滚动轴承主要失效形式及其形成原因介绍

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论文摘要

  滚动轴承是机械设备中支撑和保证轴类零件正常运转的重要零件,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,一旦出现失效就会影响机械设备的正常运转。因此,正确认识和了解滚动轴承的失效形式及形成原因,对于提高轴承使用寿命、提高劳动生产效率和设备使用率以及保证安全生产,都是十分必要的。

  滚动轴承在实际生产中,虽然滚动轴承的结构形式各式各样,承受载荷方向不同、大小不一,工作环境和使用条件千差万别,但其失效形式主要有以下几种:①内、外圈或滚动体剥落;②内、外圈或滚动体有压坑:③内、外圈或滚动体磨损;④内、外圈或滚动体裂纹;⑤内、外圈或滚动体点腐蚀;⑥内、外圈或滚动体烧伤;⑦内、外圈或滚动体变色。现就其主要失效形式及其形成原因做一简单介绍:

  一、内、外圈或滚动体剥落

  对于滚动轴承来说零件工作表面承受周期性交变载荷或冲击载荷的作用,由于零件间接触面积很小,因此会产生极高的接触应力。滚动轴承套圈及各滚动体表面在接触应力的反复作用下,其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积,使滚动表面呈凹凸不平的鳞状,有尖锐的沟角。

  通常呈现疲劳扩展特征的海滩状纹路.产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面。

  二、内、外圈或滚动体有压坑

  压坑是由于在压力作用下硬质固体物侵入零件表面产生的凹坑的现象。

  它属于材料的局部表面塑性变形,其产生的部位主要在零件的工作表面上,形状和大小不一,有一定深度,压坑边缘有轻微凸起,边缘较光滑。

  其形成的原因是轴承零件在运转中产生的金属颗粒、密封不良造成轴承外部杂质侵入。预防压坑的措施主要有:提高零件的加工精度和轴承的清洁度、改善润滑、提高密封质量等。

  三、内、外圈或滚动体磨损

  滚动轴承在工作时滚动体和内外圈相互接触的金属表面相对运动产生摩擦,从而引起金属消耗或产生残余变形,使其表面的形状、尺寸、组织或性能发生改变即产生磨损。 磨损的基本形式有:

  疲劳磨损、黏着磨损、磨料(粒)磨损、微动磨损和腐蚀磨损等。产生磨损的主要原因:A.异物通过了密封不良的装置(或密封圈)进入了轴承内部;B.润滑不当。如润滑油中的杂质未过滤干净、润滑方式不良、润滑剂选用不当、润滑剂变质等;C.零件接触面上的材料颗粒脱离;D.锈蚀,由于轴承使用温度变化产生的冷凝水、润滑剂中添加剂的腐蚀性特质等原因形成的锈蚀。 实际中多数磨损属于综合性磨损,预防对策应根据磨损的形式和机理分别采取措施。

  四、内、外圈或滚动体裂纹

  当轴承零件所承受的应力超出材料的断裂极限应力时,其内部或表面便发生断裂和局部断裂,这种使材料出现不连续断裂的现象称为裂纹。裂纹一般呈线状,方向不定,有一定长度和深(宽)度,有尖锐的根部和边缘。 裂纹产生的原因较为复杂,影响因素很多,如原材料、锻造、冲压折叠、热处理、磨削、局部过大的应力等。

  裂纹的预防措施主要有,在制造方面应控制原材料缺陷如非金属夹杂、表面夹渣、折叠、显微孔隙、缩孔、气泡等。控制加工应力如热处理淬火时产生的内应力(热应力和组织应力)、磨削应力、冲压应力等。在使用方面注意轴承安装过程中的非正常敲(撞)击以及安装不良造成的局部应力过大等。另外,还要保证润滑,增强密封效果,控制外部杂质流入,避免轴承与腐蚀性物质接触等。

  五、内、外圈或滚动体腐蚀

  滚动轴承与其所处环境中的物质发生化学反应或电化学反应所引起的消耗即滚动轴承的腐蚀。它的形式多种多样,就金属与周围介质作用的性质来分可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。产生腐蚀的主要原因有:A、轴承内部或润滑剂中含有水、碱、酸等腐蚀物质;B、轴承在使用中的热量没有及时释放,冷却后形成水分;C、密封装置失效 ;D、轴承使用环境湿度大;E、清洗、组装、存放不当。

  对于金属材料来说,消除腐蚀是比较困难的,但可以减缓腐蚀的发生,防止轴承与腐蚀物质接触,可以通过合金化,表面改性等方法提高耐腐蚀能力,使得金属表面形成一层稳定致密与基体结合牢固的钝化膜。

  六、内、外圈或滚动体烧伤

  轴承零件在使用中受到异常高温的影响,又得不到及时冷却,使零件表面组织产生高温回火或二次淬火的现象称为烧伤。烧伤产生的主要原因是润滑不良、预载荷过大、游隙选择不当、轴承配置不当、滚道表面接触不良、应力过大等因素所致。烧伤的预防可根据烧伤产生的原因有针对性地采取措施。如正确选用轴承结构和配置、避免轴承承受过大的载荷、安装时采用正确的安装方式防止应力集中、保证润滑效果等。

  七、内、外圈或滚动体变色

  变色是由于轴承在运转过程中因发热引起的表面颜色变化。当轴承因安装不当(如安装倾斜)或润滑不良等原因使轴承处于一种极不正常的工作状态,引起温度的急速上升,此时轴承的局部温度有可能超过轴承零件的回火温度,甚至更高,并产生严重的变色如蓝黑色或紫蓝色,形成烧伤现象,这种情况的变色轴承就不能再继续使用了。

  变色的主要原因是轴承的工作游隙过小、局部应力集中、预载荷过大、润滑不良、润滑剂变质、散热条件差、润滑剂使用过量等。变色的预防可以通过选择合适润滑剂和润滑方式、保证油路畅通和及时供应、提高润滑效果、正确安装轴承、提高轴承散热条件、适当提高制造精度、防止应力集中等措施来解决。

  上述是滚动轴承的主要失效形式及原因。但在实际生产中各种失效形式总会同时存在同时发生的,解决和预防的方法也是多种多样的,因此我们应在工作实践中多积累经验,增强对机器零件故障判断和排除能力,更好地服务于生产。

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