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滾動(dòng)軸承失效模式——開裂和斷裂

2025-12-06

軸承失效最好按照其失效的根本原因進(jìn)行分類，但未必總是能夠很容易地將原因與特征(癥狀)或者失效機(jī)理與失效模式一一對應(yīng)，大量相關(guān)的文獻(xiàn)也都證實(shí)了這一點(diǎn)(見參考文獻(xiàn))。基于使用中可見的明顯特征外觀，GB/T 24611—2020/ISO 15243:2017將失效模式分為六大類和不同的小類(圖1)。

圖1 失效模式

開裂是當(dāng)局部應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，裂紋將產(chǎn)生并擴(kuò)展。

斷裂是裂紋完全擴(kuò)展過零件的某個(gè)截面或擴(kuò)展到一定程度使零件的一部分與原零件完全分離的結(jié)果。

（1）過載斷裂

由于超過材料抗拉強(qiáng)度的應(yīng)力集中造成的，也可因局部應(yīng)力過大(如沖擊)(見圖2)或因過盈配合過緊，如環(huán)向應(yīng)力過高(見圖3)引起。

圖2 由裝配過程中沖擊載荷引起的圓錐滾子軸承內(nèi)圈擋邊過載斷裂

注：由安裝過程中過緊的過盈配合（例如將錐孔內(nèi)圈在錐軸上推得過遠(yuǎn))引起的斷裂。

圖3 調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈過載斷裂

（2）疲勞斷裂

在彎曲、拉伸、扭轉(zhuǎn)條件下，應(yīng)力不斷超過疲勞強(qiáng)度極限就會(huì)產(chǎn)生疲勞開裂。裂紋先在應(yīng)力集中處起源并逐步擴(kuò)展到零件截面的某一部分，最終造成過載斷裂。疲勞斷裂主要發(fā)生在套圈(見圖4)和保持架上(見圖5)。

注：斷裂起源于靠近右側(cè)滾道，中心位于疲勞裂紋擴(kuò)展留下的貝殼花樣中(外表面上的損傷為二次損傷且發(fā)生在套圈斷裂時(shí))。

圖4 凸輪滾子外圈由彎曲引起的疲勞斷裂截面

圖5 推力滾針軸承保持架過梁疲勞斷裂

（3）熱裂

由滑動(dòng)產(chǎn)生的高摩擦熱造成的，裂紋通常出現(xiàn)在垂直于滑動(dòng)方向處(見圖6)。由于表面局部重新淬火以及高的殘余拉應(yīng)力的形成這兩個(gè)因素的共同作用，因此，淬硬的鋼件通常對熱裂比較敏感。

圖6 圓錐滾子軸承內(nèi)圈小端上的熱裂紋

失效原因及預(yù)防措施

斷裂

（1）過載斷裂

調(diào)心滾子軸承內(nèi)圈的過載斷裂

失效原因

——由軸與內(nèi)圈間溫差引起大的配合應(yīng)力。

預(yù)防措施

——修正過盈量；

——檢查工況條件。

深溝球軸承內(nèi)圈的過載斷裂

失效原因

——靜置期間靜態(tài)過載。

預(yù)防措施

——避免過載；

——使用更高靜態(tài)承載能力的軸承。

圓錐滾子軸承內(nèi)圈大擋邊的過載斷裂

失效原因

——安裝時(shí)大的沖擊。

預(yù)防措施

——使用合適的安裝工具和程序。

疲勞斷裂

深溝球軸承保持架的疲勞斷裂

失效原因

——偏斜；

———由于內(nèi)、外圈間偏斜安裝使軸承工作時(shí)非正常載荷作用于保持架上。

預(yù)防措施

——改善對中；

——改進(jìn)安裝方法；

——選擇合適的保持架類型及材料。

圓錐滾子軸承內(nèi)圈的疲勞斷裂

失效原因

——因?yàn)榘惭b時(shí)的沖擊，在表面缺陷處萌生裂紋；在與使用中軸向載荷變化相關(guān)的彎曲應(yīng)力作用下，疲勞擴(kuò)展。

預(yù)防措施

——小心安裝。

熱裂

圓柱滾子軸承外圈擋邊外側(cè)的熱裂

失效原因

———潤滑問題；

——保持架兜孔被磨穿，外圈引導(dǎo)的保持；

架與外圈擋邊發(fā)生嚴(yán)重摩擦,滑動(dòng)產(chǎn)生過大的熱量，出現(xiàn)熱裂。

預(yù)防措施

——確保使用合適的潤滑(類型、黏度、劑量)；

——如有可能，使用滾子引導(dǎo)保持架。

圓錐滾子軸承內(nèi)圈內(nèi)徑面上的熱裂

失效原因

——內(nèi)圈與軸的配合松動(dòng)，摩擦產(chǎn)生高熱；

——內(nèi)圈松配合，內(nèi)圈內(nèi)徑面與軸上軸承安裝部位之間的潤滑不良。

預(yù)防措施

——遵循軸承制造商給出的軸配合建議；

——確保松配合安裝在軸上的軸承的合適潤滑。

圓錐滾子軸承滾子大端面上的熱裂

失效原因

——在潤滑不良的狀態(tài)下，滾子大端面與內(nèi)圈擋邊間滑動(dòng)發(fā)熱。

預(yù)防措施

——改進(jìn)潤滑；

——縮短潤滑周期。

總結(jié)

根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)包含的跡象，對軸承零件及相鄰部件進(jìn)行可視檢測；假如經(jīng)過這樣的初步調(diào)查不能得出軸承損傷或失效原因的相關(guān)結(jié)論及可能的預(yù)防措施，則建議求助于軸承制造商或可進(jìn)行失效軸承分析的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室，來討論進(jìn)行進(jìn)一步分析的必要性及相關(guān)性。

例如，使用以下列出的某些方法，對軸承的不同零件進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)查：

——對與損傷或失效相關(guān)的零件進(jìn)行幾何測量，來檢驗(yàn)尺寸、幾何形狀或表面精度是否可能發(fā)生變化；金屬零件的冶金調(diào)查，可用合適工具(光學(xué)顯微鏡或無損技術(shù))或破壞性方法(如金相分析)對零件進(jìn)行高倍檢測；

——有機(jī)物零件和(或)污染物的理化調(diào)查；

——在某些情況下，失效模式已經(jīng)改變了某些零件的某些方面和(或)性能，以致不能確定其原始狀態(tài)。這時(shí)進(jìn)行深入分析可能對調(diào)查不會(huì)帶來新的價(jià)值。

來源：軸承雜志社

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