滚动轴承失效和破坏形式
轴承钢具有的八大基本性能

轴承钢具有高的耐磨性、高的接触疲劳强度、高的弹性极限、适宜的硬度、良好的工艺性能、良好的防锈性能、一定的冲击韧性和良好的尺寸稳定性等八大基本性能。
一、高的耐磨性。
滚动轴承正常工作时不但发生滚动摩擦外,还伴有滑动摩擦。
发生滑动摩擦的主要部位是滚动体与滚道之间的接触面、滚动体和保持架兜孔之间的接触面、保持架和套圈引导挡边之间以及滚子端面与套圈引导挡边之间等。
如果轴承钢的耐磨性差,滚动轴承便会因磨损而过早地丧失精度或因旋转精度下降而使轴承振动增加、寿命降低。
二、高的接触疲劳强度。
接触疲劳破坏是轴承正常破坏的主要形式。
滚动轴承运转时滚动体在轴承内、外圈的滚道间滚动,其接触部分承受周期性交变载荷,多者每分钟可达数十万次,在周期性交变应力的反复作用下,接触表面出现疲劳剥落。
滚动轴承开始出现剥落后便会引起轴承振动、噪音增大工作温度急剧上升,致使轴承最终损坏,这种破坏形式称为接触疲劳破坏。
三、高的弹性极限。
滚动轴承工作时由于滚动体与套圈滚道之间接触面积很小,轴承在承受载荷时,特别是在承受较大载荷的情况下接触表面的接触压力很大。
为了防止在高接触应力下发生过大的塑性变形,使轴承精度丧失或发生表面裂纹,因此要求轴承钢应具有高的弹性极限。
四、适宜的硬度。
硬度是滚动轴承的重要指标之一。
它与材料接触疲劳强度、耐磨性、弹性极限有着密切的关系,直接影响着滚动轴承的寿命,轴承的硬度通常要根据轴承承受载荷的方式和大小、轴承尺寸和壁厚的总体情况来决定。
滚动轴承用钢的硬度要适宜,过大或过小都将影响轴承使用寿命。
众所周知,滚动轴承的主要失效形式是接触疲劳破坏,以及由于耐磨性差或尺寸不稳定而使轴承精度丧失;轴承零件如果缺乏一定的韧性,在承受较大冲击载荷时又会由于发生脆断而导致轴承的破坏。
所以,一定要根据轴承的具体情况和破坏的方式来确定轴承的硬度。
对于由于疲劳剥落或耐磨性差使轴承精度丧失的情况,轴承零件应选用较高的硬度;对于承受较大冲击载荷的轴承(例如轧机:轴承、铁路轴承和一些汽车轴承等),应适当降低硬度以提高轴承的韧性是十分必要的。
高等教育出版社第16章 机械设计基础第五版滚动轴承

计算准则: 一般轴承 —疲劳寿命计算(针对点蚀) 静强度计算
低速或摆动轴承 —只进行静强度计算
高速轴承 —进行疲劳寿命计算、校验极限转速。
二、轴承寿命
轴承的寿命:轴承的一个套圈或滚动体材料出现第 一个疲劳扩展迹象前,一个套圈相对 于另一个套圈的总转数,或在某一转 速下的工作小时数。
由于制造精度、材料的差异,即使是同样的材 料、同样的尺寸以及同一批生产出来的轴承,在完 全相同的条件下工作,它们的寿命也不相同,也会 产生和大得差异,甚至相差达到几十倍。 一个具体的轴承很难预知其确切的寿命,但 试验表明,轴承的可靠性与寿命之间有如P278图 16-6的关系曲线。
如图所示,有两种 受力情况:
(1)若FA+FS2>FS1
由于轴向固定,轴不能向右 移动,即轴承1被压紧,由力 的平衡条件得: FA
O1
O2
轴承1(压紧端)承受的轴向载荷为:
Fa1 FA Fs 2
轴承2(放松端)承受的轴向载荷为:
Fa 2 FS 2
(1)若FA+FS2<FS1
即FS1-FA>FS2,则轴承2被压紧,由力的平衡 条件得: 轴承1(放松端)承受的轴向载荷:
N
三、当量动载荷的计算
滚动轴承的基本额定动载荷是在一定的试验 向心轴承是指轴承受纯径向载荷, 条件下确定的。
推力轴承是指承受中心轴向载荷。
如果作用在轴上的实际载荷既有径向载荷, 又有轴向载荷,则必须将实际载荷换算成与试验 条件相当的载荷后,才能和基本额定动载荷进行 比较。换算后的载荷是一种假定的载荷,故称为 当量动载荷: 径向载荷 轴向载荷
图a所示的为外圈宽边相对(背对背)安装, 称为反装。图b的为外圈窄边相对(面对面)安装, 称为正装。
第十三章 滚动轴承

′
基本额定动载荷: 基本额定动载荷:额定寿命为106转时轴承所能承受的载荷。 常用字母C(Cr、Ca)表示。 注意,对向心轴承,额定动载荷Cr指的是载荷的径向 分量;对推力轴承,额定动载荷Ca指的是中心轴向载荷。
角接触球轴承和圆锥滚子轴承——指引起套圈间产生 纯径向位移时载荷的径向分量(只有半圈滚动体受载)
三. 轴承的调心性能
内外圈相对偏转一定角度仍可正常运转
轴工作时弯曲变形较大或 轴的跨距较大、支承刚度差、 轴承座孔不同心、多支点时应 采用调心性能好的轴承。
2~3° 8~16'
2~4'
圆柱滚子轴承和滚针轴承对轴承的偏斜最为敏感,在轴的刚 度和轴承座孔的支承刚度较低时,应避免使用。
六. 对轴承尺寸的限制
宽度系列 一般选正常系列 代号 0
选择轴承类型
校核计算
§13-4 滚动轴承的工作情况
一. 滚动轴承工作时轴承元件上的载荷分布 由于游隙及各元件的弹性变形…….。 以向心轴承为例 承载区 非承载区 载荷 轴向力:由滚动体平均分担 径向载荷: 承载区 180
游隙 影响 受载滚动 弹性变形量 体的数目 受最大径向载荷的滚动体负载为:
圆柱滚子轴承(N类)
特点: 1、有较大的径向承载能力; 2、外圈(或内圈可分离, 不能承受轴向载荷); 3、有内圈无挡边,外圈无挡边 内圈单挡边等多种形式; 4、价格比2
圆柱滚子轴承(N)
N外圈无挡边 NU内圈无挡边
推力球轴承(5)
特点: 1、只能承受双向轴向载荷; 2、内径稍小的叫“紧圈”、 “轴圈”,内径稍大的叫 “松圈”、“座圈”; 3、高速时离心力大,钢球与保持架磨损,发 热严重,故极限转速很低; 4、价格比1.1 1.8
轴承故障诊断与分析

轴承故障诊断与分析
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主要内容
1 2 3 4
轴承相关简介 滚动轴承故障诊断与分析 滑动轴承故障诊断与分析
参考文献
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轴承(Bearing)是机械中的固定机件。当其他机件在轴上彼此产生 相对运动时,用来保持轴的中心位置及控制该运动的机件,就称之为 轴承。轴承是各种机电设备中的重要组成部件,在各个机械部门有着 广泛的应用。
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小波包分析
小波包分析(Wavelet Packet Analysis) 是一种比小波分析更精细的分析方 法,它将频带进行多层次划分,并对小波变换中没有细分的高频部分做进一步 分解,从而提高时频分辨率。 小波包分解是一种分解更为精细的分解方法,它不仅对低频段部分进行分解, 而且对高频段部分也进行分解,并能根据分析信号的特征,自适应地选择相应 的频带,使之与信号频谱相匹配,从而提高时频分辨率。因此,小波包分析可以 提取振动信号中能量突出的频带,分析其频率特征,找出故障产生的根源。
故 障 诊 断 技 术
时频域分析 光纤诊断分析 油液诊断分析 轴承润滑状态监测诊断法 声学诊断分析(基于声发射)
热诊断(热成像诊断和温度诊断)
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基于振动信号诊断技术及分析
基于振动信号的诊断技术能够诊断大多数滚动轴 承故障,其优点是可在运动中测得轴承信号。目 前国内外开发生产的各种滚动轴承故障诊断与监 测仪器大都是根据振动法的原理制成的。 步骤:
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小波变换
小波变换是时间(空间)频率的局部化分析,它通过伸缩平 移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细化,最终达到高频 处时间细分,低频处频率细分,能自动适应时频信号分析 的要求,从而可聚焦到信号的任意细节,有人把小波变换 称为“数学显微镜”。 小波分析是调和分析的重大突破。它继承和发展了Gobor 变换的局部化思想,同时又克服了窗口大小不随频率变化、 缺乏离散正交基的缺点,不仅是比较理想的局部频谱分析 工具,而且在时域也具有良好的局域性。通过小波分解能 够把任何信号(平稳或非平稳)映射到由一个小波伸缩、平 移而成的一组基函数上,在通频范围内得到分布在各个不 同频道内的分解序列,其信息量是完整的。
滚动轴承寿命校核

70000B(=40°) Fd=1.14Fr
2
Fa1 C0
1005.05 20000
0.0503
Fa 2 C0
605.05 20000
0.0303
由表2进行插值计算,得e1=0.422,e2=0.401。再计算
5、应用
例 设某支撑根据工作条件决定选用深沟球轴承。轴承径向载
荷Fr=5500N,轴向载荷Fa=2700N,轴承转速n=1250r/min,装轴
承处的轴颈直径可在50~60mm范围内选择,运转时有轻微冲击,
预期计算寿命Lh’=5000h。试选择其轴承型号。
解
1. 求比值
Fa Fr
2700 5500
产生派生轴向力的原因:承载区内每个滚动体的反力 都是沿滚动体与套圈接触点的法线方向传递的。
轴承安装不同时,产生的派生轴向力也不同。
工作情况2
派生力的方向总是由轴承宽度中点指向轴承载荷 中心。
S的方向:沿轴线由轴承外圈的宽边→窄边。
轴承所受总载荷的作用线与轴承轴心线的交点 , 即 为轴承载荷中心(支反力的作用点)。
4、滚动轴承寿命的计算公式
4.1 轴承的载荷-寿命曲线
如右图所示曲线是在
大量试验研究基础上得出
的代号为6208轴承的载荷寿命曲线。其它型号的轴
承也有与上述曲线的函数
规律完全一样的载荷-寿命
曲线。
该曲线公式表示为:
轴承的载荷-寿命曲线
L10
(C P
)(106 转)
式中,L10的单位为106r。 P为当量动载荷(N)。
角接触球轴承及圆锥滚子轴承的派生轴向力的大小取 决于该轴承所受的径向载荷和轴承结构,按下表计算。
§13-4 滚动轴承的寿命计算
滚动轴承的故障诊断PPT演示课件

诊断
磨屑
好 有 无 好 好 好 有 好 有 有 不可
方法
轴承间隙
无 无 无 好 好 有 无 无 无 无 不可
油膜电阻
无 无 无 好 好 好 好 有 无 无 可
滚动轴承故障诊断
15
各种诊断方法的灵敏度
故
障
信
号 强 度
振
动
缺 陷 故 障 界
分 析 灵 敏 度
限
噪 声
灵 敏 度
测 温 分 析
分
缺
析
陷
灵
灾
轴承内部有锈蚀
滚动轴承故障诊断
7
轴承失效形式—点蚀
▪ 现象: 滚道面或滚动体表面 上有小坑和片状剥落
▪ 原因: 载荷过大 润滑不良 预载过大 间隙过小
滚动轴承故障诊断
8
轴承失效形式—压痕
▪ 现象: 滚道面上有滚动体的压痕
▪ 原因: 装配不当 静载荷过大 冲击载荷过大 异物侵入
滚动轴承故障诊断
9
轴承失效形式—烧伤、胶合
定义
Sf
xrm s x
Cf
xm ax xrm s
If
xm ax x
CL f
xm a x xr
Kv xr4ms
敏感性
差 一般 较好 好 好
稳定性
好 一般 一般 一般 差
表中:x -平均幅值, xr-方根幅值, -峭度
滚动轴承故障诊断
25
峰值指标用于轴承诊断
峰值指标Cf不受振动信号绝对大小的影响,适用于检测 滚动面剥落与裂纹等故障,但不适于检测磨损。
▪ 现象: 滚道面变色、软化、 熔合
▪ 原因: 转速过高 润滑不良 装配不当
滚动轴承故障诊断
第9章滚动轴承

第二节 常用滚动轴承类型、代号及选择
角接触球轴承
类型代号:70000C/AC/B
尺寸系列代号: 19、(1)0、(0)2、 (0)3、(0)4、
特点:可承受径向载荷 和单向轴向载荷。
第二节 常用滚动轴承类型、代号及选择 推力圆柱滚子轴承
类型代号:80000 尺寸系列代号: 11、12 特点:只能承受单向轴向 载荷。要求轴刚度大。
转化原则 寿命相同
计算寿命时条件不 同,不方便比较
第四节 滚动轴承寿命计算
当量动载荷 1.仅能承受径向载荷的轴承 圆柱滚子轴承(N0000型) 和滚针轴承(NA0000型) 2.仅能承受轴向载荷的推力轴承 推力球轴承(51000、52000型) 推力圆柱滚子轴承(80000型) 径向载荷
PR
轴向载荷
第二节 常用滚动轴承类型、代号及选择 双列深沟球轴承
类型代号:40000 尺寸系列代号: 2(2) (2)3 特点:可同时承受径向载 荷和双向轴向载荷,比 深沟球轴承承载能力大。
第二节 常用滚动轴承类型、代号及选择 推力球轴承
类型代号:50000 尺寸系列代号:11、12、 13、14 特点:只能承受单方向的 轴向载荷,极限转速较低。
(3)调心性能
轴承座孔不平行 调心轴承
非调心轴承
非调心轴承
轴承座孔不同轴 调心轴承 轴挠曲变形 非调心轴承 调心轴承
第二节 常用滚动轴承类型、代号及选择
(4)轴承的安装和拆卸 无内圈
第二节 常用滚动轴承类型、代号及选择
2. 尺寸选择
类型——类型代号,根据载荷的大小、性质选取
内径——内径代号,根据轴径选取
第九章 滚动轴承
第一节 概述 第二节 常用滚动轴承的类型、代号及选择 第三节 滚动轴承内部载荷分布及失效分析
机械设计基础滚动轴承

较高 低
2’~4’ 不允许
能承受较大旳径向。因 线性接触,内外圈只允 许有小旳相对偏转。除U 构造外,还有内圈无挡 边(NU)、外圈单挡边 (NF)、内圈单挡边(NJ)等 型式
只能承受径向载荷。承 载能力大,径向尺寸特 小。一般无保持架,因 而滚针间有摩擦,极限 转速低。
几点阐明:因为构造不同,各类轴承旳使用性能也不相同,现阐明如下。
设计:潘存云
主要承受径向载荷,
同步也能承受少许
中
轴向载荷。因为外
2˚ ~3˚ 滚道表面是以轴承
中点为中心旳球面,
故能调心。
表16-2 滚动轴承旳主要类型和特征(续)
轴承名称、 类型及代号
构造简图 承载方向 极限转速 允许角偏差
主要特征和应用
调心滚 子轴承 20230C
设计:潘存云
能承受很大旳径向载荷
前置代号
基本代号共5位
( 成套轴承分 部件代号
0
)
类
尺寸系列代号
型
宽(高)度 直径系列
代 系列代号 代号
号
后置代号 或加
注:
代表字母;
代表数字
1. 前置代号----成套轴承分部件代号。 是轴承代号旳基础,有三项 2. 基本代号:表达轴承旳基本类型、构造和尺寸。
类型代号 ----左起第一位,为0(双列角接触球轴承) 则省略。
6 2 2 03
轴承内径 d=17 mm 直径系列代号,2(轻)系列 宽度系列代号,2(宽)系列 深沟球轴承 7 (0) 3 12 AC / P6
公差等级6级 公称接触角 α=25˚ 轴承内径 d=12×5=60 mm 直径系列代号,3(中)系列 宽度系列代号,0(窄)系列,代号为0,不标出 角接触球轴承
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5、发现轴承的异常情况,无论何时,无论什么原因,均可第一时 间通知准备作业区负责人或预装班长,要求其到 4.保持架断裂 (1)内圈与轴过盈配合,所以会减小径向游隙。 (2)如果内圈滚道比外滚道的温度高,那么径向游隙也会减小。 (3)如果完全没有径向游隙,保持架与滚动体之间的载荷会过大,从而使保持 架断裂。 (4)轴承运行过度倾斜也会使保持架断裂。
5.滚动接触面点蚀或压痕造成的早期失效。 (1)点蚀:腐蚀点或凹坑会造成滚动接触表面光滑性的中断,这样会加剧摩擦 ,造成显著升温。 (2)击蚀 轴承运转时突发的冲击载荷或停转时重负荷会引起击蚀,它是一种塑性变形。 例如压痕,它典型地分布在滚动体圆周间隙上。 (3)轴承滚道的摩擦腐蚀在装配或搬运环节的震动造成,比击蚀的痕迹宽。 (4)电流通过轴承造成的腐蚀。 (5)硬颗粒杂质造成的压痕。
滚动轴承失效和破坏形式
目录
一、滚动轴承成功运转的条件 二、轴承的失效类型 三、轴承的检查 四、现场点检 五、轴承烧损的判断方法
一、滚动轴承成功运转的条件
1.选型正确 2.润滑系统设计合理(油脂厚度足以使滚动接触面适当分离,油供应充 足)。 3.滚动体与保持架、保持架与轴承套圈之间润滑充分。 4.运转速度与润滑方法一致,防止温度过高。 5.防止污染物进入轴承。 6.安装正确。
8.表面初始疲劳 滚动接触面在反复的引起疲劳强度的循环压力作用下,表面将产生疲劳裂纹, 裂纹扩张后,在表面上产生一个大的凹坑或剥落,它的特征是: 深度相对较浅。 起始于接触尾部边缘。 可以辨识。
1.内圈 2.外圈 3.保持架 4.滚动体 5.油脂 6.转动
三、轴承的检查
1.温度 2.响声 3.气味 4.挡环 5.迷宫
2、发现轴承座异常,可用手背触摸轴承座,如感到烫手, 且与其它轴承座相比温度明显升高,可判断为轴承烧损,须 注意的是:①夏季由于环境温度偏高,许多机架轴承座温度 较高(最高可达60-70℃),所以参照物选择很重要。②用手 触摸时应注意安全,防止机械伤害等。
3、发现某一机架电流升高,可先择机停轧,轧机停稳后,再起机, 若空载电流明显高于空载额定电流,说明该机架有异常情况,若伴有 轴承座冒烟、温度偏高、响声异常,可判定为轴承烧损,若无上述现 象,应通知电工检查。
三、现场点检
五、轴承烧损的判断方法
实际工作中,经常出现轴承冒烟后换辊,但轧机打开后轴 承实际完好的情况,为避免不必要的换辊,提高作业率,特 提供几点判断轴承烧损的方法,以供参考。
1、轴承座冒烟或磨擦出火星,可先用水冲淋,5分钟内若 不再冒烟或出现火星且无其它异常现象,多为密封圈或迷 宫在磨擦,亦有可能为油脂与氧化铁皮等杂物混在一起与传 动部位磨擦,这种情况多发生于上线不久的轧机或振动较大 的轧机上。
二、轴承的失效类型
1.润滑失误引起的失效。 (1)供油中断。 (2)热不平衡。 ①如果轴承内、外滚道之间的温度失衡,会使载荷增加,引起摩擦和 温升。 ②润滑膜厚度不能充分隔离接触面,引起高摩擦。 ③润滑剂氧化和退化,引起摩擦发热。 ④轴承零件温度增加,会使材料硬度、弹性降低,导致塑性变形。
2.微振磨损造成轴承套圈破坏。 (1)内圈与轴过盈配合。 (2)滚动体在内圈上运动,使内圈相对于轴有很小的间歇式运动。 (3)过盈配合要阻止这种运动,就出现了微振磨损。 (4)微振磨损是相对运动表现的一种化学侵蚀,它会去除局部的材料。
6.磨损 定义:零件粗糙表面在高拖动力作用下以颗粒脱落形式出现的材料转移。 磨损的结果:滚动接触面几何精度的不断伤失和轴承性能的逐渐退化。 例:变形增大、磨损和温度升高,振动加剧。 7.微剥蚀 定义:零件粗造表面在高法向力作用下,引起表面材料的塑性流动。 它是在纯滚动下发生的,即不存在滑动。 它是表面损坏的严重形式