濟南市鴻慷機電設備有限公司位于交通便利的泉城濟南，是全球生產(chǎn)滾動(dòng)軸承和直線(xiàn)運動(dòng)產(chǎn)品的領(lǐng)導企業(yè)---德國舍弗勒集團在山東的授權代理商。公司專(zhuān)營(yíng)舍弗勒集團旗下兩大品牌德國INA軸承和德國FAG軸承，是一家順應經(jīng)濟發(fā)展需要而誕生的專(zhuān)業(yè)化新型高端軸承公司。多年來(lái)一直從事軸承的銷(xiāo)售和售后技術(shù)支持，在機械行業(yè)技術(shù)方面有著(zhù)非常豐富的經(jīng)驗，今天濟南鴻慷機電進(jìn)口軸承專(zhuān)家為大家介紹一下精密機床主軸軸承早期失效分析。

  摘　要：主要從剝落、異常磨損、燒傷等幾個(gè)方面介紹了精密機床主軸軸承常見(jiàn)的失效形式，對軸承早期失效的成因進(jìn)行了分析，并針對這幾種失效方式提出了預防措施。

  關(guān)鍵詞：主軸軸承；失效；剝落；異常磨損；預載荷

  精密機床主軸軸承的運轉精度要求較高，因此在正常使用過(guò)程中，一般將軸承的精度壽命作為其基本額定使用壽命，即軸承能保持其穩定精度的工作時(shí)間。為保證機床精度，通常建議每1500h左右對精密機床主軸軸承進(jìn)行維護更換，即認為軸承精度壽命應在1500h左右。對于未達此壽命的主軸軸承，均可認為其出現了早期失效。通過(guò)對早期失效軸承的分析，希望能夠找出引起軸承失效的不良因素，提出改進(jìn)措施，從而延長(cháng)軸承使用壽命。

  1　主要失效形式

  精密機床主軸軸承失效主要以剝落和異常磨損2種形式出現，此外還有燒傷、軸承破損及銹蝕等失效形式。對于各類(lèi)失效形式單獨討論，有助于揭示軸承早期失效的誘因，以便提出針對性的解決方法。

  1.1異常剝落

  異常剝落多發(fā)生于軸承使用中期甚至是早期，與疲勞剝落形成原因相比，異常剝落多是由于安裝不當、潤滑不良、選型和預載荷不當及承受載荷過(guò)大等因素引起。分析此類(lèi)剝落形成原因可獲得機床整體信息。下面介紹幾種常見(jiàn)的異常剝落。

  （1）圖1為角接觸球軸承剝落出現在溝道非正常工作面。軸承正常工作時(shí)，其滾動(dòng)接觸面固定，非工作面不存在接觸，因而不會(huì )發(fā)生剝落。而現場(chǎng)發(fā)現軸承溝道非正常工作面出現了剝落，懷疑這是軸承在安裝時(shí)不對中，或主軸的翹曲度過(guò)大以及軸承座加工精度不良所致。

圖1 不對中造成的軸承剝落

  （2）圖2為受到?jīng)_擊載荷后，軸承溝道出現壓痕引起剝落。圖2a中軸承套圈溝道出現球形壓痕，痕跡較為光亮，其分布間距與鋼球間距相同，因而可判斷此壓痕為鋼球受到外界沖擊載荷（如軸承安裝時(shí)鋼球受力過(guò)大）與溝道面接觸所致，通常稱(chēng)這種壓傷為布氏壓痕。在溝道面出現壓痕后，軸承轉動(dòng)時(shí)，鋼球每滾過(guò)一個(gè)壓痕就產(chǎn)生一次沖擊，對壓痕產(chǎn)生一次碾壓作用。外載荷越大，碾壓力就越大，在短時(shí)間內，壓痕就會(huì )產(chǎn)生片層狀的疲勞剝落。圖2b為布氏壓痕導致的剝落。

圖2 沖擊載荷造成的軸承失效

  （3）配對使用的角接觸球軸承，若在其壽命早期，溝道工作面就出現疲勞剝落，除懷疑軸承鋼材內部非金屬夾雜和組織不均勻等問(wèn)題外，還應對配對軸承預加載荷進(jìn)行分析，過(guò)大的預加載荷同樣會(huì )造成軸承早期疲勞剝落。此外，對單套軸承出現早期疲勞剝落也應綜合分析，確定是否存在軸承承受載荷過(guò)大的問(wèn)題。

  1.2異常磨損

  1.2.1潤滑不良

  圖3是良好潤滑條件下的光亮軌跡，軌跡較為清晰。圖4為不良潤滑工作條件下的套圈工作軌跡，整個(gè)運行軌跡顏色昏暗，極為粗糙。放大后可以看到，整個(gè)磨損區域由密集的麻點(diǎn)構成，表明此時(shí)溝道上已經(jīng)出現了表層剝落，通常將其歸類(lèi)為點(diǎn)蝕。因軸承工作時(shí)除了滾動(dòng)外，還不可避免地出現相對滑動(dòng)，潤滑油膜的作用就是將鋼球與溝道面隔開(kāi)，降低因摩擦引起的疲勞剝落。大面積點(diǎn)蝕的出現，說(shuō)明在工作中，鋼球與套圈之間油膜不足以將兩者隔離，鋼球與溝道面直接接觸，從而出現早期疲勞剝落。

圖3 良好脂潤滑條件下套圈的工作軌跡

圖4 不良脂潤滑條件下套圈的工作軌跡

  1.2.2微動(dòng)磨損

  圖5中軸承套圈內徑面上出現紅褐色磨損痕跡，且存在紅褐色粉末。因軸承內徑與軸之間為過(guò)盈配合，工作時(shí)軸承內圈與軸同步旋轉，正常情況下兩者之間相對運動(dòng)量極小，可認為基本處于相對靜止狀態(tài)。但是當過(guò)盈量不足時(shí)，軸承內圈與軸之間會(huì )出現相對反復的微小滑動(dòng)，通常稱(chēng)這種因微小滑動(dòng)引起的磨損為微動(dòng)磨損。微動(dòng)磨損中出現紅褐色金屬屑，說(shuō)明原本因法向壓力而處于粘著(zhù)狀態(tài)的兩接觸面，因為微小滑動(dòng)使粘著(zhù)區被破壞，有金屬顆粒從零件表面被拉拽下來(lái)或表面被擦傷，引發(fā)粘著(zhù)磨損。粘著(zhù)磨損中出現的磨粒又引發(fā)磨粒磨損，造成套圈內徑沿滑動(dòng)方向出現劃痕。因而微動(dòng)磨損可認為是由粘著(zhù)磨損和磨粒磨損共同作用形成。

圖5 軸承內徑微動(dòng)磨損

  1.2.3蠕動(dòng)

  圖6為內圈端面發(fā)生蠕動(dòng)的結果。蠕動(dòng)多為軸承配合面上出現間隙，導致兩配合面圓周方向發(fā)生相對滑動(dòng)，使配合面上產(chǎn)生磨損。發(fā)生蠕動(dòng)的配合面上呈現鏡面狀的光亮色或暗淡色，蠕動(dòng)部位與零件原表面有明顯區別。

圖6 內圈端面蠕動(dòng)

  1.2.4偽布氏壓痕

  分析軸承早期失效時(shí)會(huì )在溝道面上發(fā)現圖7中所示的壓痕，其外觀(guān)與布氏壓痕類(lèi)似，但是仔細觀(guān)察會(huì )發(fā)現壓痕附近有軸向劃痕，且壓痕特別粗糙，通常將這種壓痕稱(chēng)為偽布氏壓痕。此類(lèi)壓痕造成的軸承失效多為機床調試完畢，運達用戶(hù)處發(fā)現或機床停機后再啟動(dòng)時(shí)發(fā)現，故根據其產(chǎn)生的時(shí)間段分析，可以排除因軸承安裝時(shí)外力敲擊所致。此類(lèi)壓痕應是在機床靜止時(shí)產(chǎn)生，即當機床靜止時(shí)，若受到振動(dòng)，將導致機床部件在滾動(dòng)接觸區的微小運動(dòng)，使機床部件進(jìn)入微動(dòng)磨損的狀態(tài)，隨著(zhù)振動(dòng)持續，微動(dòng)磨損進(jìn)一步發(fā)展，最終會(huì )形成偽布氏壓痕。

圖7 偽布氏壓痕

  13燒傷

  燒傷是主軸軸承最容易判斷的一種失效形式，一旦出現套圈、鋼球變色，均可認為軸承發(fā)生燒傷，處于報廢狀態(tài)。圖8為一組軸承燒傷照片，其中保持架（材料為酚醛層壓布管）已經(jīng)斷裂，溝道面及鋼球均已嚴重變色。軸承運轉過(guò)程中，溫度依次為鋼球最高，內圈次之，外圈最低，故鋼球變色最為嚴重，因高溫而碳化損傷。造成燒傷的主要因素為軸承預加載荷過(guò)大，潤滑冷卻不良以及安裝不當等。

圖8 軸承燒傷

  1.4其他失效形式

  精密機床主軸軸承早期失效形式還有破損、裂紋及銹蝕等。

  破損主要是由于安裝不當，過(guò)大的沖擊載荷導致軸承零件損傷。

  裂紋主要是由過(guò)大的沖擊載荷、過(guò)大的過(guò)盈量以及內部裂紋和剝落的擴展所致。而剝落的擴展可能導致軸承斷裂。

  銹蝕主要由潮濕環(huán)境及防銹不當引起，微動(dòng)磨損也能造成軸承銹蝕。

  2　解決措施

  對于軸承的早期失效，可以從以下幾個(gè)方面入手：

  （1）正確選型，合理設計。避免因過(guò)載等原因造成軸承失效。

  （2）正確地安裝，避免在安裝時(shí)滾動(dòng)體受力過(guò)大。

  （3）良好的潤滑，選擇黏度適合的潤滑脂，并嚴格控制填脂量。一般推薦注脂量占軸承自由空間的15%～25%。

  （4）檢查軸承安裝相關(guān)部件，保證軸承工作時(shí)處于均勻受力狀態(tài)。

  （5）對配對使用的軸承，應選擇合適的預緊力。

  （6）定期維護，及時(shí)更換達到使用壽命的軸承。

  3　結束語(yǔ)

  通過(guò)上述幾種常見(jiàn)的機床主軸軸承早期失效形式，可以看出造成軸承失效的原因是多方面的。只有對失效進(jìn)行認真分析，才能準確地找出原因，并提出相應的改進(jìn)措施，最終達到延長(cháng)軸承使用壽命的目的。

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——責任編輯：濟南鴻慷機電設備公司01銷(xiāo)售顧問(wèn)

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