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常見的滾動軸承失效形式

2017-09-08

    1.接觸疲勞失效
        接觸疲勞失效系指軸承工作表面受到交變應力的作用而產生的材料疲勞失效。接觸疲勞失效常見的形式是接觸疲勞剝落發。接觸疲勞剝落發生在軸承工作表面,往往也伴隨著疲勞裂紋,首先從接觸表面以下最大交變切應力處產生,然后擴展到表面形成不同的剝落形狀,如點狀為點蝕或麻點剝落,剝落成小片狀的稱淺層剝落。由于剝落面的逐漸擴大,而往往向深層擴展,形成深層剝落。深層剝落是接觸疲勞失效的疲勞源。

        磨損失效系指表面之間的相對滑動摩擦導致其工作表面金屬不斷磨損而產生的失效。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它相關問題。磨損失效是各類軸承常見的失效模式之一,按磨損形式通常可分為最常見的磨粒磨損和粘著磨損。
        磨粒磨損系指軸承工作表面之間擠入外來堅硬粒子或硬質異物或金屬表面的磨屑且接觸表面相對移動而引起的磨損,常在軸承工作表面造成犁溝狀的擦傷。粘著磨損系指由于摩擦表面的顯微凸起或異物使摩擦面受力不均,在潤滑條件嚴重惡化時,因局部摩擦生熱,易造成摩擦面局部變形和摩擦顯微焊合現象,嚴重時表面金屬可能局部熔化,接觸面上作用力將局部摩擦焊接點從基體上撕裂而增大塑性變形。
 
    2. 斷裂失效

        軸承斷裂失效主要原因是缺陷與過載兩大因素。當外加載荷超過材料強度極限而造成零件斷裂稱為過載斷裂。過載原因主要是主機突發故障或安裝不當。軸承零件的微裂紋、縮孔、氣泡、大塊外來雜物、過熱組織及局部燒傷等缺陷在沖擊過載或劇烈振動時也會在缺陷處引起斷裂,稱為缺陷斷裂。應當指出,軸承在制造過程中,對原材料的入廠復驗、鍛造和熱處理質量控制、加工過程控制中可通過儀器正確分析上述缺陷是否存在,今后仍必須加強控制。但一般來說,通常出現的軸承斷裂失效大多數為過載失效。
 
    3. 腐蝕失效

        有些滾動軸承在實際運行當中不可避免的要接觸到水、水汽以及腐蝕性介質等,這些物質會引起滾動軸承的生銹和腐蝕,另外滾動軸承在運轉過程中還會受到微電流和靜電的作用,造成滾動軸承的電流腐蝕。滾動軸承的生銹和腐蝕會造成套圈、滾動體表面的坑狀銹,梨皮狀銹及滾動體間隔相同的坑狀銹,全面生銹及腐蝕。最終引起滾動軸承的失效。
 

        除此之外,滾動軸承在工作中,由于外界或內在因素的影響,使原有配合間隙改變,精度降低,乃至造成“咬死”稱為游隙變化失效。外界因素如過盈量過大,安裝不到位,溫升引起的膨脹量、瞬時過載等,內在因素如殘余奧氏體和殘余應力處于不穩定狀態等均是造成游隙變化失效的主要原因。
        滾動軸承在使用過程中由于本身質量和外部條件的原因,其承載能力,旋轉精度和減摩能性能等會發生變化,當軸承的性能指標低于使用要求而不能正常工作時,就稱為軸承損壞或失效,軸承一旦發生損壞等意外情況時,將會出現其機器、設備停轉,功能受到損傷等各種異常現象。因此需要在短期內查處發生的原因,并采取相應措施。當然,滾動軸承損壞的情況比一般機械零件的損壞要復雜得多,滾動軸承損壞的特點是表現形式多,原因復雜,軸承的損壞除了軸承設計和制造的內在因素外,大部分是由于使用不當,例如:選型不適合、支承設計不合理,安裝不當,潤滑不良,密封不好等外部因素引起的。研究滾動軸承損壞的形成和原因具有重要的意義,一方面可以改進使用方法,正確地使用軸承,充分發揮軸承應有的效能,另一方面有助于開發性能更好的新產品。本文中除了敘述滾動軸承使用中注意事項、安裝方法、運轉監察等外,還著重介紹軸承損壞的形式和原因及應采取的對策。
 
 
    1.軸承的使用
 
    1.1使用注意事項

        滾動軸承使精密零件,因而在使用時要求相應地持慎重態度,既便使用了高性能的軸承,如果使用不當,也不能達到預期的性能效果,所以,使用軸承應注意以下事項:
        ①保持軸承及其周圍環境的清潔。即使肉眼看不見的微笑灰塵進入軸承,也會增加軸承的磨損,振動和噪聲。
        使用安裝時要認真仔細,不允許強力沖壓,不允許用錘直接敲擊軸承,不允許通過滾動體傳遞壓力。
        ③使用合適、準確的安裝工具,盡量使用專用工具,極力避免使用布類和短纖維之類的東西。
        ④防止軸承的銹蝕,直接用手拿取軸承時,要充分洗去手上的汗液,并涂以優質礦物油后再進行操作,在雨季和夏季尤其要注意防銹。
 
    1.2 配合
 
    1.2.1 配合的選擇

        滾動軸承的內徑尺寸和外徑尺寸是按標準公差制造的,軸承內圈與軸,外圈與座孔的配合松緊程度只能通過控制軸頸的公差和座孔的公差來實現。軸承內圈與軸的配合采用基孔制,軸承外圈與座孔的配合采用機軸制。正確選擇配合,必須知道軸承的實際負荷條件,工作溫度及其他要求,而實際上是很困難的。因此,多數情況是根據使用精研選擇配合的。
    1.2.2負荷性質

        選擇配合首先應考慮負荷向量相對套圈的旋轉情況。按照合成徑向負荷向量相對于套圈的旋轉情況,套圈所承受的復合可分為:固定負荷、旋轉負荷和擺動負荷。
    ①固定負荷

        作用于套圈上的合成徑向負荷,并傳至軸或軸承座的相應局部區域,由套圈滾道的局部區域所承受,這種負荷稱為固定負荷。其特點是合成徑向負荷向量與套圈相對靜止。承受定向負荷的套圈可選用較松的配合。
    (2)旋轉負荷

        作用于套圈上的合成徑向負荷沿滾道圓周方向旋轉,順次由各個部位所承受,這種負荷稱為旋轉負荷,其特點是合成徑向負荷向量相對于套圈旋轉。承受旋轉負荷的套圈應選緊配合,在特殊情況卜,如負荷很輕,或在重負荷作用下套圈僅偶爾低速轉動,軸承選用較硬材料和表面粗糙較高時,承受旋     轉負荷的套圈也可選用較松的配合。
    (3)擺動負荷

        作用十套圈上的合成徑向負荷方向不定,這種負荷情況稱為擺動負荷或不定向負荷,其特點是作用套圈上的合成徑向負荷向量在套圈滾道的一定區域內擺動,為滾道一定區域所承受,或作用于軸承上的負荷是沖擊負荷,振動負荷,其方向,數值經常變動的負荷。承受擺動負荷得軸承內、外套圈與軸、軸承座孔的配合都應采用緊配合。
    1.2.3負荷大小

        套圈與軸或外殼間的過贏最取決于負荷的大小,較重的負荷采用較大的過贏量,較輕的負荷采用較小的過贏量。通常將當量徑向負荷p分成“輕”、“正常”、“重”負荷三種情況。
    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,直接影響產品的使用性能,如耐磨性,抗腐蝕性和配合性質等。為此,合理規定軸和外殼孔的形位公差和提出配合表面的粗糙度要求,對于穩定配合性質,提高過贏配合的聯結強度至關重要。
 
    1.3軸承安裝
 

        軸承安裝的好壞與否,將影響到軸承的精度、壽命和性能。因此,請充分研究軸承的安裝,即請按照包含如下項日在內的操作標準進行軸承安裝。
    1.3.1清洗軸承及相關零件,(對已經脂潤滑的軸承及雙側具油封或防塵蓋,密封圈軸承安裝前無需清洗。)
    1.3.2檢查相關零件的尺寸及精加工情況
    1.3.3安裝方法

        軸承的安裝應根據軸承結構,尺寸大小和軸承部件的配合性質而定,壓力應直接加在緊配合得套圈端面上,不得通過滾動體傳遞壓力,軸承安裝一般采用如下方法:
        ① 壓入配合
        軸承內圈與軸使緊配合,外圈與軸承座孔是較松配合時,可用壓力機將軸承先壓裝在軸上,然后將軸連同軸承一起裝入軸承座孔內,壓裝時在軸承內圈端面上,墊一軟金屬材料做的裝配套管(銅或軟鋼),裝配套管的內徑應比軸頸直徑略大,外徑直徑應比軸承內圈擋邊略小,以免壓在保持架上。
        軸承外圈與軸承座孔緊配合,內圈與軸為較松配合時,可將軸承先壓入軸承座孔內,這時裝配套管的外徑應略小于座孔的直徑。
        如果軸承套圈與軸及座孔都是緊配合時,安裝室內圈和外圈要同時壓入軸和座孔,裝配套管的結構應能同時押緊軸承內圈和外圈的端面。
        ② 加熱配合
        通過加熱軸承或軸承座,利用熱膨脹將緊配合轉變為松配合的安裝方法。是一種常用和省力的安裝方法。此法適于過盈量較大的軸承的安裝,熱裝前把軸承或可分離型軸承的套圈放入油箱中均勻加熱 80 一 100 ℃ ,然后從油中取出盡快裝到軸上,為防止冷卻后內圈端而和軸肩貼合不緊,軸承冷卻后可以再進行軸向緊固。軸承外圈與輕金屬制的軸承座緊配合時,采用加熱軸承座的熱裝方法,可以避免配合面受到擦傷。
        用油箱加熱軸承時,在即箱底一定距離處應有一網柵,或者用鉤子吊著軸承,軸承不能放到箱底上,以防沉雜質進入軸承內或不均勻的加熱,油箱中必須有溫度計,嚴格控制油溫不得超過100 ℃,以防止發生回火效應,使套圈的硬度降低。
        ③ 圓錐孔軸承的安裝
        圓錐孔軸承可以直接裝在有錐度的軸頸上,或裝載緊定套和退卸套的錐面上,其配合的松緊程度可用軸承徑向游隙減小量來衡量,因此,安裝前應測量軸承徑向游隙,安裝過程中應經常測最游隙以達到所需要的游隙減小量為止,安裝時一般采用鎖緊螺母安裝,一也可采用加熱安裝的方法。
 

        ④ 推力軸承的安裝
        推力軸承的周全與軸的配合一般為過渡配合,座圈與軸承座孔的配合一般為間隙配合,因此這種軸承較易安裝,雙向推力軸承的中軸泉應在軸上固定,以防止相對于軸轉動。
        軸承的安裝方法,一般情況卜是軸旋轉的情況居多,因此內圈與軸的配合為過贏配合,軸承外圈與軸承室的配合為間隙配合。
    1.3.4軸承安裝后的檢查
    1.3.5潤滑劑的添加
 
    1.4軸承運轉檢查
 

        軸承安裝結束以后,應馬上進行運轉檢查,已確定安裝是否正常。
        再此運轉檢查中若發現異常現象,應馬上停止運轉,并對機器進行檢查,生產的原因及其措施。
 
 
    2. 軸承的診斷管理
 

        為使滾動的軸承具有的性能,在良好的條件卜能夠維持長期使用,必須對軸承進行檢查和保養,這種檢查與保養(軸承裝前保管見附頁軸承儲存),對提前預防.玫障是很重要的,希望根據適合機器運轉條件的操作標準,進行定期檢查和保養,一般采用如卜方法:
 
    2.1運轉狀態下得量中檢查

        根據軸承的滾動聲、振動、溫度的檢查和潤滑劑的性質檢查,潤滑劑的補充或更換時間進行判斷。
 
    2.2軸承檢查

        充分觀察機器的定期檢查和更換而拆卜萊德軸承,檢查滾道而狀況和有無損傷及可否再次使用。
 
 
    3.運轉中檢查與故障處理
 

        運轉中的檢查項日有軸承的滾動聲、振動、溫度、潤滑的狀態等,具體情況如下:
 
    3.1軸承的滾動聲

        采用側聲器對運轉中的軸承的滾動聲的大小及音質進行檢查,軸承即使有輕微的剝離等損傷,也會發出異常音和不規則音,用測聲器能夠分辨。
 
    3.2軸承的振動

        軸承振動對軸承的損傷很敏感,例如剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損等都會在軸承振動測最中反映出來,所以,通過采用特殊的軸承振動測量器(頻率分析器等)可測量出振動的大小,通過頻率分不可推斷出異常的具體情況。測得的數值因軸承的使用條件或傳感器安裝位置等而不同,因此需要事先     對每臺機器的測量值進行分析比較后確定判斷標準。
 
    3.3軸承的溫度

        軸承的溫度,一般有軸承室外而的溫度就可推測出來,如果利用油孔能直接測最軸承外圈溫度,則更位合適。
        通常,軸承的溫度隨著運轉開始慢慢上升,1-2小時后達到穩定狀態。軸承的正常溫度因機器的熱容量,散熱量,轉速及負載而不同。如果潤滑、安裝部合適,則軸承溫都會急驟上升,會出現異常高溫,這時必須停止運轉,采取必要的防范措施。
        使用熱感器可以隨時監測軸承的工作溫度,并實現溫度超過規定值時自動報警或停止,防止燃軸事故發生。
 
    3.4潤滑
    3.4.1軸承潤滑的作用

        潤滑對滾動軸承的疲勞壽命和摩擦、磨損、溫升、振動等有重要影響,沒有正常的潤滑,軸承就不能工作。分析軸承損壞的原因表明,40%左右的軸承損壞都與潤滑不良有關。因此,軸承的良好潤滑是減小軸承摩擦和磨損的有效措施。除此之外,軸承的潤滑還有散熱,防銹、密封、緩和沖擊等多種作用,軸承潤滑的作用可以簡要地說明如下:
        ① 在相互接觸的二滾動表而或滑動表面之間形成一層油膜把二表面隔開,減少接觸表面的摩擦和磨損。
        ② 采用油潤滑時,特別是采用循環油潤滑、油霧潤滑和噴油潤滑時,潤滑油能帶走軸承內部的大部分摩擦熱,起到有效的散熱作用。
        ③ 采用脂潤滑時,可以防止外部的灰塵等異物進入軸承,起到封閉作用。
        ④ 潤滑劑都有防止金屬銹蝕的作用。
        ⑤ 延一民軸承的疲勞壽命。
    3.4.2脂潤滑和油潤滑的比較

        軸承的潤滑方法大致分為脂潤滑和油潤滑兩種。為了充分發揮軸承的功能,重要的是根據使用調減和使用口的,采用潤滑方法。
    3.4.3脂潤滑

        潤滑脂是由基礎油,增稠劑及添加劑組成的潤滑劑。當選擇時,應選擇非常適合于軸承使用條件的潤油脂,由于商標不同,在性能上也將會有很大的差別,所以在選擇的時候,必須注意。
        軸承常用的潤滑脂有鈣從潤滑脂、鈉摧潤滑脂、鈣鈉摧潤滑脂、銼從潤滑脂、鋁攀潤滑脂和二硫化鋁潤滑脂等。
        軸承中充填潤滑脂的數最,以充滿軸承內部空間的1/2-1/3為適宜。高速時應減少至1/3。過多的潤滑脂將使溫升增高。
    3.4.4潤滑脂的選擇

        按照工作溫度選擇潤滑脂時,主要指標應是滴點,氧化安定性和低溫性能,滴點一般可用來評價高溫性能,軸承實際工作溫度應低于滴點10-20℃。合成潤滑脂的使用溫度應低于滴點20-30℃ 。
        根據軸承負荷選擇潤滑脂時,對重負荷應選針入度小的潤滑脂。在高壓下工作時除針入度小外,還要有較高的油膜強度和極壓性能。
        根據環境條件選擇潤滑脂時,鈣從潤滑脂不易溶于水,適于干燥和水分較少的環境。
    3.4.5油潤滑在高速、高溫的條件下,脂潤滑已不適應時可采用油潤滑。通過潤滑油的循環,可以帶走大量熱量。

        粘度是潤滑油的重要特性,粘度的大小直接影響潤滑油的流動性及摩擦面間形成的油膜厚度,軸承工作溫度卜潤滑油的粘度一般是12-15cst。轉速愈高應選較低的粘度,負荷愈重應選較高的粘度。常用的潤滑油有機械油、高速機械油、汽輪機油、壓縮機油、變壓器油、氣缸油等。
    油潤滑方法包括:

        ① 油浴潤滑油浴潤滑是最普通的潤滑方法,適于低、中速軸承的潤滑,軸承一部分浸在山槽中,潤滑油山旋轉的軸承零件帶起,然后又流回油槽油面應稍低于最低滾動體的中心。
        ② 滴油潤滑滴油潤滑適于需要定量供應潤滑油得軸承部件,滴油量一般每3-8秒一滴為宜,過多的油量將引起軸承溫度增高。
        ③ 循環油潤滑
        用油泵將過濾的油輸送到軸承部件中,通過軸承后的潤滑油再過濾冷卻后使用。山于循環油可帶走一定的熱量,使軸承降溫,.玫此法適用于轉速較高的軸承部件。
        ④ 噴霧潤滑
        用干燥的壓縮空氣經噴霧器與潤滑油混合形成油霧,噴射軸承中,氣流可有效地使軸承降溫并能防止雜質侵入。此法適于高速、高溫軸承部件的潤滑。
        ⑤ 噴射潤滑用油泵將高壓油經噴嘴射到軸承中,射入軸承中的油經軸承另一端流入油槽。在軸承高速旋轉時,滾動體和保持架也以相當高的旋轉速度使周圍空氣形成氣流,用一般潤滑方法很難將潤滑油送到軸承中,這時必須用高壓噴射的方法將潤滑油噴至軸承中,噴嘴的位置應放在內圈和保持架中心之間。
    3.4.6固體潤滑

        在一些特殊使用條件下,將少量固體潤滑劑加入潤滑脂中,如加入3-5%的1號二硫化鋁可減少磨損,提高抗壓耐熱能力,對于高溫、高雅、高真空、耐腐蝕、抗輻射,以及極低溫等特殊條件,把固體潤滑劑加入工程塑料或粉末冶金材料中,可制成具有自潤滑性能的軸承零件,如用粘結劑將固體潤滑劑粘結在滾道、保持架和滾動體上,形成潤滑薄膜,對減少摩擦和磨損有一定效果。
    3.4.7潤滑劑的補充與更換

        ① 潤滑脂的補充間隔時間
        由于機械作用,老化及污染的增加,軸承配置中所填的潤滑從將逐漸失去其潤滑性能。因此,對潤滑秩需不斷補充和更新。潤滑劑補充的間隔時間會因軸承的形成、尺寸和轉速等而不同。
        另外,當軸承溫度超過70℃的情況下,軸承溫度每上升15℃ ,就要使用潤滑脂的補充間隔時間減少一半。
        雙面封閉軸承在制造時己經裝入脂,“HRB”在這些產品中使用的是標準潤滑脂,共運行溫度范圍和其他性能適宜于所規定的場合,且填脂量也與軸承大小相應,脂的使用壽命一般可超過軸承壽命,除特殊場合,不需補充潤滑脂。
        ② 潤滑油的更換周期
        潤滑油的更換周期因使用條件和油量等不同,一般情況下,在運轉溫度為50℃以下,灰塵少的良好環境下使用時,一年更換一次,當油溫達到100℃時,要3個月或更短時間更換一次。
 
 
    4.軸承的檢查
 
    對設備的定期檢修,運轉檢查及州制零件更換時被拆卸卜來的軸承進行檢查,以次判斷可否再次使用或使用情況的好與壞。要仔細調查和記錄被拆下來的軸承和外觀情況,為了弄清和調查潤滑劑的剩余最,取樣以后,要很好地清洗一下軸承。其次檢查滾道面,滾動面和配合面的狀況以及保持架的磨損狀態等有無損傷和異常情況。判斷軸承可否再次使用,要在考慮軸承損傷的程度,機器性能、重要性、運行條件、檢查周期等以后再來決定。
    檢查結果,如果發現軸承有損傷和異常估況時,請對照第 7 項軸承損傷一節的內容查明原因,制定對策。
    另外,檢查結果,如果有下面幾種缺陷的話,軸承就不能再用了,需要更換新的軸承。

        ① 內外圈、滾動體、保持架其中任何一個有裂紋和出現碎片的。
        ② 內外圈、滾動體其中任何一個有剝離的。
        ③ 滾道面、擋邊、滾動體有顯著卡傷的。
        ④ 保持架的磨損嚴重或鉚釘松動厲害的。
        ⑤ 滾道面、滾動體生銹和有傷痕的。
        ⑥ 滾動面、滾動體上有顯著壓痕和打痕的。
        ⑦ 內圈內徑面或外圈外徑上有蠕變的。
        ⑧ 過熱變色厲害的。
        ⑨ 潤滑脂密封軸承的密封圈和防塵蓋破損來嚴重的。




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