Ⅰ 滾動軸承失效模式——磨損
軸承失效最好按照其失效的根本原因進行分類,但未必總是能夠很容易地將原因與特徵(症狀)或者失效機理與失效模式一一對應,大量相關的文獻也都證實了這一點(見參考文獻)。基於使用中可見的明顯特徵外觀,GB/T 24611—2020/ISO 15243 :2017將失效模式分為六大類和不同的小類(圖1)。
圖1 失效模式
磨損 是指在使用過程中,兩個滑動或滾動/滑動接觸表面相互作用造成材料的不斷移失。
磨粒磨損
磨粒磨損(顆粒磨損;三體磨損)是 存在 硬顆粒 時由於滑動產生的材料移失,當一硬的表面或顆粒滑過另一表面時,通過切削或犁溝作用而從該表面移除材料。 磨損後表面會發生某種程度的變暗 ,磨粒的粗細和特性不同,變暗程度不同(圖2)。由於旋轉表面,可能還有保持架(圖3)上的材料被磨掉,磨粒數量逐漸增多,最終磨損進入一個加速過程,從而導致軸承失效。
圖2 調心滾子軸承內圈上的磨粒磨損
圖3 金屬實體保持架兜孔上進一步發展的磨粒磨損
雖然表面一般會有一定程度的變暗,但 當磨粒非常細時會發生 拋光 效應 , 形成 非常亮的表面 (圖4)
圖4 圓錐滾子軸承滾子大端面和內圈大擋邊表面及
滾道上的磨粒磨損
注: 滾動軸承的「 跑合 」是一自然的短期過程,此過程之後,運轉狀態(如雜訊或工作溫度)將趨於穩定,甚至得到改善。由此, 運行 軌跡 可見 ,但這並非表示軸承受到損傷。
粘著磨損
粘著磨損是 材料從一表面轉移到另一表面 ,並伴隨有摩擦發熱,有時還伴有表面回火或重新淬火。這一過程會產生局部應力集中並可能導致接觸區開裂或剝落。
在潤滑不充分的情況下,當發生滑動且摩擦帶來的局部溫升引起接觸面粘著時,發生 塗抹 (滑傷、粘結、劃傷、粗化),導致材料轉移。 假如滾動體受載過小並在其再次進入承載區時受到強烈的加速作用,則在滾動體和滾道之間常常會發生塗抹(圖5、圖6)。在塗抹嚴重的情況下會發生咬粘。與磨粒磨損的逐漸積累過程相反,塗抹常常是突然發生。
圖5 圓柱滾子軸承外圈滾道上的塗抹
圖6 調心滾子軸承外圈滾道上的塗抹
由於潤滑不充分,擋邊面和滾子端面也會發生塗抹(圖7)。對於滿裝滾動體(無保持架)軸承,受潤滑和旋轉條件的影響,滾動體之間的接觸處同樣會發生塗抹。
圖7 圓柱滾子軸承滾子端面的塗抹
如果軸承套圈安裝在軸上或軸承座中時,夾持力不足而導致套圈相對其支承面移動( 蠕動 ),則會在軸承內徑面、外徑面或軸、軸承座孔支承面上發生塗抹(也稱膠合)。由於兩零件直徑之間存在微小差異,造成其周長也存在微小差異。因此,相對於套圈旋轉的徑向載荷使兩零件在一系列連續點處發生接觸,兩接觸零件以微小差速相對轉動。套圈相對其支承面以微小轉速差所作的這種滾動運動稱為「蠕動」。
發生蠕動時,套圈和支承面接觸區內的粗糙峰被滾碾,使套圈表面呈現光亮外觀。在蠕動過程中滾碾經常發生,但不總是伴有套圈和支承面接觸處的滑動,因而還可看到其他損傷,如擦傷印痕、微動磨蝕和磨損。 在某些承載條件下,當套圈和支承面之間的過盈量不夠大時,則以 微動磨蝕 為主 。
此外,徑向採用間隙配合時,套圈端面和其軸向鄰接面之間也會發生蠕動,嚴重時導致橫向 熱裂 紋,最終引起套圈開裂。
相關術語的解釋:
磨損(wear): 在使用過程中材料從一固體表面逐漸移失,一般是該表面和一接觸物體或多個物體間的相對運動引起材料的逐漸移失。
磨粒磨損(abrasive wear): 由於潤滑不充分及(外部)顆粒的侵入,使材料逐漸移失。表面會有某種程度的變暗,變暗程度因磨粒的粗細及特性而不同。
三體磨損(three-body wear): 當顆粒不受限、且可在表面自由滾動、滑動並同時和兩接觸表面相互作用時發生的一種磨粒磨損。
硬顆粒(hard particle): 如來自磨削過程(如砂輪)的砂及顆粒。
犁溝(ploughing): 由兩個相對運動的表面中較軟表面的塑性變形形成的溝槽。
拋光(polishing):使軸承零件的原始加工表面外觀變得更為光亮的平滑作用。
光亮狀磨損(burnishing): 導致粗糙峰頂部扁平化的塑性變形的累積,表面逐步呈現更光亮的狀態,而非表面精加工留下的形貌。
跑合(running-in): 在使用初期,改善機器零件吻合度、表面形貌及摩擦兼容性的過程。
軌跡(path pattern): 由於滾動體和滾道接觸,軸承零件部分區域出現的痕跡(最終會變色)。
粘著磨損(adhesive wear): 滑動期間由於固相焊接而導致材料從一個表面轉移到另一表面,從一個表面移失的顆粒或永久或臨時粘附在另一表面。
塗抹(smearing): 粘著磨損的一種,材料從一個表面上機械性移除(常涉及塑性剪切變形),並在一個或兩個表面上重新沉積為一薄層材料。
滑傷(skidding): 由於高速滑動和因載荷迅速變化而使潤滑油膜破裂,在表面出現的斷續的銀霧狀表面損傷。
粘結(galling):零件表面材料以斑塊從一個接觸表面的某個位置轉移到另一接觸表面的某個位置,且有可能由於高的拖動力而以多個粗糙峰的尺度回移到前一接觸表面。( 注:典型的粘著磨損。 )
劃傷(scoring): 表面嚴重的擦傷或犁溝。
粗化(frosting): 粘著磨損的特定形式,金屬微小碎片被滾動體從軸承滾道上扯下。( 注:粗化區在一個方向上感覺平滑,但在另一個方向上則有明顯的粗糙感。 )
咬粘(seizing): 接觸表面潤滑不充分、載荷過大和溫升所引起的極端塗抹,視運轉速度和溫度不同,可導致材料軟化、二次淬火、開裂、摩擦焊合,嚴重時,還可導致軸承零件發生卡滯。
蠕動(creep):在軸承套圈安裝時過盈配合不充分且載荷相對於套圈旋轉的情況下,軸承套圈相對於其支承面發生不希望有的運動。
注:蠕動過程中,滾碾導致內圈相對軸的轉速或者外圈相對軸承座的轉速存在微小差異。蠕動常常(但不一定總是)伴隨有套圈與支承面接觸處的滑動。
膠合(scuffing): 由滑動面的固相焊接(無局部表面熔化)引起的一種粘著磨損或局部損傷。( 注:由於該術語描述太通用且不嚴密,因此,盡量避免使用。 )
微動磨蝕 (fretting/fretting corrosion):一定摩擦條件下,配合面間的微小相對運動(滑動)所引起的化學反應,導致表面氧化、粗糙峰變成可見的粉狀鐵銹、配合面之一或兩者失去材料。表面變亮或變色(黑紅色)。
熱裂(thermal cracking、heat cracking): 由滑動摩擦發熱引起的損傷(或失效)。裂紋常出現在與滑動垂直的方向。
Ⅱ 滾動軸承的主要失效形式有哪些
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。接觸疲勞剝落發生在軸承工作表面,往往伴隨著疲勞裂紋,首先從接觸表面以下最大交變切應力處產生,然後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。由於剝落面的逐漸擴大,會慢慢向深層擴展,形成深層剝落。深層剝落是接觸疲勞失效的疲勞源。
2、磨損失效
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,並最終導致軸承尺寸精度喪失及其它問題。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磨粒磨損和粘著磨損。
磨粒磨損是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。
粘著磨損是指由於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。
3、斷裂失效
軸承斷裂失效主要原因是缺陷與過載兩大因素。當外載入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,軸承在製造過程中,對原材料的入廠復驗、鍛造和熱處理質量控制、加工過程式控制制中可通過儀器正確分析上述缺陷是否存在。但一般來說,通常出現的軸承斷裂失效大多數為過載失效。
4、腐蝕失效
有些滾動軸承在實際運行當中不可避免的接觸到水、水汽以及腐蝕性介質,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。
5、游隙變化失效
滾動軸承在工作中,由於外在或內在因素的影響,使得原有配合間隙改變,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於不穩定狀態等,均是造成游隙變化失效的主要原因。
(2)軸承膠合是什麼樣子擴展閱讀
滾動軸承中的向心軸承(主要承受徑向力)通常由內圈、外圈、滾動體和滾動體保持架4部分組成。內圈緊套在軸頸上並與軸一起旋轉,外圈裝在軸承座孔中。
在內圈的外周和外圈的內周上均制有滾道。當內外圈相對轉動時,滾動體即在內外圈的滾道上滾動,它們由保持架隔開,避免相互摩擦。推力軸承分緊圈和活圈兩部分。
緊圈與軸套緊,活圈支承在軸承座上。套圈和滾動體通常採用強度高、耐磨性好的滾動軸承鋼製造,淬火後表面硬度應達到HRC60~65。保持架多用軟鋼沖壓製成,也可以採用銅合金夾布膠木或塑料等製造。
Ⅲ 滾動軸承的主要失效形式是什麼
滾動軸承的主要失效形式:磨損、疲勞、腐蝕、斷裂、壓痕、膠合。
滾動軸承在使用過程中,由於很多原因造成其性能指標達不到使用要求時就產生了失效或損壞。其中疲勞有許多類型,對於滾動軸承來說主要是指接觸疲勞。疲勞產生的原因錯綜復雜,影響因素也很多,有與軸承製造有關的因素。
滾動軸承的失效辨別:
最初的軸承故障診斷是利用聽棒,靠聽覺來判斷。這種方法至今仍然在沿用,其中的一部分已改進為電子聽診器,訓練有素的人憑經驗能判斷出剛剛發生的疲勞剝落,有時甚至能辨別出損傷的位置,但畢竟影響因素較多,可靠性差。
後來出現了各種測振儀,用振動位移、速度和加速度的均方根值或峰值來判斷軸承有無故障,這樣減少了監測人員對經驗的依賴性,提高了監測診斷的准確性,但仍然很難在故障初期及時作出診斷。
Ⅳ 滑動軸承常見的故障現象有
滑動軸承的主要故障: 1、瓦面腐蝕:光譜分析發現有色金屬元素濃度異常;軸承中出現了許多有色金屬成分的亞微米級磨損顆粒;潤滑油水分超標、酸值超標。 2、軸頸表面腐蝕:光譜分析發現鐵元素濃度異常,軸承軸承中有許多鐵成分的亞微米顆粒,潤滑油水分超標或酸值超標。 3、瓦面剝落:軸承中發現有許多大尺寸的疲勞剝落合金磨損顆粒、層狀磨粒。 4、瓦背微動磨損:光譜分析發現鐵濃度異常,軸承中有許多鐵成分亞微米磨損顆粒,潤滑油水分及酸值異常。 5、軸承表面拉傷:軸承中發現有切削磨粒,磨粒成分為有色金屬。 6、軸頸表面拉傷:軸承中有鐵系切削磨粒或黑色氧化物顆粒,金屬表面存在回火色。 7、軸承燒瓦:軸承中有較多大尺寸的合金磨粒及黑色金屬氧化物。
Ⅳ 什麼是平面軸承,平面軸承容易壞嗎_
汽車平面軸承,也叫壓力軸承,放置在減震器頂部,彈簧和減震器頂部橡膠之間。它承受上下壓力,可以自由旋轉。汽車平面軸承是指減震器平面軸承,位於減震器頂部,與減震器頂部膠合在一起。一旦平面軸承損壞,減震器頂部橡膠也會損壞。這會影響車輛的行駛質量和安全性。平常平面軸承這個是有一定的使用周期和壽命的,這個也取決於平常駕駛操作人員的駕駛操作習慣,以及平常行駛的道路狀況,如果行駛的道路狀況條件特別差的話,那螞改平面軸承損壞的概率是非常大的。如果行駛的道路狀況條件比較好,平面軸承一般正常使用個5到6年,不會出什麼問題。悶告判如果平面造成損壞,車輛會出現方向盤轉向變重,在過坑窪路面的時候,車輛減震緩沖效果下降有明顯的異響。這種情況就需要及時檢友消查或者是更換平面軸承。
Ⅵ 滾動軸承的失效形式有哪些
一、滾動軸承的磨損失效
磨損時滾動軸承最常見的一種失效形式。在滾動軸承運轉中,滾動體和套圈之間均存在滑動,這些滑動會引起零件接觸面的磨損。尤其在軸承中侵入金屬粉末、氧化物以及其他硬質顆粒時,則形成嚴重的磨料磨損,使磨損更為加劇。另外,由於振動和磨料的共同作用,對於處在非旋轉狀態的滾動軸承,會在套圈上形成與鋼球節距相同的凹坑,即為摩擦腐蝕現象。如果軸承與孔座或軸頸配合太松,在運行中引起的相對運動,又會造成軸承座孔或軸頸的磨損。當磨損量較大時,軸承便產生游隙雜訊,使振動增大。
二、滾動軸承的疲憊失效
在滾動軸承中,滾動體或套圈滾動表面由於接觸載荷的反復作用,表層因反復的彈性變形而致冷作硬化,下層的材料應力與表層出現斷層狀分布,導致從表面下形成細小裂紋,隨著以後的持續載荷運轉,裂紋逐步發展到表面,致使材料表面的裂紋相互貫通,直至金屬表層產生片狀或點坑狀剝落。軸承的這種失效形式成為疲勞失效。其主要原因是疲勞應力造成的,有時是由於潤滑不良或強迫安裝所引起。隨著滾動軸承的繼續運轉,損壞逐步增大。因為有脫落的碎片被滾壓在其餘部分滾道上,並給那裡造成局部超載荷而進一步使滾動損壞。軸承運轉時,一旦發生疲勞剝落,其振動和雜訊將急劇增大。
三、滾動軸承的腐蝕失效
軸承零件表面的腐蝕分三種類型。一是化學腐蝕,當水、酸等進入軸承或者使用含酸的潤滑劑,都會產生這種腐蝕。二是電腐蝕,由於軸承表面間有較大電流通過使表面產生點蝕。三是微振腐蝕,為軸承套圈在機座座孔中或軸頸上的微小相對運動而至。結果使套圈表面產生紅色或黑色的銹斑。軸承的腐蝕斑則是以後損壞的起點。
四、滾動軸承的塑變失效
壓痕主要是由於滾動軸承受載荷後,在滾動體和滾道接觸處產生塑性變形。載荷過大時會在滾道表面形成塑性變形凹坑。另外,若裝配不當,也會由於過載或撞擊造成表面局部凹陷。或者由於裝配敲擊,而在滾道上造成壓痕。
五、滾動軸承的斷裂失效
造成軸承零件的破斷或裂紋的重要原因是由於運行時載荷過大、轉速過高、潤滑不良或裝配不善而產生過大的熱應力,也有的是由於磨削或熱處理不當而導致的。
六、滾動軸承的膠合失效
滑動接觸的兩個表面,當一個表面上的金屬粘附到另一個表面上的現象稱為膠合。對於滾動軸承,當滾動體在保持架內被卡住或潤滑不足、速度過高造成摩擦熱過大,使保持架的材料粘附到滾子上而形成膠合。其膠合狀為螺旋形污斑狀。還有的是由於安裝的初間隙過小,熱膨脹引起滾動體與內外圈擠壓,致使在軸承的滾動中產生膠合和剝落。
Ⅶ 軸承常見的故障有哪些
滾動軸承是旋轉設備中使用最廣泛的機械零部件之一,也是很容易出現故障零部件。據統計,在使用滾動軸承的旋轉設備中,約有30%的機械故障是由滾動軸承引起的。滾動軸承有幾種常見的故障類型。
1. 疲勞剝落(點蝕)當滾動軸承工作時,滾動元件和滾道之間存在點接觸或線接觸。在交變載荷的作用下,表面之間存在很大的循環接觸應力,這很容易在表面形成疲勞源。疲勞源產生微裂紋。由於其高硬度和脆性,微裂紋難以深入發展。它們以小顆粒剝落並且在表面上具有良好的點蝕。這是疲勞點蝕。在嚴重的情況下,表面剝落形成凹坑;如果軸承繼續運轉,將形成大面積的剝落。疲勞點蝕會在運行過程中產生沖擊負荷,從而增加設備的振動和噪音。然而,疲勞點蝕是滾動軸承的正常,不可避免的失效形式。軸承壽命是指在第一個疲勞剝落點發生之前的總轉數。軸承的額定壽命是指軸承的90%壽命,沒有疲勞點蝕。 (使用軸承故障檢測器診斷軸承)
2. 磨損 潤滑不良,外界塵粒等異物侵入,轉配不當等原因,都會加劇滾動軸承表面之間的磨損。磨損的程度嚴重時,軸承游隙增大,表面粗糙度增加,不僅降低了軸承的運轉精度,而且也會設備的振動和雜訊隨之增大。
3. 膠合 膠合是一個表面上的金屬粘附到另一個表面上去的現象。其產生的主要原因是缺油、缺脂下的潤滑不足,以及重載、高速、高溫,滾動體與滾道在接觸處發生了局部高溫下的金屬熔焊現象。 通常,輕度的膠合又稱為劃痕,重度的膠合又稱為燒軸承。 膠合為嚴重故障,發生後立即會導致振動和雜訊急劇增大,多數情況下設備難以繼續運轉。
4. 斷裂 軸承零件的裂紋和斷裂是最危險的一種故障形式,這主要是由於軸承材料有缺陷和熱處理不當以及嚴重超負荷運行所引起的;此外,裝配過盈量太大、軸承組合設計不當,以及缺油、斷油下的潤滑喪失也都會引起裂紋和斷裂。
5. 銹蝕 銹蝕是由於外界的水分帶入軸承中;或者設備停用時,軸承溫度在露點以下,空氣中的水分凝結成水滴吸附在軸承表面上;以及設備在腐蝕性介質中工作,軸承密封不嚴,從而引起化學腐蝕。銹蝕產生的銹斑使軸承表面產生早期剝落,同時也加劇了磨損。
6. 電蝕 電蝕主要是轉子帶電,電流擊穿油膜而形成電火化放電,使表面局部熔焊,在軸承工作表面形成密集的電流凹坑或波紋狀的凹凸不平。
7. 塑性變形(凹坑和壓痕)對於速度極低(n <1 r / min)或間歇擺動軸承的軸承,失效模式主要是永久塑性變形,即凹槽在滾道上以最大力形成。坑。塑性變形主要是由於過度的擠壓應力,例如過大的工作載荷,過大的沖擊載荷和熱變形。當軸承有凹痕時,會產生很多振動和噪音。另外,當硬顆粒從外部進入滾動體和滾道時,在滾道表面上形成凹痕。
8. 保持架損壞 潤滑不良會使保持架與滾動體或座圈發生磨損、碰撞。裝配不當所造成的保持架變形,會使保持架與滾動體或座圈之間產生卡澀,從而加速了保持架的磨損。保持架磨損後,間隙變大,與滾動體之間的撞擊力增大,以致使保持架斷裂。
滾動軸承有許多類型的故障。然而,在實際應用中最常見和最具代表性的故障類型通常只有三種類型,即疲勞剝落(點蝕),磨損和膠合。其中,從粘合的發生到軸承的完全損壞的過程通常非常短,因此通常難以通過定期檢查及時發現。