濟(jì)南市鴻慷機(jī)電設(shè)備有限公司位于交通便利的泉城濟(jì)南,是全球生產(chǎn)滾動(dòng)軸承和直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)---德國(guó)舍弗勒集團(tuán)在山東的授權(quán)代理商。公司專營(yíng)舍弗勒集團(tuán)旗下兩大品牌INA軸承和FAG軸承,是一家順應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要而誕生的專業(yè)化新型高端軸承公司。多年來(lái)一直從事軸承的銷售和售后技術(shù)支持,在機(jī)械行業(yè)技術(shù)方面有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn),今天濟(jì)南鴻慷機(jī)電進(jìn)口軸承專家為大家介紹一下精密機(jī)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(gè)方面介紹了精密機(jī)床主軸軸承常見的失效形式,對(duì)軸承早期失效的成因進(jìn)行了分析,并針對(duì)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(jī)床主軸軸承的運(yùn)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(shí)間。為保證機(jī)床精度,本公司通常建議每1500h左右對(duì)精密機(jī)床主軸軸承進(jìn)行維護(hù)更換,即認(rèn)為軸承精度壽命應(yīng)在1500h左右。對(duì)于未達(dá)此壽命的主軸軸承,均可認(rèn)為其出現(xiàn)了早期失效。通過對(duì)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(jìn)措施,從而延長(zhǎng)軸承使用壽命。
1 主要失效形式
精密機(jī)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(duì)于各類失效形式單獨(dú)討論,有助于揭示軸承早期失效的誘因,以便提出針對(duì)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(rùn)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(jī)床整體信息。下面介紹幾種常見的異常剝落。
?。?)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(shí),其滾動(dòng)接觸面固定,非工作面不存在接觸,因而不會(huì)發(fā)生剝落。而現(xiàn)場(chǎng)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(shí)不對(duì)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(duì)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(shí)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(dòng)時(shí),鋼球每滾過一個(gè)壓痕就產(chǎn)生一次沖擊,對(duì)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(shí)間內(nèi),壓痕就會(huì)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
?。?)配對(duì)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(duì)配對(duì)軸承預(yù)加載荷進(jìn)行分析,過大的預(yù)加載荷同樣會(huì)造成軸承早期疲勞剝落。此外,對(duì)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(rùn)滑不良
圖3是良好潤(rùn)滑條件下的光亮軌跡,軌跡較為清晰。圖4為不良潤(rùn)滑工作條件下的套圈工作軌跡,整個(gè)運(yùn)行軌跡顏色昏暗,極為粗糙。放大后可以看到,整個(gè)磨損區(qū)域由密集的麻點(diǎn)構(gòu)成,表明此時(shí)溝道上已經(jīng)出現(xiàn)了表層剝落,通常將其歸類為點(diǎn)蝕。因軸承工作時(shí)除了滾動(dòng)外,還不可避免地出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng),潤(rùn)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(diǎn)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(rùn)滑條件下套圈的工作軌跡
圖4良脂潤(rùn)滑條件下套圈的工作軌跡
1.2.2微動(dòng)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(shí)軸承內(nèi)圈與軸同步旋轉(zhuǎn),正常情況下兩者之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)量極小,可認(rèn)為基本處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。但是當(dāng)過盈量不足時(shí),軸承內(nèi)圈與軸之間會(huì)出現(xiàn)相對(duì)反復(fù)的微小滑動(dòng),通常稱這種因微小滑動(dòng)引起的磨損為微動(dòng)磨損。微動(dòng)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?yàn)槲⑿』瑒?dòng)使粘著區(qū)被破壞,有金屬顆粒從零件表面被拉拽下來(lái)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(dòng)方向出現(xiàn)劃痕。因而微動(dòng)磨損可認(rèn)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(dòng)磨損
1.2.3蠕動(dòng)
圖6為內(nèi)圈端面發(fā)生蠕動(dòng)的結(jié)果。蠕動(dòng)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(duì)滑動(dòng),使配合面上產(chǎn)生磨損。發(fā)生蠕動(dòng)的配合面上呈現(xiàn)鏡面狀的光亮色或暗淡色,蠕動(dòng)部位與零件原表面有明顯區(qū)別。
圖6內(nèi)圈端面蠕動(dòng)
1.2.4偽布氏壓痕
分析軸承早期失效時(shí)會(huì)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(xì)觀察會(huì)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(jī)床調(diào)試完畢,運(yùn)達(dá)用戶處發(fā)現(xiàn)或機(jī)床停機(jī)后再啟動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn),故根據(jù)其產(chǎn)生的時(shí)間段分析,可以排除因軸承安裝時(shí)外力敲擊所致。此類壓痕應(yīng)是在機(jī)床靜止時(shí)產(chǎn)生,即當(dāng)機(jī)床靜止時(shí),若受到振動(dòng),將導(dǎo)致機(jī)床部件在滾動(dòng)接觸區(qū)的微小運(yùn)動(dòng),使機(jī)床部件進(jìn)入微動(dòng)磨損的狀態(tài),隨著振動(dòng)持續(xù),微動(dòng)磨損進(jìn)一步發(fā)展,最終會(huì)形成偽布氏壓痕。
圖7偽布氏壓痕
1.3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(rèn)為軸承發(fā)生燒傷,處于報(bào)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(yán)重變色。軸承運(yùn)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(yán)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(rùn)滑冷卻不良以及安裝不當(dāng)?shù)取?/p>
圖8軸承燒傷
1.4其他失效形式
精密機(jī)床主軸軸承早期失效形式還有破損、裂紋及銹蝕等。
破損主要是由于安裝不當(dāng),過大的沖擊載荷導(dǎo)致軸承零件損傷。
裂紋主要是由過大的沖擊載荷、過大的過盈量以及內(nèi)部裂紋和剝落的擴(kuò)展所致。而剝落的擴(kuò)展可能導(dǎo)致軸承斷裂。
銹蝕主要由潮濕環(huán)境及防銹不當(dāng)引起,微動(dòng)磨損也能造成軸承銹蝕。
2 解決措施
對(duì)于軸承的早期失效,可以從以下幾個(gè)方面入手:
?。?)正確選型,合理設(shè)計(jì)。避免因過載等原因造成軸承失效。
?。?)正確地安裝,避免在安裝時(shí)滾動(dòng)體受力過大。
?。?)良好的潤(rùn)滑,選擇黏度適合的潤(rùn)滑脂,并嚴(yán)格控制填脂量。一般推薦注脂量占軸承自由空間的15%~25%。
(4)檢查軸承安裝相關(guān)部件,保證軸承工作時(shí)處于均勻受力狀態(tài)。
?。?)對(duì)配對(duì)使用的軸承,應(yīng)選擇合適的預(yù)緊力。
?。?)定期維護(hù),及時(shí)更換達(dá)到使用壽命的軸承。
3 結(jié)束語(yǔ)
通過上述幾種常見的機(jī)床主軸軸承早期失效形式,可以看出造成軸承失效的原因是多方面的。只有對(duì)失效進(jìn)行認(rèn)真分析,才能準(zhǔn)確地找出原因,并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施,最終達(dá)到延長(zhǎng)軸承使用壽命的目的。
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