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圓柱滾子軸承多用于中型機(jī)械當(dāng)中，其使用過程中，圓柱滾子軸承套圈斷裂事故也是常見的一種問題之一。下面本公司簡稱分享出圓柱滾子軸承套圈斷裂的原因，主要是看圖介紹軸承套圈斷裂分析具體情況。
一、圖文介紹圓柱滾子軸承套圈斷裂的一些宏觀原因：
1、如圖1所示，圓柱滾子軸承套圈外壁均有嚴(yán)重點(diǎn)蝕及擠壓變形。
圖1 外壁疲勞點(diǎn)蝕及變形
2、如圖2、圖3所示，圓柱滾子軸承套圈斷口有橫向斷口和縱向斷口。由斷口形貌可知(見圖2、圖3中箭頭所指)，開裂均從外壁開始，擴(kuò)展至內(nèi)壁處撕裂，且開裂處均位于外壁疲勞點(diǎn)蝕或脫落處，在圖3所示碎片的疲勞剝落處，外壁上也發(fā)現(xiàn)大面積點(diǎn)蝕。由此可知，接觸應(yīng)力過大造成的疲勞點(diǎn)蝕及脫落，可能是軸承套圈開裂的源點(diǎn)。此外，擋邊處由于受到軸向的推力，加上加工的退刀槽較深，應(yīng)力集中較大，也極易在擋邊處斷裂。
圖2 橫向斷口
圖3 縱向斷口
3、如圖4所示，在1只碎片上發(fā)現(xiàn)一處宏觀裂紋，此裂紋為表層裂紋，是接觸應(yīng)力產(chǎn)生的疲勞裂紋，是疲勞脫落的前兆。試驗(yàn)中，我們采用金相切割機(jī)在軸承套圈碎片上切割取樣時，由于震動及外來的沖擊載荷，使得部分碎片進(jìn)一步破裂或出現(xiàn)裂紋，破裂或出現(xiàn)裂紋的地方位于擋邊處，這說明材料硬而脆，抗沖擊性能差，擋邊處由于結(jié)構(gòu)應(yīng)力大，更容易破裂。
圖4 碎片上的縱向淺表裂紋
4、如圖5所示，在圓柱滾子軸承套圈內(nèi)表面也發(fā)現(xiàn)多處磨損溝槽及剝落塊，還有宏觀可見的裂紋。這說明軸承套圈與軸有相對的滑動摩擦。按照軸承的工作原理，軸承套圈應(yīng)與軸過盈配合，軸轉(zhuǎn)動時，軸承套圈與軸一起轉(zhuǎn)動，滾柱在軸承套圈與外圈之間滾動，以減少軸的震動。如果軸與軸承套圈之間的間隙過大，軸與軸承套圈出現(xiàn)相對滑動摩擦，會造成滾柱不能正常滾動，套圈直接承受很大的接觸應(yīng)力，軸承超載工作，導(dǎo)致疲勞點(diǎn)蝕和疲勞脫落。
圖5 軸承套圈內(nèi)表面的磨損溝槽、剝落及宏觀裂紋
二、損壞軸承疲勞損壞分析
1、疲勞點(diǎn)蝕及疲勞脫落
對于高副(即高壓強(qiáng))接觸的機(jī)械零件，理論上是點(diǎn)、線接觸，但實(shí)際上在載荷作用下材料發(fā)生彈性變形后，理論上的點(diǎn)、線接觸變成了很小的面接觸，在接觸處局部會產(chǎn)生很高的應(yīng)力，這樣的應(yīng)力稱為表面接觸應(yīng)力。實(shí)際中的高副零件所受的接觸應(yīng)力都是循環(huán)變化的，在接觸循環(huán)應(yīng)力作用下，首先在金屬表面上形成很小的微裂紋，之后裂紋沿著與表面成銳角的方向發(fā)展，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定深度后，又越出零件表面，最后有小片的金屬剝落下來，在零件的表面形成小坑，這種現(xiàn)象稱為疲勞點(diǎn)蝕(簡稱點(diǎn)蝕)。點(diǎn)蝕是接觸應(yīng)力作用下的失效形式，屬于疲勞破壞。軸承發(fā)生點(diǎn)蝕破壞后，在運(yùn)轉(zhuǎn)時通常會出現(xiàn)較強(qiáng)的振動噪聲和發(fā)熱現(xiàn)象。
圓柱滾子軸承套圈和滾動體表面的疲勞點(diǎn)蝕是滾動軸承的一種最基本和常見的失效形式，也是通常作為滾動軸承壽命計(jì)算的依據(jù)。當(dāng)接觸應(yīng)力很大時，金屬表面可能會形成宏觀可見的裂紋，使得大片金屬剝落，也就是疲勞脫落。根據(jù)宏觀檢查的結(jié)果來看，套圈表面點(diǎn)蝕及脫落現(xiàn)象嚴(yán)重(見圖1)，屬于使用壽命內(nèi)提前失效(僅7個月)。
2、疲勞點(diǎn)蝕及疲勞脫落對套圈開裂的影響
從宏觀分析可知，除了靠近擋圈處的斷口外，大部分的斷口自由表面的位置均伴隨著疲勞點(diǎn)蝕和疲勞脫落，點(diǎn)蝕和脫落處正好為斷口的斷裂源位置(見圖3、圖4)，說明套圈的脆性斷裂與疲勞點(diǎn)蝕和脫落存在內(nèi)在的聯(lián)系。點(diǎn)蝕處橫斷面微觀觀察發(fā)現(xiàn)的微裂紋和宏觀發(fā)現(xiàn)的表層裂紋(見圖4)在造成點(diǎn)蝕和剝落的同時，使套圈的有效承載面積大大減少，也可能成為斷裂源，在振動的作用下致使套圈脆性斷裂。
三、結(jié)論
圓柱滾子軸承套圈疲勞點(diǎn)蝕及脫落是導(dǎo)致軸承套圈斷裂的直接原因。宏觀分析得知套圈表面變形嚴(yán)重且出現(xiàn)疲勞脫落，表明套圈接觸應(yīng)力過大，這就是套圈加速疲勞的原因，那是什么導(dǎo)致了套圈的接觸應(yīng)力過大呢？宏觀檢查發(fā)現(xiàn)軸承套圈內(nèi)壁有多處不同于點(diǎn)蝕的尖銳磨痕及剝落(見圖5)，個別位置還發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋。這說明軸與軸承內(nèi)圈之間的間隙過大，出現(xiàn)相對滑動摩擦，造成滾柱不能正常滾動，內(nèi)圈直接承受很大的接觸應(yīng)力，軸承超載工作，導(dǎo)致疲勞點(diǎn)蝕和疲勞脫落。因此軸承內(nèi)圈與軸裝配不良(應(yīng)過盈配合)、軸承間隙過大是套圈斷裂的根本原因。
此外，在用切割片對損壞軸承試樣進(jìn)行加工的過程中，碎片進(jìn)一步出現(xiàn)斷裂和裂紋，說明淬火后的軸承鋼抗沖擊及振動性能較差。據(jù)了解，機(jī)械在運(yùn)行過程中承受一定的沖擊載荷，因此也不能排除由于沖擊造成套圈斷裂的可能。
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