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標(biāo)題:
軸承失效淺析
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作者:
海上孤舟
時(shí)間:
2009-6-30 10:31
標(biāo)題:
軸承失效淺析
本帖最后由 海上孤舟 于 2009-6-30 10:34 編輯
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軸承是精密的機(jī)械基礎(chǔ)件。由于科技進(jìn)步的迅速發(fā)展,客戶對(duì)軸承產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高。制造廠提供符合標(biāo)準(zhǔn)、滿足主機(jī)使用性能的高質(zhì)量的產(chǎn)品固然重要,但正確使用軸承更為重要。筆者在近幾年從事摩托車專用軸承的技術(shù)工作中,經(jīng)常碰到這樣的問(wèn)題,即軸承經(jīng)檢測(cè)是合格的,但裝機(jī)后軸承出現(xiàn)卡滯或使用時(shí)的早期止轉(zhuǎn)失效。主要表現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)卡滯感、工作面嚴(yán)重剝落,保持架嚴(yán)重磨損乃至扭曲與斷裂。經(jīng)失效結(jié)果分析表明,屬于軸承本身質(zhì)量問(wèn)題并不多,多數(shù)是由于安裝使用不當(dāng)所造成。為此,筆者認(rèn)為有必要就軸承常見(jiàn)的失效模式與機(jī)理作些膚淺的綜述,以期起到一個(gè)拋磚引玉的作用。
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一、軸承的失效機(jī)理1.接觸疲勞失效
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接觸疲勞失效系指軸承工作表面受到交變應(yīng)力的作用而產(chǎn)生失效。接觸疲勞剝落發(fā)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(yīng)力處產(chǎn)生,然后擴(kuò)展到表面形成不同的剝落形狀,如點(diǎn)狀為點(diǎn)蝕或麻點(diǎn)剝落,剝落成小片狀的稱淺層剝落。由于剝落面的逐漸擴(kuò)大,而往往向深層擴(kuò)展,{TodayHot}形成深層剝落。深層剝落是接觸疲勞失效的疲勞源。2.磨損失效
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磨損失效系指表面之間的相對(duì)滑動(dòng)摩擦導(dǎo)致其工作表面金屬不斷磨損而產(chǎn)生的失效。持續(xù)的磨損將引起軸承零件逐漸損壞,并最終導(dǎo)致軸承尺寸精度喪失及其它相關(guān)問(wèn)題。磨損可能影響到形狀變化,配合間隙增大及工作表面形貌變化,可能影響到潤(rùn)滑劑或使其污染達(dá)到一定程度而造成潤(rùn)滑功能完全喪失,因而使軸承喪失旋轉(zhuǎn)精度乃至不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。磨損失效是各類軸承常見(jiàn)的失效模式之一,按磨損形式通常可分為最常見(jiàn)的磨粒磨損和粘著磨損。
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磨粒磨損系指軸承工作表面之間擠入外來(lái)堅(jiān)硬粒子或硬質(zhì)異物或金屬表面的磨屑且接觸表面相對(duì)移動(dòng)而引起的磨損,常在軸承工作表面造成犁溝狀的擦傷。硬質(zhì)粒子或異物可能來(lái)自主機(jī)內(nèi)部或來(lái)自主機(jī)系統(tǒng)其它相鄰零件由潤(rùn)滑介質(zhì)送進(jìn)軸承內(nèi)部。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(rùn)滑條件嚴(yán)重惡化時(shí),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(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)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(diǎn)從基體上撕裂而增大塑性變形。這種粘著——撕裂——粘著的循環(huán)過(guò)程構(gòu)成了粘著磨損,一般而言,輕微的粘著磨損稱為擦傷,嚴(yán)重的粘著磨損稱為咬合。3.斷裂失效
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軸承斷裂失效主要原因是缺陷與過(guò)載兩大因素。當(dāng)外加載荷超過(guò)材料強(qiáng)度極限而造成零件斷裂稱為過(guò)載斷裂。過(guò)載原因主要是主機(jī)突發(fā)故障或安裝不當(dāng)。軸承零件的微裂紋、縮孔、氣泡、大塊外來(lái)雜物、過(guò)熱組織及局部燒傷等缺陷在沖擊過(guò)載或劇烈振動(dòng)時(shí)也會(huì)在缺陷處引起斷裂,稱為缺陷斷裂。應(yīng)當(dāng)指出,軸承在制造過(guò)程中,對(duì)原材料的入廠復(fù)驗(yàn)、鍛造和熱處理質(zhì)量控制、加工過(guò)程控制中可通過(guò)儀器正確分析上述缺陷是否存在,今后仍必須加強(qiáng)控制。但一般來(lái)說(shuō),通常出現(xiàn)的軸承斷裂失效大多數(shù)為過(guò)載失效。
作者:
海上孤舟
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4.游隙變化失效
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軸承在工作中,由于外界或內(nèi)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(guò)盈量過(guò)大,安裝不到位,溫升引起的膨脹量、瞬時(shí)過(guò)載等,內(nèi)在因素如殘余奧氏體和殘余應(yīng)力處于不穩(wěn)定狀態(tài)等均是造成游隙變化失效的主要原因。
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二、軸承常見(jiàn)失效模式及對(duì)策1.溝道單側(cè)極限位置剝落
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溝道單側(cè)極限位置剝落主要表現(xiàn)在溝道與擋邊交界處有嚴(yán)重的剝落環(huán)帶。產(chǎn)生原因是軸承安裝不到位或運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中突發(fā)軸向過(guò)載。采取對(duì)策是確保軸承安裝到位或?qū)⒆杂蓚?cè)軸承外圈配合改為間隙配合,以期軸承過(guò)載時(shí)使軸承得到補(bǔ)償。
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2.溝道在圓周方向呈對(duì)稱位置剝落
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對(duì)稱位置剝落表現(xiàn)在內(nèi)圈為周圍環(huán)帶剝落,而外圈呈周向?qū)ΨQ位置剝落(即橢圓的短軸方向),其產(chǎn)生原因主要是因?yàn)橥鈿た讬E圓過(guò)大或兩半分離式外殼孔結(jié)構(gòu),這在摩托車用凸輪軸軸承中表現(xiàn)尤為明顯。當(dāng)軸承壓入橢圓偏大的外殼孔中或兩半分離式外殼固緊時(shí),使軸承外圈產(chǎn)生橢圓,在短軸方向的游隙明顯減少甚至負(fù)游隙。軸承在載荷的作用下,內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生周向剝落痕跡,外圈只在短軸方向的對(duì)稱位置產(chǎn)生剝落痕跡。這是該軸承早期失效的主要原因,經(jīng)對(duì)該軸承失效件檢驗(yàn)表明,該軸承外徑圓度已從原工藝控制的0.8μm變?yōu)?7μm。此值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于徑向游隙值。因此,可以肯定該軸承是在嚴(yán)重變形及負(fù)游隙下工作的,工作面上易早期形成異常的急劇磨損與剝落。采取的對(duì)策是提高外殼孔加工精度或盡可能不采用外殼孔兩半分離結(jié)構(gòu)。
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3.滾道傾斜剝落
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在軸承工作面上呈傾斜剝落環(huán)帶,說(shuō)明軸承是在傾斜狀態(tài)下工作的,當(dāng)傾斜角達(dá)到或超過(guò)臨界狀態(tài)時(shí),易早期形成異常的急劇磨損與剝落。產(chǎn)生的原因主要是因?yàn)榘惭b不良,軸有撓度、軸頸與外殼孔精度低等,采取對(duì)策為確保軸承安裝質(zhì)量與提高軸肩、孔肩的軸向跳動(dòng)精度。
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4.套圈斷裂
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套圈斷裂失效一般較少見(jiàn),往往是突發(fā)性過(guò)載造成。產(chǎn)生原因較為復(fù)雜,如軸承的原材料缺陷(氣泡、縮孔)、鍛造缺陷(過(guò)燒)、熱處理缺陷(過(guò)熱)、加工缺陷(局部燒傷或表面微裂紋)、主機(jī)缺陷(安裝不良、潤(rùn)滑貧乏、瞬時(shí)過(guò)載)等,一旦受過(guò)載沖擊負(fù)荷或劇烈振動(dòng)均有可能使套圈斷裂。采取對(duì)策為避免過(guò)載沖擊載荷、選擇適當(dāng)?shù)倪^(guò)盈量、提高安裝精度、改善使用條件及加強(qiáng)軸承制造過(guò)程中的質(zhì)量控制。
作者:
海上孤舟
時(shí)間:
2009-6-30 10:37
5.保持架斷裂
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保持架斷裂屬于偶發(fā)性非正常失效模式。其產(chǎn)生原因主要有以下五個(gè)方面:
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a.保持架異常載荷。如安裝不到位、傾斜、過(guò)盈量過(guò)大等易造成游隙減少,加劇摩擦生熱,表面軟化,過(guò)早出現(xiàn)異常剝落,隨著剝落的擴(kuò)展,剝落異物進(jìn)入保持架兜孔中,導(dǎo)致保持架運(yùn)轉(zhuǎn)阻滯并產(chǎn)生附加載荷,加劇了保持架的磨損,如此惡化的循環(huán)作用,便可能造成保持架斷裂。
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b.潤(rùn)滑不良主要指軸承運(yùn)轉(zhuǎn)處于貧油狀態(tài),易形成粘著磨損,使工作表面狀態(tài)惡化,粘著磨損產(chǎn)生的撕裂物易進(jìn)入保持架,使保持架產(chǎn)生異常載荷,有可能造成保持架斷裂。
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c.外來(lái)異物的侵入是造成保持架斷裂失效的常見(jiàn)模式。由于外來(lái)硬質(zhì)異物的侵入,加劇了保持架的磨損與產(chǎn)生異常附加載荷,也有可能導(dǎo)致保持架斷裂。
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d.蠕變現(xiàn)象也是造成保持架斷裂的原因之一。所謂蠕變多指套圈的滑動(dòng)現(xiàn)象,在配合面過(guò)盈量不足的情況下,由于滑動(dòng)而使載荷點(diǎn)向周圍方向移動(dòng),產(chǎn)生套圈相對(duì)軸或外殼向圓周方向位置偏離的現(xiàn)象。蠕變一旦產(chǎn)生,配合面顯著磨損,磨損粉末有可能進(jìn)入軸承內(nèi)部,形成異常磨損——滾道剝落——保持架磨損及附加載荷的過(guò)程,以至可能造成保持架斷裂。
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e.保持架材料缺陷(如裂紋、大塊異金屬夾雜物、縮孔、氣泡)及鉚合缺陷(缺釘、墊釘或兩半保持架結(jié)合面空隙,嚴(yán)重鉚傷)等均可能造成保持架斷裂。采取對(duì)策為在制造過(guò)程中加以嚴(yán)格控制。
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三、結(jié)論
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綜上所述,從軸承常見(jiàn)失效機(jī)理與失效模式可知,盡管滾動(dòng)軸承是精密而可靠的機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)體,但使用不當(dāng)也會(huì)引起早期失效。一般情況下,如果能正確使用軸承,可使用至疲勞壽命為止。軸承的早期失效多起于主機(jī)配合部位的制造精度、安裝質(zhì)量、使用條件、潤(rùn)滑效果、外部異物侵入、熱影響及主機(jī)突發(fā)故障等方面的因素。因此,正確合理地使用軸承是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,在軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和裝機(jī)過(guò)程中,針對(duì)產(chǎn)生早期失效的環(huán)節(jié),采取相應(yīng)的措施,可有效地提高軸承及主機(jī)的使用壽命,這是制造廠和客戶應(yīng)負(fù)有的共同責(zé)任。
作者:
向偉65034418
時(shí)間:
2009-6-30 14:01
謝謝樓主的對(duì)軸承的分析,在工作中很有用的。頂一下。
作者:
草原蒙狼
時(shí)間:
2009-7-2 19:39
頂一下
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辛苦了
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作者:
機(jī)械師888
時(shí)間:
2009-7-27 21:40
學(xué)習(xí)了,謝謝辛苦
作者:
fagskf2008
時(shí)間:
2009-10-25 10:14
辛苦了哦
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謝謝分享啊
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學(xué)習(xí)了哦
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簽名檔:
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SKF軸承中國(guó)總代理
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SKF中國(guó)辦事處
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SKF軸承
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FAG
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