滚动轴承常见的失效形式及原因分析+浪逐风尖
2008-11-05 10:55
滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产
生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。
一，疲劳剥落
疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。
疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面．
轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。目前对疲劳失效机理比较统一的观点有：
1、次表面起源型
次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。
2、表面起源型
表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。
3、工程模型
工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。
疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。具体因素如下：
A、制造因素
1、产品结构设计的影响
产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。在设计时，由于各种原因，会造成产品设计与使用的不适用或脱节，甚至偏离了目标值，这种情况很容易造成产品的早期失效。
2、材料品质的影响
轴承工作时，零件滚动表面承受周期性交变载荷或冲击载荷。由于零件之间的接触面积很小，因此，会产生极高的接触应力。在接触应力反复作用下，零件工作表面将产生接触疲劳而导致金属剥落。
就材料本身的品质来讲，其表面缺陷有裂纹、表面夹渣、折叠、结疤、氧化皮和毛刺等，内部缺陷有严重偏析和疏松、显微孔隙、缩孔、气泡、白点、过烧等，这些缺陷都是造成轴承早期疲劳剥落的主要原因。
在材料品质中，另一个主要影响轴承疲劳性能的因素是材料的纯洁度，其具体表现为钢中含氧量的多少及夹杂物的数量多少、大小和分布上。
3、热处理质量的影响
轴承热处理包括正火、退火、渗碳、淬火、回火、附加回火等。其质量直接关系到后续的加工质量及产品的使用性能。
4、加工质量的影响
首先是钢材金属流线的影响。钢材在轧制或锻造过程中，其晶粒沿主变形方向被拉长，形成了所谓的钢材流线（纤维）组织。试验表明，该流线方向平行于套圈工作表面的与垂直的相比，其疲劳寿命可相差2。5倍。其次是磨削变质层。磨削变质层对轴承的疲劳寿命与磨损寿命有很大的影响。变质层的产生使材料表面层的组织结构和应力分布发生变化，导致表面层的硬度下降、烧伤，甚至微裂纹，从而对轴承疲劳寿命产生影响。
受冷热加工条件及质量控制的影响，产品在加工过程中会出现质量不稳定或加工误差，如热加工的材料淬、回火组织达不到工艺要求、硬度不均匀和降低，冷加工的几何精度超差、工作表面的烧伤、机械伤、锈蚀、清洁底低等，会造成轴承零件接触不良、应力集中或承载能力下降，从而对轴承疲劳寿命产生不同程度的影响。
B、使用因素
使用因素主要包括轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。
不正确的安装方法很容易造成成轴承损坏或零件局部受力产生应力集中，引
起疲劳。过大的配合过盈量容易造成内圈滚道面张力增加及零件抗疲劳能力下降，甚至出现断裂。
润滑不良会引起不正常的摩擦磨损，并产生大量的热量，影响材料组织和润滑剂性能。如果润滑不当，即便选用再好的材料制造，加工精度再高，也起不到提高轴承寿命的效果。
密封不良容易使杂质进入轴承内部，既影响零件之间的正常接触形成疲劳源，又影响润滑或污染润滑剂。
根据疲劳产生的机理和主要影响因素，可以有针对性地提出预防措施。如对表面起源损伤引起的疲劳，可以通过对零件表面进行表面强化处理，对次表面起源型疲劳可以通过改善材料品质等措施。而提高零件加工质量尤其是零件表面质量、提高使用质量、控制杂质流入轴承内部、保证润滑质量等措施对预防和延缓疲劳都有十分重要的意义。
二、表面塑性变形
表面塑性变形主要是指零件表面由于压力作用形成的机械损伤。在接触表面上，当滑动速度比滚动速度小得多的时候会产生表面塑性变形。
表面塑性变形分为一般表面塑性变形和局部表面塑性变形两类。
A、一般表面塑性变形
是由于粗糙表面互相滚动和滑动，同时，使粗糙表面不断产生塑性碰撞所造成，其结果形成了冷轧表面，从外观上看，这种冷轧表面已被辗光，但是，如果辗光现象比较严重，在冷轧表面上容易形成大量浅裂纹，浅裂纹进一步发展可能（在粗糙表面区域区)导致显微剥落,但这种剥落很浅,只有几个微米,它能够覆盖很宽的接触表面.
根据弹性流体动压润滑理论,一般表面塑性变形产生的原因是由于两个粗糙表面直接接触,其间没有形成承载的弹性流体动压润滑膜.因此,当油膜润滑参数小于一定值时,将产生的一般表面塑性变形.一般油膜润滑参数值越小表面塑性变形越严重.
B、局部表面塑性变形
局部表面塑性变形是发生在摩擦表面的原有缺陷附近。最常见的原有缺陷，如压坑（痕）、磕碰伤、擦伤、划伤等。
1、压坑（痕）
压坑（痕）是由于在压力作用下硬质固体物侵入零件表面产生的凹坑（痕）
现象。
压坑（痕）的形态特征是：形状和大小不一，有一定深度，压坑（痕）边缘有轻微凸起，边缘较光滑。
硬质固体特的来源是轴承零件在运转中产生的金属颗粒、密封不良造成轴承外部杂质侵入。
压坑（痕）产生的部位主要在零件的工作表面上。
预防压坑（痕）的措施主要有：提高零件的加工精度和轴承的清洁度、改善润滑、提高密封质量等。
2、磕碰伤
磕碰伤是由于两个硬质特体相互撞击形成的凹坑现象。
磕碰伤的形态特征视两物体形状和相互撞击力的不同其形状和大小不一，但有一定深度，在其边缘处常有突起。
磕碰伤主要是操作不当引起的。产生部位可以在零件的所有表面上。
预防磕碰伤的措施主要有：提高操作者的责任心、规范操作、改进产品容器的结构和增加零件的保护措施等。
3、擦伤
擦伤是两个相互接触的运动零件，在较大压力作用下因滑动摩擦产生的金属迁移现象。严重时可能伴随烧伤的出现。
擦伤的形状不确定，有一定长底和宽度，深度一般较浅，并沿滑动（或运动）方向由深而浅。
擦伤可以在产品制造过程中产生也可以在使用过程中产生。
轴承制造成过程中的擦伤预防措施与磕碰伤的预防措施相同。使用中的擦伤预防措施主要是从防止“打滑”方面考虑，改进产品内部结构、提高过盈配合量、调整游隙、改善润滑、保证良好接触状态等。
4、划（拉）伤
划（拉）伤是指硬质和尖锐物体在压力作用下侵入零件表面并产生相对移动后形成的痕迹。
划伤一般呈线型状，有一定深度，宽度比擦伤窄，划伤的伤痕方向是任意的，长度不定。产生部位主要在零件的工作表面和配合表面上。而拉伤只发生
在轴承内径（过盈）配合面上，伤痕方向一般与轴线平行，有一定长度、宽度和深度，并成组出现。
划伤可以在轴承制造过程中产生也可在使用中产生。而拉伤只发生在轴承安装拆卸过程中。
预防轴承制造过程中的划伤与预防磕碰伤的措施相同。预防使用中划伤与预防压坑（痕）的措施基本相同。
预防拉伤的措施是严格安装拆卸规程、保证配合面的清洁、安装时在配合面上适当润滑等。
综上所述，预防表面塑性变形的措施是要正确选用轴承、增强材料的耐磨性，保证润滑的有效性、注意安装方法、提高轴承密封装臵的密封性等。
三、磨损
在力的作用下，两个相互接触的金属表面相对运动产生摩擦，形成摩擦副。磨擦引起金属消耗或产生残余变形，使金属表面的形状、尺寸、组织或性能发生改变的现象称为磨损。
磨损过程包含有两物体的相互作用、黏着、擦伤、塑性变形、化学反应等几个阶段。其中物体相互作用的程度对磨损的产生和发展起着重要的作用。
磨损的基本形工有：疲劳磨损、黏着磨损、磨料（粒）磨损、微动磨损和腐蚀磨损等。
产生磨损的主要原因：
A、异物通过了密封不良的装臵（或密封圈）进入了轴承内部。
B、润滑不当。如润滑油中的杂质未过滤干净、润滑方式不良、润滑剂选用不当、润滑剂变质等。
C、零件接触面上的材料颗粒脱离，
D、锈蚀。如，由于轴承使用温度变化产生的冷凝水、润滑剂中添加剂的腐蚀性特质等原因形成的锈蚀。
实际中多数磨损属于综合性磨损，预防对策应根据磨损的形式和机理分别采取措施。
对于微动磨损，可以采用小游隙或过盈配合来减少使用过程中的微动磨损；可在套圈与滚动体之间采用稀润滑剂润滑或分别包装来减少运输过程的微动磨损；另外，轴承应放在无振动环境下保管，或将轴承内外圈隔离存放可以防止
保管过程中产生的微动磨损。
对于黏着磨损可以采取提高加工精度、增强润滑效果等措施来解决。
对于磨料（粒）磨损，可以采用表面强化处理、表面润滑处理（如渗硫、磷化、表面软金属膜涂层等）、改善轴承密封结构、提高零件加工精度、保证润滑油过滤质量、减少制造和使用过程中对表面的损伤等方法来解决。
对于腐蚀磨损，应减少轴承使用环境中腐蚀物质的侵入、对零件表面进行耐腐蚀处理或采用耐腐蚀材料制造产品等手段来解决。另外，还可以从产品结构设计和制造的角度进行改进，如提高零件的加工精度、减少磨削加工中产生的变质层、保证弹性流体动压润滑膜等实现预防磨损的目的。
四、腐蚀
金属与其所处环境中的物质发生化学反应或电化学反应变化所引起的消耗称为腐蚀。
金属腐蚀的形式多种多样，就金属与周围介质作用的性质来分可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类
化学腐蚀是由于金属与周围介质之间的纯化学作用引起的。其过程中没有电流产生，但有腐蚀物质产生。这种物质一般都覆盖在金属表面上形成一层疏松膜．化学反应形成的腐蚀机理比较简单，主要是物体之间通过接触产生了化学反应，如金属在大气中与水产生的化学反应形成的腐蚀（又称为锈蚀）
电化学腐蚀是由于金属与周围介质之间产生电化学作用引起的。其基本特点是在腐蚀的同时又有电流产生。电化学反应的腐蚀机理主要是微电池效应。
就滚动轴承而言，产生腐蚀的主要原因有：
A、轴承内部或润滑剂中含有水、碱、酸等腐蚀物质
B、轴承在使用中的热量没有及时释放，冷却后形成水分
C、密封装臵失效
D、轴承使用环境湿度大
E、清洗、组装、存放不当
腐蚀产生部位：零件各表面都会有。按程度有腐蚀斑点或腐蚀坑（洞），斑点和蚀坑一般呈零星或密集分布，形状不规则，深度不定，颜色有浅灰色、红褐色、灰褐色、黑色。
对于金属材料来说，消除腐蚀是比较困难的，但可以减缓腐蚀的发生，防
止轴承与腐蚀物质接触，可以通过合金化，表面改性等方法提高耐腐蚀能力，使得金属表面形成一层稳定致密与基体结合牢固的钝化膜。
六、蠕动
受旋转载荷的轴承套圈，如果选用间隙配合，在配合表面上会发生圆周方向的相对运动，使配合面上产生磨擦、磨损、发热、变形，造成轴承不正常损坏。这种配合面周向的微小滑动称为蠕动或爬行。
蠕动形成的机理是当内圈与轴配合过盈量不足时，在内圈与轴之间的配合面上因受力产生弹性变形而出现微小的间隙，造成内圈与轴旋转时在圆周方向上的不同步、打滑，严重时在压力作用下发生金属滑移。在外圈与壳体也同样会出理类似的情况。
蠕动形貌特征在一些方面具有腐蚀磨损和微动磨损的某些特征。蠕变在形成过程中也有一些非常细小的磨损颗粒脱落并立即局部氧化，生成一种类似铁锈的腐蚀物。其区别主要根据它们的位臵和分布来判断，如果零件没有受到腐蚀又出现了褐色锈斑，锈斑的周围常常围绕着一圈碾光区，出现的部位又在轴承的配合表面上，那么可能就是蠕动。发生蠕动的配合面上，或出现镜面状的光亮色，或暗淡色，或咬合状，蠕动部位与零件原表面有明显区别。
在轴承的端面由于轴向压紧力不足。或悬臂轴频繁挠曲，运转一定时间后也会出现蠕动的特征。
产生蠕动的主要原因是内，外圈与轴或轴承座的配合过盈量不足，或载荷方向发生了变化。
预防的措施：采用过盈配合并适当提高过盈量，在采用间隙配合的场合的场合可用黏结剂将两个配合面固定或沿轴（或轴承座）的轴向方向将轴承紧固。六烧伤
轴承零件在使用中受到异常高温的影响，又得不到及时冷却，使零件表面组织产生高温回火或二次淬火的现象称为烧伤。
烧伤产生的主要原因是润滑不良、预载荷过大、游隙选择不当、轴承配臵不当、滚道表面接触不良、应力过大等因素所致。如：
A、在轴向游动轴承中，如果外圈配合的过紧，不能在外壳孔中移动；
B、轴承工作中运转温度升高，轴的热膨胀引起很大的轴向力，而轴承又无法轴向移动时；
C、由于润滑不充分，或润滑剂选用不合理、质量问题、老化和变质等；
D、内外圈运转温度差大，加上游隙选择不当，外圈膨胀小内圈大呈过盈导致轴承温度急剧升高；
E、轴承承受的载荷过大和载荷分布均匀，形成应力集中；
F、零件表面加工粗糙，造成接触不良或油膜形成困难。
烧伤的形貌特征可以根据零件表面的颜色不同来判断。轴承在使用中由于润滑剂、温度、腐蚀等原因。零件表面会发生变化，颜色主要有淡黄色、黄色、棕红色、紫蓝色及蓝黑色等，其中淡黄色、黄色、棕红色属于变色，若出现紫蓝色或蓝黑色的为烧伤。烧伤容易造成零件表面硬度下降或出现微裂纹。
烧伤产生的部位主要发生在零件的各接触表面上，如圆锥滚子轴承的挡边工作面、滚子端面、应力集中的滚表面等。
烧伤的预防可根据烧伤产生的原因有针对性地采取措施。如正确选用轴承结构和配臵、避免轴了砂承受过大的载荷、安装时采用正确的安装方式防止应力集中、保证润滑效果等。
七、电蚀
电蚀是由电流放电引起，致使轴承零件表面出现电击的伤痕，此种损伤称为电蚀。在两零件接触面间一般存在一层油膜，该油膜一定有的绝缘作用，当有电流通过轴承内部时，在两面三刀零件接触表面形成电压差，当电压差高到足以击穿绝缘层时就会在两零件接触表面处产生火区放电，击穿油膜放电，产生高温，造成局部表面的熔融，形成弧凹状或沟蚀。受到电蚀的零件，其金属表面被局部加热和熔化，在放大镜下观察损伤区域一般呈现斑点、凹坑、密集的小坑，有金属熔融现象，电蚀坑呈现火山喷口状。电蚀会使零件的材料硬度下降，并加快磨损发生速度，也会诱发疲劳剥落。
预防电蚀的措施是在焊接或其他带电体与轴承接触时加强轴承的绝缘或接地保护，防止电荷的聚集并形成高的电位差，避免放电现象产生。防止电流与轴承接触。
八、裂纹和缺损
当轴承零件所承受的应力超出材料的断裂极限应力时，其内部或表面便发生断裂和局部断裂，这种使材料出现不连续或断裂的现象称为裂纹。
在材料表面或表层下有一种貌似毛发的细微裂纹称为发纹。当发纹扩展到一定程度，使得部分材料完全脱离零件基体的现象称为断裂。
裂纹一般呈线状，方向不定，有一定长度和深（宽）度，有尖锐的根部和边缘。裂纹有内部裂纹和表面裂纹之分，也有肉眼可见和不可见两种形式，对于肉眼不可见裂纹需要采用无损检测的方法进行观察。发纹一般呈细线状，方
向沿钢材轧制方向断续分布，有一定长度和深度，有时单条有时数条出现。
裂纹产生的原因较为复杂，影响因素很多，如原材料、锻造、冲压折叠、热处理、磨削、局部过大的应力等。发纹形成的原因是钢材在冶炼过程中产生的气泡或夹杂，经轧制变形后存在于材料表层。对于肉眼不可见裂纹需要采用无损检测的方法进行观察。
裂纹的预防措施主要有，在制造方面应控制原材料缺陷如非金属夹杂、表面夹渣、折叠、显微孔隙、缩孔、气泡等。控制加工应力如热处理淬火时产生的内应力（热应力和组织应力）、磨削应力、冲压应力等。在使用方面注意轴承安装过程中的非正常敲（撞）击以及安装不良造成的局部应力过大等。另外，还要保证润滑，增强密封效果，控制外部杂质流入，避免轴承与腐蚀性物质接触等。
九、保持架损坏
当滚动体进入或离开承载区域时，保持架将受到带有一定冲击性质的拉（压）应力作用，尤其是滚子轴承的滚子产生倾斜时所受到的应力会更大。在这种应力的反复作用下，保持架的兜孔、过梁、铆钉会出现变形、磨损、疲劳，甚至断裂现象。另外，不正确的安装方式也会损坏保持架。保持架相对套圈的强度一般较弱（尤其是冲压保持架），如果安装不得当，将安装力直接施加在保持架上，很容易造成保持架变形。冲压保持架制造过程中产生的应力过大也是造成保持架损坏的原因之一。
防止保持架损坏的措施可以从设计、制造、安装方面考虑。保持架在运转中受到的拉（压）应力是无法避免的。但提高保持架的强度可通过适当增加保持架过梁（铆钉）强度来解决。滚子产生倾斜可以通过提高制造和安装质量来解决。改善润滑条件有助于减少磨损。对冲压保持架制造过程中产生的应力可采用振动光饰等方法支除或减少应力。
十、尺寸变化
轴承运转一定时间以后，会出现游隙减小或增大的现象。通过对零件尺寸检测可以发现轴承内、外圈或滚动体直径方向的尺寸发生了变化（增大或减小），影响轴承的正常旋转精度。若没有了游隙，会出现摩擦磨损加剧、工作温度上升、甚至“卡死”等现象。若游隙变大，会出现振动或噪声增大、旋转精度降低、应力集中等情况。轴承内径增大还很可能出现“甩圈”现象。
轴承零件在热处理过程中，保留了一定数量的残佘奥氏体，而奥氏体是一种不稳定相，随着时间或温度的变化，奥氏体将逐步转变为较稳定的马氏体组织，由于马氏体组织的体积大于奥氏体组织，因此，在转变过程中零件的体积将发生涨大。而马氏体组织自身也会产生分解，马氏体分解的结果会出现尺寸收缩的现象。轴承工作温度高对奥氏体的转变和马氏体的分解有促进作用。还有一种情况，零件在内应力释放过程中也会引起尺寸的改变。
从预防或控制零件尺寸稳定性的角度考虑，可以在轴承零件热处理时对不稳定的残余奥氏体组织进行稳定化处理。另外，在使用中应保证轴承的使用温度低于轴承允许的工作温度，以防止尺寸出现较大的变化。
十一、使用不当引起的损坏
轴承使用不当引起的损坏在轴承失效中占有很大的比例。轴承使用不当涉及轴承选型、轴承配臵、轴承支承结构、配合、安装、润滑、密封、维护保养等诸多方面。轴承失效与使用不当密不可分。
十二、其他损伤
A、变色
变色是由于轴承在运转过程中因发热引起的表面颜色变化。另外，在温度作用下润滑剂中的部分化学物质、磨损的金属粉末等杂质会黏附在零件表面上也会引起轴承零件颜色变化，这种变色又称污斑。表面颜色一般呈淡黄色、黄色、茶色、棕红色、紫蓝色及蓝黑色等，发热引起的变色一般没有深度。对于使用中的轴承若出现深度变色如紫蓝色或蓝黑色的则有可能形成了烧伤。零件腐蚀也会引起变色，但这类变色有一定深度。
轴承零件在运转过程中，因摩擦会产生大量的热，若润滑不充分或散热条件差，热量得不到及时的冷却或扩散，热量的聚积使轴承温度很快升高，温度升高会使附着在轴承零件表面的油膜产生氧化现象，形成一种浅褐色的氧化制，沉积附着在轴承的表面上。但这种变色并不影响轴承的使用，所以允许存生。当轴承因安装不当（如安装倾斜）或润滑不良等原因使轴承处于一种极不正常的工作状态，引起温度的急速上升，此时轴承的局部温度有可能超过轴承零件的回火温度，甚至更高，并产生严重的变色如蓝黑色或紫蓝色，形成烧伤现象，这种情况的变色轴承就不能再继续使用了。
变色的主要原因是轴承的工作游隙过小、局部应力集中、预载荷过大、润滑不良、润滑剂变质、散热条件差、润滑剂使用过量等。
变色的预防可以通过选择合适润滑剂和润滑方式、保证油路畅通和及时供应、提高润滑效果、正确安装轴承、提高轴承散热条件、适当提高制造精度、防止应力集中等措施来解决。
B、麻点
麻点是由于材料的品质、腐蚀、疲劳、异物进入工作表面等原因在零件表面引起细小坑、点。其表面形态呈黑色针点状凹坑，有一定深度，单个、多个或密集出现。麻点在套圈或滚动体表面均有可能产生。
麻点产生的机理因麻点产生的原因不同而不同，如疲劳，腐蚀、材料缺陷等
都可能产生麻点。
对麻点的预防可以从控制材料缺陷、腐蚀、润滑和密封方面考虑。一般来讲，对于非疲劳引起的尺寸较小的麻点可以继续使用。
（参考滚动轴承基础知识）
滚动轴承常见的失效形式及原因分析 滚动轴承在使用过程中由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产 生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、 电腐蚀、保持架损坏等。 一，疲劳剥落 疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。 疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面． 轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。目前对疲劳失效机理比较统一的观点有： 1、次表面起源型 次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部
（次表面）为起源产生的疲劳剥落。 2、表面起源型 表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。 3、工程模型 工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。 疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。具体因素如下： A、制造因素 1、产品结构设计的影响：产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。在设计时，由于各种原因，会造成产品设计与使用的不适用或脱节，甚至偏离了目标值，这种情况很容易造成产品的早期失效。 2、材料品质的影响：轴承工作时，零件滚动表面承受周期性交变载荷或冲击载荷。由于零件之间的接触面积很小，因此，会产生极高的接触应力。在接触应力反复作用下，零件工作表面将产生接触疲劳而导致金属剥落。就材料本身的品质来讲，其表面缺陷有裂纹、表面夹渣、折叠、结疤、氧化皮和毛刺等，内部缺陷有严重偏析和疏松、显微孔隙、缩孔、气泡、白点、过烧等，这些缺陷都是造成轴承早期疲劳剥落的主要原因。
Unit17 轴承 一、单选题(每题2分) 1. 对于工作温度变化较大的长轴，轴承组应采用的轴向固定方式。 A 两端固定 B 一端固定，一端游动 C 两端游动 D 左端固定，右端游动 2. 轴承预紧的目的为提高轴承的。 A 刚度和旋转精度 B 强度和刚度 C 强度 D 刚度 3. 皮碗密封，密封唇朝里的主要目的为。 A 防灰尘，杂质进入 B 防漏油 C 提高密封性能 D 防磨损 4. 密封属于非接触式密封。 A 毛毡 B 迷宫式 C 皮碗 D 环形 5. 在轴承同时承受径向载荷和轴向载荷时，当量动载荷指的是轴承所受的。 A 与径向载荷和轴向载荷等效的假想载荷 B 径向载荷和轴向载荷的代数和 C 径向载荷 D 轴向载荷 6. 内部轴向力能使得内、外圈产生。
A 分离的趋势 B 接合更紧的趋势 C 摩擦的趋势 D 转动的趋势 7. 一般转速的滚动轴承，其主要失效形式是疲劳点蚀，因此应进行轴承的。 A 寿命计算 B 静强度计算 C 硬度计算 D 应力计算 8. 某轴承的基本额定动载荷下工作了6 10转时，其失效概率为。 A 90% B 10% C 50% D 60% 9. 从经济观点考虑，只要能满足使用要求，应尽量选用轴承。 A 球 B 圆柱 C 圆锥滚子 D 角接触 10. 滚动轴承的公差等级代号中，级代号可省略不写。 A 2 B 0 C 6 D 5 11. 只能承受轴向载荷而不能承受径向载荷的滚动轴承是。 A 深沟球轴承 B 推力球轴承 C 圆锥滚子轴承 D 圆柱滚子轴承 12. 在相同的尺寸下，能承受的轴向载荷为最大。 A 角接触球轴承 B 深沟球轴承 C 圆锥滚子轴承 D 圆柱滚子轴承 13 若转轴在载荷作用下弯曲较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度，宜选用类型代号为的轴承。 A. 1或2 B. 3或7
滚动轴承故障诊断与分析Examination and analysis of serious break fault down in rolling bearing 学院：机械与汽车工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：2010020101 姓名： 学号： 指导老师：王林鸿
摘要:滚动轴承是旋转机械中应用最广的机器零件，也是最易损坏的元件之一, 旋转机械的许多故障都与滚动轴承有关，轴承的工作好坏对机器的工作状态有很大的影响，其缺陷会产生设备的振动或噪声，甚至造成设备损坏。因此, 对滚动轴承故障的诊断分析, 在生产实际中尤为重要。 关键词：滚动轴承故障诊断振动 Abstract: Rolling bearing is the most widely used in rotating machinery of the machine parts, is also one of the most easily damaged components. Many of the rotating machinery fault associated with rolling bearings, bearing the work of good or bad has great influence to the working state of the machine, its defect can produce equipment of vibration or noise, and even cause equipment damage. Therefore, the diagnosis of rolling bearing fault analysis, is especially important in the practical production. Key words: rolling bearing fault diagnosis vibration 引言：滚动轴承是机器的易损件之一，据不完全统计，旋转机械的故障约有30％ 是因滚动轴承引起的，由此可见滚动轴承故障诊断工作的重要性。如何准确判断出它的末期故障是非常重要的，可减少不必要的停机修理，延长设备的使用寿命，避免事故停机。滚动轴承在运转过程中可能会由于各种原因引起损坏，如装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、腐蚀和过载等。即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下，经过一段时间运转，轴承也会出现疲劳剥落和磨损。总之，滚动轴承的故障原因是十分复杂的，因而对作为运转机械最重要件之一的轴承，进行状态检测和故障诊断具有重要的实际意义，这也是机械故障诊断领域的重点。 一滚动轴承故障诊断分析方法 1滚动轴承故障诊断传统的分析方法 1.1振动信号分析诊断 振动信号分析方法包括简易诊断法、冲击脉冲法（SPM法）、共振解调法（IFD 法）。振动诊断是检测诊断的重要工具之一。 （1）常用的简易诊断法有：振幅值诊断法，反应的是某时刻振幅的最大值，适用于表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障诊断；波峰因素诊断法，表示的
滚动轴承的几种失效形式 滚动轴承是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转；外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用；滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命；保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有磨损、腐蚀、蠕动、烧伤、电蚀、尺寸变化。 一、磨损 在力的作用下，两个相互接触的金属表面相对运动产生摩擦，形成摩擦副。磨擦引起金属消耗或产生残余变形，使金属表面的形状、尺寸、组织或性能发生改变的现象称为磨损。 磨损过程包含有两物体的相互作用、黏着、擦伤、塑性变形、化学反应等几个阶段。其中物体相互作用的程度对磨损的产生和发展起着重要的作用。 磨损的基本形工有：疲劳磨损、黏着磨损、磨料（粒）磨损、微动磨损和腐蚀磨损等。 产生磨损的主要原因： A、异物通过了密封不良的装置（或密封圈）进入了轴承内部。 B、润滑不当。如润滑油中的杂质未过滤干净、润滑方式不良、润滑剂选用不当、润滑剂变质等。 C、零件接触面上的材料颗粒脱离， D、锈蚀。如，由于轴承使用温度变化产生的冷凝水、润滑剂中添加剂的腐蚀性特质等原因形成的锈蚀。 实际中多数磨损属于综合性磨损，预防对策应根据磨损的形式和机理分别采取措施。 对于微动磨损，可以采用小游隙或过盈配合来减少使用过程中的微动磨损；可在套圈与滚动体之间采用稀润滑剂润滑或分别包装来减少运输过程的微动磨损；另外，轴承应放在无振动环境下保管，或将轴承内外圈隔离存放可以防止保管过程中产生的微动磨损。
滚动轴承故障诊断分析 学院名称：机械与汽车工程学院专业班级： 学生姓名： 学生学号： 指导教师姓名：
摘要 滚动轴承故障诊断 本文对滚动轴承的故障形式、故障原因、常用诊断方法等诊断基础和滚动轴承故障的振动机理作了研究，并建立了相应的滚动轴承典型故障(外圈损伤、内圈损伤、滚动体损伤)的理论模型，给出了一些滚动轴承故障诊断常见实例。通过对滚动轴承故障振动机理的研究可以帮助我们了解滚动轴承故障的本质和特征。本文对特征参数的提取，理论推导，和过程都进行了详细的阐述， 关键词:滚动轴承；故障诊断；特征参数；特征； ABSTRACT ： The Rolling fault diagnosis In the thesis ,the fault types,diagnostic methods an d vibration principle of rolling bearing are discussed.the thesis sets up a series of academic m odels of faulty rolling bearings and lists some sym ptom parameters which often used in fault diagnosis of rolling bearings . the study of vibration prin ciple of rolling bearings can help us to know the essence and feature of rolling bearings.In this pa
1.滚动轴承的受力分析 滚动轴承在工作中，在通过轴心线的轴向载荷（中心轴向载荷）Fa作用下，可认为各滚动体平均分担载荷，即各滚动体受力相等。当轴承在纯径向载荷Fr作用下（图6），内圈沿Fr方向移动一距离δ0，上半圈滚动体不承载，下半圈各滚动体由于个接触点上的弹性变形量不同承受不同的载荷，处于Fr作用线最下位置的滚动体承载最大，其值近似为5Fr/Z（点接触轴承）或4.6Fr/Z（线接触轴承），Z为轴承滚动体总数，远离作用线的各滚动体承载逐渐减小。对于内外圈相对转动的滚动轴承，滚动体的位置是不断变化的，因此，每个滚动体所受的径向载荷是变载荷。 图6滚动轴承径向载荷的分析图7角接触轴承的载荷作用中心 2.滚动轴承的载荷计算 （1）滚动轴承的径向载荷计算 一般轴承径向载荷Fr作用中心O的位置为轴承宽度中点。 角接触轴承径向载荷作用中心O的位置应为各滚动体的载荷矢量与轴中心线的交点，如图7所示。角接触球轴承、圆锥滚子轴承载荷中心与轴承外侧端面的距离a可由直接从手册查得。 接触角α及直径D，越大，载荷作用中心距轴承宽度中点越远。为了简化计算，常假设载荷中心就在轴承宽度中点，但这对于跨距较小的轴，误差较大，不宜随便简化。
图8角接触轴承受径向载荷产生附加轴向力 1)滚动轴承的轴向载荷计算 当作用于轴系上的轴向工作合力为FA，则轴系中受FA作用的轴承的轴向载荷Fa=FA，不受FA作用的轴承的轴向载荷Fa=0。但角接触轴承的轴向载荷不能这样计算。 角接触轴承受径向载荷Fr时，会产生附加轴向力FS。图8所示轴承下半圈第i个球受径向力Fri。由于轴承外圈接触点法线与轴承中心平面有接触角α，通过接触点法线对轴承内圈和轴的法向反力Fi将产生径向分力Fri；和轴向分力FSi。各球的轴向分力之和即为轴承的附加轴向力FS。按一半滚动体受力进行分析，有 FS ≈ 1.25 Frtan α(1) 计算各种角接触轴承附加轴向力的公式可查表5。表中Fr为轴承的径向载荷；e为判断系数，查表6；Y为圆锥滚子轴承的轴向动载荷系数，查表7。 表-5 角接触轴承附加轴向力公式 轴承类型角接触球轴承圆锥滚子轴承
滚动轴承故障诊断1（之国外专家版） 滚动轴承故障 现代工业通用机械都配备了相当数量的滚动轴承。一般说来，滚动轴承都是机器中最精密的部件。通常情况下，它们的公差都保持在机器的其余部件的公差的十分之一。但是，多年的实践经验表明，只有10%以下的轴承能够运行到设计寿命年限。而大约40%的轴承失效是由于润滑引起的故障，30%失效是由于不对中或“卡住”等装配失误，还有20%的失效是由过载使用或制造上缺 陷等其它原因所致。 如果机器都进行了精确对中和精确平衡，不在共振频率附近运转，并且轴承润滑良好，那么机器运行就会非常可*。机器的实际寿命也会接近其设计寿命。然而遗憾的是，大多数工业现场都没有做到这些。因此有很多轴承都因为磨损而永久失效。你的工作是要检测出早期症状并估计故障的严重程度。振动分析和磨损颗粒分析都是很好的诊断方法。 1、频谱特征 故障轴承会产生与1X基频倍数不完全相同的振动分量——换言之，它们不是同步的分量。对振动分析人员而言，如果在振动频谱中发现不同步分量那么极有可能是轴承出现故障的警告信号。振动分析人员应该马上诊断并排除是否是其它故障引起的这些不同步分量。 如果看到不同步的波峰，那极有可能与轴承磨损相关。如果同时还有谐波和边频带出现，那么轴承磨损的可能性就非常大——这时候你甚至不需要再去了解轴承准确的扰动频率。 2、扰动频率计算 有四个与轴承相关的扰动频率：球过内圈频率（BPI）、球过外圈频率（BPO）、保持架频率（FT）和球的自旋频率（BS）。轴承的四个物理参数：球的数量、球的直径、节径和接触角。其中，BPI 和BPO的和等于滚珠/滚柱的数量。例如，如果BPO等于3.2 X，BPI等于4.8 X，那么滚珠/滚柱 的数量必定是8。
滚动轴承常见失效形式及原因分析 滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。 一，疲劳剥落 疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。 疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面。 轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。这些理论
中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。目前对疲劳失效机理比较统一的观点有： >>>>1、次表面起源型 次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。 >>>>2、表面起源型 表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。 >>>>3、工程模型 工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。 疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。具体因素如下：
滚动轴承故障诊断的频谱分析 滚动轴承在机电设备中的应用非常广泛，滚动轴承状态的好坏直接关系到旋转设备的运行状态，因此在实际生产过程中作好滚动轴承的状态监测与故障诊断是搞好设备维修与管理的重要环节。 滚动轴承在其使用过程中表现出很强的规律性，并且重复性强。正常优质轴承在开始使用时振动和噪声均比较小，但频谱有些散乱，幅值比较小。运动一段时间后，振动和噪声保持在一定水平，频谱比较单一，仅出现一，二倍频，极少出现三倍工频以上频谱，轴承状态非常平稳，进入稳定工作期。持续运行后进入使用后期，轴承振动和噪声开始增大，有时出现异音，但振动增大的变化比较缓慢，此时，轴承峭度值开始突然到达一定值。可以认为此时轴承出现了初期故障。这时就要对轴承进行严密监测，密切注意其变化。此后轴承峭度值又开始快速下降，并接近正常值，而振动和噪声开始显著增大，其增大幅度开始加快，其振动超过标准时（ISO2372），其轴承峭度值也开始快速增大，当轴承超过振动标准，峭度值也超过正常值时，可认为轴承已进入晚期故障，需要及时检修设备，更换滚动轴承。 1、滚动轴承故障诊断方式 振动分析是对滚动轴承进行状态监测和故障诊断的常用方法。一般方式为：利用数据采集器在设备现场采集滚动轴承振动信号并储存，传送到计算机，利用振动分析软件进行深入分析，从而得到滚动轴承各种振动参数的准确数值，进而判断这些滚动轴承是否存在故障。采用恩递替公司的Indus3振动测量分析系统进行大中型电机滚动轴承的状态监测和故障诊断，经过近几年实际使用，其效果令人非常满意。要想真实准确反映滚动轴承振动状态，必须注意采集信号的准确真实，因此要在离轴承最近的地方安排测点。 2、滚动轴承正常运行特点与诊断技巧 滚动轴承的运转状态在其使用过程中有一定的规律性，并且重复性非常好。例如，正常优质轴承在开始使用时，振动幅值和噪声均比较小，但频谱有些散乱(图1)这可能是由于制造过程中的一些缺陷，如表面毛刺等所致。运行一段时间后，振动幅值和噪声维持一定水平，频谱非常单一，仅出现一、二倍频。极少出现三倍工频以上频谱(图2)，轴承状态非常稳定，进入稳定工作期。继续运行一段时
《机械故障诊断技术》读书报告 滚动轴承诊断案例分析综述 Summary of Case Analysis of Rolling Bearing Diagnosis 学院：机械与汽车工程学院 专业：测控技术与仪器 班级：13测控班 ： 学号：13023150 指导教师：冬 学年学期：2016—2017学年第一学期
摘要 随着科技的发展，现代工业的高速发展，工业设备的更新换代。工业正逐步向生产设备大型化、高速化、自动化方向发展，这使得生产率有了大幅度的提高，成本的降低，能源的节约，并且产品质量方面得到了极大的保证。 但是，由于故障所引起的灾难性事故及其所造成的对生命与财产的损失和对环境的破坏等也是很严重的。滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其性能与工况的好坏直接影响到与之相联的转轴以及安装在转轴上的齿轮乃至整个机器设备的性能。因此，研究滚动轴承的失效机理，提出相应的预防和维护措施，对于降低设备的维修费用，延长设备维修周期，提高经济效益，保证设备的长期安全稳定运行，均有现实的意义。 关键词：滚动轴承；故障诊断；监测方法；发展趋势 Abstract With the development of science and technology, the rapid development of modern industry, industrial upgrading of equipment. The industry is gradually to large scale production equipment, high-speed, automation development direction, which makes the productivity has been greatly improved, reduced cost, energy saving, and the product quality is ensured. However, due to the catastrophic accident caused by the failure of the cause of the loss of life and property and damage to the
滚动轴承的失效形式及其原因 滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。 一，疲劳剥落 疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。 疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面． 轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。目前对疲劳失效机理比较统一的观点有： 1、次表面起源型 次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。 2、表面起源型 表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。 3、工程模型 工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。 疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。具体因素如下： A、制造因素
常见的滚动轴承失效形式 常见的滚动轴承失效形式1(接触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的材料疲劳失效。接触疲劳失效常见的形式是接触疲劳剥落发。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。粘着磨损系指由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接点从基体上撕裂而增大塑性变形。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，通常出现的轴承断裂失效大多数为过载失效。4( 腐蚀失效有些滚动轴承在实际运行当中不可避免的要接触到水、水汽以及腐蚀性介质等，这些物
滚动轴承常见的失效形式及原因分析+浪逐风尖 2008-11-05 10:55 滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。 一，疲劳剥落 疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。 疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角．通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路．产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面． 轴承疲劳失效的机理很复杂，也出现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。目前对疲劳失效机理比较统一的观点有： 1、次表面起源型 次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动
表面是以内部（次表面）为起源产生的疲劳剥落。 2、表面起源型 表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。 3、工程模型 工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。 疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。具体因素如下： A、制造因素 1、产品结构设计的影响 产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。在设计时，由于各种原因，会造成产品设计与使用的不适用或脱节，甚至偏离了目标值，这种情况很容易造成产品的早期失效。 2、材料品质的影响
峭度系数诊断法诊断滚动轴承故障 机械1202 3120301052 马也 摘要：滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其性能与工况的好坏直接影响到与之相联 的转轴以及安装在转轴上的齿轮乃至整个机器设备的性能。据统计，在使用轴承的旋转机械中，大约有30％的故障都是由于轴承引起的。因此，研究滚动轴承的失效机理，提出相应的预防和维护措施，对于降低设备的维修费用，延长设备维修周期，提高经济效益，保证设备的长期安全稳定运行，均有现实的意义。。滚动轴承的振动诊断方法有：振动信号简易诊断法,美国恩泰克公司开发的g/SE诊断法等。还有其他诊断方法，如：光纤维监测技术、油污染分析法（光谱测定法、磁性磁屑探测法和铁谱分析法等）、声发射法、电阻法等，重点研究傅里叶变换。 关键词：滚动轴承；故障；振动；诊断 Kurtosis coefficient of diagnosis method in the diagnosis of rolling bearing fault Abstract.Rolling bearing is the mechanical equipment is the most common parts, its p erformance and modes of the direct influence on the shaft and the associated with the ge ar axis installed in the whole machine equipment performance. According to statistics, in t he use of rotating machine, bearing about 30% of the fault is due to bearing cause. There fore, the study of rolling bearings failure mechanism and corresponding preventive and m aintenance measures, for reducing the equipment of the cost of maintenance of the equip ment, prolong maintenance cycle, to improve the economic benefit and guarantee the saf e and stable operation of the equipment's long-term, all have realistic significance. Vibrati on of rolling bearings diagnosis methods are: vibration signal simple diagnostics, America n grace tektronix company developed the g/SE diagnostics, etc. There are other diagnost ic methods, such as optical fiber monitoring technology, oil pollution process (spectrometr ic method, magnetic crumbs detection method and iron spectral analysis, etc.), acoustic emission method, resistance method, key research Fourier transformation. Key words：Bearing；vibration；fault；diagnosis 0 引言： 机械故障诊断过程本质上是一个故障模式识别的过程[1]，针对某一个具体的机械故障诊断问题，选择不同的模式识别方法，其分类精度和准确性可能会有较大的差异[2,3]。对于不同类型的故障以及故障在不同机械上的存在，我们应该选择合适的方法对其进行诊断，以保证高的分类精度和准确性。滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其性能与工况的好坏直接影响到与之相联的转轴以及安装在转轴上的齿轮乃至整个机器设备的性能。据统计，在使用轴承的旋转机械中，大约有30％的故障都是由于轴承引起的。滚动轴承的失
问答题 1.问：滚动轴承由哪几个基本部分组成？ 答：由内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。滚动体是滚动轴承中的核心元件，它使相对运动表面间的滑动摩擦变为滚动摩擦。 2.问：常用的滚动体有哪些？ 答：滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子、球面滚子、非对称球面滚子等几种。 3.问：保持架的主要作用是什么？ 答：保持架的主要作用是均匀地隔开滚动体，使滚动体等距离分布并减少滚动体间的摩擦和磨损。如果没有保持架，则相邻滚动体转动时将会由于接触处产生较大的相对滑动速度而引起磨损。 4.问：按轴承所承受的外载荷不同，滚动轴承可以分为哪几种？ 答：可以概况地分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承三大类。 5.问：常用滚动轴承的类型有哪些？ 答：调心球轴承、调心滚子轴承、推力调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、大锥角圆锥滚子轴承、推力球轴承、双向推力球轴承、深沟球轴承、角接触球轴承、外圈无挡边的圆柱滚子轴承、内圈无挡边的圆柱滚子轴承、内圈有单挡边的圆柱滚子轴承、滚针轴承、带顶丝外球面球轴承等。 6.问：选择滚动轴承类型时应考虑的主要因素有哪些？ 答：1）轴承的载荷：轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。2）轴承的转速：在一般转速下，转速的高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高时，才会有比较显著的影响。3）轴承的调心性能；4）轴承的安装和拆卸。 7.问：什么是轴承的寿命？ 答：单个轴承，其中一个套圈或滚动体材料首次出现疲劳扩展之前，一套圈相对于另一套圈的转数称为轴承的寿命。由于制造精度、材料的均质程度等的差异，即使是同样的材料、同样尺寸以及同一批生产出来的轴承，在完全相同的条件下工作，它们的寿命也会极不相同。 8.问：滚动轴承的失效形式主要有哪几种？ 答：主要有：点蚀、塑性变形、磨粒磨损、粘着磨损、锈蚀、轴承烧伤等。 9.问：什么是轴承的基本额定寿命？ 答：按一组轴承中10%的轴承发生点蚀破坏，而90%的轴承不发生点蚀破坏前的的转数（以百万转为单位）或工作小时数作为轴承的寿命，并把这个寿命叫做基本额定寿命，以L10表示。 10.问：什么是轴承的基本额定动载荷？ 答：使轴承的基本额定寿命恰好为一百万转时，轴承所能承受的载荷值，称为轴承的基本额定动载荷，用C表示。对向心轴承，指的是纯径向载荷，用Cr表示；对推力轴承，指的是纯轴
滚动轴承故障的机理分析 一、轴承产生振动机理 由于滚动轴承的内、外圈和滚动体都是弹性体，构成振动系统或以子系统的形式耦合在整个系统中。内、外圈和滚动体都有自己的振动特征----固有频率和振型。所以从轴承的振源不同，滚动轴承的振动可分为非轴承故障性振动和轴承故障性振动。使用同步平均处理拾得的振动信号来寻找轴承故障几乎是不可能的，因为轴承信息中的基频是非同步的。滚动轴承有损伤时，其振动波形往往是调幅波。相当于载波的是轴承各部件及传感器本身以其固有频率振动的高频成分，起调制作用的是与损伤有关的低频成分。 冲击振动从分析的角度来看可以分为两种类型。第一种是直接分析由于滚动体通过工作面上的缺陷、产生反复冲击而形成1kHz以下的低频振动，或称为轴承的通过振动，它是滚动轴承的重要特征信息之一。但是由于这一频带中的噪声干扰很大，所以不容易捕捉到早期诊断信息。第二类是分析由于冲击而激起的轴承零件的固有振动。实际应用中可以利用的固有振动有三种： 1)轴承内、外圈一阶径向固有振动，其频带范围一般在1—8kHz之间。 2)轴承零件其他固有振动，其频率范围多在20一60kHz之间。 3)加速度传感器的一阶固有频率，其频率中心通常选择在10一25kHz附近。 1、非轴承故障性振动 非轴承故障性振动主要有安装不当或制造误差引起的偏心，转子或转轴不平衡引起的振动，这类振动往往被用来作为对转子故障进行诊断的信息。在滑动轴承和高速旋转机械中更是如此。 2、滚动轴承结构引起的振动 对于水平轴旋转时，每个钢珠通过轴的正下方时，轴就会略为向上升起。这样就产生了回转轴端部的上下运动。这种运动也称为滚动元件的通过振动。 3、轴承故障性振动 轴承故障性振动主要由下列各种原因引起： 1）由于载荷过大引起内、外圈和滚动体变形过大导致的旋转轴中心随滚动体位置变化所引起的振动----传输振动。还有因安装不准确或滚动体大小不一致引起的振动。一般情况下，这样的振动其频率较低（≤1KHz）。 2）由于润滑脂的润滑性能不良引起的非线性振动。
滚动轴承常见的失效形式及原因 滚动轴承常见的失效形式及原因分析 滚动轴承在使用过程中由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。 疲劳有许多类型，对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力 的反复作用下，其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象，但形状尺寸很小，点蚀扩展后将形成疲劳剥落。 疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积，使滚动表面呈凹凸不平的鳞状，有尖锐的沟角. 通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路.产生部位主要岀现在套圈和滚动体的滚动表面. 轴承疲劳失效的机理很复杂，也岀现了多种分析理论，如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象，只能对其中的部分现象作出解释。目前对疲劳失效机理比较统一的观点有： 次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时，滚动表面是以内部（次表面）为起 源产生的疲劳剥落。 表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时，滚动表面是以表面为起 源产生的疲劳剥落。 工程模型认为在一般工作条件下，轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。 疲劳产生的原因错综复杂，影响因素也很多，有与轴承制造有关的因素，如产品设计、材料选用、制
造工艺和制造质量等；也有与轴承使用有关的因素，如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。具■体因素如下： A制造因素| 1 、产品结构设计的影响：产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的，这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。在设计时，由于各种原因，会造成产品设计与使用的不适用或脱节，甚至偏离了目标值，这种情况很容易造成产品的早期失效。2、材料品质的影响:［轴承工作时，零件滚动表面承受周期性交变载荷或冲击载荷。由于零件之间的接触面积很小，因此，会产生极高的接触应力。在接触应力反复作用下，零件工作表面将产生接触疲劳而导致金属剥落。就材料本身的品质来讲，其表面缺陷有裂纹、表面夹渣、折叠、结疤、氧化皮和毛刺等，内部缺陷有严重偏析和疏松、显微孔隙、缩孔、气泡、白点、过烧等，这些缺陷都是造成轴承早期疲劳剥落的主要原因。在材料品质中，另一个主要影响轴承疲劳性能的因素是材料的纯洁度，其具体表现为钢中含氧量的多少及夹杂物的数量多少、大小和分布上。3、热处理质量的影响：轴承热处理包括正火、退火、渗碳、淬火、回火、附加回火等。其质量直接关系到后续的加工质量及产品的使用性能。4、加工质量的影响：首先是钢材金属流线的影响。 钢材在轧制或锻造过程中，其晶粒沿主变形方向被拉长，形成了所谓的钢材流线（纤维）组织。试验表明，该流线方向平行于套圈工作表面的与垂直的相比，其疲劳寿命可相差 2.5倍。其次是磨削变质层。磨削变 质层对轴承的疲劳寿命与磨损寿命有很大的影响。变质层的产生使材料表面层的组织结构和应力分布发生变化，导致表面层的硬度下降、烧伤，甚至微裂纹，从而对轴承疲劳寿命产生影响。受冷热加工条件及 质量控制的影响，产品在加工过程中会岀现质量不稳定或加工误差，如热加工的材料淬、回火组织达不到工艺要求、硬度不均匀和降低，冷加工的几何精度超差、工作表面的烧伤、机械伤、锈蚀、清洁底低等，会造成轴承零件接触不良、应力集中或承载能力下降，从而对轴承疲劳寿命产生不同程度的影响。 B、使用因素 使用因素主要包括轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。不正确的安装方法很容易造成成 轴承损坏或零件局部受力产生应力集中，引起疲劳。过大的配合过盈量容易造成内圈滚道面张力增加及零件抗疲劳能力下降，甚至岀现断裂。润滑不良会引起不正常的摩擦磨损，并产生大量的热量，影响材料 组织和润滑剂性能。如果润滑不当，即便选用再好的材料制造，加工精度再高，也起不到提高轴承寿命的效果。密封不良容易使杂质进入轴承内部，既影响零件之间的正常接触形成疲劳源，又影响润滑或污染润滑剂。根据疲劳产生的机理和主要影响因素，可以有针对性地提岀预防措施。如对表面起源损伤引起的疲劳，可以通过对零件表面进行表面强化处理，对次表面起源型疲劳可以通过改善材料品质等措施。而提高零件加工质量尤其是零件表面质量、提高使用质量、控制杂质流入轴承内部、保证润滑质量等措施对预防和延缓疲劳都有十分重要的意义。 表面塑性变形主要是指零件表面由于压力作用形成的机械损伤。在接触表面上，当滑动速度比滚动速度小得多的时候会产生表面塑性变形。表面塑性变形分为一般表面塑性变形和局部表面塑性变形两类。 A、一般表面塑性变形：是由于粗糙表面互相滚动和滑动，同时，使粗糙表面不断产生塑性碰撞所造成，其结果形成了冷轧表面，从外观上看，这种冷轧表面已被辗光，但是，如果辗光现象比较严重，在冷轧表 面上容易形成大量浅裂纹，浅裂纹进一步发展可能（在粗糙表面区域区）导致显微剥落，但这种剥落很浅，只有几个微米，它能够覆盖很宽的接触表面。根据弹性流体动压润滑理论，一般表面塑性变形产生的原因是 由于两个粗糙表面直接接触，其间没有形成承载的弹性流体动压润滑膜.因此，当油膜润滑参数小于一定值 时，将产生的一般表面塑性变形.一般油膜润滑参数值越小表面塑性变形越严重 B、局部表面塑性变形：局部表面塑性变形是发生在摩擦表面的原有缺陷附近。最常见的原有缺陷，如压坑（痕）、磕碰伤、擦伤、划伤等。 1、压坑（痕）：压坑（痕）是由于在压力作用下硬质固体物侵入零件表面产生的凹坑（痕）现象。压 坑（痕）的形态特征是：形状和大小不一，有一定深度，压坑（痕）边缘有轻微凸起，边缘较光滑。硬质 固体特的来源是轴承零件在运转中产生的金属颗粒、密封不良造成轴承外部杂质侵入。压坑（痕）产生的部位主要在
滚动轴承磨损问题的原因及修复方法 如何提高材料和能源的利用率随着科技水平的提高变得更加迫切、重要，减少滚动轴承在工作中的磨损并延长使用寿命，在工业生产中占据着重要地位。磨损是一种十分复杂的微观动态流程，影响条件甚多。通过磨损机理来分类，有微动磨损、黏着磨损、磨料磨损、冲蚀磨损等。此外，还有热磨损和侵蚀磨损等次要的类型。由于磨损表面受到产生的磨料的影响非常大，因而又可根据磨损表面的破坏形式把磨损分为:剥落、划伤、胶合、点蚀、腐蚀。 1、滚动轴承磨损机理 对于人类研究磨损的规律及其机理以便控制或利用磨损所做出的杰出贡献，可以追溯到15世纪达·芬奇关于材料磨损的实验研究。据他的手稿记载，轴承磨损随载荷增加而加剧，为此他研制了一种含30%铜和70%锡新型轴承材料以达到减少磨损的效果，这便是最早的轴承合金材料设计。1724年，Desagulier首次提出了粘着现象存在于摩擦磨损过程中的观点，这也是人类对粘着现象的首次认识。经过对摩擦磨损长期的科学研究和生产实践的积累，人们对磨损本质的认识也不断深化并提出了大量关于磨损描述的物理模型和对磨损量化公式进行预测。例如，赫洛绍夫和巴比契夫的磨粒磨损理论，它是指硬质颗粒或硬质凸出物(包括硬金属)与物体表面相互摩擦引起表面材料损失的现象。通过研究得出影响磨粒磨损主要有磨粒的几何形状、磨粒的硬度、物理性能和压力等因素。Bowdon 和Tabor的粘着磨损理论指出，摩擦副在进行相对运动时会在接触面局部发生金属粘着，随着继续运动粘着处被破坏造成接触面金属损耗。经过研究得出影响粘着磨损的因素有:摩擦副的材料特性、表面载荷、摩擦过程中的表面温度。克拉盖尔斯基的疲劳磨损理论，它是一种累积理论，是指两个相互接触的表面在压应力的作用下，因疲劳而使材料表面的物质损失，该理论适合于疲劳磨损、磨料磨损和粘着磨损。通过研究得出影响疲劳磨损的因素有:载荷性质、材料性能、表面粗糙度、润滑剂的物理与化学作用和工作环境。NPSuh的剥层磨损理论，是指破坏首先发生在次表层，位错塞积，裂纹成核，并向表面扩展，最后材料以薄片状剥落，形成片状磨屑。同时他认为在交变应力较低时，形成亚表面裂纹所需要的循环次数多，直到裂纹萌生并扩展到一定长度后磨屑才会产生。上述这些理论都是通过一定的实验检测结果进行物理模型建立，再根据相关理论推导出量化关