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1、轴承损坏的形式轴承是精密的机械基础件。由于科技进步的迅速发展，客户对轴承产品质量 的要 求越来越高。制造厂提供符合标准、满足主机使用性能的高质量的产品固然重 要，但 正确使用轴承更为重要。笔者在近儿年从事摩托车专用轴承的技术工作中， 经常碰到 这样的问题，即轴承经检测是合格的，但装机后轴承出现卡滞或使用时的 早期止转失 效。主要表现转动卡滞感、工作面严重剥落，保持架严重磨损乃至扭曲 与断裂。经失 效结果分析表明，属于轴承本身质量问题并不多，多数是由于安装使 用不当所造成。 为此，笔者认为有必要就轴承常见的失效模式与机理作些肤浅的综 述，以期起到一个 抛砖引玉的作用。一、轴承的失效机理1. 接触
2、疲劳失效接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生失效。接触疲劳 剥落 发生在轴承工作表面，往往也伴随着疲劳裂纹，首先从接触表面以下最大交变 切应力 处产生，然后扩展到表面形成不同的剥落形状，如点状为点蚀或麻点剥落， 剥落成小 片状的称浅层剥落。由于剥落面的逐渐扩大，而往往向深层扩展，形成 深层剥落。深 层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。2. 磨损失效磨损失效系指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生 的失 效。持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏，并最终导致轴承尺寸精度丧失及其 它相关 问题。磨损可能影响到形状变化，配合间隙增大及工作表面形貌变化，可能 影响到润 滑剂或使其
3、污染达到一定程度而造成润滑功能完全丧失，因而使轴承丧失 旋转精度乃 至不能正常运转。磨损失效是各类轴承常见的失效模式之一，按磨损 形式通常可分为 最常见的磨粒磨损和粘着磨损。磨粒磨损系指轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物或金属表面的 磨屑 且接触表面相对移动而引起的磨损，常在轴承工作表面造成犁沟状的擦伤。硬 质粒子 或异物可能来自主机内部或来自主机系统其它相邻零件由润滑介质送进轴承 内部。粘 着磨损系指山于摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均，在润滑 条件严重恶化 时，因局部摩擦生热，易造成摩擦面局部变形和摩擦显微焊合现象， 严重时表面金属 可能局部熔化，接触面上作用力将局部摩擦焊
4、接点从基体上撕裂而 增大塑性变形。这 种粘着一一撕裂一一粘着的循环过程构成了粘着磨损，一般而 言，轻微的粘着磨损称 为擦伤，严重的粘着磨损称为咬合。3. 断裂失效轴承断裂失效主要原因是缺陷与过载两大因素。当外加载荷超过材料强度极 限而 造成零件断裂称为过载断裂。过载原因主要是主机突发故障或安装不当。轴承 零件的 微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击过 载或剧烈 振动时也会在缺陷处引起断裂，称为缺陷断裂。应当指出，轴承在制造过程中，对原材料的入厂复验、锻造和热处理质量控制、加工过 程控 制中可通过仪器正确分析上述缺陷是否存在，今后仍必须加强控制。但一般来 说，通 常岀
5、现的轴承断裂失效大多数为过载失效。4. 游隙变化失效轴承在工作中，山于外界或内在因素的影响，使原有配合间隙改变，精度降 低， 乃至造成“咬死”称为游隙变化失效。外界因素如过盈量过大，安装不到位， 温升引 起的膨胀量、瞬时过载等，内在因素如残余奥氏体和残余应力处于不稳定状 态等均是 造成游隙变化失效的主要原因。二、轴承常见失效模式及对策1. 沟道单侧极限位置剥落沟道单侧极限位置剥落主要表现在沟道与挡边交界处有严重的剥落环带。产 生原 因是轴承安装不到位或运转过程中突发轴向过载。采取对策是确保轴承安装到 位或将自 山侧轴承外圈配合改为间隙配合，以期轴承过载时使轴承得到补偿。2. 沟道在圆周方向呈对
6、称位置剥落对称位置剥落表现在内圈为周用环带剥落，而外圈呈周向对称位置剥落（即 椭圆 的短轴方向），其产生原因主要是因为外壳孔椭圆过大或两半分离式外壳孔结 构，这在 摩托车用凸轮轴轴承中表现尤为明显。当轴承压入椭圆偏大的外壳孔中或 两半分离式外 壳固紧时，使轴承外圈产生椭圆，在短轴方向的游隙明显减少甚至负 游隙。轴承在载荷 的作用下，内圈旋转产生周向剥落痕迹，外圈只在短轴方向的 对称位置产生剥落痕迹。 这是该轴承早期失效的主要原因，经对该轴承失效件检验 表明，该轴承外径圆度已从原 工艺控制的08nm变为27um。此值远远大于径向游隙值。因此，可以肯定该轴承是在严 重变形及负游隙下工作的，工作面上
7、易早期 形成异常的急剧磨损与剥落。采取的对策是 提高外壳孔加工精度或尽可能不采用外 壳孔两半分离结构。3. 滚道倾斜剥落在轴承工作面上呈倾斜剥落环带，说明轴承是在倾斜状态下工作的，当倾斜 角达 到或超过临界状态时，易早期形成异常的急剧磨损与剥落。产生的原因主要是因为安装 不良，轴有挠度、轴颈与外壳孔精度低等，采取对策为确保轴承安装质量 与提高轴肩、 孔肩的轴向跳动精度。4. 套圈断裂套圈断裂失效一般较少见，往往是突发性过载造成。产生原因较为复杂，如 轴承 的原材料缺陷（气泡、缩孔）、锻造缺陷（过烧）、热处理缺陷（过热）、加 工缺陷 （局部烧伤或表面微裂纹）、主机缺陷（安装不良、润滑贫乏、瞬时过
8、载） 等，一旦 受过载冲击负荷或剧烈振动均有可能使套圈断裂。采取对策为避免过载冲 击载荷、选 择适当的过盈量、提高安装精度、改善使用条件及加强轴承制造过程中 的质量控制。5. 保持架断裂 保持架断裂属于偶发性非正常失效模式。其产生原因主要有以下五个方面：a. 保持架异常载荷。如安装不到位、倾斜、过盈量过大等易造成游隙减少， 加 剧摩擦生热，表面软化，过早出现异常剥落，随着剥落的扩展，剥落异物进入保 持架 兜孔中，导致保持架运转阻滞并产生附加载荷，加剧了保持架的磨损，如此恶 化的循 环作用，便可能造成保持架断裂。b. 润滑不良主要指轴承运转处于贫油状态，易形成粘着磨损，使工作表面 状态 恶化，粘
9、着磨损产生的撕裂物易进入保持架，使保持架产生异常载荷，有可能 造成保 持架断裂。c. 外来异物的侵入是造成保持架断裂失效的常见模式。山于外来硬质异物 的侵 入，加剧了保持架的磨损与产生异常附加载荷，也有可能导致保持架断裂。d. 蠕变现象也是造成保持架断裂的原因之一。所谓蠕变多指套圈的滑动现 象， 在配合面过盈量不足的情况下，由于滑动而使载荷点向周围方向移动，产生套 圈相对 轴或外壳向圆周方向位置偏离的现象。蠕变一旦产生，配合面显著磨损，磨 损粉末有 可能进入轴承内部，形成异常磨损一一滚道剥落一一保持架磨损及附加载 荷的过程， 以至可能造成保持架断裂。e. 保持架材料缺陷（如裂纹、大块异金属夹杂
10、物、缩孔、气泡）及钏合缺 陷 （缺钉、垫钉或两半保持架结合面空隙，严重钏伤）等均可能造成保持架断裂。 采取 对策为在制造过程中加以严格控制。三、结论综上所述，从轴承常见失效机理与失效模式可知，尽管滚动轴承是精密而可 靠的 机构基础体，但使用不当也会引起早期失效。一般情况下，如果能正确使用轴 承，可 使用至疲劳寿命为止。轴承的早期失效多起于主机配合部位的制造精度、安 装质量、使用条件、润滑效果、外部异物侵入、热影响及主机突发故障等方面的因 素。因此， 正确合理地使用轴承是一项系统工程，在轴承结构设计、制造和装机过 程中，针对产 生早期失效的环节，采取相应的措施，可有效地提高轴承及主机的使 用寿命
11、，这是制 造厂和客户应负有的共同责任1）对中不良轴的支承最少需要两个支点，若两个滑动轴承对中不良，同轴度误差大，则 载荷 在轴瓦宽度上的分布将不均匀，出现边缘接触现象，导致润滑油膜破裂，发生 粘着磨 损。（2）轴瓦与轴承座孔配合不当轴瓦与轴承座孔配合不当，轴瓦可能松动而导致微动磨损。配合松或微动磨 损 后，对传热不利，可能使轴瓦摩擦表面温度过高。轴瓦与轴承座配合面不清洁，有颗粒和污物，也将使传导不良。总之，检查损坏的轴瓦表面，可能提供轴瓦失效的重要信息，所以应认真更 不能 忘记检查轴瓦背面。（3）颗粒侵入颗粒侵入滑动轴承失效的重要原因，侵入滑动轴承的颗粒有外部来的，也有 来自 轴承内部的，即轴
12、承本身磨损的产物。外部的颗粒主要通过轴承间隙进入和由 润滑油 带入，因此，滑动轴承运转环境的清洁程度和密封结构十分重要。润滑油可以起到清洁的作用，也能把颗粒带入轴承间隙，关键在于其过滤， 所以， 过滤器的选择、使用与维护是极其重要的。通常轴瓦材料具有一定的嵌藏颗粒的能力，沉积的颗粒超过轴瓦材料的嵌藏 能力， 则轴承摩擦表面将被研磨、擦伤和磨损，间隙增大，表面变粗槌。根据轴承 运转环境，使 润滑方法，过滤器精度、密封结构和轴瓦材料相匹配，是滑动轴承设 计者必须关注的问 题。只有确定了嵌入轴瓦的颗粒的组成，才能知道它们的来源及确立消除它们的 最佳方 法和时期。用化学分离技术可以从轴瓦表面分离出嵌入
13、的颗粒。例如：有电 沉积铅涂层的 轴瓦，可用醋酸和过氧化氢的混合物分离；铝锡合金轴瓦可用氢氧化 钠分离；锡铢轴承合 金可用醋酸、过氧化氢和氢氧化钠的混合物分离。(4) 腐蚀润滑油在使用过程中不断氧化，氧化作用的产物是酸性物质，它们对轴承材 料有腐 蚀作用。此外，尚有一些特殊的腐蚀形式应予以注意，如：氧对锡铢轴承合金的腐 蚀、硫对 含银和铜的轴瓦材料的腐蚀、水分对铜铅合金的腐蚀等。(5) 润滑油量不足和粘度改变滑动轴承中若润滑油量不足将造成灾难性事故。动压轴承，特别是在许多重 型设备 中的动压轴承，常因启动时缺乏润滑油而导致轴承损伤，故在启动设备时， 提前使润滑油 循环以提供润滑是十分重要的。静
14、压轴承的主要优点是能在润滑油膜上启动，故设计采用静压轴承的设备 时，必须 保证能先启动静压轴承系统，后启动设备。滚动轴承的实用监测技术-冲击脉冲法滚动轴承是旋转机器中的重要零件，在各机械部门中应用最为广泛。因它具有一系列显著的优点，例如：摩擦系数小，运动精度高，对润滑 剂的粘度不敬感，在低速下也能承受载荷。有些轴承还能同时承受径向和轴向力，但是， 滚动轴承也是机器中最易损坏的零件之一。据统计，旋转机械的故障有30%是山轴承引起 的。所以对滚动轴承的故障监测和诊断一直是近年来国内外发展机械故障诊断技术的重 点。其发展状况如下：最原始的方法是将听音棒（或螺丝刀）接触轴承座部位，靠听觉 来判断有无故
15、障。虽然训练有素的人能觉察到轴承刚发生的疲劳剥落与损伤部位，但受 主观因素的影响较大。出现各种测振仪后，可用振动位移、速度或加速度的均 方根值或 峰值来判断轴承有无故障，这可减少对人为经验的依赖。但仍很难发现早期故障二、冲 击脉冲技术原理1冲击脉冲法原理对轴承寿命影响很大的因素是安装、工作状况和维修 保养，为了防止轴承的突然损坏造成的后果最理想的办法是随时掌握轴承的工作状态，过 去，为此L1的试用过测温、测振和测声的方法，现在发明了一种新方法一一冲击脉冲 法。原理是掌握轴承内部损坏引起的机械冲击。为了说明冲击脉冲法，不妨看看机械冲击 过程中发生的现象.（1）当一个钢球垂直掉到一个钢棒上时，在碰
16、撞的冲击点处产生一个 很大的冲击加速度，这加速度的幅度全山冲击速度决定，而不受材料的质量、设计或任何 机械振动的影响。在钢棒的冲击点处会产生一系列压缩波，此压缩波是一个衰减波，并以 超声的速度在钢棒内传播，在钢棒一端用一个传感器接受此信号，就可得到与冲击大小对 应的冲击脉冲信 号。假如，此钢球是滚动轴承内的一个滚动体，而滚道上有一个缺陷区（剥落、裂纹、凹坑和高低不平的粗糙区）那么在滚动轴承运转中，就会发生如上的撞击 现象，产生的冲击脉冲信号会传递到轴承座上，同样，可用一个传感器去接受此冲击脉 冲信号。（2）滚动轴承不同于其它机械零件，产生的冲击脉冲信号不同于一般机器的振 动信号，它的振动信号频率范围很宽，信噪比很低，信号传递路径上的衰减量大，提取它 的特征信息还必须釆用一些特殊的检测技术和处理方法。冲击脉冲法就是诸多方法中的一 种。此方法可在轴承的正常丄作过程中测定轴承的状况而
