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三种类型轴承剥落失效形貌原因及预防措施

2021-10-14 5:08:41发布3次查看ip:发布人:
轴承在使用过程中,轴承剥落失效是常见的故障,为了让大家对不同类型剥落失效的形式和原因了解,下面轴承网(i简称:华轴网)分享深沟球轴承、圆锥滚子轴承和滚针轴承的剥落失效形貌和原因以及相应预防措施。
1、深沟球轴承
某深沟球轴承在使用中出现轴承滚道剥落现象。某主机用户选用通用型号某深沟球轴承,3套串联安装在粉碎颗粒机压辊上使用一段时间后,发生保持架破裂,钢球散落,内外圈疲劳剥落。见图1-3所示。
图1故障轴承
图2轴承滚道剥落区域
图3轴承单独剥落区域
造成该深沟球轴承失效的原因如下:
(1)轴承选型不当,如要成对使用需要特殊说明,对轴承轴向游隙进行控制,保证配套轴承同时受力。
(2)由于轴承使用不当,使轴承内圈受非正常的轴向力,导致轴承内、外圈间游隙变小,内圈发生偏沟磨损,直至发生剥落。可见,轴承在选型时要根据实际工作情况进行合理选择,如有特殊要求应及时与生产厂家协调,从而确保轴承的使用精度和使用寿命。
预防措施如下:
(1)用户可根据轴承实际使用工况,选择配对角接触球轴承,从而承受更大的轴向载荷。
(2)如用户不方便更改机械结构,仍需使用目前型号轴承,建议将轴承游隙增大,从而提高轴承的轴向载荷及抗倾覆力矩。
2、圆锥滚子轴承
针对某汽车离合器用圆锥滚子轴承发生早期疲劳剥落的现象。轴承经分解后可见轴承内圈滚道120°角度范围内有明显的碾压痕迹及大块的疲劳剥落处,外圈滚道360°角度范围内可见明显的点蚀现象,部分滚子滚动表面出现剥落,如图4-5所示。
图4内圈滚道疲劳剥落
图5外圈滚道点蚀现象和滚子滚道表面剥落
改圆锥滚子轴承失效原因分析:
滚动疲劳的机理很复杂,有最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论,这两种理论都认为表面下剪应力反复作用在非金属夹杂物等缺陷处产生了微小的裂纹,进而扩展到表面产生了疲劳剥落。早期疲劳剥落是轴承一种异常的失效形式。造成疲劳失效的原因很多很复杂。主要有以下几方面因素:
(1)轴承本身的因素,如轴承游隙不恰当、润滑不良、润滑剂不合适;
(2)轴、轴承箱的精度不好,轴承箱的刚性不均,轴的挠度大;
(3)安装不良;
(4)载荷过大;
(5)异物进入,如水、颗粒杂质。
预防措施:
针对本轴承的失效方式,为保证轴承性能,延长轴承的寿命,保证车辆的正常行驶,做好以下几方面工作将大大减少此类问题的发生。
(1)在轴承与轴均满足要求的前提下,注意轴承与轴配合精度的选取;
(2)安装过程中避免水、硬质颗粒等异物的进入;
(3)选取合适的润滑方式及润滑剂;
(4)选取合适的预载荷,避免因预载荷过大导致轴承发热异常或过小造成整个设备刚性不够,旋转精度不合格。
3、滚针轴承
滚针轴承失效的影响因素较多,从轴承材料冶金质量到轴承制造过程(冷热加工、热处理、磨削)、最后装配以及后期服役期间任何步骤均会影响滚针轴承质量,进而影响其使用寿命。
对失效的滚针轴承拆套进行宏观形貌观察。此滚针轴承外径面局部有划痕,,内滚道整体磨损严重,局部有大小不一剥落坑,内径面非承载区颜色光亮,沿周向有两条磨痕,其中一条磨痕较宽,颜色发黑。9粒滚针呈灰色,无光泽,其中5粒有磨损且3粒磨损严重,磨损面积约为整个滚针表面的2/3,另外两粒一端有剥落,如图6-8所示。
图6轴承外圈内径面形貌
图7外圈内滚道剥落区放大形貌
图8轴承剥落滚针放大形貌
滚针轴承剥落失效的原因:
滚针轴承从原材料到制造过程,及装配和后期维护服役以及润滑状态整个过程均会影响其质量,造成滚针轴承的早期失效。滚针轴承特点是滚针轴装有细而长的滚子且轴承具有较高且均匀的径向承载能力。通过上述检验分析可知,该滚针轴承失效模式为表面起源型剥落且滚针轴承的化学成分、硬度及其均匀性,材料冶金质量,淬回火组织均未发现异常,符合相关标准要求,可以排除滚针轴承零件(滚针和外圈)材料质量、热处理质量造成其失效的可能性;滚针轴承清洗过滤渣滓未发现外来异物,排除异物污染润滑油的影响因素;滚针轴承采用油润滑,虽然滚针和外圈内径面非承载区颜色变为灰黑色,但金相组织检验发现外圈承载区内径面无烧伤组织,因此可以排除润滑不足的影响因素。
滚针轴承特点是是外圈固定,滚针随轴旋转。对于滚针轴承来说,滚针表面应承受均匀的径向载荷。而该失效滚针轴承外圈滚道面上一侧磨损严重,该侧滚针表面出现周向大面积剥落(另一侧无剥落),该侧保持架也相对磨损严重,这些形貌特征表明该轴承运转过程中存在偏载现象。滚针轴承运转中由于偏载,导致载荷不均匀,改变了润滑油膜状态,使承受较大载荷侧滚针与内径面温升,从而改变表层组织性能,随着轴承继续运转,表层组织剥落碎裂,导致轴承早期失效。因此断定,该4106滚针轴承运转过程中存在的偏载现象是导致其发生早期失效的主要原因。
预防措施:对于滚针轴承来说,滚针表面应承受均匀的径向载荷。
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