軸承在(zài)設備中(zhōng)的應用相當廣泛，軸承壽命極其關(guān)鍵。據統計，旋轉機械的故障中軸承的損壞故障約占30%，而這些根源很簡單，例如貨(huò)物列車脫(tuō)軌事故(gù)，據調查發現軸箱(xiāng)中的一個軸承過熱(如圖1)，導緻車軸斷裂，造成車廂傾覆、交通中斷(duàn)數小時，事故損失巨大。

圖1 軸箱軸承(chéng)

軸承故障損傷根源分析(xī)：

軸承是大部分(fèn)設備的核心部(bù)件(jiàn)，一旦軸(zhóu)承失效，設(shè)備就會停止，找到根源以避免(miǎn)事故(gù)再次發生就顯得尤為重要。實際上(shàng)，軸承一旦受損，它就會(huì)逐漸惡化直到無法工作，那時故障發(fā)生的所(suǒ)有(yǒu)證據可能都被破壞(huài)了。

如圖2 揭(jiē)示了損傷從(cóng)小到大的整個過程，外部顆粒(污染物)進入軸承，運動中産生凹痕(污染物被壓入滾道)。凹痕邊(biān)緣會(huì)升高，所以(yǐ)凹痕看起來像個坑(kēng)。滾道局部幾何形狀發生改變，使得這個(gè)區域無法形成良好(hǎo)油膜把接觸表面分離開來，結果造成材料疲勞。最(zuì)初是表面出現裂(liè)縫，最後是受損區域剝落，随着繼續運轉，剝落不斷加(jiā)劇。到後(hòu)來，受損區域變得如此之大，最初的受損點(即凹痕(hén))完(wán)全消失。此(cǐ)時對受損軸承進行檢查，已(yǐ)很難發現問題的根源:即可能由于密封不(bú)好緻使污染物進入(rù)軸承。

圖2 軸承損傷的發展

每(měi)種故障都有(yǒu)其特有的(de)特性，通過觀察損(sǔn)傷狀況有可能确(què)定故障根源。下(xià)面相關軸承損傷(shāng)類(lèi)型和軸承損傷的(de)根(gēn)源

1、磨損

磨損是滾動軸承最常見的故障之(zhī)一，通常是由異物引起研磨損傷、擦傷、槽痕、圓周線痕或碎屑污染，分磨耗磨損和粘滞磨損兩大類。

磨耗磨損是由于軸承内部有微(wēi)小異物(wù)，它們可能(néng)是來自外部或(huò)内部(bù)的污染顆粒，比如齒輪帶來的金(jīn)屬微(wēi)粒或碳化物(wù)。這些顆粒将磨損或研磨滾道和滾動體(tǐ)，在圓錐滾子軸承中，滾子端面和内圈(quān)擋邊的磨損程度遠比滾道(dào)嚴重，這種磨損将造成軸向遊隙或内部(bù)間隙擴大，進而(ér)降低軸承壽命(mìng)，導緻軸承偏心。此外，磨損也會影響(xiǎng)軸(zhóu)承所在機器的其他零件。污(wū)染物能進入軸承(chéng)内部，通常是密封圈嚴(yán)重磨損或失效(或(huò)沒有)。潤滑劑分析可能會(huì)發現污染物的來(lái)源，從而有(yǒu)助于找到解決問題(tí)的方(fāng)法。

粘滞磨損主要發生在輕(qīng)負荷、潤滑不良、滾動體速度差較大從而産生滑動的接觸(chù)表面。例如，滾動體從無載區進(jìn)入承載區的過程，滾動體在無載區失(shī)速，當重新進(jìn)入(rù)承載區時獲得加速(sù)。這将導緻潤滑膜撕破、滑動、發熱(rè)，導緻(zhì)材料可能從滾動體轉移到滾(gǔn)道或從滾(gǔn)道轉移到滾動體上。早期階段，外觀(guān)是發光表面，但很快它就(jiù)變成無光表面，或多或少(shǎo)帶有粘上的材料。

2、疲勞

疲勞的表現形式是剝(bāo)落，即軸承材料出現麻點或脫落，剝落最初發生在滾道或滾動體上。

來自滾道表面下的疲勞是材料惡化，是由(yóu)滾道表面下(xià)方的交變應力引(yǐn)起，最終導緻材(cái)料衰變。最初是出現裂縫，裂縫随軸承工作慢慢發展，當裂縫發展到表面時，就發生剝落。

來自表面的疲勞(láo)通常由潤(rùn)滑不(bú)足引起。潤滑劑的作(zuò)用(yòng)是建立油膜，把滾(gǔn)道與(yǔ)滾(gǔn)動體分(fèn)隔開來。當潤(rùn)滑(huá)不良(liáng)時，會發生金屬(shǔ)與金屬的接觸(chù)。表面(miàn)凸凹不平(突出部分(fèn))相互(hù)剪切，導緻表面出現(xiàn)剪切應力。由于材料疲勞(láo)，出現小裂縫，然後是微剝落。最初由(yóu)于表面粗(cū)糙度降低了，所以表面(miàn)可能很明亮光滑，但是如果持續發展(zhǎn)下去，表面就會變得無光，表面(miàn)破碎會越來越多，出現(xiàn)麻點。

3、機械腐(fǔ)蝕

浸蝕通(tōng)常是由于軸(zhóu)承座内溫(wēn)度變化，内部空氣冷凝(níng)，水份不斷(duàn)積聚而成。而濕(shī)氣或水時常從破損或不适當的密封圈進入(rù)軸承，由于軸承滾道和滾動體表面精度極高，極易受到(dào)濕氣與水的腐蝕。相比其(qí)它(tā)損壞過程，發生得較快，能發(fā)展到材料深(shēn)處導緻軸承嚴重損(sǔn)傷。空氣濕度過高或用手指觸摸滾道，都能導緻這種類型(xíng)的腐(fǔ)蝕。因此(cǐ)做好防護(hù)非常重要。潮濕腐(fǔ)蝕通常發生在靜止(zhǐ)狀态，處于深處的鏽會(huì)導緻軸(zhóu)承早期損(sǔn)壞。

摩擦腐蝕的根源(yuán)是兩個承(chéng)載面之間的(de)微移動。大多數(shù)情況下，這種摩擦(cā)腐蝕發生在軸承外徑和軸承座之間和軸承孔和軸之間，微移動(dòng)主要由滾動體經過(guò)時産生的(de)循環(huán)負荷(hé)引起。配合不(bú)好、軸彎曲或(huò)接觸面有缺陷，都能導緻或加速摩擦腐(fǔ)蝕的發生(shēng)。空氣能進入沒(méi)有保護的(de)表面，加速腐蝕的(de)發展。形成的氧化鐵，體積要比純鋼大得多，造成材料(liào)變大，應力升高，甚(shèn)至對軸承滾道也是這樣，從而導(dǎo)緻過(guò)早性的表面下疲勞。摩(mó)擦(cā)腐蝕容易造成軸承圈開裂。

假硬化也是一種摩擦腐(fǔ)蝕，發生在滾動體(tǐ)和滾道間(jiān)的接觸區域，是循環(huán)振動引(yǐn)起(qǐ)的塑性接觸面(miàn)微移動(dòng)和回彈所緻。由于它是發生在軸承靜止和承載時(shí)，所以損(sǔn)傷出現在(zài)滾動體節圓處。根據(jù)振動(dòng)的強度、潤滑條件和負荷，腐蝕和磨損(sǔn)可能同時發生，在滾道上形成淺凹陷。通常，振動(dòng)會導緻潤滑劑的(de)局部缺失、金(jīn)屬與金屬接觸和磨耗磨損。凹(āo)陷處外觀通常變得無光，經常褪色，有時(shí)因為發生潮濕腐蝕而略帶(dài)紅色。偶爾凹(āo)陷處呈現(xiàn)光(guāng)亮表面，可能主要(yào)是因為仍(réng)有潤滑劑，還沒有發生磨耗磨損。假硬化損壞能導緻球軸承(chéng)的球面出現空洞，滾子(zǐ)軸承出現線條。

4、電腐蝕

當電流通過軸(zhóu)承時，将會通過(guò)滾動體在内、外(wài)圈間傳導，可能(néng)出現過高電壓造成的損傷。接(jiē)觸表面發生的過程與(yǔ)電弧焊(小(xiǎo)接觸面(miàn)上的(de)高密度電流)類似，材(cái)料被加熱(rè)到回火至融化等(děng)不同程度。在材料被(bèi)回火、再硬化(huà)或融化的地方，外觀出現大小不一的褪色區。在材料融(róng)化的地方，形成大約0.1mm 至 0.5mm 的坑。

同樣，電流洩漏也能造成損傷，電流洩漏來自通過軸承的雜散電流，而雜散電(diàn)流通常是由頻率變化引起的。主要的可(kě)見損(sǔn)傷是凹(āo)槽，形似洗衣闆圖(tú)案。這些凹槽的形狀，在球軸承呈接(jiē)觸橢圓，在滾子(zǐ)軸承呈接觸線，滾動體通常出(chū)現均勻的褪色(sè)。相比過高電壓損傷，在電流洩漏中，電流通過(guò)的區域更大，結果電流密度變小，損傷溫度也較低。因此(cǐ)主要的可見損(sǔn)壞是回火效應，即軸(zhóu)承表面變軟。當(dāng)用高倍(bèi)放大鏡觀察損傷部位，通常也能看到坑。

5、塑性(xìng)變形

靜态負(fù)荷或沖擊負荷可産(chǎn)生(shēng)過載，從而導緻塑性變形，在(zài)滾道上形成凹痕。通常安(ān)裝(zhuāng)不當(dāng)是産生此(cǐ)問題的根源，即在軸承圈上用力(lì)不當，從而在滾動體(tǐ)上産生沖擊負荷。碎屑造成的凹痕(hén)是因為外部顆粒(污(wū)染物)進入軸承，被滾(gǔn)動體壓入滾道。凹痕的大小和(hé)形狀取(qǔ)決于顆粒的性質(zhì)。凹痕處滾道的幾何形狀被破壞，潤(rùn)滑受到影響。表面出現應力(lì)，疲(pí)勞(láo)導緻表(biǎo)面過(guò)早剝(bāo)落。

搬運造(zào)成的凹陷是由于軸承表面被(bèi)硬的尖銳物體碰壞。由于軸承表面精度極(jí)高，當局部過載，比(bǐ)如軸承掉落地上，就(jiù)可能會在表面(miàn)磕出凹痕，從而讓軸承無法工作。

6、破裂和開裂

受壓破裂(liè)是因為局部過載或應力(lì)過高，造成應力集中超過(guò)了材料的抗拉強(qiáng)度所緻。常見是野(yě)蠻拆裝軸承 (沖擊)或圓錐(zhuī)座或襯套擰得太緊。當用榔頭和硬鑿直接敲打(dǎ)軸承圈，可能導緻形成微(wēi)小的裂縫。當軸承投入使用時，軸承圈可能(néng)有小片脫落。而安裝時(shí)圓錐座或襯套擰得太(tài)緊，結果軸承圈出現抗拉應(yīng)力(lì)(圓周應力(lì))，當軸承投入使用時産生裂縫。

疲勞破裂開始于彎曲狀(zhuàng)态下應力超過疲勞強度時。最初出現一條裂縫，然後不(bú)斷增多，最後整(zhěng)個軸承圈或保(bǎo)持架開裂。當使用緊配合時可能出現疲勞破裂，因為緊配合可能産(chǎn)生很高(gāo)的圓周應力。然後交變應力和圓周應力共同(tóng)作用，造成軸承圈的過早疲勞，整個(gè)圈裂(liè)開。

熱開裂産生于兩個表面相互嚴重摩擦時，産生的摩擦熱(rè)導緻裂縫，通常與滑動方向成直角。

很多軸承故障都可以避免(miǎn)。深入的軸承損傷根源分析可以找(zhǎo)到問題根源，通過采取(qǔ)适當的措(cuò)施，能提前避免故障再次發生，降(jiàng)低故障成本。