濟南市鴻慷機電設(shè)備有限公司位于交通便利的泉城濟南，是全球生產(chǎn)滾動軸承和直線運動產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)---德國舍弗勒集團在山東的授權(quán)代理商。公司專營舍弗勒集團旗下兩大品牌德國INA軸承和德國FAG軸承，是一家順應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展需要而誕生的專業(yè)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(shù)支持，在機械行業(yè)技術(shù)方面有著非常豐富的經(jīng)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　要：主要從剝落、異常磨損、燒傷等幾個方面介紹了精密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了分析，并針對這幾種失效方式提出了預(yù)防措施。

  關(guān)鍵詞：主軸軸承；失效；剝落；異常磨損；預(yù)載荷

  精密機床主軸軸承的運轉(zhuǎn)精度要求較高，因此在正常使用過程中，一般將軸承的精度壽命作為其基本額定使用壽命，即軸承能保持其穩(wěn)定精度的工作時間。為保證機床精度，通常建議每1500h左右對精密機床主軸軸承進行維護更換，即認為軸承精度壽命應(yīng)在1500h左右。對于未達此壽命的主軸軸承，均可認為其出現(xiàn)了早期失效。通過對早期失效軸承的分析，希望能夠找出引起軸承失效的不良因素，提出改進措施，從而延長軸承使用壽命。

  1　主要失效形式

  精密機床主軸軸承失效主要以剝落和異常磨損2種形式出現(xiàn)，此外還有燒傷、軸承破損及銹蝕等失效形式。對于各類失效形式單獨討論，有助于揭示軸承早期失效的誘因，以便提出針對性的解決方法。

  1.1異常剝落

  異常剝落多發(fā)生于軸承使用中期甚至是早期，與疲勞剝落形成原因相比，異常剝落多是由于安裝不當(dāng)、潤滑不良、選型和預(yù)載荷不當(dāng)及承受載荷過大等因素引起。分析此類剝落形成原因可獲得機床整體信息。下面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(xiàn)在溝道非正常工作面。軸承正常工作時，其滾動接觸面固定，非工作面不存在接觸，因而不會發(fā)生剝落。而現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)軸承溝道非正常工作面出現(xiàn)了剝落，懷疑這是軸承在安裝時不對中，或主軸的翹曲度過大以及軸承座加工精度不良所致。

圖1 不對中造成的軸承剝落

  （2）圖2為受到?jīng)_擊載荷后，軸承溝道出現(xiàn)壓痕引起剝落。圖2a中軸承套圈溝道出現(xiàn)球形壓痕，痕跡較為光亮，其分布間距與鋼球間距相同，因而可判斷此壓痕為鋼球受到外界沖擊載荷（如軸承安裝時鋼球受力過大）與溝道面接觸所致，通常稱這種壓傷為布氏壓痕。在溝道面出現(xiàn)壓痕后，軸承轉(zhuǎn)動時，鋼球每滾過一個壓痕就產(chǎn)生一次沖擊，對壓痕產(chǎn)生一次碾壓作用。外載荷越大，碾壓力就越大，在短時間內(nèi)，壓痕就會產(chǎn)生片層狀的疲勞剝落。圖2b為布氏壓痕導(dǎo)致的剝落。

圖2 沖擊載荷造成的軸承失效

  （3）配對使用的角接觸球軸承，若在其壽命早期，溝道工作面就出現(xiàn)疲勞剝落，除懷疑軸承鋼材內(nèi)部非金屬夾雜和組織不均勻等問題外，還應(yīng)對配對軸承預(yù)加載荷進行分析，過大的預(yù)加載荷同樣會造成軸承早期疲勞剝落。此外，對單套軸承出現(xiàn)早期疲勞剝落也應(yīng)綜合分析，確定是否存在軸承承受載荷過大的問題。

  1.2異常磨損

  1.2.1潤滑不良

  圖3是良好潤滑條件下的光亮軌跡，軌跡較為清晰。圖4為不良潤滑工作條件下的套圈工作軌跡，整個運行軌跡顏色昏暗，極為粗糙。放大后可以看到，整個磨損區(qū)域由密集的麻點構(gòu)成，表明此時溝道上已經(jīng)出現(xiàn)了表層剝落，通常將其歸類為點蝕。因軸承工作時除了滾動外，還不可避免地出現(xiàn)相對滑動，潤滑油膜的作用就是將鋼球與溝道面隔開，降低因摩擦引起的疲勞剝落。大面積點蝕的出現(xiàn)，說明在工作中，鋼球與套圈之間油膜不足以將兩者隔離，鋼球與溝道面直接接觸，從而出現(xiàn)早期疲勞剝落。

圖3 良好脂潤滑條件下套圈的工作軌跡

圖4 不良脂潤滑條件下套圈的工作軌跡

  1.2.2微動磨損

  圖5中軸承套圈內(nèi)徑面上出現(xiàn)紅褐色磨損痕跡，且存在紅褐色粉末。因軸承內(nèi)徑與軸之間為過盈配合，工作時軸承內(nèi)圈與軸同步旋轉(zhuǎn)，正常情況下兩者之間相對運動量極小，可認為基本處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。但是當(dāng)過盈量不足時，軸承內(nèi)圈與軸之間會出現(xiàn)相對反復(fù)的微小滑動，通常稱這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，說明原本因法向壓力而處于粘著狀態(tài)的兩接觸面，因為微小滑動使粘著區(qū)被破壞，有金屬顆粒從零件表面被拉拽下來或表面被擦傷，引發(fā)粘著磨損。粘著磨損中出現(xiàn)的磨粒又引發(fā)磨粒磨損，造成套圈內(nèi)徑沿滑動方向出現(xiàn)劃痕。因而微動磨損可認為是由粘著磨損和磨粒磨損共同作用形成。

圖5 軸承內(nèi)徑微動磨損

  1.2.3蠕動

  圖6為內(nèi)圈端面發(fā)生蠕動的結(jié)果。蠕動多為軸承配合面上出現(xiàn)間隙，導(dǎo)致兩配合面圓周方向發(fā)生相對滑動，使配合面上產(chǎn)生磨損。發(fā)生蠕動的配合面上呈現(xiàn)鏡面狀的光亮色或暗淡色，蠕動部位與零件原表面有明顯區(qū)別。

圖6 內(nèi)圈端面蠕動

  1.2.4偽布氏壓痕

  分析軸承早期失效時會在溝道面上發(fā)現(xiàn)圖7中所示的壓痕，其外觀與布氏壓痕類似，但是仔細觀察會發(fā)現(xiàn)壓痕附近有軸向劃痕，且壓痕特別粗糙，通常將這種壓痕稱為偽布氏壓痕。此類壓痕造成的軸承失效多為機床調(diào)試完畢，運達用戶處發(fā)現(xiàn)或機床停機后再啟動時發(fā)現(xiàn)，故根據(jù)其產(chǎn)生的時間段分析，可以排除因軸承安裝時外力敲擊所致。此類壓痕應(yīng)是在機床靜止時產(chǎn)生，即當(dāng)機床靜止時，若受到振動，將導(dǎo)致機床部件在滾動接觸區(qū)的微小運動，使機床部件進入微動磨損的狀態(tài)，隨著振動持續(xù)，微動磨損進一步發(fā)展，最終會形成偽布氏壓痕。

圖7 偽布氏壓痕

  13燒傷

  燒傷是主軸軸承最容易判斷的一種失效形式，一旦出現(xiàn)套圈、鋼球變色，均可認為軸承發(fā)生燒傷，處于報廢狀態(tài)。圖8為一組軸承燒傷照片，其中保持架（材料為酚醛層壓布管）已經(jīng)斷裂，溝道面及鋼球均已嚴重變色。軸承運轉(zhuǎn)過程中，溫度依次為鋼球最高，內(nèi)圈次之，外圈最低，故鋼球變色最為嚴重，因高溫而碳化損傷。造成燒傷的主要因素為軸承預(yù)加載荷過大，潤滑冷卻不良以及安裝不當(dāng)?shù)取?/font>