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轴承的损伤分析及预防

发布时间:2018-05-17 21:47:00 点击:

LR系列|LFR系列|ZKLN系列|ZKLF系列-无锡钦盈机械有限公司2018年5月17日讯  轴承是现在机器中广泛应用的部件之一,它的好坏直接决定了机器的寿命。因此,对轴承的损伤进行分析,能够为机器的设计提供可靠的理论依据,对其损伤的预防能够延长机器的使用寿命。以滚动轴承为例,通过对轴承使用中常见的损伤类型进行分析并提出相应的预防措施。希望能够为广大设计者提供更广阔的改进和创新思路,从而为延长轴承及机器的使用寿命提供参考。

  关键词:轴承;损伤;预防;措施

  1 前言
  轴承是影响机器寿命的主要原因之一,同时也是影响机器性能和传动效率的主要原因。因轴承的稳定性和可靠性直接决定了整个机器的可靠性,因此高端轴承市场长时间以来主要被国外垄断,国内的轴承生产厂家主要集中在中低端市场。近几年随着国内加工设备和制造水平的不断提高以及高端人才的引进,在高端轴承的设计和制造水平也取得了一些突破性进展,并在高端市场中取得了一定的成就。为了更好的提高国内轴承整体的生产制造加工水平,对轴承的损伤分析及预防措施就显得尤为重要。
  2 轴承的分类及其特点
  根据轴承中摩擦性质的不同,可把轴承分为滑动摩擦轴承(简称滑动轴承)和滚动摩擦轴承(简称滚动轴承)两大类。滚动轴承是依靠主要元件间的滚动接触来支撑转动零件的,由于摩擦系数小,起动阻力小,功率消耗少,而且它已经标准化,选用、润滑、维护都很方便,因此在一般的机器中应用较广。滑动轴承主要应用于在某些不能、不便或使用滚动轴承没有优势的场合,如工作转速特高、特大冲击与振动、径向空间尺寸受到限制或必须剖分安装(如曲轴的轴承)以及需在水或腐蚀性介质中工作等条件下,仍占有重要地位。因此,滑动轴承在轧钢机、汽轮机等各种仪表中应用颇为广泛。
  滚动轴承可以概括的分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承三大类。向心轴承主要承受径向载荷,推力轴承只能承受轴向载荷,向心推力轴承既能承受轴向载荷又能承受径向载荷。
  3 滚动轴承的构成及其材料的热处理
  滚动轴承的基本结构包括轴承内圈、轴承外圈、轴承滚动体和保持架等4部分组成。内圈用来和轴颈装配,外圈用来和轴承座装配。滚动体在内外的滚道间滚动。保持架的主要作用是均匀的隔开滚动体。轴承的内外圈和滚动体一般是用轴承钢制造的,热处理后硬度一般不低于60HRC。由于一般轴承的这些元件都经过150℃的回火处理,所以通常当轴承的工作温度不高于120℃时,元件的硬度不会下降。
  4 轴承常见的损伤形式分析及预防措施
  轴承在使用一定的时间以后,就会发生损坏,但这种损坏往往不是一次就能够损坏掉的,而是有一个过程,这个过程时间有长有短。总的来说主要有以下损坏的形式。
  4.1异物
  在轴承的使用过程中有异物进入轴承中,从而导致轴承失效。常见的有硬质颗粒污染物、污染物凹坑、微粒污染物和保持架兜孔被微粒污染物磨损。比如在轴承装配过程中夹杂铁削等硬质异物或其他微粒进入到轴承中。比较典型的是轴承在装配前的清洗方式不当、设备中滤油不彻底或设备本身的密封磨损导致外界异物进入设备中等。预防措施为在轴承装配前一定清洗干净并做消磁处理,防止轴承因为有残留磁力而夹杂铁削等进入装配环节中,同时在设备的使用过程中要注意留意设备的滤油器是否完好以及设备的密封装置是否完好,以保证它们的作用得到应用。
  4.2腐蚀或侵蚀
  在轴承的使用过程中出现了轴承表面的剥落等现象,常见的是滚子间隔的表面剥落、外圈滚道腐蚀、侵蚀与腐蚀、深度的腐蚀与剥落。这种损坏方式常见于开式或半开始的设备中,轴承往往不是在一个密闭的空间内,导致轴承在使用过程中接触到了水之类的易腐蚀液体。典型的成因包括轴承在装配前包装损坏、存储方式不当等,这种情况轴承在装配前其实已经发生了腐蚀,只是当时可能还不很明显。还有就是设备的密封已经磨损或损坏,致使设备进入了易腐蚀的液体。
  4.3润滑不足
  在轴承的使用过程中出现因润滑不足导致的轴承损坏,常见的有过热导致的滚道变形、微剥落、滚道端面划伤、轴承整体锁死、挡边与滚子端面的划伤。而导致这些损伤的出现比较典型的是轴承所使用的油脂或粘度不合适、低流速和高操作温度等。为了解决一些问题,轴承的润滑方式及条件至关重要,要根据设备的环境使用温度和设备本身的特点来选择合适的合格的润滑油,同时还要对一些高温作业的设备做降温处理,比如增加散热风扇等。
  4.4疲劳剥落
  轴承在使用过程中,由于使用寿命比较长的原因,轴承会出现疲劳剥落现象,常见的有圆柱滚子轴承的疲勞剥落、表面凸物因素剥落、球轴承内圈的疲劳剥落、几何应力集中剥落。之所以出现这些问题,主要是因为轴承再运转过程中遇到高负荷、受力偏心和应力集中等原因造成的。为此,轴承在使用过程中,应尽量通过设计源头来避免高负荷工矿的出现,同时在安装和使用过程中避免轴承出现偏心和应力集中现象。
  4.5过量预负荷、过载和屈服延伸
  轴承在使用过程中由于各种原因可能会出现过量预负荷、过载和屈服延伸现象。体现在轴承滚子开裂、微剥落、轴承外圈屈服延展和外圈亚表层开裂。而造成这些现象发生的典型成因包括轴承过载使用和(或)轴承偏心以及轴承在装配过程中的不当装配。因此,轴承要通过设计环节来避免轴承的过载使用和通过合适的装配环节开控制轴承安装偏心等问题的发生。
  4.6偏心
  轴承在使用过程中因为各种原因会出现偏心。主要体现在系统变形造成的不规则滚子轨迹、几何应力集中剥落、不规则滚子轨迹和轴承外圈几何应力集中剥落。导致这些现象出现的主要原因包括轴承的高负荷运转、轴或轴承座的变形、轴承座或轴加工精度的不精确。为此,我们要通过轴或轴承座加工的精度来提高轴承的使用寿命。
  4.7操作损伤
  轴承的损坏除了使用上的损坏外,其轴承的安装过程业很重要,在一定程度上也影响着轴承的寿命。主要表现在外圈凹坑、破裂的内圈挡边、外滚道的挡边损坏和滚子间隔的表面裂痕。这些现象的出现主要是在轴承的装配过程中选择了不当的工具(比如使用了高硬度的工具安装轴承)和错误的操作。为此,我们在轴承的安装过程中要选择合适的工具,避免使用高硬度的工具,同时也要避免一些错误的安装操作。
  4.8保持架损伤
  保持架损伤是轴承损伤常见的方式之一,其损伤形式主要表现在保持架变形、滚子受卡成歪斜状、保持架梁弯曲、保持架深度压痕等。而这些现象的出现主要由于轴承在装配过程中操作不当、装配中选用的工装不当或装配轴承的程序存在问题、轴承在使用过程中受到外力冲击等造成的。为此,我们一定要控制装配过程中对轴承的保护和轴承使用过程中注意保养和防止超载使用。
  4.9凸点与配合不当
  在轴承的损伤过程中,凸点与配合不当是其中损伤的方式之一,其损伤的主要表现形式为局部剥落、轴承座上的凸点引起的伤痕、金属撕裂和磨损以及尖孔。在轴承制造过程中凸点与配合得当就会发生上述问题。因此在轴承的制造过程中要注意保证圆柱滚子或滚动体的圆度等,同时还要保证其光洁度,同时在滚动体加工过程中要注意不能出现磕碰现象,否则也同意出现凸点或是凹点,这样都会影响到轴承的使用寿命。
  5 总结
  综上所述,轴承的损伤与轴承自身的结构、加工过程以及加工中采用的加工工艺等有着紧密的联系,其损伤形式有很多种,其中有些是可以从设计或装配以及使用过程中避免的。如果能够在这些环节控制得比较好,就能够很好的延长轴承和设备的使用寿命。这就需要轴承生产厂家和轴承使用厂家从各自的角度来加强轴承的使用寿命,最终延长了轴承的使用寿命。同时通过对轴承损伤形式的分析,可以很好的为轴承的设计和材料及热处理的选择上提供了宝贵的意见。通过对轴承损伤形式的研究也有利于提高我国轴承的整体水平。
  参考文献
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  [3]张松林.最新轴承手册[M].北京:电子工业出版社,2007.
  [4]濮良贵,纪名刚.机械设计(第七版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

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