深溝球軸承磨損失效分析

吳志平

深溝球軸承磨損失效分析

吳志平

（哈爾濱哈軸精密軸承制造有限公司，黑龍江 哈爾濱150036）

通過對6308深溝球軸承工作環境、各零件外觀檢查、理化檢查和熱處理金相組織檢查后發現，該軸承的失效是由于軸承一側缺少防塵蓋，導致雜物進入軸承內部引起軸承磨損而產生的。同時，介紹了軸承的常見失效形式及預防措施。

深溝球軸承；防塵蓋；磨損失效；硬顆粒壓痕

1 前言

滾動軸承是重要的機械基礎件之一，軸承的運行狀況直接影響主機運行質量。現在的使用者對軸承的質量、精度、使用壽命等要求越來越高，對軸承的選型、安裝、使用及維護和保養也越來越重視。因此，通過軸承失效分析，可以直觀地發現軸承損壞的因素，便于查找引起軸承失效的根本原因。

所謂軸承失效，即軸承在工作中喪失其規定功能，從而導致故障或不能正常工作的現象。軸承的失效按其壽命可分為正常失效和早期失效兩種。通常分析工作主要是針對早期失效的軸承。通過對早期失效的軸承的分析，找出其失效的原因，提出改進措施，以提高軸承運轉的壽命和可靠性，不斷提高軸承產品質量。

導致軸承失效的因素很復雜，而且由于各類軸承的工作條件和失效因素的差異，產生的失效形式和形貌特征亦各不相同。按其損傷機理大致可分為：接觸疲勞失效、摩擦磨損失效、斷裂失效、變形失效、腐蝕失效和游隙變化等幾種基本形式。

現在所涉及的只是常見失效形式，根據軸承的結構特性，結合軸承的使用工況，通過對軸承的安裝、配合及調整的分析，對運行速度、溫升、受力分析，包括對軸承使用過程中維護、保養分析等來總結軸承早期失效過程和失效原因。

2 6308軸承的失效分析

2.16308軸承工作環境

該6308產品用在客車空調離合器過渡輪上，由2套6308組合使用，此裝置會有一定的傾覆力矩。工作溫度在110～120℃，潤滑方式為脂潤滑。用戶反應該軸承有異響及轉動不靈活。因此，我們對該產品內、外套及鋼球進行分析。

2.2內圈分析

此6308軸承內圈內孔無磨損痕跡，如圖 1所示，說明內徑與主軸之間沒有發生相對滑動，因而不是軸承與主軸之間的滑動磨損。但是，從溝道上看，內圈溝道表面360°的承載區有很多的異物硬顆粒壓痕和劃傷，如圖 2所示，因此得出內圈失效形式為外來硬顆粒壓傷。

圖1 軸承內孔無磨損痕跡

圖2 內圈溝道硬顆粒壓痕

當軸承滾道表面或滾動體表面受到碰傷后產生壓坑，從而產生一定周期的噪音和振動；當軸承運轉時有污物侵入，也會產生污物噪音，同樣也伴有振動，最終造成軸承運轉不靈活，噪音增大，甚至將會造成軸承早期失效。

2.3外圈分析

外圈外圓無磨損痕跡，如圖 3所示，說明外圈沒有相對軸承座產生滑動，因而不是軸承與軸承座之間的滑動磨損。從軸承端面看，外圈一端面受高溫影響顏色變暗，另外一端面沒變色。從溝道上可看出，外圈溝道表面360°承載區出現很多的點狀壓痕及劃傷，如圖 4所示，說明外界異物硬顆粒進入溝道擠壓形成。由此可分析出，外圈失效形式亦為外來硬顆粒壓傷。

2.4鋼球分析

從鋼球外觀來看，除了正常的滾動痕跡外，鋼球表面特別粗糙，而且鋼球表面有硬顆粒擠壓的壓痕，鋼球表面有明顯的劃傷,如圖 5所示。由此可以得出，鋼球失效形式亦為外來硬顆粒壓傷。

圖3 軸承外圓無磨損痕跡

圖4 外圈溝道硬顆粒壓痕

圖5 鋼球表面壓傷

2.5密封狀態

該6308產品接收時沒有發現密封圈，但是，內圈左側外徑沒有磨損痕跡，而內圈右側外徑卻有明顯的磨損痕跡。因此，可以判定該軸承為單面密封。

2.6保持架分析

該6308軸承保持架兜孔受外界污染物質的影響，兜孔表面存在明顯的劃傷和磨損，因此，保持架失效形式為硬顆粒劃傷，如圖 6所示。

圖6 保持架兜孔硬顆粒劃傷和磨損

2.7潤滑方式

該6308產品在使用過程中為脂潤滑，明顯可以看出油脂內含有較多雜質，因此，對該產品中油脂進行過濾分析，在油脂的濾出物中可發現有小石粒、纖維和其它雜質，如圖 7和圖 8所示。根據濾出物的組成可明顯看出軸承的工作環境的清潔度較差。

3 6308軸承各零件熱處理質量檢驗

圖7 濾出物中的小石塊，0.6mm ～1.5mm

圖8 濾出物中的雜質，6.4mm

圖9 外圈淬火組織，500×（4%硝酸酒精溶液腐蝕）

圖10 內圈淬火組織,500×（4%硝酸酒精溶液腐蝕）

圖11 鋼球淬火組織, 500×（4%硝酸酒精溶液腐蝕）

通過對各零件表面磨損形貌分析后，對各零件熱處理組織進行分析，如圖 9至圖 11所示。該軸承各零件熱處理質量如表 1所示。

表1 6308軸承各零件熱處理質量

經過產品組織分析，6308軸承內、外圈和鋼球淬回火組織及硬度符合JB1255-2001要求。

4 結論

通過對6308軸承內、外圈、鋼球、保持架及油脂的檢驗分析，明顯得出，此軸承是在使用中由于受到外界污染物質硬顆粒（小石塊、纖維狀物質和其它雜質）侵入的影響，造成內、外圈溝道壓傷，鋼球表面劃傷，保持架兜孔表面劃傷。內、外圈溝道承載區磨損痕均為360°分布，此種磨損痕是由于外界污物侵入軸承后游隙變小造成的。軸承工作表面形貌變壞從而喪失旋轉精度，使軸承不能正常工作，此失效模式為典型的磨損失效。

磨損失效是指表面之間的相對滑動摩擦導致其工作表面金屬不斷損壞而產生失效。持續的磨損將引起軸承零件逐漸損壞，并最終導致軸承尺寸精度喪失及其他相關問題。磨損會影響到軸承形狀變化及工作表面形貌變化，使潤滑劑產生污染，當污染達到一定程度，造成潤滑功能完全喪失，最終使軸承喪失旋轉精度乃至不能正常運轉。磨損失效是各類軸承常見的失效形式之一。

從軸承的失效過程可以分析出軸承失效的主要原因，提出改進措施，不斷提高軸承產品質量，例如，可以判斷設計是否合理，糾正某些不盡合理的方面以提高軸承產品的可靠性。可以發現軸承零件在冷、熱加工中存在的問題，糾正不合理的加工工藝。可以判斷材料選擇的合理性及原材料質量存在的問題。

5 避免軸承失效的方法

為了避免軸承早期失效， 首先從產品的結構設計、原材料的選擇、加工工藝方面進行優化改進，在產品的加工過程中嚴格加強質量檢測，保證各項指標達到設計及工藝要求。

其次，應根據不同的使用環境及技術要求而選擇合適的軸承。通過對6308軸承的分析，在易污染環境下使用時，為保持軸承的潔凈，應盡量選擇雙密封軸承，避免外界污物的入侵。另外，安裝軸承前必須將軸承箱內清理干凈，避免軸承運行時有雜質侵入。

再次，根據軸承使用環境溫度的高低，所選軸承的游隙亦不同，相對來講，溫度高的環境，應適當增大軸承的游隙。軸承在使用過程中應選擇高潔度的潤滑油（脂）及合理的安裝等。

在軸承的使用過程中加強對軸承狀態的診斷和預測，直接對運行中的軸承工作情況實施技術監控，以便及早發現異常、缺陷和意外損壞，及時采取措施防止突發性失效事故可能造成的損失。例如軸承在使用過程中如潤滑不良、表面磨損或疲勞都會使表面發熱，當發熱達到一定的極限溫度時，軸承溫度報警裝置即行報警，軸承停止運行。避免由于軸承失效造成的其它不必要的損失。

總之，無論采用哪種方法對運行中的軸承進行定期檢測，都是為了盡早發現軸承出現異常，預防軸承早期失效。

（編輯：王立新）

Analysis on wear failure for deep groove ball bearing

Wu Zhiping
（Harbin Hazhou Precision Bearing Manufacturing Co.,Ltd.,Harbin 150036,China)

After 6308 deep groove ball bearings work environment, visual inspection of the parts, the physical and chemical examination and heat treatment microstructure examination, it was showed that one side of the bearing had no dust cover, and the dust enter inside the bearing to cause the bearing wear , then the failure of the bearing was produced. Meanwhile, the common failure modes and preventive measures of the bearing were introduced.

deep groove ball bearings; shields; wear failure; hard particles indentation

TH 133.33+1

B

1672-4852（2015）01-0019-03

2015-02-04.

吳志平（1978-），女， 工程師.