轴的失效形式和原因分析

发动机高锡铝合金轴瓦失效形式和原因根据统计资料，导致发动机轴瓦失效的原因有异物混入、润滑不良、装配不当、制造误差、过载和腐蚀等。

最主要的原因是异物混入、润滑不良、装配不当、制造误差。

发动机轴瓦的主要失效形式可分为划痕、异物嵌入、磨损、疲劳剥落、偏磨、擦伤、烧熔等七种情况。

汽车发动机轴瓦有巴氏合金、铜铅合金、铝合金三种不同合金系列。

对于不同的合金系列和不同的发动机型号，轴瓦失效形式不完全相同。

例如腐蚀主要是铜铅轴瓦的一种失效形式，铅基巴氏合金很少发生；锡基巴氏合金和铝锡合金有良好的抗蚀性。

1、划痕划痕是轴瓦工作表面沿圆周方向不均匀分布的粗细不等的连续或断续沟线。

高锡铝合金轴瓦容易产生划痕。

轻微的划痕，如果没有引起局部擦伤、烧熔、剥离，通常不会造成发动机故障可继续使用。

划痕的粗细通常相当于或更大于轴颈间隙的数量级。

它们大多分布在靠近油孔的圆周带区或储油包的油流下方。

它在全部轴瓦中，可能随机出现在某些轴瓦中，也可出现在某一对轴瓦副中，此时往往与清洗不彻底有关。

产生划痕的根本原因是异物混入润滑系中和曲轴轴颈表面有毛刺。

异物是指在润滑系循环的，不是发动机正常磨损产生的外来颗粒。

它们包括没有清洗干净的铸造用砂粒、喷丸碎粒、磨头磨粒、钢屑、铁屑、灰尘、泥土、发动机调试用油中的异常超大颗粒，以及由于发动机异常磨损产生的磨粒。

显然，异物混入主要与发动机清洗不净有关。

特别有害的是在新装配的发动机中，位于滤清器以后，轴瓦进油孔之前的油道中未清洗干净的异物。

这是发动机调试期轴瓦划痕的根本原因。

机油滤清旁路或失效也能引起划痕。

2.异物嵌入异物嵌入是外来颗粒在轴瓦工作负荷作用下，被压入并全部或部分埋藏到合金层中被合金层所“吸收”。

高锡铝合金仅对细颗粒有一定“吸收”能力，故容易产生划痕。

轻微的或全部的嵌入，只要未引起局部擦伤或剥落，通常不会使高锡铝合金轴瓦失效。

产生异物嵌入的原因与前述划痕产生原因相同。

3.磨损磨损是轴瓦在规定的使用里程内其磨损量超过最大限量而使轴颈间隙过大导致轴瓦不能再使用。

浅谈风力发电机主轴轴承失效分析及解决办法风力发电机主轴轴承是风能转换装置中的重要组成部分，其正常运转与否直接影响风力发电机的性能和寿命。

然而，在运行过程中，由于各种原因，风力发电机主轴轴承存在失效的风险。

本文将从失效原因、失效分析及解决办法等方面进行论述。

首先，风力发电机主轴轴承失效原因多种多样，主要包括以下几方面：1.过载与负荷不均匀：由于发电机长期工作在高速旋转状态下，风力过大或过小都会导致主轴轴承受到不同程度的负载，使其过载或负荷不均匀，从而引起失效。

2.润滑不良：风力发电机主轴轴承工作环境恶劣，尘埃多，容易导致润滑油污染，进而引发润滑不良，造成主轴轴承失效。

3.轴承偏心和振动：由于安装和使用不当，风力发电机主轴轴承可能出现偏心磨损，同时，振动也会在一定程度上加剧轴承失效。

常见的轴承失效形式主要包括以下几种：1.疲劳失效：轴承长期在复杂动载荷下工作，容易导致疲劳失效，主要表现为轴承表面的磨损和龟裂。

2.磨损失效：因为润滑不良、杂质进入轴承等原因，主轴轴承可能出现磨损失效，主要表现为表面磨损、脱落和腐蚀等现象。

3.弯曲失效：过载或负荷不均匀都会导致主轴弯曲变形，造成主轴轴承失效。

为了解决风力发电机主轴轴承失效问题1.加强检查和维护：定期对风力发电机主轴轴承进行检查，确保其润滑状态良好，及时更换磨损严重的轴承。

2.提高轴承负荷承载能力：采用高强度材料制造轴承，增加轴承的负荷承载能力以及寿命。

3.减小振动幅度：通过优化设计和加强安装质量，降低风力发电机的振动幅度，减少对主轴轴承的影响。

4.加强润滑管理：严格控制风力发电机主轴轴承的润滑油品质和污染控制，确保轴承良好润滑，减少摩擦磨损。

总之，风力发电机主轴轴承的失效对风力发电机的性能和寿命具有重要影响。

通过加强检查和维护、提高轴承负荷承载能力、减小振动幅度、加强润滑管理等措施，可以有效预防和解决风力发电机主轴轴承失效问题，提高风力发电机的可靠性和经济性。

汽车发动机曲轴的热处理与失效分析随着汽车工业的快速发展，汽车发动机的性能和可靠性要求越来越高。

曲轴作为发动机的重要部件之一，承受着巨大的转动和惯性力，因此对其热处理和失效分析显得尤为重要。

本文将就汽车发动机曲轴的热处理工艺和常见失效形式进行探讨。

一、汽车发动机曲轴的热处理工艺1. 液体渗碳法液体渗碳法是常见的曲轴热处理方法之一。

该方法通过在高温下将液体渗碳剂浸泡曲轴表面，使碳原子渗透到曲轴表层，增加硬度和耐磨性。

这种方法可以有效地提高曲轴的使用寿命和耐久性。

2. 气体渗碳法气体渗碳法在汽车发动机曲轴的热处理中也有广泛应用。

该方法通过在高温下将碳气体与曲轴表面反应，使碳原子渗入曲轴表层，增加曲轴的硬度和强度。

气体渗碳法具有渗透层均匀、生产效率高等优点。

3. 氮化处理氮化处理是一种常见的曲轴热处理方法。

通过将曲轴置于氨气或氮气环境中，在高温下进行反应，使氮原子渗入曲轴表面形成氮化层，提高曲轴的硬度和耐磨性。

氮化处理可以显著提高曲轴的工作寿命和可靠性。

二、汽车发动机曲轴的失效形式1. 疲劳断裂汽车发动机曲轴承受着巨大的转动和振动力，长期工作下容易发生疲劳断裂。

曲轴的弯曲应力和旋转应力作用下，会产生应力集中现象，导致曲轴发生疲劳断裂。

疲劳断裂的发生会导致曲轴的完全失效，严重影响发动机的工作正常性。

2. 磨损曲轴在长时间工作中，会与连杆轴承、活塞等零部件产生摩擦，从而导致磨损。

磨损严重影响曲轴的精度和运转平稳性，进一步影响整个发动机的工作效率和寿命。

3. 腐蚀汽车发动机在工作中，由于油污和湿度等环境因素的影响，曲轴表面容易发生腐蚀。

腐蚀会导致曲轴表面的金属材料逐渐溶解，使曲轴的强度大幅下降，最终导致曲轴的失效。

三、失效分析与预防措施1. 失效分析在曲轴的热处理与失效分析中，需要通过工艺参数的分析和实验数据的对比，来确定曲轴热处理工艺的优化方案。

同时，可以通过金相显微镜等测试手段，对曲轴的金属组织进行分析，查找潜在的裂纹和磨损等问题。

变速器是机械设备的重要零部件，并且其内部结构十分复杂，各种类型的零件都有可能引起变速器失效。

下面就给大家介绍变速器有哪些常见的失效形式变速器各零件的具体失效比例可以参考下表1表1从上表中可以看出，变速器的失效主要表现为三类零件，它们约占据了90% 的失效比重，其中齿轮失效占有最大的比重，轴承与轴也占据了一定的份额，因此将着重对变速器中这三类零件进行研究。

1、齿轮的常见失效形式齿轮失效形式类型较多，大致上可分为两种，一种是在制造过程中产生的齿形误差，齿轮与内孔不同心以及大型齿轮不平衡等；另一种是在长期运行过程中产生的齿面磨损、胶合、擦伤、疲劳甚至断齿等。

变速器齿轮在啮合的过程中，其表面上往往出现材料摩擦损伤地现象，其中不影响其预期寿命内功能的磨损为正常磨损:但是有些磨损，或者由于使用材料不当，或者由(1)齿面磨损于接触面有硬质颗粒，或者由于润滑油不清洁或供应不足，导致齿轮接触面发生变化，从而导致齿轮变形、齿厚变薄等，更有甚者导致齿轮失效。

其中磨损失效根据其类型分为磨粒磨损，腐蚀磨损以及齿轮的端面冲击磨损等。

(2)齿面胶合和擦伤变速器在负载较重的情况下,如若齿轮的两个啮合齿齿面在- - 定的压力下“焊合”后仍存在相对运动,可能引起金属从齿面撕落,或者从一个啮合齿面转移到另一齿面，造成啮合面发生胶合或者擦伤，其中这主要是因为润滑不良导致油膜破裂引起的:需要特别指出的是，新生产的变速器或者是齿轮箱在磨合的初期也容易造成齿面的胶合与擦伤。

(3)齿面接触疲劳变速器齿轮在啮合的过程中，如若既存在相对滚动，又存在相对滑动，致使齿轮表面产生切应力的脉动循环变化，在切应力的反复作用下，致使齿面金属剥落，从而导致齿轮损坏乃至失效。

其中根据其损坏形式分为麻点疲劳剥落,浅层疲劳剥落以及硬化层疲劳剥落等。

(4)弯曲疲劳与断齿当变速器齿轮受到严重的冲击或者加载过度时,齿轮根部受到脉动循环弯曲应力过高，从而会导致齿轮根部产生裂纹，并且逐步的扩散，当齿轮无法承受时就会发生断齿:其中断齿有齿轮沿齿根弯曲疲劳断裂，齿轮局部断裂以及轮齿裂纹等形式。

轴的失效形式与特征轴是各种机械中最为普通而不可缺少的重要零件，根据使用条件的差异，轴有很大不同的类型，按其功能和所受载荷的不同，一般可分为心轴、转轴和传动轴三类。

心轴主要承受弯矩而不承受扭矩，它只能旋转零件起支撑作用，并不传递动力。

传动轴主要承受扭矩，其基本功能只传输动力，而转轴既承受弯矩又承受扭矩，它兼有支撑与传输动力的双倍功能。

由于各类轴自身的材质、结构和承载条件不同、运行环境和使用操作的差异可能发生各种不同类型的失效时有发生，失效的形式和特征也各异。

一. 疲劳断裂疲劳断裂是指轴在交变应力的作用下，经过多次反复后发生的突然断裂。

是轴类零件在其服役过程中主要的失效形式。

轴在疲劳断裂前没有明显的塑性变形，反映在宏观形态上属于脆性断裂。

断口形貌有其本身的特征，在宏观形貌上可分为三个区域：图1 疲劳断裂示意图1）疲劳源区：通常是指断口上的放射源的中心点，源区表面细密光滑，多发生于轴的表面。

由于表面常存在缺口、刀痕、沟槽等缺陷，导致应力集中，从而诱发疲劳裂纹。

疲劳断口上可能只有一个疲劳裂纹源，也可能出现几个裂源。

疲劳源区有时存在疲劳台阶，这是由于不同高度的多源疲劳裂纹在其扩展过程中连接形成的。

2）疲劳扩展区：是断口上最重要的特征区域，海滩花样（贝壳花样、疲劳弧线、疲劳条带）的存在是鉴别疲劳断裂的宏观依据。

有时必须借住高倍的电子显微镜才能观察到疲劳条带。

根据弧线数量和间距可以略微地判断零件所承受交变应力幅值，弧线规律分布表示交变载荷是平稳的。

承受应力状态、工作环境以及材料性质的不同，疲劳裂纹扩展的形貌所异。

每条疲劳条带表示载荷的一次循环，条带间距离与外加载荷的应力幅值有关。

当交变载荷变化不大、零件内的残余应力很小时，往往不出现弧线或不明显，所以不是所以疲劳断口有存在疲劳条带，低周疲劳断口有时可呈现韧窝状，有时也可出现轮胎花样（图2），所以疲劳条带并不是疲劳断裂的唯一显微特征。

高频疲劳断口或腐蚀疲劳断口上的疲劳条带比较模糊，较难判断。

轴的主要失效形式轴是机械设备中常见的零部件，承担着支撑、传动和定位等重要功能。

然而，在使用过程中，轴可能会出现各种失效形式，严重影响设备的安全性和工作效率。

本文将介绍轴的主要失效形式，并提供相应的防范和解决方法，以期帮助读者更好地理解和应对轴的失效问题。

1. 疲劳失效疲劳失效是轴的常见问题之一。

当轴在长时间的循环应力作用下，其材料内部会逐渐产生微裂纹，最终导致轴断裂。

为了防止疲劳失效，我们可以合理设计轴的几何形状，增加其强度和刚度；选择合适的材料，具有良好的耐疲劳性能；避免过载和震动等不良工况。

2. 磨损失效磨损失效是轴的常见问题之一，主要是由于轴与轴承、密封件等零部件之间的摩擦而引起的。

为了减少磨损失效，我们可以选择合适的润滑方式和润滑剂，保持摩擦表面的润滑状态；采用表面处理技术，提高轴的表面硬度和光洁度；避免灰尘、颗粒等杂质进入轴承，影响轴承的正常工作。

3. 腐蚀失效腐蚀失效是轴的一种常见问题，特别是在潮湿、腐蚀性介质中使用的轴。

腐蚀会使轴的表面产生腐蚀坑、裂纹等缺陷，降低轴的强度和耐久性。

为了防止腐蚀失效，我们可以采用抗腐蚀材料制作轴；进行防腐处理，如涂覆防腐漆等；定期检查和维护轴的工作环境，避免腐蚀介质的侵蚀。

4. 变形失效轴的变形失效主要是由于温度变化、工作载荷和刚度不均匀等因素引起的。

轴的变形会导致轴与其他零部件之间的配合间隙变大或变小，影响设备的正常运行。

为了防止变形失效，我们可以选择适当的轴材和热处理工艺，提高轴的刚度和稳定性；合理设计轴的结构，避免应力集中和变形过大；进行规范的装配和调整，确保轴与其他零部件的配合精度。

总结轴的失效形式多种多样，但通过合理的设计、材料选择和工艺控制等手段，我们可以有效地预防和解决轴的失效问题。

在使用过程中，及时进行轴的维护和检修也是非常重要的，以延长轴的使用寿命，提高设备的可靠性和安全性。

希望本文所述的内容能够为读者解决轴的主要失效问题提供一些参考和帮助。

轴承的主要失效形式和处理方法滚动轴承在使用过程中由于本身质量和外部条件的原因，其承载能力，旋转精度和减摩能性能等会发生变化，当轴承的性能指标低于使用要求而不能正常工作时，就称为轴承损坏或失效，轴承一旦发生损坏等意外情况时，将会出现其机器、设备停转，功能受到损伤等各种异常现象。

轴承坏了，要先分析出坏的原因，然后再找到解决办法。

因此需要在短期内查处发生的原因，并采取相应措施。

一、轴承的损坏的原因轴承是损耗型的零件,只要一用就肯定会损，只是要积累到一定的程度才表现出来，也就是要到一定的量才坏。

当然，滚动轴承损坏的情况比一般机械零件的损坏要复杂得多，滚动轴承损坏的特点是表现形式多，原因复杂，轴承的损坏除了轴承设计和制造的内在因素外，大部分是由于使用不当，例如：选型不适合、支承设计不合理，安装不当，润滑不良，密封不好等外部因素引起的。

1、发生金属锈蚀。

如果缺少润滑的话,很容易被空气氧化,生锈。

防止轴承的锈蚀，不要用水泡。

轴承是精钢做的，但也怕水。

用手拿取轴承时，要充分洗去手上的汗液，并涂以优质矿物油后再进行操作，在雨季和夏季尤其要注意防锈。

轴承自然锈蚀磨损的具体原因主要有以下几种：①氧化磨损。

其摩擦外表上的微小峰谷互相挤压，使脆性表层逐渐脱落而磨损。

轴承相对运动外表上的微小峰谷与空气中的氧化合成而生成与基体金属接合不牢的脆性氧化物，该氧化物在摩擦中极易脱落，发生的磨损称为氧化磨损。

②摩擦生热磨损。

当轴承在高速重负荷和润滑不良的情况下工作时，外表峰谷处由于摩擦而产生高温、接触点硬度及耐磨性下降，甚至发生粘连、撕裂现象。

这种磨损称为摩擦生热磨损。

③硬粒磨损。

如果轴承作相对运动时。

轴承运动外表组织不匀，存在硬颗粒，或轴承的运动外表间落入沙粒、摩屑、切屑等杂质，轴承在相对运动中，硬粒或杂质会使轴承外表擦伤甚至形成沟槽，这种磨损称为硬粒磨损。

汽车轴承④点蚀磨损。

齿轮、轴承等滚动接触外表，相对过程中周期性地受到很大的接触压力，长时间作用，金属外表发生疲劳现象，使得轴承外表上发生微小裂纹和剥蚀，这种磨损称为点蚀磨损。

轴承产品缺陷分析报告滚动轴承和滑动轴承是应用在转动设备中应用最为广泛的机械零件，是轴及其它旋转构件的重要支承。

在日常的使用与维修中发现，轴承同时也是最容易产生故障的零件，对轴承零件的缺陷预测与分析具有很高的经济价值，所以轴承工作状态实时监控和诊断的研究受到广泛重视。

由于滚动轴承与滑动轴承在缺陷方面有许多共同点，缺陷分析方法可以通用，所以本文以讨论滚动轴承作为重点。

1.滚动轴承常见缺陷故障由于滚动轴承在实际生产中应用广泛，其产生的故障现象也多种多样，常见的有疲劳剥落、过量的永久变形和磨损。

1.疲劳剥落轴承在正常的条件下使用，内圈、外圈和滚动体上的接触应力是变化的，工作一段时间后，接触表面就可能发生疲劳点蚀，以致造成疲劳剥落。

所以疲劳剥落是轴承的正常失效形式，它决定了轴承的工作寿命。

2.过量的永久变形轴承在转速很低或者间歇往复摆动的工作状态时，在过大的静载荷或冲击载荷作用下，会使套圈滚道和滚动体接触处的局部应力超过材料的屈服强度，以致在表面发生过大的塑性变形，使轴承不能正常工作3.磨损在润滑不良和密封不严的情况下，轴承工作接触面容易发生磨损，转速越高，磨损越严重。

磨损会使轴承的游隙增加，振动和噪声增大，各项技术性能急剧下降，导致轴承失效。

此外，轴承还有胶合、烧伤、轴圈断裂、滚动体压碎、保持架磨损和断裂、锈蚀等失效形式。

在正常的使用条件下，这些失效是可以避免的，因此称为非正常失效。

2.轴承缺陷诊断方法轴承缺陷常用诊断分析方法可概括为以下几种：（1）检测润滑油温度、轴承温度及主油道润滑油压力波等物理参数（2）油样分析包括理化分析、污染度测试、发射光谱分析、红外线分析和铁谱分析（3）振动分析（4）声发射（AE）分析以上各种方法各有其特点，能够在一定程度上反应轴承缺陷。

第一种方法安装传感器简单、成本低但不实用，主要原因是测量温度有其滞后性，不能实时预测轴承缺陷。

油样分析只能测量油润滑轴承，但不能测量脂润滑轴承。

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。

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。

轴承的失效形式和设计准则轴承是一种常用的机械零件，用于支撑和减少旋转摩擦力。

然而，轴承在使用过程中可能会出现各种失效形式。

本文将探讨轴承的失效形式以及设计准则。

一、轴承的失效形式1. 疲劳失效：轴承在长期使用过程中，由于受到循环加载而产生疲劳失效。

这种失效形式主要表现为裂纹的产生和扩展，最终导致轴承断裂。

2. 磨损失效：轴承在运转过程中，由于摩擦和磨损而导致失效。

常见的磨损形式包括磨粒磨损、磨痕磨损和疲劳磨损。

磨损会导致轴承表面粗糙度增加，摩擦力增大，最终影响轴承的正常运转。

3. 偏心失效：轴承在运转过程中，由于轴承座孔与轴的配合不良或装配不当，导致轴承产生偏心失效。

这种失效形式主要表现为轴承的摆动和振动，严重时还会导致轴承卡死。

4. 温度失效：轴承在高速旋转时，由于摩擦产生的热量无法及时散发，导致轴承温度升高。

过高的温度会导致润滑油失效，润滑不良，从而影响轴承的正常工作。

5. 腐蚀失效：轴承在潮湿环境下，由于润滑剂中的水分和杂质的侵入，使轴承表面产生腐蚀，导致轴承失效。

二、轴承的设计准则1. 轴承选型准则：根据轴承所需承受的载荷、转速和工作条件等因素，选择适合的轴承型号和规格。

合理的轴承选型可以提高轴承的使用寿命和可靠性。

2. 温度控制准则：对于高速旋转的轴承，应采取适当的措施控制轴承的温度。

可以通过增加轴承的散热面积、改善润滑条件等方式降低轴承的温升。

3. 材料选择准则：轴承的材料应具有良好的机械性能、耐磨性和耐腐蚀性。

常用的轴承材料包括钢、铁、铜合金等。

4. 轴承润滑准则：合适的润滑剂和润滑方式对轴承的寿命和性能有重要影响。

应根据工作条件选择合适的润滑剂，并确保轴承充分润滑。

5. 安装与维护准则：轴承的安装和维护应符合相应的标准和规范。

安装时要注意轴承与座孔的配合，避免产生偏心失效。

定期检查和保养轴承，及时更换润滑剂和清除污垢，可以延长轴承的使用寿命。

6. 负载分配准则：在设计和使用轴承时，应合理分配负载，避免轴承承受过大的载荷，以免造成轴承的疲劳失效。

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;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;五、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。

汽车发动机曲轴扭转疲劳失效形式与原因分析刘红福;周先忠;于秋明;孙军;倪培相【摘要】通过对典型曲轴扭转疲劳试验失效案例的分析，介绍了汽车发动机曲轴常见的扭转疲劳失效形式，分析了导致各种失效形式的原因。

结果表明：曲轴的扭转疲劳失效的主要形式是连杆颈斜油孔失效，异常失效形式有曲柄臂失效和连杆颈下止点失效；异常失效原因涉及曲轴毛坯结构设计、原材料缺陷、机加工不良、受力过大等的多个环节；曲轴曲柄臂凹陷和凸起的标识、原材料夹杂、斜油孔内部加工刀痕和受载过大都会导致曲轴异常的扭转失效。

最后结合失效原因提出了相应的预防措施。

%The modes and causes of torsional fatigue failure of automobile engine crankshafts were analyzed by studying typical failure cases in torsional fatigue tests. The results show that the main torsional fatigue failure mode of crankshafts is rod journal oil hole failure, and abnormal failure modes are crank web failure and rod journal bottom center failure. The abnormal failure causes include the structure design, material defect, improper machining, excessive stress, and so on. Concave and convex of crank arm, raw material inclusions, internal machining marks of oil hole and excessive loading will lead to abnormal torsional failure of crankshafts. Finally, some improvement measures were put forward according to the failure causes.【期刊名称】《失效分析与预防》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5页(P57-61)【关键词】曲轴;扭转疲劳;失效形式;预防措施【作者】刘红福;周先忠;于秋明;孙军;倪培相【作者单位】天润曲轴股份有限公司，山东文登264400;天润曲轴股份有限公司，山东文登264400;天润曲轴股份有限公司，山东文登264400;天润曲轴股份有限公司，山东文登264400;天润曲轴股份有限公司，山东文登264400【正文语种】中文【中图分类】U4640 引言曲轴是汽车发动机最重要的零件之一，运转中的受力情况非常复杂，承受着弯曲、扭转和压缩等载荷的作用。