两大因素。
当外加载荷超过材料强度极限而造成零件断裂称为过载断裂。
过载原因主要是主机突发故障或安装不当。
轴承零件的微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击过载或剧烈振动时也会在缺陷处引起断裂,称为缺陷断裂。
应当指出,轴承在制造过程中,对原材料的入厂复验、锻造和热处理质量控制、加工过程控制中可通过仪器正确分析上述缺陷是否存在,今后仍必须加强控制。
但一般来说,通常出现的轴承断裂失效大多数为过载失效。
4.腐蚀失效有些滚动轴承在实际运行当中不可避免的要接触到水、水汽以及腐蚀性介质等,这些物质会引起滚动轴承的生锈和腐蚀,另外滚动轴承在运转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。
滚动轴承主要的失效形式
滚动轴承作为机械装置中的重要组成部分,在运转过程中往往面
临着各种各样的失效形式。
能够全面、准确地了解这些失效形式,对
于提高滚动轴承的寿命和可靠性有着非常重要的指导意义。
以下将针
对主要的几种失效形式作出详细的介绍。
1、疲劳断裂
疲劳断裂是滚动轴承运转过程中最常见的失效形式之一。
在连续
的载荷变化下,滚动轴承的材料往往会逐渐累积微小的损伤痕迹,长
时间累积下来就会导致材料的疲劳断裂。
这种失效形式通常表现为滚
动体或保持架的开裂、碎裂等。
2、局部损伤
局部损伤是致使滚动轴承失效的另一种比较常见的形式。
局部损
伤通常可以分为磨损、划伤、剥落等几种类型。
这些损伤痕迹的产生
与滚动轴承的材质质量、润滑方式、环境条件等因素有着密切的关系。
例如在高负荷、低润滑情况下,局部损伤容易发生。
3、卡死
在一些情况下,如负荷过大、润滑不良等原因,滚动轴承可能会
发生卡死现象。
当卡死发生时,滚动轴承内部的滚珠或滚子将停止滚动,会严重损伤轴承表面和保持架。
4、失效的预测和定位
滚动轴承失效的预测和定位是确保机械设备长期运转的重要方法之一。
通过对轴承主要失效形式的了解,可以通过振动检测、温度检测、粘度测量等方法进行失效的预测,通过巡检、检修等方法进行失效的定位,进行及时的维护和修理,从而确保机械设备的性能和可靠性。
在使用滚动轴承时,需要按照正常的操作要求,并进行有效的润滑和维护。
及时发现和处置可能的失效形式,可以有效的延长轴承的使用寿命和维护成本。
滚动轴承的常见失效形式
滚动轴承常见的失效形式有以下几种:
1. 疲劳寿命失效:由于长期受到往复或旋转运动的载荷,轴承在加载周期内逐渐疲劳,最终导致材料的损坏和断裂。
2. 磨损失效:轴承在工作时,由于摩擦和磨损,导致轴承表面的润滑膜破裂和金属接触,进而导致表面磨损,影响轴承的使用寿命。
3. 负荷过载失效:当轴承承受超过其设计负荷的过大载荷时,轴承可能会产生塑性变形、疲劳断裂、滚动体撞击等失效情况。
4. 温度过高失效:由于轴承在工作过程中热量产生过多,导致轴承温度升高,使轴承材料的硬度降低、磨损加剧,最终导致轴承失效。
5. 腐蚀和锈蚀失效:当轴承暴露在腐蚀性环境中,例如潮湿、腐蚀性气体等,轴承的表面会发生腐蚀和锈蚀,导致失效。
6. 组装和安装不当导致轴承的形变或损坏,进而影响轴承的使用寿命。
7. 润滑不良:如果轴承的润滑不足或润滑油污染,会导致轴承摩擦、磨损、过热等问题,进而引发失效。
需要注意的是,这些失效形式可能相互影响和交叉存在,因此在轴承的使用和维护过程中,需要综合考虑各种因素,以延长轴承的使用寿命。
滚动轴承常见的失效形式及原因分析滚动轴承在使用过程中由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等;一,疲劳剥落疲劳有许多类型,对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳;滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下,其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落;点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象,但形状尺寸很小,点蚀扩展后将形成疲劳剥落;疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积,使滚动表面呈凹凸不平的鳞状,有尖锐的沟角.通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路.产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面.轴承疲劳失效的机理很复杂,也出现了多种分析理论,如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等;这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象,只能对其中的部分现象作出解释;目前对疲劳失效机理比较统一的观点有:1、次表面起源型次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时,滚动表面是以内部次表面为起源产生的疲劳剥落;2、表面起源型表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时,滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落;3、工程模型工程模型认为在一般工作条件下,轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果;疲劳产生的原因错综复杂,影响因素也很多,有与轴承制造有关的因素,如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等;也有与轴承使用有关的因素,如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等;具体因素如下:A、制造因素1、产品结构设计的影响:产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的,这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等;在设计时,由于各种原因,会造成产品设计与使用的不适用或脱节,甚至偏离了目标值,这种情况很容易造成产品的早期失效;2、材料品质的影响:轴承工作时,零件滚动表面承受周期性交变载荷或冲击载荷;由于零件之间的接触面积很小,因此,会产生极高的接触应力;在接触应力反复作用下,零件工作表面将产生接触疲劳而导致金属剥落;就材料本身的品质来讲,其表面缺陷有裂纹、表面夹渣、折叠、结疤、氧化皮和毛刺等,内部缺陷有严重偏析和疏松、显微孔隙、缩孔、气泡、白点、过烧等,这些缺陷都是造成轴承早期疲劳剥落的主要原因;在材料品质中,另一个主要影响轴承疲劳性能的因素是材料的纯洁度,其具体表现为钢中含氧量的多少及夹杂物的数量多少、大小和分布上;3、热处理质量的影响:轴承热处理包括正火、退火、渗碳、淬火、回火、附加回火等;其质量直接关系到后续的加工质量及产品的使用性能;4、加工质量的影响:首先是钢材金属流线的影响;钢材在轧制或锻造过程中,其晶粒沿主变形方向被拉长,形成了所谓的钢材流线纤维组织;试验表明,该流线方向平行于套圈工作表面的与垂直的相比,其疲劳寿命可相差倍;其次是磨削变质层;磨削变质层对轴承的疲劳寿命与磨损寿命有很大的影响;变质层的产生使材料表面层的组织结构和应力分布发生变化,导致表面层的硬度下降、烧伤,甚至微裂纹,从而对轴承疲劳寿命产生影响; 受冷热加工条件及质量控制的影响,产品在加工过程中会出现质量不稳定或加工误差,如热加工的材料淬、回火组织达不到工艺要求、硬度不均匀和降低,冷加工的几何精度超差、工作表面的烧伤、机械伤、锈蚀、清洁底低等,会造成轴承零件接触不良、应力集中或承载能力下降,从而对轴承疲劳寿命产生不同程度的影响;B、使用因素使用因素主要包括轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等; 不正确的安装方法很容易造成成轴承损坏或零件局部受力产生应力集中,引起疲劳;过大的配合过盈量容易造成内圈滚道面张力增加及零件抗疲劳能力下降,甚至出现断裂; 润滑不良会引起不正常的摩擦磨损,并产生大量的热量,影响材料组织和润滑剂性能;如果润滑不当,即便选用再好的材料制造,加工精度再高,也起不到提高轴承寿命的效果; 密封不良容易使杂质进入轴承内部,既影响零件之间的正常接触形成疲劳源,又影响润滑或污染润滑剂; 根据疲劳产生的机理和主要影响因素,可以有针对性地提出预防措施;如对表面起源损伤引起的疲劳,可以通过对零件表面进行表面强化处理,对次表面起源型疲劳可以通过改善材料品质等措施;而提高零件加工质量尤其是零件表面质量、提高使用质量、控制杂质流入轴承内部、保证润滑质量等措施对预防和延缓疲劳都有十分重要的意义;二、表面塑性变形表面塑性变形主要是指零件表面由于压力作用形成的机械损伤;在接触表面上,当滑动速度比滚动速度小得多的时候会产生表面塑性变形; 表面塑性变形分为一般表面塑性变形和局部表面塑性变形两类;A、一般表面塑性变形:是由于粗糙表面互相滚动和滑动,同时,使粗糙表面不断产生塑性碰撞所造成,其结果形成了冷轧表面,从外观上看,这种冷轧表面已被辗光,但是,如果辗光现象比较严重,在冷轧表面上容易形成大量浅裂纹,浅裂纹进一步发展可能在粗糙表面区域区导致显微剥落,但这种剥落很浅,只有几个微米,它能够覆盖很宽的接触表面;根据弹性流体动压润滑理论,一般表面塑性变形产生的原因是由于两个粗糙表面直接接触,其间没有形成承载的弹性流体动压润滑膜.因此,当油膜润滑参数小于一定值时,将产生的一般表面塑性变形.一般油膜润滑参数值越小表面塑性变形越严重.B、局部表面塑性变形:局部表面塑性变形是发生在摩擦表面的原有缺陷附近;最常见的原有缺陷,如压坑痕、磕碰伤、擦伤、划伤等;1、压坑痕:压坑痕是由于在压力作用下硬质固体物侵入零件表面产生的凹坑痕现象; 压坑痕的形态特征是:形状和大小不一,有一定深度,压坑痕边缘有轻微凸起,边缘较光滑;硬质固体特的来源是轴承零件在运转中产生的金属颗粒、密封不良造成轴承外部杂质侵入;压坑痕产生的部位主要在零件的工作表面上; 预防压坑痕的措施主要有:提高零件的加工精度和轴承的清洁度、改善润滑、提高密封质量等;2、磕碰伤:磕碰伤是由于两个硬质特体相互撞击形成的凹坑现象;磕碰伤的形态特征视两物体形状和相互撞击力的不同其形状和大小不一,但有一定深度,在其边缘处常有突起;磕碰伤主要是操作不当引起的;产生部位可以在零件的所有表面上;预防磕碰伤的措施主要有:提高操作者的责任心、规范操作、改进产品容器的结构和增加零件的保护措施等;3、擦伤:擦伤是两个相互接触的运动零件,在较大压力作用下因滑动摩擦产生的金属迁移现象;严重时可能伴随烧伤的出现;擦伤的形状不确定,有一定长底和宽度,深度一般较浅,并沿滑动或运动方向由深而浅;擦伤可以在产品制造过程中产生也可以在使用过程中产生; 轴承制造成过程中的擦伤预防措施与磕碰伤的预防措施相同;使用中的擦伤预防措施主要是从防止“打滑”方面考虑,改进产品内部结构、提高过盈配合量、调整游隙、改善润滑、保证良好接触状态等;4、划拉伤划拉伤是指硬质和尖锐物体在压力作用下侵入零件表面并产生相对移动后形成的痕迹; 划伤一般呈线型状,有一定深度,宽度比擦伤窄,划伤的伤痕方向是任意的,长度不定;产生部位主要在零件的工作表面和配合表面上;而拉伤只发生在轴承内径过盈配合面上,伤痕方向一般与轴线平行,有一定长度、宽度和深度,并成组出现;划伤可以在轴承制造过程中产生也可在使用中产生;而拉伤只发生在轴承安装拆卸过程中; 预防轴承制造过程中的划伤与预防磕碰伤的措施相同;预防使用中划伤与预防压坑痕的措施基本相同; 预防拉伤的措施是严格安装拆卸规程、保证配合面的清洁、安装时在配合面上适当润滑等;综上所述,预防表面塑性变形的措施是要正确选用轴承、增强材料的耐磨性,保证润滑的有效性、注意安装方法、提高轴承密封装臵的密封性等;三、磨损:在力的作用下,两个相互接触的金属表面相对运动产生摩擦,形成摩擦副;磨擦引起金属消耗或产生残余变形,使金属表面的形状、尺寸、组织或性能发生改变的现象称为磨损;磨损过程包含有两物体的相互作用、黏着、擦伤、塑性变形、化学反应等几个阶段;其中物体相互作用的程度对磨损的产生和发展起着重要的作用; 磨损的基本形工有:疲劳磨损、黏着磨损、磨料粒磨损、微动磨损和腐蚀磨损等; 产生磨损的主要原因: A、异物通过了密封不良的装臵或密封圈进入了轴承内部;B、润滑不当;如润滑油中的杂质未过滤干净、润滑方式不良、润滑剂选用不当、润滑剂变质等; C、零件接触面上的材料颗粒脱离,D、锈蚀;如,由于轴承使用温度变化产生的冷凝水、润滑剂中添加剂的腐蚀性特质等原因形成的锈蚀; 实际中多数磨损属于综合性磨损,预防对策应根据磨损的形式和机理分别采取措施;对于微动磨损,可以采用小游隙或过盈配合来减少使用过程中的微动磨损;可在套圈与滚动体之间采用稀润滑剂润滑或分别包装来减少运输过程的微动磨损;另外,轴承应放在无振动环境下保管,或将轴承内外圈隔离存放可以防止保管过程中产生的微动磨损; 对于黏着磨损可以采取提高加工精度、增强润滑效果等措施来解决; 对于磨料粒磨损,可以采用表面强化处理、表面润滑处理如渗硫、磷化、表面软金属膜涂层等、改善轴承密封结构、提高零件加工精度、保证润滑油过滤质量、减少制造和使用过程中对表面的损伤等方法来解决; 对于腐蚀磨损,应减少轴承使用环境中腐蚀物质的侵入、对零件表面进行耐腐蚀处理或采用耐腐蚀材料制造产品等手段来解决;另外,还可以从产品结构设计和制造的角度进行改进,如提高零件的加工精度、减少磨削加工中产生的变质层、保证弹性流体动压润滑膜等实现预防磨损的目的;四、腐蚀:金属与其所处环境中的物质发生化学反应或电化学反应变化所引起的消耗称为腐蚀;金属腐蚀的形式多种多样,就金属与周围介质作用的性质来分可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类 ;化学腐蚀是由于金属与周围介质之间的纯化学作用引起的;其过程中没有电流产生,但有腐蚀物质产生;这种物质一般都覆盖在金属表面上形成一层疏松膜.化学反应形成的腐蚀机理比较简单,主要是物体之间通过接触产生了化学反应,如金属在大气中与水产生的化学反应形成的腐蚀又称为锈蚀电化学腐蚀是由于金属与周围介质之间产生电化学作用引起的;其基本特点是在腐蚀的同时又有电流产生;电化学反应的腐蚀机理主要是微电池效应; 就滚动轴承而言,产生腐蚀的主要原因有: A、轴承内部或润滑剂中含有水、碱、酸等腐蚀物质 B、轴承在使用中的热量没有及时释放,冷却后形成水分 C、密封装臵失效 D、轴承使用环境湿度大 E、清洗、组装、存放不当腐蚀产生部位:零件各表面都会有;按程度有腐蚀斑点或腐蚀坑洞,斑点和蚀坑一般呈零星或密集分布,形状不规则,深度不定,颜色有浅灰色、红褐色、灰褐色、黑色; 对于金属材料来说,消除腐蚀是比较困难的,但可以减缓腐蚀的发生,防止轴承与腐蚀物质接触,可以通过合金化,表面改性等方法提高耐腐蚀能力,使得金属表面形成一层稳定致密与基体结合牢固的钝化膜;五、蠕动:受旋转载荷的轴承套圈,如果选用间隙配合,在配合表面上会发生圆周方向的相对运动,使配合面上产生磨擦、磨损、发热、变形,造成轴承不正常损坏;这种配合面周向的微小滑动称为蠕动或爬行; 蠕动形成的机理是当内圈与轴配合过盈量不足时,在内圈与轴之间的配合面上因受力产生弹性变形而出现微小的间隙,造成内圈与轴旋转时在圆周方向上的不同步、打滑,严重时在压力作用下发生金属滑移;在外圈与壳体也同样会出理类似的情况; 蠕动形貌特征在一些方面具有腐蚀磨损和微动磨损的某些特征;蠕变在形成过程中也有一些非常细小的磨损颗粒脱落并立即局部氧化,生成一种类似铁锈的腐蚀物;其区别主要根据它们的位臵和分布来判断,如果零件没有受到腐蚀又出现了褐色锈斑,锈斑的周围常常围绕着一圈碾光区,出现的部位又在轴承的配合表面上,那么可能就是蠕动;发生蠕动的配合面上,或出现镜面状的光亮色,或暗淡色,或咬合状,蠕动部位与零件原表面有明显区别; 在轴承的端面由于轴向压紧力不足;或悬臂轴频繁挠曲,运转一定时间后也会出现蠕动的特征;产生蠕动的主要原因是内,外圈与轴或轴承座的配合过盈量不足,或载荷方向发生了变化; 预防的措施:采用过盈配合并适当提高过盈量,在采用间隙配合的场合的场合可用黏结剂将两个配合面固定或沿轴或轴承座的轴向方向将轴承紧固;六烧伤:轴承零件在使用中受到异常高温的影响,又得不到及时冷却,使零件表面组织产生高温回火或二次淬火的现象称为烧伤; 烧伤产生的主要原因是润滑不良、预载荷过大、游隙选择不当、轴承配臵不当、滚道表面接触不良、应力过大等因素所致;如: A、在轴向游动轴承中,如果外圈配合的过紧,不能在外壳孔中移动;B、轴承工作中运转温度升高,轴的热膨胀引起很大的轴向力,而轴承又无法轴向移动时; C、由于润滑不充分,或润滑剂选用不合理、质量问题、老化和变质等; D、内外圈运转温度差大,加上游隙选择不当,外圈膨胀小内圈大呈过盈导致轴承温度急剧升高;E、轴承承受的载荷过大和载荷分布均匀,形成应力集中; F、零件表面加工粗糙,造成接触不良或油膜形成困难; 烧伤的形貌特征可以根据零件表面的颜色不同来判断;轴承在使用中由于润滑剂、温度、腐蚀等原因;零件表面会发生变化,颜色主要有淡黄色、黄色、棕红色、紫蓝色及蓝黑色等,其中淡黄色、黄色、棕红色属于变色,若出现紫蓝色或蓝黑色的为烧伤;烧伤容易造成零件表面硬度下降或出现微裂纹; 烧伤产生的部位主要发生在零件的各接触表面上,如圆锥滚子轴承的挡边工作面、滚子端面、应力集中的滚表面等;烧伤的预防可根据烧伤产生的原因有针对性地采取措施;如正确选用轴承结构和配臵、避免轴了砂承受过大的载荷、安装时采用正确的安装方式防止应力集中、保证润滑效果等;七、电蚀:电蚀是由电流放电引起,致使轴承零件表面出现电击的伤痕,此种损伤称为电蚀;在两零件接触面间一般存在一层油膜,该油膜一定有的绝缘作用,当有电流通过轴承内部时,在两面三刀零件接触表面形成电压差,当电压差高到足以击穿绝缘层时就会在两零件接触表面处产生火区放电,击穿油膜放电,产生高温,造成局部表面的熔融,形成弧凹状或沟蚀;受到电蚀的零件,其金属表面被局部加热和熔化,在放大镜下观察损伤区域一般呈现斑点、凹坑、密集的小坑,有金属熔融现象,电蚀坑呈现火山喷口状;电蚀会使零件的材料硬度下降,并加快磨损发生速度,也会诱发疲劳剥落; 预防电蚀的措施是在焊接或其他带电体与轴承接触时加强轴承的绝缘或接地保护,防止电荷的聚集并形成高的电位差,避免放电现象产生;防止电流与轴承接触;八、裂纹和缺损:当轴承零件所承受的应力超出材料的断裂极限应力时,其内部或表面便发生断裂和局部断裂,这种使材料出现不连续或断裂的现象称为裂纹; 在材料表面或表层下有一种貌似毛发的细微裂纹称为发纹;当发纹扩展到一定程度,使得部分材料完全脱离零件基体的现象称为断裂; 裂纹一般呈线状,方向不定,有一定长度和深宽度,有尖锐的根部和边缘;裂纹有内部裂纹和表面裂纹之分,也有肉眼可见和不可见两种形式,对于肉眼不可见裂纹需要采用无损检测的方法进行观察;发纹一般呈细线状,方;向沿钢材轧制方向断续分布,有一定长度和深度,有时单条有时数条出现; 裂纹产生的原因较为复杂,影响因素很多,如原材料、锻造、冲压折叠、热处理、磨削、局部过大的应力等;发纹形成的原因是钢材在冶炼过程中产生的气泡或夹杂,经轧制变形后存在于材料表层;对于肉眼不可见裂纹需要采用无损检测的方法进行观察; 裂纹的预防措施主要有,在制造方面应控制原材料缺陷如非金属夹杂、表面夹渣、折叠、显微孔隙、缩孔、气泡等;控制加工应力如热处理淬火时产生的内应力热应力和组织应力、磨削应力、冲压应力等;在使用方面注意轴承安装过程中的非正常敲撞击以及安装不良造成的局部应力过大等;另外,还要保证润滑,增强密封效果,控制外部杂质流入,避免轴承与腐蚀性物质接触等;九、保持架损坏:当滚动体进入或离开承载区域时,保持架将受到带有一定冲击性质的拉压应力作用,尤其是滚子轴承的滚子产生倾斜时所受到的应力会更大;在这种应力的反复作用下,保持架的兜孔、过梁、铆钉会出现变形、磨损、疲劳,甚至断裂现象;另外,不正确的安装方式也会损坏保持架;保持架相对套圈的强度一般较弱尤其是冲压保持架,如果安装不得当,将安装力直接施加在保持架上,很容易造成保持架变形;冲压保持架制造过程中产生的应力过大也是造成保持架损坏的原因之一; 防止保持架损坏的措施可以从设计、制造、安装方面考虑;保持架在运转中受到的拉压应力是无法避免的;但提高保持架的强度可通过适当增加保持架过梁铆钉强度来解决;滚子产生倾斜可以通过提高制造和安装质量来解决;改善润滑条件有助于减少磨损;对冲压保持架制造过程中产生的应力可采用振动光饰等方法支除或减少应力;十、尺寸变化:轴承运转一定时间以后,会出现游隙减小或增大的现象;通过对零件尺寸检测可以发现轴承内、外圈或滚动体直径方向的尺寸发生了变化增大或减小,影响轴承的正常旋转精度;若没有了游隙,会出现摩擦磨损加剧、工作温度上升、甚至“卡死”等现象;若游隙变大,会出现振动或噪声增大、旋转精度降低、应力集中等情况;轴承内径增大还很可能出现“甩圈”现象;轴承零件在热处理过程中,保留了一定数量的残佘奥氏体,而奥氏体是一种不稳定相,随着时间或温度的变化,奥氏体将逐步转变为较稳定的马氏体组织,由于马氏体组织的体积大于奥氏体组织,因此,在转变过程中零件的体积将发生涨大;而马氏体组织自身也会产生分解,马氏体分解的结果会出现尺寸收缩的现象;轴承工作温度高对奥氏体的转变和马氏体的分解有促进作用;还有一种情况,零件在内应力释放过程中也会引起尺寸的改变;从预防或控制零件尺寸稳定性的角度考虑,可以在轴承零件热处理时对不稳定的残余奥氏体组织进行稳定化处理;另外,在使用中应保证轴承的使用温度低于轴承允许的工作温度,以防止尺寸出现较大的变化;十一、使用不当引起的损坏:轴承使用不当引起的损坏在轴承失效中占有很大的比例;轴承使用不当涉及轴承选型、轴承配臵、轴承支承结构、配合、安装、润滑、密封、维护保养等诸多方面;轴承失效与使用不当密不可分;十二、其他损伤:A、变色变色是由于轴承在运转过程中因发热引起的表面颜色变化;另外,在温度作用下润滑剂中的部分化学物质、磨损的金属粉末等杂质会黏附在零件表面上也会引起轴承零件颜色变化,这种变色又称污斑;表面颜色一般呈淡黄色、黄色、茶色、棕红色、紫蓝色及蓝黑色等,发热引起的变色一般没有深度;对于使用中的轴承若出现深度变色如紫蓝色或蓝黑色的则有可能形成了烧伤;零件腐蚀也会引起变色,但这类变色有一定深度;轴承零件在运转过程中,因摩擦会产生大量的热,若润滑不充分或散热条件差,热量得不到及时的冷却或扩散,热量的聚积使轴承温度很快升高,温度升高会使附着在轴承零件表面的油膜产生氧化现象,形成一种浅褐色的氧化制,沉积附着在轴承的表面上;但这种变色并不影响轴承的使用,所以允许存生;当轴承因安装不当如安装倾斜或润滑不良等原因使轴承处于一种极不正常的工作状态,引起温度的急速上升,此时轴承的局部温度有可能超过轴承零件的回火温度,甚至更高,并产生严重的变色如蓝黑色。
滚动轴承常见故障及其原因分析一、滚动轴承:是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。
滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成,内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转;外圈作用是与轴承座相配合,起支撑作用;滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间,其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命;保持架能使滚动体均匀分布,防止滚动体脱落,引导滚动体旋转起润滑作用。
二、作用:支承转动的轴及轴上零件,并保持轴的正常工作位置和旋转精度,滚动轴承使用维护方便,工作可靠,起动性能好,在中等速度下承载能力较高。
与滑动轴承比较,滚动轴承的径向尺寸较大,减振能力较差,高速时寿命低,声响较大。
三、优点:1、摩擦阻力小,功率消耗小,机械效率高,易起动。
2、尺寸标准化,具有互换性,便于安装拆卸,维修方便。
3、结构紧凑,重量轻,轴向尺寸更为缩小。
4、精度高,转速高,磨损小,使用寿命长。
5、部分轴承具有自动调心的性能。
6、适用于大批量生产,质量稳定可靠,生产效率高。
7、传动摩擦力矩比流体动压轴承低得多,因此摩擦温升与功耗较低。
8、起动摩擦力矩仅略高于转动摩擦力矩。
9、轴承变形对载荷变化的敏感性小于流体动压轴承。
10、只需要少量的润滑剂便能正常运行,运行时能够长时间提供润滑剂。
11、轴向尺寸小于传统流体动压轴承。
12、可以同时承受径向和推力组合载荷。
13、在很大的载荷-速度范围内,独特的设计可以获得优良的性能。
14、轴承性能对载荷、速度和运行速度的波动相对不敏感。
四、缺点:1、噪音大。
2、轴承座的结构比较复杂。
3、成本较高。
4、即使轴承润滑良好,安装正确,防尘防潮严密,运转正常,它们最终也会因为滚动接触表面的疲劳而失效。
五、故障形式:1、轴承转动困难、发热。
2、轴承运转有异声。
3、轴承产生振动。
4、内座圈剥落、开裂。
5、外座圈波落、开裂。
6、轴承滚道和滚动体产生压痕。
轴承故障原因分析轴承失效是由于材料、设计、制造、安装、操作、维护等多方面因素造成的,因此,确定深沟球轴承失效的主要成因,是工程技术领域的瓶颈问题。
有关轴承安装与维护的历史记录以及对实际运转情况的了解都至关重要,然而工程实际中,相关技术人员往往将这些内容忽略,甚至违背轴承的基本操作要求。
轴承失效,总体来看,包括3个方面:轴承设计、轴承制造、维护使用。
滚动轴承故障形式比较多,主要是磨损失效,点腐蚀,疲劳剥离,压痕,断裂和胶合等,其中更为典型的损伤是疲劳剥离。
细分为以下几点:1.安装不当(塑性变形)、运输1)轴承内外圈防锈油清洗、内外盖的清洗。
2)轴承的装配,冷压和热套。
感应加热。
这种加热方法的缺点是容易使轴承内圈被磁化。
一旦轴承内圈被磁化, 由于剩磁的作用,轴承内就会吸附周围的尘埃、铁屑。
这些被吸附的污染颗粒有可能造成轴承的提早失效。
因此,在电磁加热结束后, 要对轴承进行去磁处理, 以消除轴承剩磁。
建议电机制造厂家使用带有去磁功能的电磁加热器, 以防止轴承剩磁。
3)圆柱轴承安装时不要直接推入,慢慢旋着推入。
4)运输时,防护、防震。
2.不对中、同心度、圆度、油隙原因图1径向负荷轨迹图2轴向负荷轨迹图3 轴径向负荷轨迹图4偏心负荷轨迹图5 异常的负荷痕迹图6 轴承油隙过小痕迹如果发现图4所示的负荷轨迹, 应该立即查找轴承室与电机端盖止口的同心度, 轴承室与基座的同轴度, 以及两端端盖安装好之后的轴承室相对同轴度。
如果电机与其所带负荷出现不对中, 也会在轴承上出现这样的负荷轨迹。
轴承室的形位公差超差将影响轴承内部负荷的分布, 从而造成异常的负荷痕迹, 如图5所示。
图5中的负荷痕迹表明轴承室可能圆度超差, 从而造成非负荷区的球同样承受到负荷, 这样轴承内部经过运行, 会出现发热和噪声。
如果拆卸轴承发现图5的负荷轨迹, 就需要对轴承室的圆度进行调整。
但图5仅仅是形位公差圆度超差的情况。
还有诸如圆柱度超差的情况, 它也可以从负荷轨迹中看到。
滚动轴承主要失效形式及其形成原因介绍滚动轴承是机械设备中支撑和保证轴类零件正常运转的重要零件,滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效,一旦出现失效就会影响机械设备的正常运转。
因此,正确认识和了解滚动轴承的失效形式及形成原因,对于提高轴承使用寿命、提高劳动生产效率和设备使用率以及保证安全生产,都是十分必要的。
滚动轴承在实际生产中,虽然滚动轴承的结构形式各式各样,承受载荷方向不同、大小不一,工作环境和使用条件千差万别,但其失效形式主要有以下几种:①内、外圈或滚动体剥落;②内、外圈或滚动体有压坑:③内、外圈或滚动体磨损;④内、外圈或滚动体裂纹;⑤内、外圈或滚动体点腐蚀;⑥内、外圈或滚动体烧伤;⑦内、外圈或滚动体变色。
现就其主要失效形式及其形成原因做一简单介绍:一、内、外圈或滚动体剥落对于滚动轴承来说零件工作表面承受周期性交变载荷或冲击载荷的作用,由于零件间接触面积很小,因此会产生极高的接触应力。
滚动轴承套圈及各滚动体表面在接触应力的反复作用下,其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。
疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积,使滚动表面呈凹凸不平的鳞状,有尖锐的沟角。
通常呈现疲劳扩展特征的海滩状纹路.产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面。
二、内、外圈或滚动体有压坑压坑是由于在压力作用下硬质固体物侵入零件表面产生的凹坑的现象。
它属于材料的局部表面塑性变形,其产生的部位主要在零件的工作表面上,形状和大小不一,有一定深度,压坑边缘有轻微凸起,边缘较光滑。
其形成的原因是轴承零件在运转中产生的金属颗粒、密封不良造成轴承外部杂质侵入。
预防压坑的措施主要有:提高零件的加工精度和轴承的清洁度、改善润滑、提高密封质量等。
三、内、外圈或滚动体磨损滚动轴承在工作时滚动体和内外圈相互接触的金属表面相对运动产生摩擦,从而引起金属消耗或产生残余变形,使其表面的形状、尺寸、组织或性能发生改变即产生磨损。
滚动轴承常见的失效形式及原因分析滚动轴承在使用过程中由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。
一,疲劳剥落疲劳有许多类型,对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。
滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下,其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。
点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象,但形状尺寸很小,点蚀扩展后将形成疲劳剥落。
疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积,使滚动表面呈凹凸不平的鳞状,有尖锐的沟角.通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路.产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面.轴承疲劳失效的机理很复杂,也出现了多种分析理论,如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。
这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象,只能对其中的部分现象作出解释。
目前对疲劳失效机理比较统一的观点有:1、次表面起源型次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时,滚动表面是以内部(次表面)为起源产生的疲劳剥落。
2、表面起源型表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时,滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。
3、工程模型工程模型认为在一般工作条件下,轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。
疲劳产生的原因错综复杂,影响因素也很多,有与轴承制造有关的因素,如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等;也有与轴承使用有关的因素,如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。
具体因素如下:A、制造因素1、产品结构设计的影响:产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的,这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。
在设计时,由于各种原因,会造成产品设计与使用的不适用或脱节,甚至偏离了目标值,这种情况很容易造成产品的早期失效。
2、材料品质的影响:轴承工作时,零件滚动表面承受周期性交变载荷或冲击载荷。
由于零件之间的接触面积很小,因此,会产生极高的接触应力。
在接触应力反复作用下,零件工作表面将产生接触疲劳而导致金属剥落。
就材料本身的品质来讲,其表面缺陷有裂纹、表面夹渣、折叠、结疤、氧化皮和毛刺等,内部缺陷有严重偏析和疏松、显微孔隙、缩孔、气泡、白点、过烧等,这些缺陷都是造成轴承早期疲劳剥落的主要原因。
在材料品质中,另一个主要影响轴承疲劳性能的因素是材料的纯洁度,其具体表现为钢中含氧量的多少及夹杂物的数量多少、大小和分布上。
3、热处理质量的影响:轴承热处理包括正火、退火、渗碳、淬火、回火、附加回火等。
其质量直接关系到后续的加工质量及产品的使用性能。
4、加工质量的影响:首先是钢材金属流线的影响。
钢材在轧制或锻造过程中,其晶粒沿主变形方向被拉长,形成了所谓的钢材流线(纤维)组织。
试验表明,该流线方向平行于套圈工作表面的与垂直的相比,其疲劳寿命可相差2.5倍。
其次是磨削变质层。
磨削变质层对轴承的疲劳寿命与磨损寿命有很大的影响。
变质层的产生使材料表面层的组织结构和应力分布发生变化,导致表面层的硬度下降、烧伤,甚至微裂纹,从而对轴承疲劳寿命产生影响。
受冷热加工条件及质量控制的影响,产品在加工过程中会出现质量不稳定或加工误差,如热加工的材料淬、回火组织达不到工艺要求、硬度不均匀和降低,冷加工的几何精度超差、工作表面的烧伤、机械伤、锈蚀、清洁底低等,会造成轴承零件接触不良、应力集中或承载能力下降,从而对轴承疲劳寿命产生不同程度的影响。
B、使用因素使用因素主要包括轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。
不正确的安装方法很容易造成成轴承损坏或零件局部受力产生应力集中,引起疲劳。
过大的配合过盈量容易造成内圈滚道面张力增加及零件抗疲劳能力下降,甚至出现断裂。
润滑不良会引起不正常的摩擦磨损,并产生大量的热量,影响材料组织和润滑剂性能。
如果润滑不当,即便选用再好的材料制造,加工精度再高,也起不到提高轴承寿命的效果。
密封不良容易使杂质进入轴承内部,既影响零件之间的正常接触形成疲劳源,又影响润滑或污染润滑剂。
根据疲劳产生的机理和主要影响因素,可以有针对性地提出预防措施。
如对表面起源损伤引起的疲劳,可以通过对零件表面进行表面强化处理,对次表面起源型疲劳可以通过改善材料品质等措施。
而提高零件加工质量尤其是零件表面质量、提高使用质量、控制杂质流入轴承内部、保证润滑质量等措施对预防和延缓疲劳都有十分重要的意义。
二、表面塑性变形表面塑性变形主要是指零件表面由于压力作用形成的机械损伤。
在接触表面上,当滑动速度比滚动速度小得多的时候会产生表面塑性变形。
表面塑性变形分为一般表面塑性变形和局部表面塑性变形两类。
A、一般表面塑性变形:是由于粗糙表面互相滚动和滑动,同时,使粗糙表面不断产生塑性碰撞所造成,其结果形成了冷轧表面,从外观上看,这种冷轧表面已被辗光,但是,如果辗光现象比较严重,在冷轧表面上容易形成大量浅裂纹,浅裂纹进一步发展可能(在粗糙表面区域区)导致显微剥落,但这种剥落很浅,只有几个微米,它能够覆盖很宽的接触表面。
根据弹性流体动压润滑理论,一般表面塑性变形产生的原因是由于两个粗糙表面直接接触,其间没有形成承载的弹性流体动压润滑膜.因此,当油膜润滑参数小于一定值时,将产生的一般表面塑性变形.一般油膜润滑参数值越小表面塑性变形越严重.B、局部表面塑性变形:局部表面塑性变形是发生在摩擦表面的原有缺陷附近。
最常见的原有缺陷,如压坑(痕)、磕碰伤、擦伤、划伤等。
1、压坑(痕):压坑(痕)是由于在压力作用下硬质固体物侵入零件表面产生的凹坑(痕)现象。
压坑(痕)的形态特征是:形状和大小不一,有一定深度,压坑(痕)边缘有轻微凸起,边缘较光滑。
硬质固体特的来源是轴承零件在运转中产生的金属颗粒、密封不良造成轴承外部杂质侵入。
压坑(痕)产生的部位主要在零件的工作表面上。
预防压坑(痕)的措施主要有:提高零件的加工精度和轴承的清洁度、改善润滑、提高密封质量等。
2、磕碰伤:磕碰伤是由于两个硬质特体相互撞击形成的凹坑现象。
磕碰伤的形态特征视两物体形状和相互撞击力的不同其形状和大小不一,但有一定深度,在其边缘处常有突起。
磕碰伤主要是操作不当引起的。
产生部位可以在零件的所有表面上。
预防磕碰伤的措施主要有:提高操作者的责任心、规范操作、改进产品容器的结构和增加零件的保护措施等。
3、擦伤:擦伤是两个相互接触的运动零件,在较大压力作用下因滑动摩擦产生的金属迁移现象。
严重时可能伴随烧伤的出现。
擦伤的形状不确定,有一定长底和宽度,深度一般较浅,并沿滑动(或运动)方向由深而浅。
擦伤可以在产品制造过程中产生也可以在使用过程中产生。
轴承制造成过程中的擦伤预防措施与磕碰伤的预防措施相同。
使用中的擦伤预防措施主要是从防止“打滑”方面考虑,改进产品内部结构、提高过盈配合量、调整游隙、改善润滑、保证良好接触状态等。
4、划(拉)伤划(拉)伤是指硬质和尖锐物体在压力作用下侵入零件表面并产生相对移动后形成的痕迹。
划伤一般呈线型状,有一定深度,宽度比擦伤窄,划伤的伤痕方向是任意的,长度不定。
产生部位主要在零件的工作表面和配合表面上。
而拉伤只发生在轴承内径(过盈)配合面上,伤痕方向一般与轴线平行,有一定长度、宽度和深度,并成组出现。
划伤可以在轴承制造过程中产生也可在使用中产生。
而拉伤只发生在轴承安装拆卸过程中。
预防轴承制造过程中的划伤与预防磕碰伤的措施相同。
预防使用中划伤与预防压坑(痕)的措施基本相同。
预防拉伤的措施是严格安装拆卸规程、保证配合面的清洁、安装时在配合面上适当润滑等。
综上所述,预防表面塑性变形的措施是要正确选用轴承、增强材料的耐磨性,保证润滑的有效性、注意安装方法、提高轴承密封装臵的密封性等。
三、磨损:在力的作用下,两个相互接触的金属表面相对运动产生摩擦,形成摩擦副。
磨擦引起金属消耗或产生残余变形,使金属表面的形状、尺寸、组织或性能发生改变的现象称为磨损。
磨损过程包含有两物体的相互作用、黏着、擦伤、塑性变形、化学反应等几个阶段。
其中物体相互作用的程度对磨损的产生和发展起着重要的作用。
磨损的基本形工有:疲劳磨损、黏着磨损、磨料(粒)磨损、微动磨损和腐蚀磨损等。
产生磨损的主要原因:A、异物通过了密封不良的装臵(或密封圈)进入了轴承内部。
B、润滑不当。
如润滑油中的杂质未过滤干净、润滑方式不良、润滑剂选用不当、润滑剂变质等。
C、零件接触面上的材料颗粒脱离,D、锈蚀。
如,由于轴承使用温度变化产生的冷凝水、润滑剂中添加剂的腐蚀性特质等原因形成的锈蚀。
实际中多数磨损属于综合性磨损,预防对策应根据磨损的形式和机理分别采取措施。
对于微动磨损,可以采用小游隙或过盈配合来减少使用过程中的微动磨损;可在套圈与滚动体之间采用稀润滑剂润滑或分别包装来减少运输过程的微动磨损;另外,轴承应放在无振动环境下保管,或将轴承内外圈隔离存放可以防止保管过程中产生的微动磨损。
对于黏着磨损可以采取提高加工精度、增强润滑效果等措施来解决。
对于磨料(粒)磨损,可以采用表面强化处理、表面润滑处理(如渗硫、磷化、表面软金属膜涂层等)、改善轴承密封结构、提高零件加工精度、保证润滑油过滤质量、减少制造和使用过程中对表面的损伤等方法来解决。
对于腐蚀磨损,应减少轴承使用环境中腐蚀物质的侵入、对零件表面进行耐腐蚀处理或采用耐腐蚀材料制造产品等手段来解决。
另外,还可以从产品结构设计和制造的角度进行改进,如提高零件的加工精度、减少磨削加工中产生的变质层、保证弹性流体动压润滑膜等实现预防磨损的目的。
四、腐蚀:金属与其所处环境中的物质发生化学反应或电化学反应变化所引起的消耗称为腐蚀。
金属腐蚀的形式多种多样,就金属与周围介质作用的性质来分可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。
化学腐蚀是由于金属与周围介质之间的纯化学作用引起的。
其过程中没有电流产生,但有腐蚀物质产生。
这种物质一般都覆盖在金属表面上形成一层疏松膜.化学反应形成的腐蚀机理比较简单,主要是物体之间通过接触产生了化学反应,如金属在大气中与水产生的化学反应形成的腐蚀(又称为锈蚀)电化学腐蚀是由于金属与周围介质之间产生电化学作用引起的。
其基本特点是在腐蚀的同时又有电流产生。
电化学反应的腐蚀机理主要是微电池效应。
就滚动轴承而言,产生腐蚀的主要原因有:A、轴承内部或润滑剂中含有水、碱、酸等腐蚀物质B、轴承在使用中的热量没有及时释放,冷却后形成水分C、密封装臵失效D、轴承使用环境湿度大E、清洗、组装、存放不当腐蚀产生部位:零件各表面都会有。
按程度有腐蚀斑点或腐蚀坑(洞),斑点和蚀坑一般呈零星或密集分布,形状不规则,深度不定,颜色有浅灰色、红褐色、灰褐色、黑色。