滾動(dòng)軸承的的故障分析與控制措施

[摘 要]介紹了滾動(dòng)軸承在裝配過(guò)程中引發(fā)的幾種失效現(xiàn)象，如:并對(duì)此提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

[關(guān)鍵詞]裝配 失效 檢查方法 注意事項(xiàng)

[中圖分類(lèi)號(hào)]TE [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1009-5489(2009)12-0172-02

滾動(dòng)軸承是一種重要的機(jī)械元件，基本結(jié)構(gòu)是由外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體、保持架所組成。滾動(dòng)軸承的類(lèi)型很多，按其滾動(dòng)體形狀分為球軸承、滾子軸承及滾針軸承;按其可承受負(fù)荷的方向不同可分為向心軸承、向心推力軸承和推力軸承，其工作性能和使用壽命不僅取決于軸承本身的制造精度，還和與之相配合的孔、軸的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度、選用的配合性質(zhì)以及安裝正確與否等因素有關(guān)。下面僅就在安裝過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，以找出解決失效的措施，提高滾動(dòng)軸承的使用壽命。

一、軸承在裝配過(guò)程中的幾種破壞形式

1.與軸承配合工件的尺寸不合格引起的損壞

軸承內(nèi)孔與軸的配合采用基孔制，軸承外圓與軸承座孔的配合采用基軸制。旋轉(zhuǎn)的座圈(大多數(shù)軸承的內(nèi)座圈為旋轉(zhuǎn)座圈，外座圈不為旋轉(zhuǎn)座圈，少部分軸承則相反)通常采用過(guò)盈配合，能在負(fù)荷作用下避免座圈在軸徑和軸承座孔的配合表面上發(fā)生滾動(dòng)和滑動(dòng)，但有時(shí)由于軸徑和軸承座孔的尺寸測(cè)量不精確或配合面粗糙度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，造成過(guò)大的過(guò)盈配合，導(dǎo)致軸承本身的徑向間隙減少，使軸承轉(zhuǎn)動(dòng)困難、發(fā)熱，磨損加劇或卡死，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成軸承內(nèi)外座圈在安裝時(shí)開(kāi)裂的現(xiàn)象發(fā)生;不旋轉(zhuǎn)座圈常采用間隙或過(guò)盈不大的配合，這樣不旋轉(zhuǎn)座圈就有可能產(chǎn)生微小的爬動(dòng)，使座圈與滾動(dòng)體的接觸面不斷更換，座圈滾道磨損均勻，便可消除軸因熱伸長(zhǎng)而使軸承中滾動(dòng)體發(fā)生軸向卡住的現(xiàn)象，但過(guò)大的間隙配合，會(huì)使不旋轉(zhuǎn)座圈隨滾動(dòng)體一同轉(zhuǎn)動(dòng)，致使軸(或軸承座孔)與內(nèi)座圈(或外座圈)發(fā)生嚴(yán)重磨損，而出現(xiàn)摩擦使軸承發(fā)熱以致會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。

如在加工過(guò)程中工件軸和外殼孔的擋肩對(duì)配合表面不垂直，或軸承定位面的粗糙度不合格，以及由于軸彎曲都將造成軸承內(nèi)圈和外圈軸線的相互歪斜都可導(dǎo)致軸承裝配時(shí)不對(duì)中的現(xiàn)象發(fā)生，從而引起套圈和滾子表面局部接觸應(yīng)力顯著增大，進(jìn)而產(chǎn)生疲勞剝落(由于剝落面的不斷擴(kuò)大，而往往向深層擴(kuò)展形成深成剝落)，使軸承發(fā)生損壞。

2.軸承安裝環(huán)境的影響

軸承安裝前如工件未清理干凈或添加的潤(rùn)滑油不清潔(如混有沙子、灰塵、贓物等)或因密封不可靠以及在多灰塵的環(huán)境中，一些硬質(zhì)顆粒進(jìn)入軸承滾道將引起磨粒磨損，其表面呈現(xiàn)細(xì)槽痕跡或細(xì)小的麻點(diǎn)，使軸承游隙加大，使之在運(yùn)行過(guò)程中而混有多種雜質(zhì)，促使?jié)L道與滾珠摩擦加快，加劇磨損，使之在運(yùn)行過(guò)程中是軸承的內(nèi)外圈與滾子的接觸處產(chǎn)生不均勻的塑性變形——壓痕，壓痕的出現(xiàn)會(huì)使軸承的震動(dòng)和噪聲加大，溫度升高，磨損加劇，進(jìn)而產(chǎn)生嚴(yán)重的剝落，使用壽命縮短甚至?xí)馆S承失效。

在使用中應(yīng)定期清洗軸承，直到徹底干凈為止，更換合格的潤(rùn)滑脂;避免污穢的侵襲，檢查軸承蓋止口和軸孔間隙是否符合密封要求。

3.裝配過(guò)程中溫度控制不當(dāng)

滾動(dòng)軸承在裝配時(shí)，與軸徑一般采用過(guò)盈配合，多用熱裝法進(jìn)行裝配，即將軸承放入盛有機(jī)油的油桶中，機(jī)油桶外部用熱水或火焰加熱，工藝要求加熱的油溫控制在80℃—90℃，一般不會(huì)超過(guò)100℃，最多不會(huì)超過(guò)120℃。軸承加熱后迅速取出套裝在軸頸上。若溫度控制不當(dāng)造成加熱溫度過(guò)高，則會(huì)使軸承產(chǎn)生回火而使硬度降低，使之在運(yùn)行中軸承就易磨損、剝落、甚至開(kāi)裂。

安裝加熱好的軸承，要快速準(zhǔn)確將其推入軸承臺(tái)，并且注意帶手套，防止?fàn)C傷手部。動(dòng)作慢，會(huì)導(dǎo)致軸承溫度下降，內(nèi)徑收縮，有可能失去一次良好的機(jī)會(huì)。安裝好的軸承，等溫度降至室溫時(shí)，便可以用干凈汽油清洗，清洗過(guò)程中，要不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，保證各部位都清洗干凈，清洗完畢，用干凈白布檫拭，保證軸承潔凈。而后便可以進(jìn)行潤(rùn)滑油脂的添加了。

4.裝配方法不當(dāng)

軸承和軸徑或軸承座孔的過(guò)盈較小時(shí)，多采用壓入法裝配。裝配必須使用專(zhuān)用的套筒工具，使軸承順利壓入。若操作不當(dāng)，則會(huì)使座圈變形開(kāi)裂，或者手錘打在非過(guò)盈配合的座圈上，則會(huì)使?jié)L道和滾動(dòng)體產(chǎn)生壓痕或軸承間接被破壞。使用專(zhuān)用的套筒工具進(jìn)行內(nèi)組件的裝配時(shí)，應(yīng)注意套筒的內(nèi)外徑尺寸，以免使套筒壓住在保持架端面上造成保持架變形。

用端面平整光滑，與軸承內(nèi)圈壁厚度幾乎相等的鋼管套筒壓裝，要受力均勻，不能用力過(guò)猛，把軸承壓入到潔凈的軸頸正確位置上。然后檢查軸伸允許徑向偏擺值。

5.裝配過(guò)程中軸承間隙調(diào)整不當(dāng)

滾動(dòng)軸承的間隙分為徑向間隙和軸向間隙，其功用是保證滾動(dòng)體的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和潤(rùn)滑以及補(bǔ)償熱伸長(zhǎng)。

對(duì)于間隙可調(diào)整的軸承而言，因其軸向間隙和徑向間隙之間有正比例的關(guān)系，所以安裝是只要調(diào)整好軸向間隙就可獲得所需的徑向間隙。一般用墊片調(diào)整軸向間隙，有的也可用螺釘或止推環(huán)調(diào)整。

對(duì)于間隙不可調(diào)整的滾動(dòng)軸承，因其徑向間隙在制造時(shí)就已按標(biāo)準(zhǔn)確定好了，不能進(jìn)行調(diào)整，裝配時(shí)要使裝配徑向間隙的大小恰好能在運(yùn)轉(zhuǎn)中造成必要的工作徑向間隙，以保證軸承靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。此類(lèi)軸承在工作時(shí)，由于軸在溫度升高時(shí)受熱伸長(zhǎng)而使其內(nèi)處座圈發(fā)生相對(duì)位移，從而使軸承的徑向間隙減少，甚至使?jié)L動(dòng)體在內(nèi)外座圈間卡住，若將雙支承滾動(dòng)軸承中的一個(gè)軸承(另一個(gè)軸承固定在軸上和軸承座中)和側(cè)蓋間留出軸向間隙，可避免上述現(xiàn)象。因此，不論間隙可調(diào)整或間隙不可調(diào)的滾動(dòng)軸承，它們?cè)谘b配時(shí)都要調(diào)整好軸向間隙(但有些間隙不可調(diào)的軸承不必留軸向間隙)，以補(bǔ)償軸在溫度升高時(shí)的熱伸長(zhǎng)，從而保證滾動(dòng)體的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。若軸向間隙過(guò)小時(shí)，會(huì)造成軸承轉(zhuǎn)動(dòng)困難、發(fā)熱，甚至使?jié)L動(dòng)體卡死或破損;若軸向間隙過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生異聲，甚至?xí)斐蓢?yán)重振動(dòng)或使保持架破壞。若軸承裝配過(guò)緊，應(yīng)減少過(guò)盈量，如軸頸的直徑應(yīng)大于軸承內(nèi)圈直徑0.02mm為妥，端蓋軸承安裝孔直徑，應(yīng)小于軸承外圈直徑0.02mm為最佳理想的配合尺寸。

二、軸承裝配質(zhì)量的檢查方法

當(dāng)裝上軸承后，擰緊軸承端蓋，用手轉(zhuǎn)動(dòng)端蓋時(shí)，軸承沿受力方向旋轉(zhuǎn)自如、靈活、無(wú)振動(dòng)和上下?lián)u晃現(xiàn)象視為合格。也可以在組裝完畢后，用塞尺檢查軸承圈間的輻向間隙一周，若最大間隙位置處符合工藝的要求，則可以認(rèn)為組裝正確可靠。否則，屬安裝不良，應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整間隙或變換位置，重新裝配，直至合乎要求為止。

三、注意事項(xiàng)

新軸承在使用前一定要將其用白布檫凈，注意線頭不要夾在軸承中。軸承在裝配前，要先清洗并認(rèn)真檢查軸承的內(nèi)外座圈、滾動(dòng)體和保持架，是否有生銹、毛刺、碰傷和裂紋;檢查軸承間隙是否合適，轉(zhuǎn)動(dòng)是否輕快自如，有無(wú)突然卡止的現(xiàn)象;同時(shí)檢查軸徑和軸承座孔的尺寸、圓度和圓柱度是否符合要求，其表面是否有毛刺或凹凸不平等現(xiàn)象。對(duì)于對(duì)開(kāi)式軸承座，要求軸承蓋和軸承底座接合面處與外座圈的外圓面之間，應(yīng)留出0.1mm—0.25mm間隙，以防止外座兩側(cè)“瓦口”處出現(xiàn)“夾幫”現(xiàn)象導(dǎo)致的間隙減小，磨損加快，使軸承過(guò)早損壞。檢查完畢符合要求便可以進(jìn)行軸承加熱，加熱過(guò)程中，要注意監(jiān)視軸承溫度，加熱溫度的控制很重要，加熱溫度過(guò)低，軸承膨脹量小，易造成軸承安裝困難，甚至有時(shí)會(huì)出現(xiàn)上到一半，進(jìn)退兩難的局面;加熱溫度過(guò)高，易造成軸承變色，材質(zhì)發(fā)生變化，加速了軸承的老化。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，一般加熱中溫度控制在90—100攝氏度范圍內(nèi)，軸承安裝和耐用性效果都比較可靠。

在更換軸承時(shí)，要對(duì)新軸承進(jìn)行認(rèn)真檢查，同時(shí)對(duì)軸徑及軸承座孔和轉(zhuǎn)子進(jìn)行細(xì)致的檢查;裝配和拆卸軸承時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝，認(rèn)真操作，避免裝拆不當(dāng)導(dǎo)致的軸承損壞;運(yùn)行中認(rèn)真檢查，發(fā)現(xiàn)故障隱患，及時(shí)消除。

以上介紹的失效形式主要是在安裝過(guò)程中經(jīng)常遇到的現(xiàn)象，另外軸承在潮濕的介質(zhì)以及有酸蒸汽和其他引起金屬腐蝕的物質(zhì)環(huán)境中工作，如果軸承的密封不好，可能造成銹蝕，銹蝕的產(chǎn)物和潤(rùn)滑油在一起會(huì)對(duì)滾道和滾動(dòng)體的工作表面造成腐蝕磨損，并引發(fā)表面剝落。軸承在使用過(guò)程中如有電流通過(guò)軸承，電流可能擊穿軸承油膜，產(chǎn)生電火花，從而造成表面熔融，形成小凹坑或條形坑等多種失效形式，需要在實(shí)際工作中有待進(jìn)一步的分析與研究。

四、結(jié)語(yǔ)

為使軸承在良好的條件下能夠保持應(yīng)有的性能并長(zhǎng)期使用，在選用軸承時(shí)，必須對(duì)軸承的主要失效形式進(jìn)行必要的計(jì)算，對(duì)于一般運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承，應(yīng)根據(jù)接觸疲勞失效，按額定動(dòng)載荷進(jìn)行壽命計(jì)算;對(duì)于高速軸承，除進(jìn)行壽命計(jì)算外，還要進(jìn)行必要的極限轉(zhuǎn)速校核;對(duì)于轉(zhuǎn)速較低的軸承，要進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，以防止塑性變形的發(fā)生。軸承發(fā)生早期失效后，要細(xì)心觀察損壞的情況，分析產(chǎn)生的原因，采取必要的該進(jìn)措施。此外，還要進(jìn)行合理的軸承組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決軸系零件的固定、軸承與相關(guān)零件配合、調(diào)整和預(yù)緊等問(wèn)題，同時(shí)對(duì)軸承進(jìn)行按時(shí)的檢查和保養(yǎng)，根據(jù)不同的工況合理的選用要保證潤(rùn)滑方式與潤(rùn)滑劑，以保證軸承的良好潤(rùn)滑與可靠的密封問(wèn)題，對(duì)提高軸承的壽命和保證正常工作是非常重要的。

[參考文獻(xiàn)]

[1]孫世平:《圓錐滾子軸承因使用不當(dāng)造成的早期失效現(xiàn)象》。

[2]高澤遠(yuǎn)、姚玉泉、李林貴:《機(jī)械設(shè)計(jì)》，東北大學(xué)出版社出版。