滾動軸承的失效分析

蔡雙利 羅坤 董家明

摘 要：滾動軸承是現代機器中廣泛應用的部件之一，被廣泛應用于國民經濟和國防事業的各個領域，滾動軸承一般由內圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成，它的運轉狀況直接影響著主機運行狀況。本文主要列出了滾動軸承常見的失效形式及影響其失效的因素，次要說明了軸承失效的分析方法。

關鍵詞：滾動軸承；失效形式；失效因素；失效分析

1 滾動軸承的失效形式

滾動軸承失效的形式比較復雜，但其常見的損傷機理主要有以下幾個基本形式。

1 接觸疲勞失效

接觸疲勞失效是滾動軸承表面最常見的失效形式之一。滾動軸承在轉動時，軸承表面受到交變應力的作用，經過一定應力循環后，各接觸表面的局部區域將發生金屬的剝落，并形成麻點。滾動軸承的接觸疲勞失效有點蝕和剝落兩種形式。其中滾動體或內外圈滾道上的點蝕破壞是滾動軸承的早期的失效形式之一，它的表現形式為軸承表面出現麻點。剝落發生在軸承工作表面，往往也伴隨著疲勞裂紋，點蝕擴展后也將形成疲勞剝落。

2 塑性變形失效

滾動軸承在承受大的靜載荷或沖擊載荷時，很可能使滾動體與內外圈滾道接觸處的局部應力超過零件材料的屈服極限而產生塑性變形，形成不均勻的壓痕。這些塑性變形壓痕的出現，會使軸承在運轉中產生振動和噪聲，影響軸承的運轉精度，從而使軸承失效。

3 磨損失效

在軸承工作過程中，由于在軸承內部，滾動體和套筒滾道之間，以及保持架與滾動體和套圈之間存在著相對滑動，從而會導致軸承零件表面的磨損。當軸承中有異物侵入時，這種磨損會更為劇烈，結果會使軸承零件工作表面的質量下降，配合游隙增大，旋轉精度降低，還會引起震動和噪聲，最后導致滾動軸承的失效。磨損失效按其形成機理可以分為磨粒磨損、粘著磨損、腐蝕磨損和微振磨損，其中最常見的是磨粒磨損和粘著磨損。磨粒磨損是由外界硬質顆粒或硬表面的微峰在軸承滾道上作相對運動引起的，這種磨損會在軸承摩擦副表面沿滑動方向形成劃痕。粘著磨損又稱咬合磨損，它是指兩零件接觸面發生金屬粘著，而在隨后的相對運動中該粘著處被破壞，而使金屬材料從一個表面被拉拽下來轉移到另一個表面的一種磨損形式。且當兩表面出現嚴重磨損時，甚至會使兩表面之間咬死，而不能相對運動。

2 影響滾動軸承失效的因素

造成軸承失效的原因往往是多方面的，其設計制造過程的全部影響因素都可能會導致軸承的失效，因此分析判斷起來比較困難。一般來說，我們可以從兩個方面來考慮分析，即使用因素和內在因素。

1 使用因素也稱為外來因素，它主要是指安裝調整、使用保養、維護修理等是否符合規定的技術要求。其中安裝條件是該影響因素中的首要因素之一。軸承的不正確安裝會使軸承各零件之間的受力狀態發生變化，使零件在受力不正常的狀態下運轉，導致軸承提前失效。因此，根據軸承的技術要求，應當對軸承的載荷情況、轉速情況、潤滑情況、溫度情況和周圍介質情況進行監控和檢查，并在發生異常情況時立即查找其原因，從而找到解決方法，使其恢復正常工作。

2 內在因素也稱為制造質量因素，它主要包括結構設計、制造工藝和材料質量這三大因素。首先，結構設計在能實現軸承功能的前提下，也應具備先進性，這樣才能延長軸承的使用壽命。滾動軸承的制造一般需要經過以下的加工工序：鍛造、熱處理、車削、磨削和裝配等。為了提高軸承的壽命，各加工工序的合理性、穩定性和穩定性等要得到足夠的重視，其中與軸承失效有著直接關系的是熱處理和磨削加工工序。從近年來對軸承工作表面變質層的研究表明，磨削工藝與軸承表面質量密切相關。

選擇制造滾動軸承的材料是否合適，對其失效形式和使用性能也有著很大的影響。其中軸承材料的冶金質量曾經是影響滾動軸承早期失效的主要因素。但隨著冶金技術的進步，原材料質量得到了改善。但是選的材料是否合適仍然是軸承失效分析所必須考慮的因素。

總之，我們需要根據大量的分析數據和失效形式，來找到軸承失效的主要因素，根據相應的失效因素，找到解決方法和改進措施，從而避免軸承發生突然地早期失效，延長軸承的壽命。

3 滾動軸承失效的分析方法

為了很好地找到軸承失效的因素，需要采取合理有效的分析方法。在一般情況下，軸承的失效分析大體可以分為：收集失效實物和工作條件等資料，對其進行檢查測量、微觀形貌的分析和光學電子顯微分析等。綜合利用以上分析手段，進行分析判斷，進而得出正確的結論。

4 小結

所有的軸承都會不可避免地會發生失效，但是我們應該盡可能地避免軸承的早期失效，使軸承在額定壽命階段正常運行。因此，軸承在使用時，需要進行定期的診斷以保證系統正常運轉。當軸承發生失效后，要根據軸承的失效形式，進行失效分析，確定失效因素，進而采取有效的措施使軸承恢復正常。

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