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慈溪靈帆軸承有限公司

滾動(dòng)軸承失效模式——開裂和斷裂

2025-12-06

軸承失效最好按照其失效的根本原因進(jìn)行分類,但未必總是能夠很容易地將原因與特征(癥狀)或者失效機(jī)理與失效模式一一對應(yīng),大量相關(guān)的文獻(xiàn)也都證實(shí)了這一點(diǎn)(見參考文獻(xiàn))。基于使用中可見的明顯特征外觀,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

開裂是當(dāng)局部應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度極限時(shí),裂紋將產(chǎn)生并擴(kuò)展。

斷裂是裂紋完全擴(kuò)展過零件的某個(gè)截面或擴(kuò)展到一定程度使零件的一部分與原零件完全分離的結(jié)果。

(1)過載斷裂

由于超過材料抗拉強(qiáng)度的應(yīng)力集中造成的,也可因局部應(yīng)力過大(如沖擊)(見圖2)或因過盈配合過緊,如環(huán)向應(yīng)力過高(見圖3)引起。

圖2  由裝配過程中沖擊載荷引起的圓錐滾子軸承內(nèi)圈擋邊過載斷裂

注:由安裝過程中過緊的過盈配合(例如將錐孔內(nèi)圈在錐軸上推得過遠(yuǎn))引起的斷裂。

圖3 調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈過載斷裂

(2)疲勞斷裂

在彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)條件下,應(yīng)力不斷超過疲勞強(qiáng)度極限就會(huì)產(chǎn)生疲勞開裂。裂紋先在應(yīng)力集中處起源并逐步擴(kuò)展到零件截面的某一部分,最終造成過載斷裂。疲勞斷裂主要發(fā)生在套圈(見圖4)和保持架上(見圖5)。

注:斷裂起源于靠近右側(cè)滾道,中心位于疲勞裂紋擴(kuò)展留下的貝殼花樣中(外表面上的損傷為二次損傷且發(fā)生在套圈斷裂時(shí))。

圖4 凸輪滾子外圈由彎曲引起的疲勞斷裂截面

圖5 推力滾針軸承保持架過梁疲勞斷裂

(3)熱裂

由滑動(dòng)產(chǎn)生的高摩擦熱造成的,裂紋通常出現(xiàn)在垂直于滑動(dòng)方向處(見圖6)。由于表面局部重新淬火以及高的殘余拉應(yīng)力的形成這兩個(gè)因素的共同作用,因此,淬硬的鋼件通常對熱裂比較敏感。

圖6 圓錐滾子軸承內(nèi)圈小端上的熱裂紋


失效原因及預(yù)防措施

斷裂

(1)過載斷裂

調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈的過載斷裂

失效原因

——由軸與內(nèi)圈間溫差引起大的配合應(yīng)力。

預(yù)防措施

——修正過盈量;

——檢查工況條件。

深溝球軸承內(nèi)圈的過載斷裂

失效原因

——靜置期間靜態(tài)過載。

預(yù)防措施

——避免過載;

——使用更高靜態(tài)承載能力的軸承。

圓錐滾子軸承內(nèi)圈大擋邊的過載斷裂

失效原因

——安裝時(shí)大的沖擊。

預(yù)防措施

——使用合適的安裝工具和程序。


疲勞斷裂

深溝球軸承保持架的疲勞斷裂

失效原因

——偏斜;

———由于內(nèi)、外圈間偏斜安裝使軸承工作時(shí)非正常載荷作用于保持架上。

預(yù)防措施

——改善對中;

——改進(jìn)安裝方法;

——選擇合適的保持架類型及材料。

圓錐滾子軸承內(nèi)圈的疲勞斷裂

失效原因

——因?yàn)榘惭b時(shí)的沖擊,在表面缺陷處萌生裂紋;在與使用中軸向載荷變化相關(guān)的彎曲應(yīng)力作用下,疲勞擴(kuò)展。

預(yù)防措施

——小心安裝。


熱裂

圓柱滾子軸承外圈擋邊外側(cè)的熱裂

失效原因

———潤滑問題;

——保持架兜孔被磨穿,外圈引導(dǎo)的保持;

架與外圈擋邊發(fā)生嚴(yán)重摩擦,滑動(dòng)產(chǎn)生過大的熱量,出現(xiàn)熱裂。

預(yù)防措施

——確保使用合適的潤滑(類型、黏度、劑量);

——如有可能,使用滾子引導(dǎo)保持架。

圓錐滾子軸承內(nèi)圈內(nèi)徑面上的熱裂

失效原因

——內(nèi)圈與軸的配合松動(dòng),摩擦產(chǎn)生高熱;

——內(nèi)圈松配合,內(nèi)圈內(nèi)徑面與軸上軸承安裝部位之間的潤滑不良。

預(yù)防措施

——遵循軸承制造商給出的軸配合建議;

——確保松配合安裝在軸上的軸承的合適潤滑。

圓錐滾子軸承滾子大端面上的熱裂

失效原因

——在潤滑不良的狀態(tài)下,滾子大端面與內(nèi)圈擋邊間滑動(dòng)發(fā)熱。

預(yù)防措施

——改進(jìn)潤滑;

——縮短潤滑周期。

總結(jié)

根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)包含的跡象,對軸承零件及相鄰部件進(jìn)行可視檢測;假如經(jīng)過這樣的初步調(diào)查不能得出軸承損傷或失效原因的相關(guān)結(jié)論及可能的預(yù)防措施,則建議求助于軸承制造商或可進(jìn)行失效軸承分析的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室,來討論進(jìn)行進(jìn)一步分析的必要性及相關(guān)性。

例如,使用以下列出的某些方法,對軸承的不同零件進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)查:

——對與損傷或失效相關(guān)的零件進(jìn)行幾何測量,來檢驗(yàn)尺寸、幾何形狀或表面精度是否可能發(fā)生變化;金屬零件的冶金調(diào)查,可用合適工具(光學(xué)顯微鏡或無損技術(shù))或破壞性方法(如金相分析)對零件進(jìn)行高倍檢測;

——有機(jī)物零件和(或)污染物的理化調(diào)查;

——在某些情況下,失效模式已經(jīng)改變了某些零件的某些方面和(或)性能,以致不能確定其原始狀態(tài)。這時(shí)進(jìn)行深入分析可能對調(diào)查不會(huì)帶來新的價(jià)值。

來源:軸承雜志社

(版權(quán)歸原作者或機(jī)構(gòu)所有)

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