摘要：轴承的失效分析是提高轴承可靠性系统中的重要环节，越来越多的研究人员涉及这个新的跨学科技术领域。文章以生命期阶段划分的视角，用失效滑动轴承样本为对象进行分析，发现了设计、制造、使用3个阶段和材料对滑动轴承失效的相关影响因素，并试图逐步建立滑动轴承失效影响因素全集，为改善滑动轴承的生命期质量提出了建议
关键词：滑动轴承；生命期；早期失效；影响因素；影响机制
前言：旋转机械多用滑动轴承，轴承失效轻要停机维修，重则造成机器损毁甚至重大事故。轴承失效后简单地更换并不能排除再次失效的风险，需要分析失效成因并加以改进。就个体看，轴承失效原因千差万别，但失效样本数较多时，就能发现实际存在的轴承失效影响因素集。寻求全集的意义在于建立轴承生命期质量概念，通过遍历全集中的元素，达到主动改善轴承生命质量的目的，防止同因复现导致轴承失效。
为了建立轴承失效影响因素集，调查和分析了来自不同机械的大量失效轴承信息，发现了不同生命期阶段影响失效因素。失效轴承样本来自汽车、摩托车、船舶、飞机、发动机、电动机、轧钢机、压缩机、风机水泵、工程机械、机车车辆、港口装载、石油与矿山机械等多种设备，轴承服役环境和受载类型具有一定代表性。
一、轴承失效的原因
轴承失效的原因往往是多因素的，所有设计制造过程的影响因素都会与轴承的失效有关，一般可以从外来因素和内在因素两个方面来考虑和分析。
1.外来因素
外来因素也称为使用因素，主要是指安装调整，使用保养以及维护修理等方面是否符合规定的技术要求。
安装条件是使用因素中的首要因素之一，滑动轴承通常因为安装不合适而导致轴承各组成零件之间的受力状态不正常，在此状态下运转，滑动轴承将提早失效，因此应当根据安装使用、维护和保养的技术要求，对运转过程中轴承所承受的载荷、转速、工作温度、振动噪音和润滑条件进行监控和检查，发现问题应当立即检查。
此外，对润滑剂的质量和周围介质进行分析检验也很重要，正确使用润滑剂对于延长轴承的使用寿命至关重要。有研究表明：滚动轴承的寿命与载荷、油的活度以及润滑剂条件有关，而其增长可能是无限的，在良好的（厚油膜、高洁度）和恶劣的（薄油膜、有污垢）条件下工作的轴承，轴承寿命之比为400；1，由此可见，正确的润滑油对于轴承的使用是很重要的。找原因、重新进行调整.恢复正常运转。
2.内在因素
轴承要经过铸造、锻造、热处理、车削、磨削和装配等多种工序加工制造而成。各道工序加工工艺的合理性、先进性和稳定性都会影响到轴承的寿命和失效，尤其是直接影响成品轴承质量的热处理和磨削加工工艺，与轴承的失效有更直接的关系，近年来对轴承工作表面交质层的研究，能够说明磨削工艺和轴承工作表面质量密切相关。
轴承材料的冶金质量曾经是滚动轴承早期失效的主要影响因素，随着冶金技术的提高，原材料质量得到改善，原材料质量在轴承失效分析中所占的比重已经明显下降，但至今仍然是轴承失效的主要影响因素之一。要综合分析和找出造成轴承失效的主要影响因素，以便有针对性地提出改进措施，延长轴承的寿命，避免轴承突发性的早期失效，就要根据大量的背景材料、分析数据和失效形式，进行轴承的失效分析，由此可见，轴承的失效分析是提高轴承可靠性系统工程中的重要环节，既具有综合性又具有实用性。综合性体现在它的涉及面很广，包括产品的结构设计、机械制造工艺、材料的选用与冶金技术，以及摩擦学、腐蚀学、工程力学、断裂力学、金属物理和表面物理等广泛的学科领域和技术门类，失效分析技术必须依靠这些相关学科的发展而向前发展。而这些相关学科的发展又都与失效分析工作密切相关。
二、生命期各阶段影响轴承失效的因素
设计阶段影响轴承失效的因素以滚子轴承为例，失效轴承样本数据（表1）表明，设计阶段对轴承失效影响因素出现项次较多的分别是机器系统设计、轴承选材、保持架、托架、轴承座结构和轴承的原始径向游隙设计，前6项影响项次为34次，占总项次的82.9%。样本中轴承设计对自身失效影响因素有：选材、保持架、轴承游隙、滚子直径与长度滚子与挡边之间间隙和端面表面粗糙度，其影响项次约占设计阶段影响总项次的40%。
1.机器系统设计对轴承失效的影响
轴承失效样本分析表明，载荷类型、大小和平衡对轴承失效影响明显，轴系静动平衡设计（轴向推力、叶轮平衡）、高转速引起的惯性力、轧辊送进角、轴承间载荷分配不当、传动机构阻力过大等，都对轴承失效产生影响。机器轴系零部件由于制造、安装误差或结构原因，造成轴系重心偏移或惯性矩不为零，工作时不可避免要对轴承产生附加动反力，转速越高，惯性载荷越大，附加轴向力也越大，对轴承寿命影响就越大，是造成高速转子轴承过早失效的主因之一。因此，在设计时，对高速转子除要考虑主动力引起静反力，还要考虑附加动反力的影响；在制造安装时，必须进行动平衡试验，保证轴系动平衡。
某无扭轧机锥箱轴承失效，检测和计算结果表明，失效是因轴承外圈在工作时承受了过大载荷，在很短时间就产生大面积大块状接触疲劳剥落，随后引起滚道雪崩似的大面积损伤。根据失效分析结果，调整了轴承安装间隙，进一步控制轧钢温度，尤其是钢温均匀性，有效地防止了异常载荷和交变疲劳载荷的产生，轴承寿命得到了恢复性提高。
2.制造对轴承失效的影响因素
热处理工艺不当及质量不足影响轴承零件强度、韧性及耐磨性等，如淬火微裂纹、不良金属组织与组织不稳定、硬度低、氢脆、残余应力等，降低轴承使用寿命。
某起重机轴承先后发生钢球断裂和内圈内唇多裂源断裂，从内圈横截面上观察，心部未完全淬透，靠外区域组织为隐针状回火马氏体和针状回火马氏体，心部组织为粒状珠光体+隐针状回火马氏体，造成内圈内、外唇硬度高于心部。轴承内外圈碳化物为网状4级，而钢球碳化物呈带状。
某发动机轴承因GCrl5滚动体掉块失效，分析确定为非正常沿晶脆性断裂，试验结果表明，在900℃以上热处理时断口沿晶特征渐现，到1000℃就变为典型的沿晶断口，并伴随晶粒粗大化，证明滚动体掉块与其热处理时局部接触900℃以上高温有关。
3.使用阶段对轴承失效的影响因素
如表2所示，失效轴承样本中，使用阶段对轴承失效的影响因素前6项占总项次的80%。
结语：
机械产品要按照生命期质量目标设计，只有包括滚动轴承在内的基础零部件都实现生命期质量目标，产品生命期质量目标才可能实现。轴承生命期质量受多阶段多因素影响，建立和利用轴承失效影响因素集，为实现轴承生命期质量目标创造条件。逐步完善轴承失效影响因素集，并籍以修改和补充相关文献，引导机械工程技术人员建立具体而不只是抽象的轴承和机器产品生命期质量概念。
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论文作者:闫江
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/10
标签：轴承论文; 因素论文; 质量论文; 载荷论文; 生命论文; 阶段论文; 样本论文; 《基层建设》2017年第15期论文;