濟南市鴻慷機電設備有限公司位于交通便利的泉城濟南，是全球生產滾動軸承和直線運動產品的領導企業---德國舍弗勒集團在山東的授權代理商。公司專營舍弗勒集團旗下兩大品牌INA軸承和FAG軸承，是一家順應經濟發展需要而誕生的專業化新型高端軸承公司。多年來一直從事軸承的銷售和售后技術支持，在機械行業技術方面有著非常豐富的經驗，今天濟南鴻慷機電進口軸承專家為大家介紹一下精密機床主軸軸承早期失效分析。

 　摘(zhai)　要：主要從(cong)剝落、異常磨損、燒傷等幾個方面(mian)介紹了精密機床(chuang)主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)承(cheng)常見的(de)失效形式，對(dui)軸(zhou)(zhou)承(cheng)早期失效的(de)成因進行了分析，并(bing)針(zhen)對(dui)這幾種(zhong)失效方式提出了預防措施。

　　關鍵(jian)詞(ci)：主軸軸承；失效；剝落；異常磨損(sun)；預載荷

　　精(jing)密機(ji)床(chuang)(chuang)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)的(de)運轉精(jing)度(du)(du)要求較高，因(yin)此(ci)在正(zheng)常(chang)(chang)使用(yong)過(guo)程中，一般(ban)將(jiang)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)的(de)精(jing)度(du)(du)壽(shou)命(ming)作(zuo)為(wei)其(qi)基本額定(ding)使用(yong)壽(shou)命(ming)，即(ji)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)能保持其(qi)穩定(ding)精(jing)度(du)(du)的(de)工作(zuo)時間。為(wei)保證機(ji)床(chuang)(chuang)精(jing)度(du)(du)，本公司通常(chang)(chang)建議每1500h左(zuo)右對精(jing)密機(ji)床(chuang)(chuang)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)進行(xing)維護更換，即(ji)認為(wei)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)精(jing)度(du)(du)壽(shou)命(ming)應在1500h左(zuo)右。對于未達此(ci)壽(shou)命(ming)的(de)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)，均可認為(wei)其(qi)出(chu)現(xian)了(le)早(zao)期失(shi)效(xiao)。通過(guo)對早(zao)期失(shi)效(xiao)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)的(de)分析(xi)，希(xi)望能夠找出(chu)引起軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)失(shi)效(xiao)的(de)不(bu)良因(yin)素，提(ti)出(chu)改(gai)進措施，從而延(yan)長(chang)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)使用(yong)壽(shou)命(ming)。

　　1　主要(yao)失(shi)效(xiao)形式(shi)

　　精密機床(chuang)主(zhu)(zhu)軸軸承失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)主(zhu)(zhu)要以(yi)剝(bo)落和異常(chang)磨損(sun)2種(zhong)形式(shi)出(chu)現，此外還有(you)燒傷、軸承破(po)損(sun)及銹(xiu)蝕等失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)形式(shi)。對于(yu)各(ge)類(lei)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)形式(shi)單獨(du)討論，有(you)助于(yu)揭(jie)示軸承早期失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)的(de)誘因，以(yi)便(bian)提出(chu)針對性的(de)解決方法(fa)。

　　1.1異常剝落

　　異(yi)常(chang)剝落(luo)多發生于軸承使用中期甚至(zhi)是(shi)早期，與疲勞剝落(luo)形成原因相比，異(yi)常(chang)剝落(luo)多是(shi)由于安裝不當(dang)、潤滑不良、選(xuan)型和(he)預載荷不當(dang)及承受載荷過大等因素(su)引(yin)起。分析此(ci)類(lei)剝落(luo)形成原因可獲得機床(chuang)整體信息。下面介紹(shao)幾種常(chang)見(jian)的異(yi)常(chang)剝落(luo)。

　　（1）圖1為角接觸球軸承剝落出現(xian)在(zai)溝道非(fei)正常工(gong)作(zuo)(zuo)面(mian)。軸(zhou)(zhou)承正常工(gong)作(zuo)(zuo)時，其滾動接觸(chu)面(mian)固(gu)定(ding)，非(fei)工(gong)作(zuo)(zuo)面(mian)不存在(zai)接觸(chu)，因而不會發生剝落。而現(xian)場發現(xian)軸(zhou)(zhou)承溝道非(fei)正常工(gong)作(zuo)(zuo)面(mian)出現(xian)了剝落，懷疑這(zhe)是軸(zhou)(zhou)承在(zai)安裝時不對中，或主軸(zhou)(zhou)的翹曲度過大以及(ji)軸(zhou)(zhou)承座加工(gong)精度不良所致。

圖(tu)1不對中造成(cheng)的軸承剝落

　　（2）圖(tu)2為(wei)受到沖擊(ji)載荷后(hou)，軸(zhou)承溝道(dao)出現壓(ya)痕(hen)引起剝落(luo)。圖(tu)2a中軸(zhou)承套圈(quan)溝道(dao)出現球(qiu)(qiu)形壓(ya)痕(hen)，痕(hen)跡較為(wei)光亮(liang)，其分布間距(ju)與鋼(gang)(gang)球(qiu)(qiu)間距(ju)相同，因而可判斷此壓(ya)痕(hen)為(wei)鋼(gang)(gang)球(qiu)(qiu)受到外界沖擊(ji)載荷（如(ru)軸(zhou)承安裝時鋼(gang)(gang)球(qiu)(qiu)受力過(guo)大）與溝道(dao)面(mian)接觸所致，通常(chang)稱這種壓(ya)傷為(wei)布氏壓(ya)痕(hen)。在溝道(dao)面(mian)出現壓(ya)痕(hen)后(hou)，軸(zhou)承轉動時，鋼(gang)(gang)球(qiu)(qiu)每滾過(guo)一(yi)個(ge)壓(ya)痕(hen)就產(chan)(chan)生一(yi)次沖擊(ji)，對壓(ya)痕(hen)產(chan)(chan)生一(yi)次碾壓(ya)作用(yong)。外載荷越(yue)大，碾壓(ya)力就越(yue)大，在短時間內，壓(ya)痕(hen)就會產(chan)(chan)生片層(ceng)狀(zhuang)的(de)疲勞(lao)剝落(luo)。圖(tu)2b為(wei)布氏壓(ya)痕(hen)導致的(de)剝落(luo)。

圖2沖(chong)擊載荷造成(cheng)的(de)軸(zhou)承失效(xiao)

　　（3）配對使用的角接觸球軸承，若(ruo)在(zai)其(qi)壽命(ming)早期，溝道工作面就(jiu)出現疲勞剝(bo)(bo)落(luo)，除懷疑軸(zhou)承(cheng)鋼材內部非金屬夾(jia)雜(za)和組織(zhi)不均(jun)勻等問題(ti)外，還(huan)應對(dui)配對(dui)軸(zhou)承(cheng)預加(jia)載(zai)荷進行分析(xi)(xi)，過大(da)的預加(jia)載(zai)荷同樣會造成軸(zhou)承(cheng)早期疲勞剝(bo)(bo)落(luo)。此外，對(dui)單套軸(zhou)承(cheng)出現早期疲勞剝(bo)(bo)落(luo)也應綜合分析(xi)(xi)，確定是否存在(zai)軸(zhou)承(cheng)承(cheng)受(shou)載(zai)荷過大(da)的問題(ti)。

　　1.2異常磨損

　　1.2.1潤滑(hua)不(bu)良

　　圖3是(shi)(shi)良好潤(run)滑(hua)條件下的光亮軌跡(ji)，軌跡(ji)較為(wei)清(qing)晰。圖4為(wei)不(bu)良潤(run)滑(hua)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)條件下的套圈(quan)工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)軌跡(ji)，整(zheng)個運行(xing)軌跡(ji)顏(yan)色昏暗，極為(wei)粗糙(cao)。放大(da)后(hou)可以看到，整(zheng)個磨損(sun)區域(yu)由密集的麻點(dian)構成(cheng)，表明此(ci)時(shi)溝(gou)道(dao)上(shang)已經出現(xian)了表層剝(bo)落，通常(chang)將其歸類(lei)為(wei)點(dian)蝕(shi)。因軸承工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)時(shi)除了滾動外，還不(bu)可避免地(di)出現(xian)相對滑(hua)動，潤(run)滑(hua)油膜(mo)的作(zuo)(zuo)(zuo)用就是(shi)(shi)將鋼球與(yu)溝(gou)道(dao)面隔開，降低(di)因摩擦引起的疲勞剝(bo)落。大(da)面積點(dian)蝕(shi)的出現(xian)，說明在工(gong)(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)中，鋼球與(yu)套圈(quan)之(zhi)間油膜(mo)不(bu)足(zu)以將兩者隔離，鋼球與(yu)溝(gou)道(dao)面直接(jie)接(jie)觸，從而出現(xian)早期疲勞剝(bo)落。

圖(tu)3良好(hao)脂潤滑條件下套(tao)圈(quan)的工(gong)作(zuo)軌跡

圖4良脂潤滑條件(jian)下套圈的(de)工作軌跡

  1.2.2微動磨損

　　圖5中(zhong)軸(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)套圈(quan)(quan)內徑面上出(chu)(chu)現(xian)(xian)紅(hong)褐(he)(he)色磨(mo)(mo)損痕跡，且(qie)存在紅(hong)褐(he)(he)色粉末。因軸(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)內徑與軸(zhou)之(zhi)間為過(guo)盈(ying)配合，工作時(shi)軸(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)內圈(quan)(quan)與軸(zhou)同步旋轉，正常情況下兩者之(zhi)間相對運動(dong)(dong)(dong)量極小(xiao)，可認為基本(ben)(ben)處于(yu)相對靜(jing)止狀(zhuang)態(tai)。但是(shi)當過(guo)盈(ying)量不足時(shi)，軸(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)內圈(quan)(quan)與軸(zhou)之(zhi)間會出(chu)(chu)現(xian)(xian)相對反復(fu)的(de)微(wei)小(xiao)滑動(dong)(dong)(dong)，通常稱這種因微(wei)小(xiao)滑動(dong)(dong)(dong)引起的(de)磨(mo)(mo)損為微(wei)動(dong)(dong)(dong)磨(mo)(mo)損。微(wei)動(dong)(dong)(dong)磨(mo)(mo)損中(zhong)出(chu)(chu)現(xian)(xian)紅(hong)褐(he)(he)色金屬屑，說明原(yuan)本(ben)(ben)因法向(xiang)壓力而(er)處于(yu)粘(zhan)(zhan)著(zhu)(zhu)(zhu)狀(zhuang)態(tai)的(de)兩接觸面，因為微(wei)小(xiao)滑動(dong)(dong)(dong)使(shi)粘(zhan)(zhan)著(zhu)(zhu)(zhu)區(qu)被破(po)壞，有金屬顆粒(li)(li)從零件表面被拉拽下來或表面被擦傷，引發(fa)粘(zhan)(zhan)著(zhu)(zhu)(zhu)磨(mo)(mo)損。粘(zhan)(zhan)著(zhu)(zhu)(zhu)磨(mo)(mo)損中(zhong)出(chu)(chu)現(xian)(xian)的(de)磨(mo)(mo)粒(li)(li)又引發(fa)磨(mo)(mo)粒(li)(li)磨(mo)(mo)損，造成(cheng)套圈(quan)(quan)內徑沿滑動(dong)(dong)(dong)方向(xiang)出(chu)(chu)現(xian)(xian)劃痕。因而(er)微(wei)動(dong)(dong)(dong)磨(mo)(mo)損可認為是(shi)由(you)粘(zhan)(zhan)著(zhu)(zhu)(zhu)磨(mo)(mo)損和磨(mo)(mo)粒(li)(li)磨(mo)(mo)損共同作用形成(cheng)。

圖5軸(zhou)承內(nei)徑(jing)微動(dong)磨損

　　1.2.3蠕動

　　圖6為(wei)內圈端面(mian)發生(sheng)蠕(ru)動(dong)(dong)的(de)結果。蠕(ru)動(dong)(dong)多為(wei)軸承配合(he)面(mian)上(shang)(shang)出現間隙，導致兩配合(he)面(mian)圓周方(fang)向發生(sheng)相對滑(hua)動(dong)(dong)，使配合(he)面(mian)上(shang)(shang)產生(sheng)磨損。發生(sheng)蠕(ru)動(dong)(dong)的(de)配合(he)面(mian)上(shang)(shang)呈現鏡(jing)面(mian)狀(zhuang)的(de)光亮色(se)或暗淡色(se)，蠕(ru)動(dong)(dong)部位(wei)與零件原表面(mian)有明顯(xian)區別。

圖6內圈端面蠕動

　　1.2.4偽布氏壓痕

　　分析軸(zhou)承(cheng)(cheng)早期(qi)失效時(shi)(shi)(shi)會在(zai)溝(gou)道面(mian)上發(fa)(fa)現圖(tu)7中所示的壓痕(hen)，其(qi)(qi)外觀(guan)與布氏(shi)壓痕(hen)類(lei)似，但是仔細觀(guan)察(cha)會發(fa)(fa)現壓痕(hen)附近(jin)有軸(zhou)向劃痕(hen)，且(qie)壓痕(hen)特(te)別粗糙，通常將(jiang)(jiang)這種壓痕(hen)稱(cheng)為偽(wei)布氏(shi)壓痕(hen)。此類(lei)壓痕(hen)造成的軸(zhou)承(cheng)(cheng)失效多為機床(chuang)(chuang)(chuang)調試(shi)完畢，運達用戶處發(fa)(fa)現或機床(chuang)(chuang)(chuang)停機后再啟動時(shi)(shi)(shi)發(fa)(fa)現，故根據其(qi)(qi)產生的時(shi)(shi)(shi)間(jian)段分析，可以排除因軸(zhou)承(cheng)(cheng)安(an)裝(zhuang)時(shi)(shi)(shi)外力(li)敲擊(ji)所致(zhi)。此類(lei)壓痕(hen)應是在(zai)機床(chuang)(chuang)(chuang)靜(jing)止(zhi)時(shi)(shi)(shi)產生，即當機床(chuang)(chuang)(chuang)靜(jing)止(zhi)時(shi)(shi)(shi)，若受到振動，將(jiang)(jiang)導致(zhi)機床(chuang)(chuang)(chuang)部(bu)(bu)件(jian)在(zai)滾動接觸(chu)區的微(wei)小運動，使機床(chuang)(chuang)(chuang)部(bu)(bu)件(jian)進入(ru)微(wei)動磨損的狀態(tai)，隨著振動持續，微(wei)動磨損進一步發(fa)(fa)展，最終會形成偽(wei)布氏(shi)壓痕(hen)。

圖7偽布氏壓痕

　　1.3燒傷

　　燒傷(shang)(shang)是(shi)主(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)承(cheng)最(zui)容易判斷的一(yi)種失(shi)效形式，一(yi)旦出現套圈(quan)、鋼(gang)球(qiu)變(bian)色(se)，均可認為(wei)軸(zhou)(zhou)承(cheng)發生燒傷(shang)(shang)，處于報廢(fei)狀態。圖8為(wei)一(yi)組軸(zhou)(zhou)承(cheng)燒傷(shang)(shang)照片，其中保持架（材(cai)料(liao)為(wei)酚(fen)醛層壓布管）已(yi)經(jing)斷裂(lie)，溝道面及鋼(gang)球(qiu)均已(yi)嚴(yan)重變(bian)色(se)。軸(zhou)(zhou)承(cheng)運轉過程中，溫度依次為(wei)鋼(gang)球(qiu)最(zui)高(gao)，內圈(quan)次之，外圈(quan)最(zui)低(di)，故鋼(gang)球(qiu)變(bian)色(se)最(zui)為(wei)嚴(yan)重，因(yin)高(gao)溫而碳(tan)化(hua)損傷(shang)(shang)。造成燒傷(shang)(shang)的主(zhu)要因(yin)素為(wei)軸(zhou)(zhou)承(cheng)預加載荷過大，潤滑(hua)冷(leng)卻(que)不良(liang)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(zhu)軸軸承早(zao)期失效形式還有破損、裂紋及銹蝕等。

　　破損主(zhu)要是由于(yu)安裝(zhuang)不(bu)當，過大(da)的沖擊載荷導致(zhi)軸承零件(jian)損傷。

　　裂紋(wen)主要是由過(guo)大的沖擊載荷、過(guo)大的過(guo)盈量(liang)以及內部裂紋(wen)和剝落的擴展所致。而(er)剝落的擴展可(ke)能導(dao)致軸(zhou)承斷裂。

　　銹(xiu)蝕(shi)主(zhu)要(yao)由潮濕環境及防銹(xiu)不當引起，微動磨損(sun)也能造成(cheng)軸(zhou)承(cheng)銹(xiu)蝕(shi)。

　　2　解決措施

　　對于軸承的早期失效，可以從以下幾個方面入手：

　　（1）正確選型，合理設計。避免因過載等原因造成軸承失效(xiao)。

　　（2）正(zheng)確地安(an)裝，避免在安(an)裝時滾(gun)動體受(shou)力過(guo)大。

　　（3）良好的潤滑(hua)(hua)，選(xuan)擇黏度適(shi)合的潤滑(hua)(hua)脂(zhi)，并嚴格控制填脂(zhi)量。一(yi)般推(tui)薦注脂(zhi)量占軸承自由空間的15%～25%。

　　（4）檢(jian)查軸承安裝相關(guan)部(bu)件，保證(zheng)軸承工作時處于均勻受(shou)力狀態。

　　（5）對配對使用的軸承，應選擇合(he)適的預(yu)緊力。

　　（6）定(ding)期維護，及(ji)時更換達到使用壽命的軸承。

　　3　結束語

　　通過上(shang)述幾種(zhong)常見的(de)(de)機床主軸軸承(cheng)早期失效形式，可(ke)以看出(chu)造(zao)成軸承(cheng)失效的(de)(de)原因是(shi)多方面的(de)(de)。只(zhi)有(you)對失效進行認真分析，才能準(zhun)確地找出(chu)原因，并(bing)提出(chu)相應的(de)(de)改進措(cuo)施，最終達(da)到延長軸承(cheng)使(shi)用(yong)壽命的(de)(de)目的(de)(de)。

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