深沟球轴承磨损失效分析

吴志平

深沟球轴承磨损失效分析

吴志平

（哈尔滨哈轴精密轴承制造有限公司，黑龙江 哈尔滨150036）

通过对6308深沟球轴承工作环境、各零件外观检查、理化检查和热处理金相组织检查后发现，该轴承的失效是由于轴承一侧缺少防尘盖，导致杂物进入轴承内部引起轴承磨损而产生的。同时，介绍了轴承的常见失效形式及预防措施。

深沟球轴承；防尘盖；磨损失效；硬颗粒压痕

1 前言

滚动轴承是重要的机械基础件之一，轴承的运行状况直接影响主机运行质量。现在的使用者对轴承的质量、精度、使用寿命等要求越来越高，对轴承的选型、安装、使用及维护和保养也越来越重视。因此，通过轴承失效分析，可以直观地发现轴承损坏的因素，便于查找引起轴承失效的根本原因。

所谓轴承失效，即轴承在工作中丧失其规定功能，从而导致故障或不能正常工作的现象。轴承的失效按其寿命可分为正常失效和早期失效两种。通常分析工作主要是针对早期失效的轴承。通过对早期失效的轴承的分析，找出其失效的原因，提出改进措施，以提高轴承运转的寿命和可靠性，不断提高轴承产品质量。

导致轴承失效的因素很复杂，而且由于各类轴承的工作条件和失效因素的差异，产生的失效形式和形貌特征亦各不相同。按其损伤机理大致可分为：接触疲劳失效、摩擦磨损失效、断裂失效、变形失效、腐蚀失效和游隙变化等几种基本形式。

现在所涉及的只是常见失效形式，根据轴承的结构特性，结合轴承的使用工况，通过对轴承的安装、配合及调整的分析，对运行速度、温升、受力分析，包括对轴承使用过程中维护、保养分析等来总结轴承早期失效过程和失效原因。

2 6308轴承的失效分析

2.16308轴承工作环境

该6308产品用在客车空调离合器过渡轮上，由2套6308组合使用，此装置会有一定的倾覆力矩。工作温度在110～120℃，润滑方式为脂润滑。用户反应该轴承有异响及转动不灵活。因此，我们对该产品内、外套及钢球进行分析。

2.2内圈分析

此6308轴承内圈内孔无磨损痕迹，如图 1所示，说明内径与主轴之间没有发生相对滑动，因而不是轴承与主轴之间的滑动磨损。但是，从沟道上看，内圈沟道表面360°的承载区有很多的异物硬颗粒压痕和划伤，如图 2所示，因此得出内圈失效形式为外来硬颗粒压伤。

图1 轴承内孔无磨损痕迹

图2 内圈沟道硬颗粒压痕

当轴承滚道表面或滚动体表面受到碰伤后产生压坑，从而产生一定周期的噪音和振动；当轴承运转时有污物侵入，也会产生污物噪音，同样也伴有振动，最终造成轴承运转不灵活，噪音增大，甚至将会造成轴承早期失效。

2.3外圈分析

外圈外圆无磨损痕迹，如图 3所示，说明外圈没有相对轴承座产生滑动，因而不是轴承与轴承座之间的滑动磨损。从轴承端面看，外圈一端面受高温影响颜色变暗，另外一端面没变色。从沟道上可看出，外圈沟道表面360°承载区出现很多的点状压痕及划伤，如图 4所示，说明外界异物硬颗粒进入沟道挤压形成。由此可分析出，外圈失效形式亦为外来硬颗粒压伤。

2.4钢球分析

从钢球外观来看，除了正常的滚动痕迹外，钢球表面特别粗糙，而且钢球表面有硬颗粒挤压的压痕，钢球表面有明显的划伤,如图 5所示。由此可以得出，钢球失效形式亦为外来硬颗粒压伤。

图3 轴承外圆无磨损痕迹

图4 外圈沟道硬颗粒压痕

图5 钢球表面压伤

2.5密封状态

该6308产品接收时没有发现密封圈，但是，内圈左侧外径没有磨损痕迹，而内圈右侧外径却有明显的磨损痕迹。因此，可以判定该轴承为单面密封。

2.6保持架分析

该6308轴承保持架兜孔受外界污染物质的影响，兜孔表面存在明显的划伤和磨损，因此，保持架失效形式为硬颗粒划伤，如图 6所示。

图6 保持架兜孔硬颗粒划伤和磨损

2.7润滑方式

该6308产品在使用过程中为脂润滑，明显可以看出油脂内含有较多杂质，因此，对该产品中油脂进行过滤分析，在油脂的滤出物中可发现有小石粒、纤维和其它杂质，如图 7和图 8所示。根据滤出物的组成可明显看出轴承的工作环境的清洁度较差。

3 6308轴承各零件热处理质量检验

图7 滤出物中的小石块，0.6mm ～1.5mm

图8 滤出物中的杂质，6.4mm

图9 外圈淬火组织，500×（4%硝酸酒精溶液腐蚀）

图10 内圈淬火组织,500×（4%硝酸酒精溶液腐蚀）

图11 钢球淬火组织, 500×（4%硝酸酒精溶液腐蚀）

通过对各零件表面磨损形貌分析后，对各零件热处理组织进行分析，如图 9至图 11所示。该轴承各零件热处理质量如表 1所示。

表1 6308轴承各零件热处理质量

经过产品组织分析，6308轴承内、外圈和钢球淬回火组织及硬度符合JB1255-2001要求。

4 结论

通过对6308轴承内、外圈、钢球、保持架及油脂的检验分析，明显得出，此轴承是在使用中由于受到外界污染物质硬颗粒（小石块、纤维状物质和其它杂质）侵入的影响，造成内、外圈沟道压伤，钢球表面划伤，保持架兜孔表面划伤。内、外圈沟道承载区磨损痕均为360°分布，此种磨损痕是由于外界污物侵入轴承后游隙变小造成的。轴承工作表面形貌变坏从而丧失旋转精度，使轴承不能正常工作，此失效模式为典型的磨损失效。

磨损失效是指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断损坏而产生失效。持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏，并最终导致轴承尺寸精度丧失及其他相关问题。磨损会影响到轴承形状变化及工作表面形貌变化，使润滑剂产生污染，当污染达到一定程度，造成润滑功能完全丧失，最终使轴承丧失旋转精度乃至不能正常运转。磨损失效是各类轴承常见的失效形式之一。

从轴承的失效过程可以分析出轴承失效的主要原因，提出改进措施，不断提高轴承产品质量，例如，可以判断设计是否合理，纠正某些不尽合理的方面以提高轴承产品的可靠性。可以发现轴承零件在冷、热加工中存在的问题，纠正不合理的加工工艺。可以判断材料选择的合理性及原材料质量存在的问题。

5 避免轴承失效的方法

为了避免轴承早期失效， 首先从产品的结构设计、原材料的选择、加工工艺方面进行优化改进，在产品的加工过程中严格加强质量检测，保证各项指标达到设计及工艺要求。

其次，应根据不同的使用环境及技术要求而选择合适的轴承。通过对6308轴承的分析，在易污染环境下使用时，为保持轴承的洁净，应尽量选择双密封轴承，避免外界污物的入侵。另外，安装轴承前必须将轴承箱内清理干净，避免轴承运行时有杂质侵入。

再次，根据轴承使用环境温度的高低，所选轴承的游隙亦不同，相对来讲，温度高的环境，应适当增大轴承的游隙。轴承在使用过程中应选择高洁度的润滑油（脂）及合理的安装等。

在轴承的使用过程中加强对轴承状态的诊断和预测，直接对运行中的轴承工作情况实施技术监控，以便及早发现异常、缺陷和意外损坏，及时采取措施防止突发性失效事故可能造成的损失。例如轴承在使用过程中如润滑不良、表面磨损或疲劳都会使表面发热，当发热达到一定的极限温度时，轴承温度报警装置即行报警，轴承停止运行。避免由于轴承失效造成的其它不必要的损失。

总之，无论采用哪种方法对运行中的轴承进行定期检测，都是为了尽早发现轴承出现异常，预防轴承早期失效。

（编辑：王立新）

Analysis on wear failure for deep groove ball bearing

Wu Zhiping
（Harbin Hazhou Precision Bearing Manufacturing Co.,Ltd.,Harbin 150036,China)

After 6308 deep groove ball bearings work environment, visual inspection of the parts, the physical and chemical examination and heat treatment microstructure examination, it was showed that one side of the bearing had no dust cover, and the dust enter inside the bearing to cause the bearing wear , then the failure of the bearing was produced. Meanwhile, the common failure modes and preventive measures of the bearing were introduced.

deep groove ball bearings; shields; wear failure; hard particles indentation

TH 133.33+1

B

1672-4852（2015）01-0019-03

2015-02-04.

吴志平（1978-），女， 工程师.