李海奇/成都電力機械廠

楊　絮/四川電力（lì）職業技術學（xué）院

　　摘　要（yào）：詳細地（dì）分析（xī）了滾動軸承各種失效的類型及原因，提出了解（jiě）決問題的方法和思路。

　　關鍵詞：滾動軸承；失效類型；痕跡特征

　　0　引言

　　滾動軸承是工程機械設備中常用重要機件，各種因素導致的（de）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（de）原因並采取必要的改（gǎi）善措施，防止不利因素的發生，是非常有意義的。即使有時沒有找出失效的真（zhēn）實原因（yīn），也能（néng）得出一些方向性（xìng）的（de）提示，排除一些錯誤的觀點和避免一些不必要的彎路。

　　1　滾動軸承運轉軌跡模式

　　滾（gǔn）動軸承在低負荷下運轉時，內、外圈滾道接觸（chù）麵會有一些鈍化痕跡，通常這不算磨損（sǔn），對（duì）軸承壽命影響不大（dà）。鈍化（huà）痕跡形成的部位及大小即所謂的軌跡模（mó）式，因轉動與滾動情（qíng）況不（bú）同而各異，一般（bān）可以通過對（duì）軌跡模式的檢測來（lái）掌握軸承的運（yùn）行環境，區分其運行環境是否正常和適當。

　　2　失效分類及實例

　　軸承失（shī）效的典型（xíng）損壞（huài）形式一般是由初期階段延續上（shàng）升到第（dì）二階段，即由壓（yā）痕、擦痕、刮傷、電擊、鏽跡、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（shī）效，而軸承失效通常表現為各階段損壞的混合，以下為（wéi）常見的失效形式（shì）和不適當運行（háng）方式（shì）。

　　2.1疲勞

　　疲勞是載荷所產生的（de）剪切應力在金屬承載表麵以下快速周期（qī）性的出現，經過一定時間後產生微觀裂紋，並（bìng）逐漸延伸到金（jīn）屬表麵引起的剝離或脫落，並逐漸擴展（zhǎn）Z終使軸承失效。它與因潤滑不足、粗糙表麵及微觀凹凸在周期載荷作（zuò）用下滾道（dào）表麵形成的微小裂紋不同，表麵裂紋（或表（biǎo）麵疲（pí）勞）非常細微，但逐（zhú）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、流失、潤滑不充分或潤滑失效，無法形成有承載力的油（yóu）膜，金屬之（zhī）間（jiān）直接接觸，相對滑動（dòng），表麵材料原始微觀刀（dāo）紋被磨掉，起初出現（xiàn）明顯的碾壓光亮（liàng）鏡麵效果。當（dāng）潤滑油（yóu）耗（hào）盡，幹摩擦使溫度急劇上升（shēng），發藍直至呈棕色，溫度繼續升高，金屬表麵變軟，發生流動和粘（zhān）連，表麵材料發（fā）生（shēng）相互轉移的拖尾效應，呈淚痕狀（zhuàng）。摩擦發生時，某些材料的表麵也（yě）可能會被加熱後（hòu）又（yòu）經油淋快速冷卻而局部（bù）硬化，造成滾動中局部（bù）應力集中和其（qí）它材料的加速（sù）磨損。

　　2.2.2汙染原因

　　因裝配操作不當，密（mì）封性差，維護不良，雜質或軸承材料磨屑進入（rù）等，軸承工作麵會被逐漸磨損直至不能使用（yòng）。

　　2.2.3振動原因

　　軸承（chéng）靜止時，滾子與滾道間還未形成潤滑膜，相互接觸的金（jīn）屬之間受（shòu）振動（dòng）環境影（yǐng）響產生相對移動摩擦，有時會產生搓板條紋狀印痕，微小顆粒從滾道表麵剝離形成印痕，滾柱軸承產生長條凹槽，滾珠（zhū）軸承產生（shēng）球狀凹坑。大多情況剝離部位會氧化使印（yìn）痕底部有暗紅色鏽跡，而滾（gǔn）子沒（méi）有明（míng）顯的損害。振動幅度（dù）的大小、持續的時（shí）間和間隙的大小（xiǎo）都影響損害的程度（dù），但振頻與（yǔ）損害程度無顯著關係。圓柱滾子軸承相對更易受到傷害，因為滾（gǔn）珠能在任何方（fāng）向滾（gǔn）動，而（ér）滾柱隻能（néng）朝一個（gè）方向滾動，其他方向則形成（chéng）滑動。所以，提供振動阻尼基座、采用油浴潤滑、軸承預加彈性載（zǎi）荷，或可能情況下采用球麵滾子代替圓柱滾子等，盡量避免（miǎn）振動損害（hài）。

　　2.2.4進出載荷區

　　滾動（dòng）軸（zhóu）承運轉時，載荷區的滾子（zǐ）受（shòu）到內、外圈的壓力驅動處於滾動狀態，而無載（zǎi）荷區域的滾子並未完全形（xíng）成滾動，當這部分滾子處於正在進入（rù）與尚未進入（rù）載荷時刻，處於剛性體與塑性體、滑動和滾動的混合狀態，受加速、壓力失圓和劇烈的搓擠，此（cǐ）刻若潤滑油膜（mó）失效，會導致滾子和（hé）內外滾道磨損。

　　2.2.5安裝（zhuāng）原（yuán）因

　　安裝圓柱滾子軸承時，滾子與保持架相連的（de）環（huán）應加（jiā）以潤滑和旋轉進行安（ān）裝，否則滾子容易刮擦滾道，導致與滾子間距（jù）一致的橫向擦痕。批量裝配軸承時若（ruò）采用合理的工裝會非常方便。若軸承內圈與軸、外（wài）圈與軸承座配合不夠緊（jǐn），此種情況靠軸向壓緊（jǐn）難以改善，運行時產生相對運動（跑（pǎo）套），在軸和（hé）軸承孔、軸承外表麵和軸承座孔會產生磨損。

　　2.2.6軸（zhóu）承（chéng）結構（gòu）

　　軸承擋邊、角環及保持架等都容（róng）易在運行中發生摩擦，雙列球麵（miàn）滾子軸承的中隔圈在尺寸設計上過（guò）於靠近保持架容易（yì）磨損；雙支撐軸承（chéng）跨度較大時，常因熱膨脹釋放受阻，受過（guò）大的單向軸向載（zǎi）荷（hé）導（dǎo）致滾子端部與擋（dǎng）邊和角環的導向麵發生磨損。

　　2.2.7軸承質量原因

　　不具備資質的製造廠家所生產的軸承，結構設（shè）計不合理、材料選用不（bú）當、製造上的缺陷、質量控製不善、工藝執（zhí）行不（bú）嚴及運輸保管失誤等（děng），均可能引起軸（zhóu）承較快磨損。

　　2.3凹痕

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

　　2.3.2毛刺類雜質卷入滾動（dòng）中座環會產生碾壓凹痕，導致凹痕的粒子並不一定很硬，碎紙、纖維也可能導致這種情況。

　　2.4瘢痕

　　推力（lì）球軸承若載荷不（bú）足情況下轉速過（guò）高，離心力會把滾珠甩向滾道外（wài）側，滾珠與滾道產生相對滑動而非正常滾（gǔn）動，導致滾道外側形成傾斜的條狀劃擦痕跡，一般（bān）通過對軸承附加預緊載荷（如彈簧）可以避免（miǎn）。此外，一些軸承定（dìng）位件、壓緊件及隨軸旋轉件的各種缺陷也會在軸承上留下損傷（shāng）痕跡。

　　2.5腐蝕和鏽蝕

　　暴露在空氣中的軸承金（jīn）屬表麵會產生一層很薄的氧化保護膜，但若無潤滑油保護，此薄膜極（jí）易破壞，一經（jīng）與水或腐蝕元素接觸，就會產生腐（fǔ）蝕痕跡並（bìng）迅速擴展。如鹽水能產生電解腐蝕（shí），一般硫酸腐蝕很（hěn）快，硝液腐蝕較弱（ruò）。腐蝕也可因摩擦引起氧化薄膜破壞，氧化（huà）逐漸滲透至材料內部，鏽蝕處破裂形成凹坑，產生承載不均勻，載荷分布惡化。

　　2.6電擊

　　當對機械設備施焊，電流（liú）從一（yī）個軸（zhóu）承環（huán）經（jīng）滾子流向另一個環，接觸點產生高溫電弧，局部（bù）材料受熱產生大小不一的變色或灼傷區域（yù），此處材料被回火、被再次硬化或融（róng）化，形成凹（āo）坑褶皺，滾動受到影響，外環滾道上的剝（bāo）落（luò）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。轉動（dòng）著的軸承對電流損害更敏感（gǎn），損傷（shāng）的程度取決於電流強度、持（chí）續時間、載荷、速度和潤滑。

　　有（yǒu）時電流產生（shēng）的凹痕與振動引起（qǐ）的凹痕非常相（xiàng）似，一般較難區分，但是前（qián）者產生（shēng）的凹痕底（dǐ）部深暗發（fā）黑，通常不明亮不鏽（xiù）蝕；而振（zhèn）動引起的凹痕底部較亮或（huò）帶鏽跡；另一個特征是振動損（sǔn）傷主要在滾道上，滾子上無（wú）明顯損傷。

　　2.7剝落（luò）

　　通常的軸（zhóu）承剝（bāo）落並非疲勞已達到額定壽命，而（ér）有（yǒu）可能存在6種情況。

　　2.7.1軸承配置選型不當，裝調預載荷（hé）過大，配合過緊造成軸承運行過載（zǎi）荷。

　　2.7.2運行軸承散熱不良，材料（liào）間相互溫差過大，軸承圈熱變形和（hé）局部高負載會（huì）引起剝落（luò）。

　　2.7.3剖分式軸承座中（zhōng）分麵錯（cuò）位或連接螺栓過（guò）緊，致軸承孔（kǒng）失圓（yuán）而（ér）形成附加載荷（hé）。

　　2.7.4雙支型軸承浮動端移（yí）動度受限，不能釋放熱膨脹引起的軸向附加載荷，導（dǎo）致擠壓（yā）。

　　2.7.5安裝傾斜（xié），定位不良或缺乏定位，內外圈不同軸，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（chéng）則在內圈一側滾道邊緣超載出現印痕和剝（bāo）落。

　　2.7.6硬粒雜質汙染碾壓造成（chéng）剝落（luò），其它如表麵腐蝕、鏽蝕、摩擦或電（diàn）擊損害等引起（qǐ）的剝落，當剝落到一定（dìng）程度時，通過聲（shēng）音和振動的不正常可以判斷出。

　　2.8斷裂（liè）

　　2.8.1野蠻拆裝，對內外環的直接錘擊（jī）或以硬物敲鑿（záo）都將導致（zhì）裂（liè）紋或碎片脫落；球麵滾子軸承（chéng）裝配（pèi）時受敲擊（jī）易（yì）造成中部法蘭破裂或撞擊（jī）力由另一列滾（gǔn）子傳遞後造成（chéng）另一側內環外擋邊破裂（liè）。

　　2.8.2錐形內孔或脹套緊力過度，圓柱（zhù）孔內圈配合過盈量過大，導致過度加熱後與主軸套裝過緊，造成（chéng）內環上過大的附加（jiā）拉（lā）應力，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，運行中產生相對（duì）轉動和摩擦，易導致內圈（quān）裂紋或橫貫摩擦麵的斷裂。

　　2.8.4深溝球軸承易產生外圈周向斷（duàn）裂，嚴（yán）重磨損鏽蝕的球麵滾子軸承易產生內圈橫向斷（duàn）裂。

　　2.9保持架損壞

　　2.9.1劇烈（liè）振（zhèn）動下（xià）滾子慣（guàn）性（xìng）力會使保持架受衝擊過載荷，保持架內部會疲勞產生（shēng）裂紋，這些裂紋遲早會導致保持架破裂。

　　2.8.2若軸承轉速超過保持架設計強度，保持架也會（huì）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（dòng）摩擦，但保持架和（hé）與其（qí）接觸的軸承組（zǔ）件不可避免（miǎn）地會產生滑動摩擦。保持架材料（liào）相對偏軟，若潤滑不充分和（hé）微粒研（yán）磨，磨損相對較快，當保持架尺（chǐ）寸因磨（mó）損減小後，間隙增大，對滾動件的導向作用減（jiǎn）弱，滾動會偏離正常運動軌跡，會更加速保持架（jià）失效。

　　2.9.4若硬質顆粒進入保（bǎo）持架阻礙（ài）了滾（gǔn）子正（zhèng）常旋轉，也將導致保持架失效。

　　2.9.5其它原（yuán）因：若軸承安裝時內外環軸心偏移或軸承間隙增（zēng）大，滾子以橢圓和非正常軌跡運（yùn）動（dòng），那麽保持（chí）架每轉（zhuǎn）一圈都必定改（gǎi）變形（xíng）狀，產（chǎn）生（shēng）附加載荷或承受劇（jù）烈加速、減速及速度波動和慣性力（lì）的影響，其內部材料（liào）遲早會因疲勞導致破損。

　　3　結論

　　總之，隻要注意保護運行現場和保留失效軸承遺留物（wù）件，認真進行觀察分析和不斷總結積累經驗，就能找到解決問題的方法和思路，從失效軸承的運行（háng）環境和損壞痕跡分析中獲益。

來源：《風機技術》2008年第6期