吳志平

深溝球軸承磨損失效分析

吳志平

（哈爾濱哈軸精密軸承制造有限公司，黑龍江 哈爾濱150036）

通過(guò)對(duì)6308深溝球軸承工作環(huán)境、各零件外觀檢查、理化檢查和熱處理金相組織檢查后發(fā)現(xiàn)，該軸承的失效是由于軸承一側(cè)缺少防塵蓋，導(dǎo)致雜物進(jìn)入軸承內(nèi)部引起軸承磨損而產(chǎn)生的。同時(shí)，介紹了軸承的常見(jiàn)失效形式及預(yù)防措施。

深溝球軸承；防塵蓋；磨損失效；硬顆粒壓痕

1 前言

滾動(dòng)軸承是重要的機(jī)械基礎(chǔ)件之一，軸承的運(yùn)行狀況直接影響主機(jī)運(yùn)行質(zhì)量?，F(xiàn)在的使用者對(duì)軸承的質(zhì)量、精度、使用壽命等要求越來(lái)越高，對(duì)軸承的選型、安裝、使用及維護(hù)和保養(yǎng)也越來(lái)越重視。因此，通過(guò)軸承失效分析，可以直觀地發(fā)現(xiàn)軸承損壞的因素，便于查找引起軸承失效的根本原因。

所謂軸承失效，即軸承在工作中喪失其規(guī)定功能，從而導(dǎo)致故障或不能正常工作的現(xiàn)象。軸承的失效按其壽命可分為正常失效和早期失效兩種。通常分析工作主要是針對(duì)早期失效的軸承。通過(guò)對(duì)早期失效的軸承的分析，找出其失效的原因，提出改進(jìn)措施，以提高軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的壽命和可靠性，不斷提高軸承產(chǎn)品質(zhì)量。

導(dǎo)致軸承失效的因素很復(fù)雜，而且由于各類(lèi)軸承的工作條件和失效因素的差異，產(chǎn)生的失效形式和形貌特征亦各不相同。按其損傷機(jī)理大致可分為：接觸疲勞失效、摩擦磨損失效、斷裂失效、變形失效、腐蝕失效和游隙變化等幾種基本形式。

現(xiàn)在所涉及的只是常見(jiàn)失效形式，根據(jù)軸承的結(jié)構(gòu)特性，結(jié)合軸承的使用工況，通過(guò)對(duì)軸承的安裝、配合及調(diào)整的分析，對(duì)運(yùn)行速度、溫升、受力分析，包括對(duì)軸承使用過(guò)程中維護(hù)、保養(yǎng)分析等來(lái)總結(jié)軸承早期失效過(guò)程和失效原因。

2 6308軸承的失效分析

2.16308軸承工作環(huán)境

該6308產(chǎn)品用在客車(chē)空調(diào)離合器過(guò)渡輪上，由2套6308組合使用，此裝置會(huì)有一定的傾覆力矩。工作溫度在110～120℃，潤(rùn)滑方式為脂潤(rùn)滑。用戶(hù)反應(yīng)該軸承有異響及轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活。因此，我們對(duì)該產(chǎn)品內(nèi)、外套及鋼球進(jìn)行分析。

2.2內(nèi)圈分析

此6308軸承內(nèi)圈內(nèi)孔無(wú)磨損痕跡，如圖 1所示，說(shuō)明內(nèi)徑與主軸之間沒(méi)有發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，因而不是軸承與主軸之間的滑動(dòng)磨損。但是，從溝道上看，內(nèi)圈溝道表面360°的承載區(qū)有很多的異物硬顆粒壓痕和劃傷，如圖 2所示，因此得出內(nèi)圈失效形式為外來(lái)硬顆粒壓傷。

圖1 軸承內(nèi)孔無(wú)磨損痕跡

圖2 內(nèi)圈溝道硬顆粒壓痕

當(dāng)軸承滾道表面或滾動(dòng)體表面受到碰傷后產(chǎn)生壓坑，從而產(chǎn)生一定周期的噪音和振動(dòng)；當(dāng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有污物侵入，也會(huì)產(chǎn)生污物噪音，同樣也伴有振動(dòng)，最終造成軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活，噪音增大，甚至將會(huì)造成軸承早期失效。

2.3外圈分析

外圈外圓無(wú)磨損痕跡，如圖 3所示，說(shuō)明外圈沒(méi)有相對(duì)軸承座產(chǎn)生滑動(dòng)，因而不是軸承與軸承座之間的滑動(dòng)磨損。從軸承端面看，外圈一端面受高溫影響顏色變暗，另外一端面沒(méi)變色。從溝道上可看出，外圈溝道表面360°承載區(qū)出現(xiàn)很多的點(diǎn)狀壓痕及劃傷，如圖 4所示，說(shuō)明外界異物硬顆粒進(jìn)入溝道擠壓形成。由此可分析出，外圈失效形式亦為外來(lái)硬顆粒壓傷。

2.4鋼球分析

從鋼球外觀來(lái)看，除了正常的滾動(dòng)痕跡外，鋼球表面特別粗糙，而且鋼球表面有硬顆粒擠壓的壓痕，鋼球表面有明顯的劃傷,如圖 5所示。由此可以得出，鋼球失效形式亦為外來(lái)硬顆粒壓傷。

圖3 軸承外圓無(wú)磨損痕跡

圖4 外圈溝道硬顆粒壓痕

圖5 鋼球表面壓傷

2.5密封狀態(tài)

該6308產(chǎn)品接收時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)密封圈，但是，內(nèi)圈左側(cè)外徑?jīng)]有磨損痕跡，而內(nèi)圈右側(cè)外徑卻有明顯的磨損痕跡。因此，可以判定該軸承為單面密封。

2.6保持架分析

該6308軸承保持架兜孔受外界污染物質(zhì)的影響，兜孔表面存在明顯的劃傷和磨損，因此，保持架失效形式為硬顆粒劃傷，如圖 6所示。

圖6 保持架兜孔硬顆粒劃傷和磨損

2.7潤(rùn)滑方式

該6308產(chǎn)品在使用過(guò)程中為脂潤(rùn)滑，明顯可以看出油脂內(nèi)含有較多雜質(zhì)，因此，對(duì)該產(chǎn)品中油脂進(jìn)行過(guò)濾分析，在油脂的濾出物中可發(fā)現(xiàn)有小石粒、纖維和其它雜質(zhì)，如圖 7和圖 8所示。根據(jù)濾出物的組成可明顯看出軸承的工作環(huán)境的清潔度較差。

3 6308軸承各零件熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)

圖7 濾出物中的小石塊，0.6mm ～1.5mm

圖8 濾出物中的雜質(zhì)，6.4mm

圖9 外圈淬火組織，500×（4%硝酸酒精溶液腐蝕）

圖10 內(nèi)圈淬火組織,500×（4%硝酸酒精溶液腐蝕）

圖11 鋼球淬火組織, 500×（4%硝酸酒精溶液腐蝕）

通過(guò)對(duì)各零件表面磨損形貌分析后，對(duì)各零件熱處理組織進(jìn)行分析，如圖 9至圖 11所示。該軸承各零件熱處理質(zhì)量如表 1所示。

表1 6308軸承各零件熱處理質(zhì)量

經(jīng)過(guò)產(chǎn)品組織分析，6308軸承內(nèi)、外圈和鋼球淬回火組織及硬度符合JB1255-2001要求。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)6308軸承內(nèi)、外圈、鋼球、保持架及油脂的檢驗(yàn)分析，明顯得出，此軸承是在使用中由于受到外界污染物質(zhì)硬顆粒（小石塊、纖維狀物質(zhì)和其它雜質(zhì)）侵入的影響，造成內(nèi)、外圈溝道壓傷，鋼球表面劃傷，保持架兜孔表面劃傷。內(nèi)、外圈溝道承載區(qū)磨損痕均為360°分布，此種磨損痕是由于外界污物侵入軸承后游隙變小造成的。軸承工作表面形貌變壞從而喪失旋轉(zhuǎn)精度，使軸承不能正常工作，此失效模式為典型的磨損失效。

磨損失效是指表面之間的相對(duì)滑動(dòng)摩擦導(dǎo)致其工作表面金屬不斷損壞而產(chǎn)生失效。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他相關(guān)問(wèn)題。磨損會(huì)影響到軸承形狀變化及工作表面形貌變化，使?jié)櫥瑒┊a(chǎn)生污染，當(dāng)污染達(dá)到一定程度，造成潤(rùn)滑功能完全喪失，最終使軸承喪失旋轉(zhuǎn)精度乃至不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。磨損失效是各類(lèi)軸承常見(jiàn)的失效形式之一。

從軸承的失效過(guò)程可以分析出軸承失效的主要原因，提出改進(jìn)措施，不斷提高軸承產(chǎn)品質(zhì)量，例如，可以判斷設(shè)計(jì)是否合理，糾正某些不盡合理的方面以提高軸承產(chǎn)品的可靠性?？梢园l(fā)現(xiàn)軸承零件在冷、熱加工中存在的問(wèn)題，糾正不合理的加工工藝?？梢耘袛嗖牧线x擇的合理性及原材料質(zhì)量存在的問(wèn)題。

5 避免軸承失效的方法

為了避免軸承早期失效， 首先從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料的選擇、加工工藝方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，在產(chǎn)品的加工過(guò)程中嚴(yán)格加強(qiáng)質(zhì)量檢測(cè)，保證各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)及工藝要求。

其次，應(yīng)根據(jù)不同的使用環(huán)境及技術(shù)要求而選擇合適的軸承。通過(guò)對(duì)6308軸承的分析，在易污染環(huán)境下使用時(shí)，為保持軸承的潔凈，應(yīng)盡量選擇雙密封軸承，避免外界污物的入侵。另外，安裝軸承前必須將軸承箱內(nèi)清理干凈，避免軸承運(yùn)行時(shí)有雜質(zhì)侵入。

再次，根據(jù)軸承使用環(huán)境溫度的高低，所選軸承的游隙亦不同，相對(duì)來(lái)講，溫度高的環(huán)境，應(yīng)適當(dāng)增大軸承的游隙。軸承在使用過(guò)程中應(yīng)選擇高潔度的潤(rùn)滑油（脂）及合理的安裝等。

在軸承的使用過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)軸承狀態(tài)的診斷和預(yù)測(cè)，直接對(duì)運(yùn)行中的軸承工作情況實(shí)施技術(shù)監(jiān)控，以便及早發(fā)現(xiàn)異常、缺陷和意外損壞，及時(shí)采取措施防止突發(fā)性失效事故可能造成的損失。例如軸承在使用過(guò)程中如潤(rùn)滑不良、表面磨損或疲勞都會(huì)使表面發(fā)熱，當(dāng)發(fā)熱達(dá)到一定的極限溫度時(shí)，軸承溫度報(bào)警裝置即行報(bào)警，軸承停止運(yùn)行。避免由于軸承失效造成的其它不必要的損失。

總之，無(wú)論采用哪種方法對(duì)運(yùn)行中的軸承進(jìn)行定期檢測(cè)，都是為了盡早發(fā)現(xiàn)軸承出現(xiàn)異常，預(yù)防軸承早期失效。

（編輯：王立新）

Analysis on wear failure for deep groove ball bearing

Wu Zhiping
（Harbin Hazhou Precision Bearing Manufacturing Co.,Ltd.,Harbin 150036,China)

After 6308 deep groove ball bearings work environment, visual inspection of the parts, the physical and chemical examination and heat treatment microstructure examination, it was showed that one side of the bearing had no dust cover, and the dust enter inside the bearing to cause the bearing wear , then the failure of the bearing was produced. Meanwhile, the common failure modes and preventive measures of the bearing were introduced.

deep groove ball bearings; shields; wear failure; hard particles indentation

TH 133.33+1

B

1672-4852（2015）01-0019-03

2015-02-04.

吳志平（1978-），女， 工程師.