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轴承失效分析论文
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对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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目录
中文摘要、关键词1
英文摘要、关键词2
引言3
第一章滚动轴承基本特点4
1.1滚动轴承的结构4
1.2滚动轴承的作用4
1.3滚动轴承的优点4
1.4滚动轴承的缺点4
1.5滚动轴承的好处4
第二章滚动轴承的分类6
2.1按滚动轴承结构类型分类6
2.2按滚动轴承尺寸大小分类7
第三章滚动轴承类型的选择8
3.1载荷的大小、方向和性质8
3.2允许转速8
3.3刚性8
3.4调心性能和安装误差8
3.5安装与拆卸10
3.6市场性10
第四章滚动轴承的代号12
4.1基本代号12
4.2前置代号13
4.3后置代号13
第五章滚动轴承常见故障14
第六章滚动轴承的失效形式15
6.1疲劳点蚀15
6.2塑性变形15
6.3磨损15
6.4胶合15
第七章轴承寿命17
7.1轴承的寿命17
7.2基本额定寿命17
7.3基本额定动载荷17
第八章轴承的正确使用19
8.1轴承的拆装19
8.2轴承的润滑19
第九章轴承失效分析方法20
9.1失效实物和背景材料的收集20
9.2宏观检查20
9.3微观分析21
第十章滚动轴承失效的预防措施22
10.1保证轴承的装配质量22
10.2保证轴承良好的润滑和密封22
第十一章常见故障解决方案23
11.1传统维修方法23
11.2最新维修方法23
第十二章轴承的地位与作用24
12.1滚动轴承的重要性24
12.2轴承行业在中国的发展25
第十三章轴承的日常维护26
13.1对安装表面和安装场所要求26
13.2轴承安装前必须清洗26
13.3如何选择润滑脂26
13.4在润滑轴承时,油脂涂的越多越好26
13.5如何安装和拆卸26
结论28
致谢29
参考文献30
轴承失效分析
摘要:
将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,从而减少摩擦损失的一种精密机械元件,叫做滚动轴承。
滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体、和保持架组成。
内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转;外圈作用是与轴承座相配合,起支撑作用;滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间,其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命;保持架能使滚动体均匀分布,防止滚动体脱落,引导滚动体旋转起润滑作用。
在分析轴承失效的过程中,往往会碰到许多错综复杂的现象,各种实验结果可能是相互矛盾或者主次不清,这就需要经过反复实验、论证,以获得足够的证据或反证。
只有运用正确的分析方法、程序、步骤、才能找到引发失效的真正原因。
一般情况下轴承失效分析可分为以下三个步骤:
失效实物和背景资料的收集、对失效实物的宏观检查和微观分析。
关键词:
滚动轴承滚动轴承代号滚动轴承类型的选择滚动轴承的失效轴承寿命轴承失效分析方法预防措施
FailureAnalysisofBearing
Abstract:
Theoperationoftheshaftandshaftseatbetweentheslidingfrictionintorollingfriction,reducingfrictionlossofakindofprecisionmechanicalcomponents,calledtherollingbearing.Rollingbearingiscomposedofouterandinnerring,rollingbody,andcagecomposition.Innerringisusedandshaftmatchmergersandshaftrotatetogether;outerfunctioniscombinedwithbearing,whichsupportrole;rollingbodyisbymeansofthecageuniformwillberollingelementdistribution,outerringandbetween,itsshapesizeandquantitydirectlyaffectthebearingperformanceandlife;cagecanmakerollingbodyuniformdistribution,preventrollingbodyfalloff,guiderollerbodyrotationlubrication.
Ontheanalysisofbearingfailureprocess,oftenwillbeconfrontedwithalotofcomplicatedphenomenon,variousexperimentalresultsmaybecontradictoryorprimaryandsecondaryisnotclear,thisneedsrepeatedexperimentsanddemonstration,inordertoobtainsufficientevidencesorrebuttals.Onlyusingthecorrectanalysismethods,proceduresandsteps,wecanfindtherealcauseofthefailure.Usuallybearingfailureanalysiscanbedividedintothefollowingthreesteps:
failureobjectandbackgroundmaterialcollection,thefailureformsofmacroandmicroanalysisinspection.
Keywords:
Rollingbearing;Rollingbearingcode;Rollingbearingtypeofchoice;Rollingbearingfailure;Bearinglife;Bearingfailureanalysismethod;Preventivemeasures
引言
滚动轴承使用维护方便,工作可靠,起动性能好,在中等速度下承载能力较高。
与滑动轴承比较,滚动轴承的径向尺寸较大,减振能力较差,高速时寿命低,声响较大。
滚动轴承中的向心轴承(主要承受径向力)通常由内圈、外圈、滚动体和滚动体保持架4部分组成。
内圈紧套在轴颈上并与轴一起旋转,外圈装在轴承座孔中。
在内圈的外周和外圈的内周上均制有滚道。
当内外圈相对转动时,滚动体即在内外圈的滚道上滚动,它们由保持架隔开,避免相互摩擦。
推力轴承分紧圈和活圈两部分。
紧圈与轴套紧,活圈支承在轴承座上。
套圈和滚动体通常采用强度高、耐磨性好的滚动轴承钢制造,淬火后表面硬度应达到HRC60~65。
保持架多用软钢冲压制成,也可以采用铜合金夹布胶木或塑料等制造。
滚动轴承是旋转机械中的重要零件。
滚动轴承由于摩擦系数小,启动阻力小及对润滑剂粘度敏感性低,运动精度高、成本低等优点,而且它正标准化,选用润滑、维护都很方便,因此在一般机械中应用极为广泛。
但是它同时也具有承受冲击能力差,滚动体上载荷分布不均匀等缺点,因此在机械生产中常会出现轴承的磨损、刮伤、胶合,产生噪声,甚至整个轴承烧伤等现象。
这将影响到整个企业的正常生产工作,严重时可能会带来巨大的经济损失。
因此分析滚动轴承的失效原因及寻找有效的预防措施就显得尤为重要。
图1.1滚动轴承的构造
第1章滚动轴承基本特点
1.1滚动轴承的结构
滚动轴承的结构由4部分组成:
1.外圈——装在轴承座孔内,一般不转动;
2.内圈——装在轴颈上,随轴转动;
3.滚动体——滚动轴承的核心元件;
4.保持架——将滚动体均匀隔开,避免摩擦;
目前,润滑剂也被认为是滚动轴承第五大件,它主要起润滑、冷却、清洗等作用。
1.2滚动轴承的作用
支承转动的轴及轴上零件,并保持轴的正常工作位置和旋转精度,滚动轴承使用维护方便,工作可靠,起动性能好,在中等速度下承载能力较高。
与滑动轴承比较,滚动轴承的径向尺寸较大,减振能力较差,高速时寿命低,声响较大。
1.3滚动轴承的优点
1.摩擦阻力小,功率消耗小,机械效率高,易起动;
2.尺寸标准化,具有互换性,便于安装拆卸,维修方便;
3.结构紧凑,重量轻,轴向尺寸更为缩小;
4.精度高,转速高,磨损小,使用寿命长;
5.部分轴承具有自动调心的性能;
6.适用于大批量生产,质量稳定可靠,生产效率高。
1.4滚动轴承的缺点
1.抗冲击能力较差;
2.高速时出现噪声且较大;
3.工作寿命也不及液体摩擦的滑动轴承。
1.5滚动轴承的好处
1.节能显著。
由于滚动轴承自身运动的特点,使其摩擦力远远小于滑动轴承,可减少消耗在摩擦阻力的功耗,因此节能效果显著。
从理论分析及生产实践中,主轴承采用滚动轴承的一般小型球磨机节电达30%~35%,中型球磨机节电达15%~20%,大型球磨机节电可达10%~20%。
由于球磨机本身是生产中的耗能大户,这将意味着可节约一笔及其客观的费用。
2.维修方便,质量可靠。
采用滚动轴承可以省去巴氏合金材料的熔炼、浇铸及刮瓦等一系列复杂其技术要求甚高的维修工艺过程以及供油、供水冷却系统,因此维修量大大减少。
而且滚动轴承由于是由专业生产厂家制造,质量往往得到保证。
也给球磨机使用厂家带来了方便。
第2章滚动轴承的分类
2.1按滚动轴承结构类型分类
1.按照承受载荷方向或公称接触角不同分类,滚动轴承可分为:
(1)向心轴承主要用于承受径向载荷的滚动轴承,其公称接触角(滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的平面之间的夹角)从0°到45°。
按公称接触角不同,又分为:
径向接触轴承----公称接触角为0°的向心轴承;向心角接触轴承----公称接触角大于0°到45°的向心轴承。
(2)推力轴承主要用于承受轴向载荷的滚动轴承,其公称接触角大于45°到90°。
按公称接触角不同又分为:
轴向接触轴承----公称接触角为90°的推力轴承;推力角接触轴承----公称接触角大于45°但小于90°的推力轴承。
2.按照滚动体形状种类分类,可分为:
(1)球轴承:
滚动体为球;
(2)滚子轴承:
滚动体为滚子。
滚子轴承按滚子种类,又分为:
圆柱滚子轴承:
滚动体是圆柱滚子的轴承,圆柱滚子的长度与直径之比小于或等于3mm;滚针轴承:
滚动体是滚针的轴承,滚针的长度与直径之比大于3mm,但直径小于或等于5mm;圆锥滚子轴承:
滚动体是圆锥滚子的轴承;调心滚子轴承:
滚动体是球面滚子的轴承。
表2.1滚子的类型
3.按照滚动体列数分类,分为:
(1)单列轴承:
具有一列滚动体的轴承;
(2)双列轴承:
具有两列滚动体的轴承;
(3)多列轴承:
具有多于两列滚动体的轴承,如三列、四列轴承。
4.按照其部件能否分离分类,分为:
(1)可分离轴承:
具有可分离部件的轴承;
(2)不可分离轴承:
轴承在最终配套后,套圈均不能任意自由分离的轴承。
2.2按滚动轴承尺寸大小分类
滚动轴承按其外径尺寸大小不同,可分为:
1.微型轴承:
公称外径尺寸范围为26mm以下的轴承;
2.小型轴承:
公称外径尺寸范围为28~55mm的轴承;
3.中小型轴承:
公称外径尺寸范围为60~115mm的轴承;
4.中大型轴承:
公称外径尺寸范围为120~190mm的轴承;
5.大型轴承:
公称外径尺寸范围为200~430mm的轴承;
6.特大型轴承:
公称外径尺寸范围为440mm以上的轴承。
第3章滚动轴承类型的选择
滚动轴承类型多种多样,选用时可考虑以下方面因素,从而进行选择。
3.1载荷的大小、方向和性质
球轴承适于承受轻载荷,滚子轴承适于承受重载荷及冲击载荷。
当滚动轴承受纯轴向载荷时,一般选用推力球轴承;当滚动轴承受纯径向载荷时,一般选用深沟球轴承或短圆柱滚子轴承;当滚动轴承受纯径向载荷的同时,还有不大的轴向载荷时,可选用深沟球轴承、角接触球轴承、圆锥滚子轴承及调心球或调心滚子轴承;当轴向载荷较大时,可选用接触角较大的角接触球轴承及圆锥滚子轴承或者选用向心轴承和推力球轴承组合在一起,这在极高轴向载荷或特别要求有较大轴向刚性时尤为合适。
3.2允许转速
因轴承的类型不同有很大的差异。
一般情况下,摩擦小、发热量少的轴承,适于高转速。
设计时应力求滚动轴承在低于其极限转速的条件下工作。
3.3刚性
轴承承受负荷时,轴承套圈和滚动体接触处就会产生弹性变形,变形量与载荷成比例,其比值决定轴承刚性的大小。
一般可通过轴承的预紧来提高轴承的刚性;此外,在轴承支承设计中,考虑轴承的组合和排列方式也可改善轴承的支承刚度。
3.4调心性能和安装误差
轴承装入工作位置后,往往由于制造误差造成安装和定位不良。
此时常因轴产生捞度和热膨胀等原因,使轴承承受过大的载荷,引起早期的损坏。
自动调心轴承可自行克服由安装误差引起的缺陷,因而是适合此类用途的轴承。
名称
类型代号
极限转速
允许角位移
性能特点与应用场合
调心球轴承
1
中
2°~3°
其结构特点为双列球,外圆滚道是以轴承中心为中心的球面。
故能自动调心,适用于多支点和弯曲刚度不足的轴。
调心滚子轴承
2
中
1.5°~
2.5°
其结构特点是滚动体为双列鼓形滚子。
外圈滚道是以轴承中心为中心的球面。
故能自动调心,能承受很大的径向载荷和少量的轴向载荷,抗振动、冲击。
圆锥滚子轴承
3
中
2′
能同时承受较大的径向载荷和轴向载荷。
公称接触角有α=10°~18°和α=27°~~30°两种。
外圈可分离,游戏可调,装拆方便,适用于刚性较大的轴,一般成对使用,对称安装。
推力球轴承
5
低
不允许
只能承受轴向载荷,且载荷作用线必须与轴线重合。
推力轴承的圈套有轴圈与座圈。
轴圈与轴过盈配合并一起旋转,座圈的内径与轴保持一定间隙,置于机座中。
因滚动体离心力大,滚动体与保持架摩擦发热严重,故用于轴向载荷大但转速不高的场合。
单列球轴承仅承受单向轴向载荷;双列球轴承可承受双向轴向载荷。
深沟球轴承
6
高
8′~16′
主要承受径向载荷,同时也可承受一定量的轴向载荷。
当转速很高而轴向载荷不太大时,可代替推力球轴承承受纯轴向载荷。
当承受纯径向载荷时α=0°
角接触球轴承
7
高
2′~10′
能同时承受径向、轴向联合载荷,公称接触角越大,轴向载荷能力也越大。
公称接触角α有15°、25°、40°三种。
通常成对使用,对称安装。
圆柱滚子轴承
N
高
2′~4′
能承受较大的径向载荷,不能承受轴向载荷。
因系线接触,内外圈只允许有极小的偏转。
滚针轴承
NA
低
不允许
只能承受径向载荷,承载能力打,径向尺寸特小,带内圈或者不带内圈。
一般无保持架,因而滚针间有摩擦,轴承极限转速低。
这类轴承不允许有角偏差。
表3.1常用滚动轴承的类型和性能特点
3.5安装与拆卸
圆锥滚子轴承、滚针轴承和圆锥滚子轴承等,属于内外圈可分离的轴承类型(即所谓分离型轴承),安装拆卸方便。
3.6市场性
即使是列入产品目录的轴承,市场上不一定有销售;反之,未列入产品目录的轴承有的却大量生产。
因而,应清楚使用的轴承是否易购得。
调心球轴承调心滚子轴承
圆锥滚子轴承推力球轴承
深沟球轴承角接触球轴承
圆柱滚子轴承滚针轴承
图3.1常用的滚动轴承
我国机械工业中常用滚动轴承的类型和特性,见表3.1和图3.1。
第四章滚动轴承的代号
滚动轴承代号是用字母加数字来表示轴承结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征的产品符号。
国家标准GB/T272-93规定轴承的代号由三部分组成:
前置代号、基本代号、后置代号。
基本代号是轴承代号的基础。
前置代号和后置代号都是轴承代号的补充,只有在遇到对轴承结构、形状、材料、公差等级、技术要求等有特殊要求时才使用,一般情况可部分或全部省略。
4.1基本代号
基本代号左起第一位为类型代号,用数字或字母表示。
当宽度系列代号为0时,大数轴承不标出,但圆锥滚子轴承调心滚子轴承的宽度系列代号0应标出。
前置代号
基本代号
后置代号
轴承分部件代号
内部结构代号
密封与防尘结构代号
保持架及其材料代号
公差等级代号
游隙代号
类型代号
尺寸系列代号
内径系列代号
宽(高)度系列代号
直径系列代号
表4.1滚动轴承代号的排列顺序
尺寸
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
宽度系列
﹍
特窄
﹍
窄
正常
宽
特宽
直径系列
超特轻
超轻
特轻
轻
中
重
﹍﹍
表4.2尺寸系列代号
基本代号左起第一位为类型代号,用数字或字母表示。
当宽度系列代号为0时,大数轴承不标出,但圆锥滚子轴承调心滚子轴承的宽度系列代号0应标出。
尺寸系列代号由轴承的宽(高)度系列代号(基本代号左起第二位)和直径系列代号(基本代号左起第三位)组合而成。
轴承常用尺寸系列代号如表4.2。
内径代号(基本系列代号左起第四、五位数字)表示轴承公称内径尺寸。
内径尺寸系列代号
00
01
02
03
04~99
轴承的内径尺寸/mm
10
12
15
17
数字×5
表4.3轴承的内径尺寸系列代号表
4.2前置代号
滚动轴承的前置代号用于表示轴承的分部件,用字母表示。
4.3后置代号
滚动轴承的后置代号使用字母和数字等表示轴承的结构、公差及材料等的特殊要求。
后置代号可分为:
1.内部结构代号
内部结构代号表示同一类型轴承的不同内部结构,用字母紧跟基本代号表示。
2.公差等级代号
轴承的公差等级分为2级、4级、5级、6级、6x级和0级,共6个级别,依次由高级到低级,其代号分别为/P2、/P4、/P5、/P6、/P6x和/P0。
其中0级为普通级,在轴承代号中不标注;6x级仅适用圆锥滚子轴承。
3.游隙代号
常用轴承径向游隙系列分为1组、2在、0组、3组、4组和5组,共六个组别,径向游隙依次由小到大。
0组游隙是基本游隙组别,常被优先采用,在轴承代号中不标出。
其余的游戏组别在轴承代号中分别用/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。
公差等级和游隙代号同时表示时,符号C可以省略。
第五章滚动轴承常见故障
滚动轴承的故障现象一般表现为两种,一是轴承安装部位温度过高,二是轴承运转中有噪音。
1.轴承温度过高
在机构运转时,安装轴承的部位允许有一定的温度,当用手抚摸机构外壳时,应以不感觉烫手为正常,反之则表明轴承温度过高。
轴承温度过高的原因有:
润滑油质量不符合要求或变质,润滑油粘度过高;机构装配过紧(间隙不足);轴承装配过紧;轴承座圈在轴上或壳内转动;负荷过大;轴承保持架或滚动体碎裂等。
2.轴承噪音
滚动轴承在工作中允许有轻微的运转响声,如果响声过大或有不正常的噪音或撞击声,则表明轴承有故障。
滚动轴承产生噪音的原因比较复杂,其一是轴承内、外圈配合表面磨损。
由于这种磨损,破坏了轴承与壳体、轴承与轴的配合关系,导致轴线偏离了正确的位置,在轴在高速运动时产生异响。
当轴承疲劳时,其表面金属剥落,也会使轴承径向间隙增大产生异响。
此外,轴承润滑不足,形成干摩擦,以及轴承破碎等都会产生异常的声响。
轴承磨损松旷后,保持架松动损坏,也会产生异响。
3.轴承磨损
滚动轴承磨损是轴使用过程中常见的设备问题,主是由轴的金属特性造成的:
金属虽然硬度高,但是退让性差(变形后无法复原)、抗冲击性能差、抗疲劳性能差,因此容易造成粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、微动磨损等。
大部分的轴类磨损不易察觉,只有出现机器高温、跳动幅度大、异响等情况时,才会引起察觉,但是到人们发觉时,大部分滚动轴都已磨损,从而造成机器停机。
第六章滚动轴承的失效形式
根据工作情况,滚动轴承的失效形式主要有以下几种:
6.1疲劳点蚀
滚动轴承工作过程中,滚动体和内、外圈滚道分别受到脉动循环变应力的作用,在载荷的反复作用下,首先在表面下一定深度出产生疲劳裂纹,继而扩展到接触表面,形成疲劳点蚀,使轴承不能正常工作。
通常,疲劳点蚀是滚动轴承的最主要失效形式。
6.2塑性变形
当轴承转速很低或间歇摆动时,一般不会产生疲劳破坏。
但在很大的静载荷或冲击载荷下,会使轴承滚道和滚动体产生永久变形,而使轴承在运转中产生剧烈震动和噪声,运转精度下降,以致轴承不能正常工作。
6.3磨损
由于润滑不充分、密封不好或润滑油不清洁,以及工作环境多尘,一些金属屑和磨粒性灰尘进入轴承的工作部位,轴承将会发生严重的磨损,导致轴承内、外圈与滚动体间的间隙增大、振动加剧及旋转精度降低而报废。
6.4胶合
通常在滚动体和套圈之间,特别是滚动体和保持架之间有滑动磨檫,如果润滑不充分,发热严重时,可能使滚动体回火,甚至产生胶合现象。
转速越高,发热越大,发生胶合的可能性就越高。
其他的还有锈蚀、点腐蚀和由于操作、维护不当而引起的元件破裂等失效形式。
如图6.1为常见的轴承失效形势。
疲劳点蚀塑性变形
磨损裂纹
图6.1轴承中常见的几种失效形式
第七章轴承寿命
7.1轴承的寿命
单个轴承的一个套圈和滚动体的材料出现在第一个疲劳扩展迹象前,一个套圈相对于另一套圈的总转速,或在某一转速下的工作小时数,称为轴承的寿命。
由于制
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