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常见的滚动轴承失效形式

2017-09-08

    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。

        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。
 
    2. 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。
 
    3. 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。滚动轴承的生锈和腐蚀会造成套圈、滚动体表面的坑状锈,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。
 

        除此之外,滚动轴承在工作中,由于外界或内在因素的影响,使原有配合间隙改变,精度降低,乃至造成“咬死”称为游隙变化失效。外界因素如过盈量过大,安装不到位,温升引起的膨胀量、瞬时过载等,内在因素如残余奥氏体和残余应力处于不稳定状态等均是造成游隙变化失效的主要原因。
        滚动轴承在使用过程中由于本身质量和外部条件的原因,其承载能力,旋转精度和减摩能性能等会发生变化,当轴承的性能指标低于使用要求而不能正常工作时,就称为轴承损坏或失效,轴承一旦发生损坏等意外情况时,将会出现其机器、设备停转,功能受到损伤等各种异常现象。因此需要在短期内查处发生的原因,并采取相应措施。当然,滚动轴承损坏的情况比一般机械零件的损坏要复杂得多,滚动轴承损坏的特点是表现形式多,原因复杂,轴承的损坏除了轴承设计和制造的内在因素外,大部分是由于使用不当,例如:选型不适合、支承设计不合理,安装不当,润滑不良,密封不好等外部因素引起的。研究滚动轴承损坏的形成和原因具有重要的意义,一方面可以改进使用方法,正确地使用轴承,充分发挥轴承应有的效能,另一方面有助于开发性能更好的新产品。本文中除了叙述滚动轴承使用中注意事项、安装方法、运转监察等外,还着重介绍轴承损坏的形式和原因及应采取的对策。
 
 
    1.轴承的使用
 
    1.1使用注意事项

        滚动轴承使精密零件,因而在使用时要求相应地持慎重态度,既便使用了高性能的轴承,如果使用不当,也不能达到预期的性能效果,所以,使用轴承应注意以下事项:
        ①保持轴承及其周围环境的清洁。即使肉眼看不见的微笑灰尘进入轴承,也会增加轴承的磨损,振动和噪声。
        使用安装时要认真仔细,不允许强力冲压,不允许用锤直接敲击轴承,不允许通过滚动体传递压力。
        ③使用合适、准确的安装工具,尽量使用专用工具,极力避免使用布类和短纤维之类的东西。
        ④防止轴承的锈蚀,直接用手拿取轴承时,要充分洗去手上的汗液,并涂以优质矿物油后再进行操作,在雨季和夏季尤其要注意防锈。
 
    1.2 配合
 
    1.2.1 配合的选择

        滚动轴承的内径尺寸和外径尺寸是按标准公差制造的,轴承内圈与轴,外圈与座孔的配合松紧程度只能通过控制轴颈的公差和座孔的公差来实现。轴承内圈与轴的配合采用基孔制,轴承外圈与座孔的配合采用机轴制。正确选择配合,必须知道轴承的实际负荷条件,工作温度及其他要求,而实际上是很困难的。因此,多数情况是根据使用精研选择配合的。
    1.2.2负荷性质

        选择配合首先应考虑负荷向量相对套圈的旋转情况。按照合成径向负荷向量相对于套圈的旋转情况,套圈所承受的复合可分为:固定负荷、旋转负荷和摆动负荷。
    ①固定负荷

        作用于套圈上的合成径向负荷,并传至轴或轴承座的相应局部区域,由套圈滚道的局部区域所承受,这种负荷称为固定负荷。其特点是合成径向负荷向量与套圈相对静止。承受定向负荷的套圈可选用较松的配合。
    (2)旋转负荷

        作用于套圈上的合成径向负荷沿滚道圆周方向旋转,顺次由各个部位所承受,这种负荷称为旋转负荷,其特点是合成径向负荷向量相对于套圈旋转。承受旋转负荷的套圈应选紧配合,在特殊情况卜,如负荷很轻,或在重负荷作用下套圈仅偶尔低速转动,轴承选用较硬材料和表面粗糙较高时,承受旋     转负荷的套圈也可选用较松的配合。
    (3)摆动负荷

        作用十套圈上的合成径向负荷方向不定,这种负荷情况称为摆动负荷或不定向负荷,其特点是作用套圈上的合成径向负荷向量在套圈滚道的一定区域内摆动,为滚道一定区域所承受,或作用于轴承上的负荷是冲击负荷,振动负荷,其方向,数值经常变动的负荷。承受摆动负荷得轴承内、外套圈与轴、轴承座孔的配合都应采用紧配合。
    1.2.3负荷大小

        套圈与轴或外壳间的过赢最取决于负荷的大小,较重的负荷采用较大的过赢量,较轻的负荷采用较小的过赢量。通常将当量径向负荷p分成“轻”、“正常”、“重”负荷三种情况。
    1.2.4 配合表面的粗糙度和形位公差

        配合表面的粗糙度和形位公差,直接影响产品的使用性能,如耐磨性,抗腐蚀性和配合性质等。为此,合理规定轴和外壳孔的形位公差和提出配合表面的粗糙度要求,对于稳定配合性质,提高过赢配合的联结强度至关重要。
 
    1.3轴承安装
 

        轴承安装的好坏与否,将影响到轴承的精度、寿命和性能。因此,请充分研究轴承的安装,即请按照包含如下项日在内的操作标准进行轴承安装。
    1.3.1清洗轴承及相关零件,(对已经脂润滑的轴承及双侧具油封或防尘盖,密封圈轴承安装前无需清洗。)
    1.3.2检查相关零件的尺寸及精加工情况
    1.3.3安装方法

        轴承的安装应根据轴承结构,尺寸大小和轴承部件的配合性质而定,压力应直接加在紧配合得套圈端面上,不得通过滚动体传递压力,轴承安装一般采用如下方法:
        ① 压入配合
        轴承内圈与轴使紧配合,外圈与轴承座孔是较松配合时,可用压力机将轴承先压装在轴上,然后将轴连同轴承一起装入轴承座孔内,压装时在轴承内圈端面上,垫一软金属材料做的装配套管(铜或软钢),装配套管的内径应比轴颈直径略大,外径直径应比轴承内圈挡边略小,以免压在保持架上。
        轴承外圈与轴承座孔紧配合,内圈与轴为较松配合时,可将轴承先压入轴承座孔内,这时装配套管的外径应略小于座孔的直径。
        如果轴承套圈与轴及座孔都是紧配合时,安装室内圈和外圈要同时压入轴和座孔,装配套管的结构应能同时押紧轴承内圈和外圈的端面。
        ② 加热配合
        通过加热轴承或轴承座,利用热膨胀将紧配合转变为松配合的安装方法。是一种常用和省力的安装方法。此法适于过盈量较大的轴承的安装,热装前把轴承或可分离型轴承的套圈放入油箱中均匀加热 80 一 100 ℃ ,然后从油中取出尽快装到轴上,为防止冷却后内圈端而和轴肩贴合不紧,轴承冷却后可以再进行轴向紧固。轴承外圈与轻金属制的轴承座紧配合时,采用加热轴承座的热装方法,可以避免配合面受到擦伤。
        用油箱加热轴承时,在即箱底一定距离处应有一网栅,或者用钩子吊着轴承,轴承不能放到箱底上,以防沉杂质进入轴承内或不均匀的加热,油箱中必须有温度计,严格控制油温不得超过100 ℃,以防止发生回火效应,使套圈的硬度降低。
        ③ 圆锥孔轴承的安装
        圆锥孔轴承可以直接装在有锥度的轴颈上,或装载紧定套和退卸套的锥面上,其配合的松紧程度可用轴承径向游隙减小量来衡量,因此,安装前应测量轴承径向游隙,安装过程中应经常测最游隙以达到所需要的游隙减小量为止,安装时一般采用锁紧螺母安装,一也可采用加热安装的方法。
 

        ④ 推力轴承的安装
        推力轴承的周全与轴的配合一般为过渡配合,座圈与轴承座孔的配合一般为间隙配合,因此这种轴承较易安装,双向推力轴承的中轴泉应在轴上固定,以防止相对于轴转动。
        轴承的安装方法,一般情况卜是轴旋转的情况居多,因此内圈与轴的配合为过赢配合,轴承外圈与轴承室的配合为间隙配合。
    1.3.4轴承安装后的检查
    1.3.5润滑剂的添加
 
    1.4轴承运转检查
 

        轴承安装结束以后,应马上进行运转检查,已确定安装是否正常。
        再此运转检查中若发现异常现象,应马上停止运转,并对机器进行检查,生产的原因及其措施。
 
 
    2. 轴承的诊断管理
 

        为使滚动的轴承具有的性能,在良好的条件卜能够维持长期使用,必须对轴承进行检查和保养,这种检查与保养(轴承装前保管见附页轴承储存),对提前预防.玫障是很重要的,希望根据适合机器运转条件的操作标准,进行定期检查和保养,一般采用如卜方法:
 
    2.1运转状态下得量中检查

        根据轴承的滚动声、振动、温度的检查和润滑剂的性质检查,润滑剂的补充或更换时间进行判断。
 
    2.2轴承检查

        充分观察机器的定期检查和更换而拆卜莱德轴承,检查滚道而状况和有无损伤及可否再次使用。
 
 
    3.运转中检查与故障处理
 

        运转中的检查项日有轴承的滚动声、振动、温度、润滑的状态等,具体情况如下:
 
    3.1轴承的滚动声

        采用侧声器对运转中的轴承的滚动声的大小及音质进行检查,轴承即使有轻微的剥离等损伤,也会发出异常音和不规则音,用测声器能够分辨。
 
    3.2轴承的振动

        轴承振动对轴承的损伤很敏感,例如剥落、压痕、锈蚀、裂纹、磨损等都会在轴承振动测最中反映出来,所以,通过采用特殊的轴承振动测量器(频率分析器等)可测量出振动的大小,通过频率分不可推断出异常的具体情况。测得的数值因轴承的使用条件或传感器安装位置等而不同,因此需要事先     对每台机器的测量值进行分析比较后确定判断标准。
 
    3.3轴承的温度

        轴承的温度,一般有轴承室外而的温度就可推测出来,如果利用油孔能直接测最轴承外圈温度,则更位合适。
        通常,轴承的温度随着运转开始慢慢上升,1-2小时后达到稳定状态。轴承的正常温度因机器的热容量,散热量,转速及负载而不同。如果润滑、安装部合适,则轴承温都会急骤上升,会出现异常高温,这时必须停止运转,采取必要的防范措施。
        使用热感器可以随时监测轴承的工作温度,并实现温度超过规定值时自动报警或停止,防止燃轴事故发生。
 
    3.4润滑
    3.4.1轴承润滑的作用

        润滑对滚动轴承的疲劳寿命和摩擦、磨损、温升、振动等有重要影响,没有正常的润滑,轴承就不能工作。分析轴承损坏的原因表明,40%左右的轴承损坏都与润滑不良有关。因此,轴承的良好润滑是减小轴承摩擦和磨损的有效措施。除此之外,轴承的润滑还有散热,防锈、密封、缓和冲击等多种作用,轴承润滑的作用可以简要地说明如下:
        ① 在相互接触的二滚动表而或滑动表面之间形成一层油膜把二表面隔开,减少接触表面的摩擦和磨损。
        ② 采用油润滑时,特别是采用循环油润滑、油雾润滑和喷油润滑时,润滑油能带走轴承内部的大部分摩擦热,起到有效的散热作用。
        ③ 采用脂润滑时,可以防止外部的灰尘等异物进入轴承,起到封闭作用。
        ④ 润滑剂都有防止金属锈蚀的作用。
        ⑤ 延一民轴承的疲劳寿命。
    3.4.2脂润滑和油润滑的比较

        轴承的润滑方法大致分为脂润滑和油润滑两种。为了充分发挥轴承的功能,重要的是根据使用调减和使用口的,采用润滑方法。
    3.4.3脂润滑

        润滑脂是由基础油,增稠剂及添加剂组成的润滑剂。当选择时,应选择非常适合于轴承使用条件的润油脂,由于商标不同,在性能上也将会有很大的差别,所以在选择的时候,必须注意。
        轴承常用的润滑脂有钙从润滑脂、钠摧润滑脂、钙钠摧润滑脂、锉从润滑脂、铝攀润滑脂和二硫化铝润滑脂等。
        轴承中充填润滑脂的数最,以充满轴承内部空间的1/2-1/3为适宜。高速时应减少至1/3。过多的润滑脂将使温升增高。
    3.4.4润滑脂的选择

        按照工作温度选择润滑脂时,主要指标应是滴点,氧化安定性和低温性能,滴点一般可用来评价高温性能,轴承实际工作温度应低于滴点10-20℃。合成润滑脂的使用温度应低于滴点20-30℃ 。
        根据轴承负荷选择润滑脂时,对重负荷应选针入度小的润滑脂。在高压下工作时除针入度小外,还要有较高的油膜强度和极压性能。
        根据环境条件选择润滑脂时,钙从润滑脂不易溶于水,适于干燥和水分较少的环境。
    3.4.5油润滑在高速、高温的条件下,脂润滑已不适应时可采用油润滑。通过润滑油的循环,可以带走大量热量。

        粘度是润滑油的重要特性,粘度的大小直接影响润滑油的流动性及摩擦面间形成的油膜厚度,轴承工作温度卜润滑油的粘度一般是12-15cst。转速愈高应选较低的粘度,负荷愈重应选较高的粘度。常用的润滑油有机械油、高速机械油、汽轮机油、压缩机油、变压器油、气缸油等。
    油润滑方法包括:

        ① 油浴润滑油浴润滑是最普通的润滑方法,适于低、中速轴承的润滑,轴承一部分浸在山槽中,润滑油山旋转的轴承零件带起,然后又流回油槽油面应稍低于最低滚动体的中心。
        ② 滴油润滑滴油润滑适于需要定量供应润滑油得轴承部件,滴油量一般每3-8秒一滴为宜,过多的油量将引起轴承温度增高。
        ③ 循环油润滑
        用油泵将过滤的油输送到轴承部件中,通过轴承后的润滑油再过滤冷却后使用。山于循环油可带走一定的热量,使轴承降温,.玫此法适用于转速较高的轴承部件。
        ④ 喷雾润滑
        用干燥的压缩空气经喷雾器与润滑油混合形成油雾,喷射轴承中,气流可有效地使轴承降温并能防止杂质侵入。此法适于高速、高温轴承部件的润滑。
        ⑤ 喷射润滑用油泵将高压油经喷嘴射到轴承中,射入轴承中的油经轴承另一端流入油槽。在轴承高速旋转时,滚动体和保持架也以相当高的旋转速度使周围空气形成气流,用一般润滑方法很难将润滑油送到轴承中,这时必须用高压喷射的方法将润滑油喷至轴承中,喷嘴的位置应放在内圈和保持架中心之间。
    3.4.6固体润滑

        在一些特殊使用条件下,将少量固体润滑剂加入润滑脂中,如加入3-5%的1号二硫化铝可减少磨损,提高抗压耐热能力,对于高温、高雅、高真空、耐腐蚀、抗辐射,以及极低温等特殊条件,把固体润滑剂加入工程塑料或粉末冶金材料中,可制成具有自润滑性能的轴承零件,如用粘结剂将固体润滑剂粘结在滚道、保持架和滚动体上,形成润滑薄膜,对减少摩擦和磨损有一定效果。
    3.4.7润滑剂的补充与更换

        ① 润滑脂的补充间隔时间
        由于机械作用,老化及污染的增加,轴承配置中所填的润滑从将逐渐失去其润滑性能。因此,对润滑秩需不断补充和更新。润滑剂补充的间隔时间会因轴承的形成、尺寸和转速等而不同。
        另外,当轴承温度超过70℃的情况下,轴承温度每上升15℃ ,就要使用润滑脂的补充间隔时间减少一半。
        双面封闭轴承在制造时己经装入脂,“HRB”在这些产品中使用的是标准润滑脂,共运行温度范围和其他性能适宜于所规定的场合,且填脂量也与轴承大小相应,脂的使用寿命一般可超过轴承寿命,除特殊场合,不需补充润滑脂。
        ② 润滑油的更换周期
        润滑油的更换周期因使用条件和油量等不同,一般情况下,在运转温度为50℃以下,灰尘少的良好环境下使用时,一年更换一次,当油温达到100℃时,要3个月或更短时间更换一次。
 
 
    4.轴承的检查
 
    对设备的定期检修,运转检查及州制零件更换时被拆卸卜来的轴承进行检查,以次判断可否再次使用或使用情况的好与坏。要仔细调查和记录被拆下来的轴承和外观情况,为了弄清和调查润滑剂的剩余最,取样以后,要很好地清洗一下轴承。其次检查滚道面,滚动面和配合面的状况以及保持架的磨损状态等有无损伤和异常情况。判断轴承可否再次使用,要在考虑轴承损伤的程度,机器性能、重要性、运行条件、检查周期等以后再来决定。
    检查结果,如果发现轴承有损伤和异常估况时,请对照第 7 项轴承损伤一节的内容查明原因,制定对策。
    另外,检查结果,如果有下面几种缺陷的话,轴承就不能再用了,需要更换新的轴承。

        ① 内外圈、滚动体、保持架其中任何一个有裂纹和出现碎片的。
        ② 内外圈、滚动体其中任何一个有剥离的。
        ③ 滚道面、挡边、滚动体有显著卡伤的。
        ④ 保持架的磨损严重或铆钉松动厉害的。
        ⑤ 滚道面、滚动体生锈和有伤痕的。
        ⑥ 滚动面、滚动体上有显著压痕和打痕的。
        ⑦ 内圈内径面或外圈外径上有蠕变的。
        ⑧ 过热变色厉害的。
        ⑨ 润滑脂密封轴承的密封圈和防尘盖破损来严重的。




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