滾動(dòng)軸承失效模式——磨損
磨損是指在使用過(guò)程中,兩個(gè)滑動(dòng)或滾動(dòng)/滑動(dòng)接觸表面相互作用造成材料的不斷移失。
磨粒磨損 磨粒磨損(顆粒磨損;三體磨損)是存在硬顆粒時(shí)由于滑動(dòng)產(chǎn)生的材料移失,當一硬的表面或顆?;^(guò)另一表面時(shí),通過(guò)切削或犁溝作用而從該表面移除材料。磨損后表面會(huì )發(fā)生某種程度的變暗,磨粒的粗細和特性不同,變暗程度不同(圖2)。由于旋轉表面,可能還有保持架(圖3)上的材料被磨掉,磨粒數量逐漸增多,最終磨損進(jìn)入一個(gè)加速過(guò)程,從而導致軸承失效。 圖2 調心滾子軸承內圈上的磨粒磨損 圖3 金屬實(shí)體保持架兜孔上進(jìn)一步發(fā)展的磨粒磨損 雖然表面一般會(huì )有一定程度的變暗,但當磨粒非常細時(shí)會(huì )發(fā)生拋光效應,形成非常亮的表面(圖4) 圖4 圓錐滾子軸承滾子大端面和內圈大擋邊表面及 滾道上的磨粒磨損 注:滾動(dòng)軸承的“跑合”是一自然的短期過(guò)程,此過(guò)程之后,運轉狀態(tài)(如噪聲或工作溫度)將趨于穩定,甚至得到改善。由此,運行軌跡可見(jiàn),但這并非表示軸承受到損傷。 粘著(zhù)磨損 粘著(zhù)磨損是材料從一表面轉移到另一表面,并伴隨有摩擦發(fā)熱,有時(shí)還伴有表面回火或重新淬火。這一過(guò)程會(huì )產(chǎn)生局部應力集中并可能導致接觸區開(kāi)裂或剝落。 在潤滑不充分的情況下,當發(fā)生滑動(dòng)且摩擦帶來(lái)的局部溫升引起接觸面粘著(zhù)時(shí),發(fā)生涂抹(滑傷、粘結、劃傷、粗化),導致材料轉移。 假如滾動(dòng)體受載過(guò)小并在其再次進(jìn)入承載區時(shí)受到強烈的加速作用,則在滾動(dòng)體和滾道之間常常會(huì )發(fā)生涂抹(圖5、圖6)。在涂抹嚴重的情況下會(huì )發(fā)生咬粘。與磨粒磨損的逐漸積累過(guò)程相反,涂抹常常是突然發(fā)生。 圖5 圓柱滾子軸承外圈滾道上的涂抹 圖6 調心滾子軸承外圈滾道上的涂抹 由于潤滑不充分,擋邊面和滾子端面也會(huì )發(fā)生涂抹(圖7)。對于滿(mǎn)裝滾動(dòng)體(無(wú)保持架)軸承,受潤滑和旋轉條件的影響,滾動(dòng)體之間的接觸處同樣會(huì )發(fā)生涂抹。 圖7 圓柱滾子軸承滾子端面的涂抹 如果軸承套圈安裝在軸上或軸承座中時(shí),夾持力不足而導致套圈相對其支承面移動(dòng)(蠕動(dòng)),則會(huì )在軸承內徑面、外徑面或軸、軸承座孔支承面上發(fā)生涂抹(也稱(chēng)膠合)。由于兩零件直徑之間存在微小差異,造成其周長(cháng)也存在微小差異。因此,相對于套圈旋轉的徑向載荷使兩零件在一系列連續點(diǎn)處發(fā)生接觸,兩接觸零件以微小差速相對轉動(dòng)。套圈相對其支承面以微小轉速差所作的這種滾動(dòng)運動(dòng)稱(chēng)為“蠕動(dòng)”。 發(fā)生蠕動(dòng)時(shí),套圈和支承面接觸區內的粗糙峰被滾碾,使套圈表面呈現光亮外觀(guān)。在蠕動(dòng)過(guò)程中滾碾經(jīng)常發(fā)生,但不總是伴有套圈和支承面接觸處的滑動(dòng),因而還可看到其他損傷,如擦傷印痕、微動(dòng)磨蝕和磨損。在某些承載條件下,當套圈和支承面之間的過(guò)盈量不夠大時(shí),則以微動(dòng)磨蝕為主。 此外,徑向采用間隙配合時(shí),套圈端面和其軸向鄰接面之間也會(huì )發(fā)生蠕動(dòng),嚴重時(shí)導致橫向熱裂紋,最終引起套圈開(kāi)裂。 相關(guān)術(shù)語(yǔ)的解釋?zhuān)?/strong> 磨損(wear): 在使用過(guò)程中材料從一固體表面逐漸移失,一般是該表面和一接觸物體或多個(gè)物體間的相對運動(dòng)引起材料的逐漸移失。 磨粒磨損(abrasive wear): 由于潤滑不充分及(外部)顆粒的侵入,使材料逐漸移失。表面會(huì )有某種程度的變暗,變暗程度因磨粒的粗細及特性而不同。 三體磨損(three-body wear): 當顆粒不受限、且可在表面自由滾動(dòng)、滑動(dòng)并同時(shí)和兩接觸表面相互作用時(shí)發(fā)生的一種磨粒磨損。 硬顆粒(hard particle): 如來(lái)自磨削過(guò)程(如砂輪)的砂及顆粒。 犁溝(ploughing): 由兩個(gè)相對運動(dòng)的表面中較軟表面的塑性變形形成的溝槽。 拋光(polishing):使軸承零件的原始加工表面外觀(guān)變得更為光亮的平滑作用。 光亮狀磨損(burnishing): 導致粗糙峰頂部扁平化的塑性變形的累積,表面逐步呈現更光亮的狀態(tài),而非表面精加工留下的形貌。 跑合(running-in): 在使用初期,改善機器零件吻合度、表面形貌及摩擦兼容性的過(guò)程。 軌跡(path pattern): 由于滾動(dòng)體和滾道接觸,軸承零件部分區域出現的痕跡(最終會(huì )變色)。 粘著(zhù)磨損(adhesive wear): 滑動(dòng)期間由于固相焊接而導致材料從一個(gè)表面轉移到另一表面,從一個(gè)表面移失的顆?;蛴谰没蚺R時(shí)粘附在另一表面。 涂抹(smearing): 粘著(zhù)磨損的一種,材料從一個(gè)表面上機械性移除(常涉及塑性剪切變形),并在一個(gè)或兩個(gè)表面上重新沉積為一薄層材料。 滑傷(skidding): 由于高速滑動(dòng)和因載荷迅速變化而使潤滑油膜破裂,在表面出現的斷續的銀霧狀表面損傷。 粘結(galling):零件表面材料以斑塊從一個(gè)接觸表面的某個(gè)位置轉移到另一接觸表面的某個(gè)位置,且有可能由于高的拖動(dòng)力而以多個(gè)粗糙峰的尺度回移到前一接觸表面。(注:典型的粘著(zhù)磨損。) 劃傷(scoring): 表面嚴重的擦傷或犁溝。 粗化(frosting): 粘著(zhù)磨損的特定形式,金屬微小碎片被滾動(dòng)體從軸承滾道上扯下。(注:粗化區在一個(gè)方向上感覺(jué)平滑,但在另一個(gè)方向上則有明顯的粗糙感。) 咬粘(seizing): 接觸表面潤滑不充分、載荷過(guò)大和溫升所引起的極端涂抹,視運轉速度和溫度不同,可導致材料軟化、二次淬火、開(kāi)裂、摩擦焊合,嚴重時(shí),還可導致軸承零件發(fā)生卡滯。 蠕動(dòng)(creep):在軸承套圈安裝時(shí)過(guò)盈配合不充分且載荷相對于套圈旋轉的情況下,軸承套圈相對于其支承面發(fā)生不希望有的運動(dòng)。 注:蠕動(dòng)過(guò)程中,滾碾導致內圈相對軸的轉速或者外圈相對軸承座的轉速存在微小差異。蠕動(dòng)常常(但不一定總是)伴隨有套圈與支承面接觸處的滑動(dòng)。 膠合(scuffing): 由滑動(dòng)面的固相焊接(無(wú)局部表面熔化)引起的一種粘著(zhù)磨損或局部損傷。(注:由于該術(shù)語(yǔ)描述太通用且不嚴密,因此,盡量避免使用。) 微動(dòng)磨蝕 (fretting/fretting corrosion):一定摩擦條件下,配合面間的微小相對運動(dòng)(滑動(dòng))所引起的化學(xué)反應,導致表面氧化、粗糙峰變成可見(jiàn)的粉狀鐵銹、配合面之一或兩者失去材料。表面變亮或變色(黑紅色)。 熱裂(thermal cracking、heat cracking): 由滑動(dòng)摩擦發(fā)熱引起的損傷(或失效)。裂紋常出現在與滑動(dòng)垂直的方向。 參考文獻: [1] ISO 281, Rollig bearings—Dynamic load ratings and rating life. 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