Ⅰ 滚动轴承失效模式——磨损
轴承失效最好按照其失效的根本原因进行分类,但未必总是能够很容易地将原因与特征(症状)或者失效机理与失效模式一一对应,大量相关的文献也都证实了这一点(见参考文献)。基于使用中可见的明显特征外观,GB/T 24611—2020/ISO 15243 :2017将失效模式分为六大类和不同的小类(图1)。
图1 失效模式
磨损 是指在使用过程中,两个滑动或滚动/滑动接触表面相互作用造成材料的不断移失。
磨粒磨损
磨粒磨损(颗粒磨损;三体磨损)是 存在 硬颗粒 时由于滑动产生的材料移失,当一硬的表面或颗粒滑过另一表面时,通过切削或犁沟作用而从该表面移除材料。 磨损后表面会发生某种程度的变暗 ,磨粒的粗细和特性不同,变暗程度不同(图2)。由于旋转表面,可能还有保持架(图3)上的材料被磨掉,磨粒数量逐渐增多,最终磨损进入一个加速过程,从而导致轴承失效。
图2 调心滚子轴承内圈上的磨粒磨损
图3 金属实体保持架兜孔上进一步发展的磨粒磨损
虽然表面一般会有一定程度的变暗,但 当磨粒非常细时会发生 抛光 效应 , 形成 非常亮的表面 (图4)
图4 圆锥滚子轴承滚子大端面和内圈大挡边表面及
滚道上的磨粒磨损
注: 滚动轴承的“ 跑合 ”是一自然的短期过程,此过程之后,运转状态(如噪声或工作温度)将趋于稳定,甚至得到改善。由此, 运行 轨迹 可见 ,但这并非表示轴承受到损伤。
粘着磨损
粘着磨损是 材料从一表面转移到另一表面 ,并伴随有摩擦发热,有时还伴有表面回火或重新淬火。这一过程会产生局部应力集中并可能导致接触区开裂或剥落。
在润滑不充分的情况下,当发生滑动且摩擦带来的局部温升引起接触面粘着时,发生 涂抹 (滑伤、粘结、划伤、粗化),导致材料转移。 假如滚动体受载过小并在其再次进入承载区时受到强烈的加速作用,则在滚动体和滚道之间常常会发生涂抹(图5、图6)。在涂抹严重的情况下会发生咬粘。与磨粒磨损的逐渐积累过程相反,涂抹常常是突然发生。
图5 圆柱滚子轴承外圈滚道上的涂抹
图6 调心滚子轴承外圈滚道上的涂抹
由于润滑不充分,挡边面和滚子端面也会发生涂抹(图7)。对于满装滚动体(无保持架)轴承,受润滑和旋转条件的影响,滚动体之间的接触处同样会发生涂抹。
图7 圆柱滚子轴承滚子端面的涂抹
如果轴承套圈安装在轴上或轴承座中时,夹持力不足而导致套圈相对其支承面移动( 蠕动 ),则会在轴承内径面、外径面或轴、轴承座孔支承面上发生涂抹(也称胶合)。由于两零件直径之间存在微小差异,造成其周长也存在微小差异。因此,相对于套圈旋转的径向载荷使两零件在一系列连续点处发生接触,两接触零件以微小差速相对转动。套圈相对其支承面以微小转速差所作的这种滚动运动称为“蠕动”。
发生蠕动时,套圈和支承面接触区内的粗糙峰被滚碾,使套圈表面呈现光亮外观。在蠕动过程中滚碾经常发生,但不总是伴有套圈和支承面接触处的滑动,因而还可看到其他损伤,如擦伤印痕、微动磨蚀和磨损。 在某些承载条件下,当套圈和支承面之间的过盈量不够大时,则以 微动磨蚀 为主 。
此外,径向采用间隙配合时,套圈端面和其轴向邻接面之间也会发生蠕动,严重时导致横向 热裂 纹,最终引起套圈开裂。
相关术语的解释:
磨损(wear): 在使用过程中材料从一固体表面逐渐移失,一般是该表面和一接触物体或多个物体间的相对运动引起材料的逐渐移失。
磨粒磨损(abrasive wear): 由于润滑不充分及(外部)颗粒的侵入,使材料逐渐移失。表面会有某种程度的变暗,变暗程度因磨粒的粗细及特性而不同。
三体磨损(three-body wear): 当颗粒不受限、且可在表面自由滚动、滑动并同时和两接触表面相互作用时发生的一种磨粒磨损。
硬颗粒(hard particle): 如来自磨削过程(如砂轮)的砂及颗粒。
犁沟(ploughing): 由两个相对运动的表面中较软表面的塑性变形形成的沟槽。
抛光(polishing):使轴承零件的原始加工表面外观变得更为光亮的平滑作用。
光亮状磨损(burnishing): 导致粗糙峰顶部扁平化的塑性变形的累积,表面逐步呈现更光亮的状态,而非表面精加工留下的形貌。
跑合(running-in): 在使用初期,改善机器零件吻合度、表面形貌及摩擦兼容性的过程。
轨迹(path pattern): 由于滚动体和滚道接触,轴承零件部分区域出现的痕迹(最终会变色)。
粘着磨损(adhesive wear): 滑动期间由于固相焊接而导致材料从一个表面转移到另一表面,从一个表面移失的颗粒或永久或临时粘附在另一表面。
涂抹(smearing): 粘着磨损的一种,材料从一个表面上机械性移除(常涉及塑性剪切变形),并在一个或两个表面上重新沉积为一薄层材料。
滑伤(skidding): 由于高速滑动和因载荷迅速变化而使润滑油膜破裂,在表面出现的断续的银雾状表面损伤。
粘结(galling):零件表面材料以斑块从一个接触表面的某个位置转移到另一接触表面的某个位置,且有可能由于高的拖动力而以多个粗糙峰的尺度回移到前一接触表面。( 注:典型的粘着磨损。 )
划伤(scoring): 表面严重的擦伤或犁沟。
粗化(frosting): 粘着磨损的特定形式,金属微小碎片被滚动体从轴承滚道上扯下。( 注:粗化区在一个方向上感觉平滑,但在另一个方向上则有明显的粗糙感。 )
咬粘(seizing): 接触表面润滑不充分、载荷过大和温升所引起的极端涂抹,视运转速度和温度不同,可导致材料软化、二次淬火、开裂、摩擦焊合,严重时,还可导致轴承零件发生卡滞。
蠕动(creep):在轴承套圈安装时过盈配合不充分且载荷相对于套圈旋转的情况下,轴承套圈相对于其支承面发生不希望有的运动。
注:蠕动过程中,滚碾导致内圈相对轴的转速或者外圈相对轴承座的转速存在微小差异。蠕动常常(但不一定总是)伴随有套圈与支承面接触处的滑动。
胶合(scuffing): 由滑动面的固相焊接(无局部表面熔化)引起的一种粘着磨损或局部损伤。( 注:由于该术语描述太通用且不严密,因此,尽量避免使用。 )
微动磨蚀 (fretting/fretting corrosion):一定摩擦条件下,配合面间的微小相对运动(滑动)所引起的化学反应,导致表面氧化、粗糙峰变成可见的粉状铁锈、配合面之一或两者失去材料。表面变亮或变色(黑红色)。
热裂(thermal cracking、heat cracking): 由滑动摩擦发热引起的损伤(或失效)。裂纹常出现在与滑动垂直的方向。
Ⅱ 滚动轴承的主要失效形式有哪些
1、接触疲劳失效
接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生的材料疲劳失效。接触疲劳失效常见的形式是接触疲劳剥落。接触疲劳剥落发生在轴承工作表面,往往伴随着疲劳裂纹,首先从接触表面以下最大交变切应力处产生,然后扩展到表面形成不同的剥落形状。
如点状为点蚀或麻点剥落,剥落成小片状的称浅层剥落。由于剥落面的逐渐扩大,会慢慢向深层扩展,形成深层剥落。深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。
2、磨损失效
磨损失效系指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏,并最终导致轴承尺寸精度丧失及其它问题。磨损失效是各类轴承常见的失效模式之一,按磨损形式通常可分为磨粒磨损和粘着磨损。
磨粒磨损是指轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物或金属表面的磨屑且接触表面相对移动而引起的磨损,常在轴承工作表面造成犁沟状的擦伤。
粘着磨损是指由于摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均,在润滑条件严重恶化时,因局部摩擦生热,易造成摩擦面局部变形和摩擦显微焊合现象,严重时表面金属可能局部熔化,接触面上作用力将局部摩擦焊接点从基体上撕裂而增大塑性变形。
3、断裂失效
轴承断裂失效主要原因是缺陷与过载两大因素。当外加载荷超过材料强度极限而造成零件断裂称为过载断裂。过载原因主要是主机突发故障或安装不当。
轴承零件的微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击过载或剧烈振动时也会在缺陷处引起断裂,称为缺陷断裂。
应当指出,轴承在制造过程中,对原材料的入厂复验、锻造和热处理质量控制、加工过程控制中可通过仪器正确分析上述缺陷是否存在。但一般来说,通常出现的轴承断裂失效大多数为过载失效。
4、腐蚀失效
有些滚动轴承在实际运行当中不可避免的接触到水、水汽以及腐蚀性介质,这些物质会引起滚动轴承的生锈和腐蚀。另外滚动轴承在运转过程中还会受到微电流和静电的作用,造成滚动轴承的电流腐蚀。
滚动轴承的生锈和腐蚀会造成套圈、滚动体表面的坑状锈、梨皮状锈及滚动体间隔相同的坑状锈、全面生锈及腐蚀。最终引起滚动轴承的失效。
5、游隙变化失效
滚动轴承在工作中,由于外在或内在因素的影响,使得原有配合间隙改变,精度降低,乃至造成“咬死",称为游隙变化失效。外界因素如过盈量过大,安装不到位,温升引起的膨胀量、瞬时过载等;内在因素如残余奥氏体和残余应力处于不稳定状态等,均是造成游隙变化失效的主要原因。
(2)轴承胶合是什么样子扩展阅读
滚动轴承中的向心轴承(主要承受径向力)通常由内圈、外圈、滚动体和滚动体保持架4部分组成。内圈紧套在轴颈上并与轴一起旋转,外圈装在轴承座孔中。
在内圈的外周和外圈的内周上均制有滚道。当内外圈相对转动时,滚动体即在内外圈的滚道上滚动,它们由保持架隔开,避免相互摩擦。推力轴承分紧圈和活圈两部分。
紧圈与轴套紧,活圈支承在轴承座上。套圈和滚动体通常采用强度高、耐磨性好的滚动轴承钢制造,淬火后表面硬度应达到HRC60~65。保持架多用软钢冲压制成,也可以采用铜合金夹布胶木或塑料等制造。
Ⅲ 滚动轴承的主要失效形式是什么
滚动轴承的主要失效形式:磨损、疲劳、腐蚀、断裂、压痕、胶合。
滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏。其中疲劳有许多类型,对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。疲劳产生的原因错综复杂,影响因素也很多,有与轴承制造有关的因素。
滚动轴承的失效辨别:
最初的轴承故障诊断是利用听棒,靠听觉来判断。这种方法至今仍然在沿用,其中的一部分已改进为电子听诊器,训练有素的人凭经验能判断出刚刚发生的疲劳剥落,有时甚至能辨别出损伤的位置,但毕竟影响因素较多,可靠性差。
后来出现了各种测振仪,用振动位移、速度和加速度的均方根值或峰值来判断轴承有无故障,这样减少了监测人员对经验的依赖性,提高了监测诊断的准确性,但仍然很难在故障初期及时作出诊断。
Ⅳ 滑动轴承常见的故障现象有
滑动轴承的主要故障: 1、瓦面腐蚀:光谱分析发现有色金属元素浓度异常;轴承中出现了许多有色金属成分的亚微米级磨损颗粒;润滑油水分超标、酸值超标。 2、轴颈表面腐蚀:光谱分析发现铁元素浓度异常,轴承轴承中有许多铁成分的亚微米颗粒,润滑油水分超标或酸值超标。 3、瓦面剥落:轴承中发现有许多大尺寸的疲劳剥落合金磨损颗粒、层状磨粒。 4、瓦背微动磨损:光谱分析发现铁浓度异常,轴承中有许多铁成分亚微米磨损颗粒,润滑油水分及酸值异常。 5、轴承表面拉伤:轴承中发现有切削磨粒,磨粒成分为有色金属。 6、轴颈表面拉伤:轴承中有铁系切削磨粒或黑色氧化物颗粒,金属表面存在回火色。 7、轴承烧瓦:轴承中有较多大尺寸的合金磨粒及黑色金属氧化物。
Ⅳ 什么是平面轴承,平面轴承容易坏吗_
汽车平面轴承,也叫压力轴承,放置在减震器顶部,弹簧和减震器顶部橡胶之间。它承受上下压力,可以自由旋转。汽车平面轴承是指减震器平面轴承,位于减震器顶部,与减震器顶部胶合在一起。一旦平面轴承损坏,减震器顶部橡胶也会损坏。这会影响车辆的行驶质量和安全性。平常平面轴承这个是有一定的使用周期和寿命的,这个也取决于平常驾驶操作人员的驾驶操作习惯,以及平常行驶的道路状况,如果行驶的道路状况条件特别差的话,那蚂改平面轴承损坏的概率是非常大的。如果行驶的道路状况条件比较好,平面轴承一般正常使用个5到6年,不会出什么问题。闷告判如果平面造成损坏,车辆会出现方向盘转向变重,在过坑洼路面的时候,车辆减震缓冲效果下降有明显的异响。这种情况就需要及时检友消查或者是更换平面轴承。
Ⅵ 滚动轴承的失效形式有哪些
一、滚动轴承的磨损失效
磨损时滚动轴承最常见的一种失效形式。在滚动轴承运转中,滚动体和套圈之间均存在滑动,这些滑动会引起零件接触面的磨损。尤其在轴承中侵入金属粉末、氧化物以及其他硬质颗粒时,则形成严重的磨料磨损,使磨损更为加剧。另外,由于振动和磨料的共同作用,对于处在非旋转状态的滚动轴承,会在套圈上形成与钢球节距相同的凹坑,即为摩擦腐蚀现象。如果轴承与孔座或轴颈配合太松,在运行中引起的相对运动,又会造成轴承座孔或轴颈的磨损。当磨损量较大时,轴承便产生游隙噪声,使振动增大。
二、滚动轴承的疲惫失效
在滚动轴承中,滚动体或套圈滚动表面由于接触载荷的反复作用,表层因反复的弹性变形而致冷作硬化,下层的材料应力与表层出现断层状分布,导致从表面下形成细小裂纹,随着以后的持续载荷运转,裂纹逐步发展到表面,致使材料表面的裂纹相互贯通,直至金属表层产生片状或点坑状剥落。轴承的这种失效形式成为疲劳失效。其主要原因是疲劳应力造成的,有时是由于润滑不良或强迫安装所引起。随着滚动轴承的继续运转,损坏逐步增大。因为有脱落的碎片被滚压在其余部分滚道上,并给那里造成局部超载荷而进一步使滚动损坏。轴承运转时,一旦发生疲劳剥落,其振动和噪声将急剧增大。
三、滚动轴承的腐蚀失效
轴承零件表面的腐蚀分三种类型。一是化学腐蚀,当水、酸等进入轴承或者使用含酸的润滑剂,都会产生这种腐蚀。二是电腐蚀,由于轴承表面间有较大电流通过使表面产生点蚀。三是微振腐蚀,为轴承套圈在机座座孔中或轴颈上的微小相对运动而至。结果使套圈表面产生红色或黑色的锈斑。轴承的腐蚀斑则是以后损坏的起点。
四、滚动轴承的塑变失效
压痕主要是由于滚动轴承受载荷后,在滚动体和滚道接触处产生塑性变形。载荷过大时会在滚道表面形成塑性变形凹坑。另外,若装配不当,也会由于过载或撞击造成表面局部凹陷。或者由于装配敲击,而在滚道上造成压痕。
五、滚动轴承的断裂失效
造成轴承零件的破断或裂纹的重要原因是由于运行时载荷过大、转速过高、润滑不良或装配不善而产生过大的热应力,也有的是由于磨削或热处理不当而导致的。
六、滚动轴承的胶合失效
滑动接触的两个表面,当一个表面上的金属粘附到另一个表面上的现象称为胶合。对于滚动轴承,当滚动体在保持架内被卡住或润滑不足、速度过高造成摩擦热过大,使保持架的材料粘附到滚子上而形成胶合。其胶合状为螺旋形污斑状。还有的是由于安装的初间隙过小,热膨胀引起滚动体与内外圈挤压,致使在轴承的滚动中产生胶合和剥落。
Ⅶ 轴承常见的故障有哪些
滚动轴承是旋转设备中使用最广泛的机械零部件之一,也是很容易出现故障零部件。据统计,在使用滚动轴承的旋转设备中,约有30%的机械故障是由滚动轴承引起的。滚动轴承有几种常见的故障类型。
1. 疲劳剥落(点蚀)当滚动轴承工作时,滚动元件和滚道之间存在点接触或线接触。在交变载荷的作用下,表面之间存在很大的循环接触应力,这很容易在表面形成疲劳源。疲劳源产生微裂纹。由于其高硬度和脆性,微裂纹难以深入发展。它们以小颗粒剥落并且在表面上具有良好的点蚀。这是疲劳点蚀。在严重的情况下,表面剥落形成凹坑;如果轴承继续运转,将形成大面积的剥落。疲劳点蚀会在运行过程中产生冲击负荷,从而增加设备的振动和噪音。然而,疲劳点蚀是滚动轴承的正常,不可避免的失效形式。轴承寿命是指在第一个疲劳剥落点发生之前的总转数。轴承的额定寿命是指轴承的90%寿命,没有疲劳点蚀。 (使用轴承故障检测器诊断轴承)
2. 磨损 润滑不良,外界尘粒等异物侵入,转配不当等原因,都会加剧滚动轴承表面之间的磨损。磨损的程度严重时,轴承游隙增大,表面粗糙度增加,不仅降低了轴承的运转精度,而且也会设备的振动和噪声随之增大。
3. 胶合 胶合是一个表面上的金属粘附到另一个表面上去的现象。其产生的主要原因是缺油、缺脂下的润滑不足,以及重载、高速、高温,滚动体与滚道在接触处发生了局部高温下的金属熔焊现象。 通常,轻度的胶合又称为划痕,重度的胶合又称为烧轴承。 胶合为严重故障,发生后立即会导致振动和噪声急剧增大,多数情况下设备难以继续运转。
4. 断裂 轴承零件的裂纹和断裂是最危险的一种故障形式,这主要是由于轴承材料有缺陷和热处理不当以及严重超负荷运行所引起的;此外,装配过盈量太大、轴承组合设计不当,以及缺油、断油下的润滑丧失也都会引起裂纹和断裂。
5. 锈蚀 锈蚀是由于外界的水分带入轴承中;或者设备停用时,轴承温度在露点以下,空气中的水分凝结成水滴吸附在轴承表面上;以及设备在腐蚀性介质中工作,轴承密封不严,从而引起化学腐蚀。锈蚀产生的锈斑使轴承表面产生早期剥落,同时也加剧了磨损。
6. 电蚀 电蚀主要是转子带电,电流击穿油膜而形成电火化放电,使表面局部熔焊,在轴承工作表面形成密集的电流凹坑或波纹状的凹凸不平。
7. 塑性变形(凹坑和压痕)对于速度极低(n <1 r / min)或间歇摆动轴承的轴承,失效模式主要是永久塑性变形,即凹槽在滚道上以最大力形成。坑。塑性变形主要是由于过度的挤压应力,例如过大的工作载荷,过大的冲击载荷和热变形。当轴承有凹痕时,会产生很多振动和噪音。另外,当硬颗粒从外部进入滚动体和滚道时,在滚道表面上形成凹痕。
8. 保持架损坏 润滑不良会使保持架与滚动体或座圈发生磨损、碰撞。装配不当所造成的保持架变形,会使保持架与滚动体或座圈之间产生卡涩,从而加速了保持架的磨损。保持架磨损后,间隙变大,与滚动体之间的撞击力增大,以致使保持架断裂。
滚动轴承有许多类型的故障。然而,在实际应用中最常见和最具代表性的故障类型通常只有三种类型,即疲劳剥落(点蚀),磨损和胶合。其中,从粘合的发生到轴承的完全损坏的过程通常非常短,因此通常难以通过定期检查及时发现。