申陽¹，張曉鵬²，何峰濤¹

（1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南洛陽　471039；2.國家軸承質量監督檢（jiǎn）驗（yàn）中心，河南洛陽　471039）

　　摘　要：主要從剝落、異常磨損、燒傷等幾個方麵介紹（shào）了精密（mì）機床主軸軸承常見的失效形式，對軸承早期失效的成因進行（háng）了分析，並（bìng）針對這幾種失效方式提出了預防措施。

　　關鍵詞：主（zhǔ）軸軸承；失效；剝（bāo）落；異常磨損（sǔn）；預載荷（hé）

　　精密機床（chuáng）主軸軸承的運轉精（jīng）度要（yào）求較高，因此在正（zhèng）常使用過程（chéng）中，一般將軸承的精度壽（shòu）命作為其基本額定使用壽命，即軸承（chéng）能保持其穩定（dìng）精度的工作（zuò）時間。為保證機床精度（dù），本公（gōng）司（sī）通常（cháng）建議每1500h左右對（duì）精密機床主軸軸承進行維護更換，即認為軸承精（jīng）度壽命應（yīng）在1500h左右。對於未達此壽命（mìng）的主軸軸承，均可認為其出現了早期（qī）失效。通過（guò）對早期失效軸承的分析（xī），希望能夠找出引起軸承失效的不良因素，提出改進措（cuò）施，從（cóng）而延長軸承使用壽命。

　　1　主要失效形式

　　精密機床（chuáng）主軸軸承失效主要以剝落和（hé）異常磨損2種形式出現，此外還（hái）有燒傷、軸承（chéng）破損及鏽蝕等失效（xiào）形（xíng）式。對於（yú）各類失效形式單（dān）獨（dú）討論（lùn），有（yǒu）助於揭示軸承早期失效的誘因，以便提（tí）出針對性（xìng）的解決方（fāng）法。

　　1.1異（yì）常（cháng）剝落

　　異常（cháng）剝落多發生於軸承使用中期甚（shèn）至是早期，與疲勞剝（bāo）落形成原因相比，異常剝落多是由於（yú）安裝不當、潤滑不良、選型和（hé）預載荷不當及承（chéng）受載荷過大等因素引（yǐn）起。分析此類剝落形成原因可獲得機床整體信息。下麵介紹幾種常見的異常剝落。

　　（1）圖1為角接觸球軸承剝落出現在溝道非正常工作麵。軸承正常工（gōng）作時，其（qí）滾動接觸麵（miàn）固定，非工作麵不存在接觸，因而不會發生（shēng）剝落（luò）。而現場發現軸承溝道非正常工作麵出現了剝落，懷疑這是軸承在安裝時不對中，或（huò）主軸的翹曲度過大以及軸承座加工精（jīng）度不良（liáng）所致。

圖1 不對（duì）中造成的軸承剝落

　　（2）圖2為受到衝擊載荷後，軸承溝道出現壓痕引（yǐn）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（xiàng）同（tóng），因而可判斷此壓痕為鋼球受到外界衝擊載荷（如軸承安（ān）裝（zhuāng）時（shí）鋼（gāng）球受力過大）與溝道麵接觸所致，通常稱這（zhè）種壓傷為布氏壓痕。在溝道（dào）麵出現（xiàn）壓（yā）痕後，軸承轉動時，鋼球每滾過一個壓痕就產生一次衝擊，對壓痕產生一次碾壓作（zuò）用。外載荷越大，碾壓力（lì）就越大，在短時間內，壓痕就（jiù）會產生片層（céng）狀的疲勞剝落。圖2b為布氏壓痕導致的剝落。

圖2 衝擊載（zǎi）荷造成的軸承失效

　　（3）配對使用的（de）角接觸球軸承，若（ruò）在其（qí）壽命（mìng）早期（qī），溝道工作麵就出現疲勞剝落，除懷疑軸承鋼材內部非金屬夾（jiá）雜和組織（zhī）不均勻等問題（tí）外，還應對配對軸承預加載荷進行分析，過大（dà）的預加載荷同樣會（huì）造成軸（zhóu）承早期（qī）疲勞（láo）剝落。此外，對單套軸承出現早期疲勞剝落也（yě）應綜合分析，確定是（shì）否存在（zài）軸承（chéng）承受載荷過大的問題（tí）。

　　1.2異常磨損

　　1.2.1潤滑不良

　　圖3是良好潤滑條（tiáo）件下（xià）的光亮軌跡，軌跡較為清晰。圖4為不良潤滑工作條件下（xià）的套圈工（gōng）作軌跡，整個運行軌跡顏色（sè）昏暗，極為粗糙。放（fàng）大後可（kě）以（yǐ）看到，整個磨損區域由密集的麻點構成，表明此時（shí）溝道上已經出現了表層剝落，通常將（jiāng）其歸類為點蝕。因軸承工（gōng）作（zuò）時除了滾動外，還不可避免地出（chū）現相對滑動，潤滑（huá）油膜的（de）作用就是將（jiāng）鋼球與溝道麵隔開，降低因（yīn）摩擦引起的疲（pí）勞剝落。大麵積點蝕的出現，說明在工作（zuò）中（zhōng），鋼球與套圈之（zhī）間油膜（mó）不足以（yǐ）將兩者隔離，鋼球與溝道麵（miàn）直接（jiē）接觸，從而出現早期疲勞剝落。

　　1.2.2微動磨損

　　圖5中軸承套（tào）圈內徑（jìng）麵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（zhī）間（jiān）為過盈配合，工作（zuò）時軸承內圈與軸同步旋轉，正常情況下兩者之間相對運（yùn）動量極小，可認為基本處於相（xiàng）對靜止狀態。但是（shì）當過盈量不（bú）足時，軸承內圈（quān）與軸之間會（huì）出現相對（duì）反複的微小滑動，通常稱這（zhè）種因微小滑動引起的磨損為微動磨損。微動磨損中出現（xiàn）紅褐色金屬屑，說（shuō）明原本因法向壓力而處於粘著狀態（tài）的兩接觸麵，因為微小滑動使粘著區被破壞，有金屬顆粒從零件表麵被拉拽下來（lái）或表麵被擦傷（shāng），引發粘著磨損。粘著磨損（sǔn）中出現的（de）磨粒又引發磨粒磨損，造成套圈內徑沿滑（huá）動方向出現劃痕。因而微動磨損可認為是由粘（zhān）著磨損和磨粒磨損共同作用形（xíng）成（chéng）。

圖5 軸承內（nèi）徑微動磨（mó）損

　　1.2.3蠕動

　　圖6為內圈端麵發生蠕（rú）動的結果。蠕動多為（wéi）軸承配合麵（miàn）上出現間隙，導致兩（liǎng）配合麵圓周（zhōu）方向發生相（xiàng）對（duì）滑動，使配合麵上產生磨損（sǔn）。發生蠕動（dòng）的配合麵上呈現鏡麵狀的光亮色或暗（àn）淡色，蠕動部位與零件原表麵有明顯區別。

圖6 內圈（quān）端麵蠕動

　　1.2.4偽（wěi）布（bù）氏壓痕

　　分析軸（zhóu）承早期失效時會在溝（gōu）道麵上發現圖7中所（suǒ）示的壓痕，其外觀與布氏壓（yā）痕類似，但是仔細觀察會（huì）發現壓痕附近有軸（zhóu）向劃（huá）痕，且壓痕特別粗糙，通常將這種壓（yā）痕稱為偽布氏壓痕。此類（lèi）壓痕造成的軸承失效多為機床調試完畢，運達用戶處發現或（huò）機床停機後再啟動時發現，故根據其產生的時間段分析，可以排除因（yīn）軸承安裝時外力敲擊所致。此類壓痕應是在機床靜止時產生，即當機床靜止時，若受到振動，將導致機床部件在滾動接觸區的微小運（yùn）動，使機床部件進入（rù）微動磨損的狀態，隨著振動持續，微動磨損進一步發展，Z終會形成偽布氏壓痕。

圖7 偽布氏壓痕

　　13燒傷

　　燒傷是主軸（zhóu）軸承Z容易判斷的一種失效形式，一旦出現套圈、鋼球變色，均可認為軸承發生燒傷，處於報廢（fèi）狀態。圖8為一（yī）組軸承燒傷照片，其中保持架（材料為酚醛層壓布管）已經斷（duàn）裂，溝道麵及鋼球均已嚴重變色。軸承運轉過程中（zhōng），溫度依次為鋼球Z高，內圈次之，外圈Z低，故鋼球變色Z為（wéi）嚴重，因高溫而碳化損傷。造成燒傷的主要因素為軸承預加（jiā）載荷過大，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（sǔn）、裂紋（wén）及鏽蝕（shí）等（děng）。

　　破損主要是由於安裝不當，過大的衝擊載（zǎi）荷導致軸承零件損（sǔn）傷。

　　裂紋主要是由（yóu）過大的衝擊載荷、過大的（de）過盈量以及內部裂紋（wén）和剝落的擴展所致。而剝落的擴展（zhǎn）可能導致軸（zhóu）承斷裂。

　　鏽蝕主要由潮濕環（huán）境及防鏽不當（dāng）引起，微動磨損也能造成軸承鏽蝕。

　　2　解決措施

　　對於（yú）軸承的早期失效，可以從以下幾個方麵入手：

　　（1）正確（què）選型（xíng），合理設計。避免因過載（zǎi）等原因造成軸（zhóu）承（chéng）失效。

　　（2）正確地安裝，避（bì）免在安裝時滾動體受力過大（dà）。

　　（3）良好（hǎo）的潤滑，選擇黏度適合的潤滑脂，並嚴格控製填脂（zhī）量。一般推（tuī）薦注脂量占軸承自由空間的15%～25%。

　　（4）檢查軸承安裝相關部件，保證軸承工作時處於均勻受（shòu）力狀態。

　　（5）對配對（duì）使（shǐ）用的軸承，應選擇合適的預緊力。

　　（6）定期維（wéi）護，及時更換達到使用（yòng）壽命的軸承。

　　3　結束語

　　通過上述幾種常見的機床主軸軸承早期失效形式，可以看出造成（chéng）軸承失效的原因是多方麵的。隻有對失效進行認（rèn）真（zhēn）分（fèn）析，才能準確地找出原因，並提出相應的改進措施，Z終達到延長軸承使用壽命的目的。
 

來（lái）源：《軸承》2012年5期