滾動軸承失效模式——開裂和斷裂
2025-12-06
軸承失效最好按照其失效的根本原因進行分類，但未必總是能夠很容易地將原因與特征(癥狀)或者失效機理與失效模式一一對應，大量相關的文獻也都證實了這一點(見參考文獻)。基于使用中可見的明顯特征外觀，GB/T 24611—2020/ISO 15243:2017將失效模式分為六大類和不同的小類(圖1)。
圖1 失效模式
開裂是當局部應力超過材料的抗拉強度極限時，裂紋將產生并擴展。
斷裂是裂紋完全擴展過零件的某個截面或擴展到一定程度使零件的一部分與原零件完全分離的結果。
（1）過載斷裂
由于超過材料抗拉強度的應力集中造成的，也可因局部應力過大(如沖擊)(見圖2)或因過盈配合過緊，如環向應力過高(見圖3)引起。
圖2 由裝配過程中沖擊載荷引起的圓錐滾子軸承內圈擋邊過載斷裂
注：由安裝過程中過緊的過盈配合（例如將錐孔內圈在錐軸上推得過遠)引起的斷裂。
圖3 調心滾子軸承內圈過載斷裂
（2）疲勞斷裂
在彎曲、拉伸、扭轉條件下，應力不斷超過疲勞強度極限就會產生疲勞開裂。裂紋先在應力集中處起源并逐步擴展到零件截面的某一部分，最終造成過載斷裂。疲勞斷裂主要發生在套圈(見圖4)和保持架上(見圖5)。
注：斷裂起源于靠近右側滾道，中心位于疲勞裂紋擴展留下的貝殼花樣中(外表面上的損傷為二次損傷且發生在套圈斷裂時)。
圖4 凸輪滾子外圈由彎曲引起的疲勞斷裂截面
圖5 推力滾針軸承保持架過梁疲勞斷裂
（3）熱裂
由滑動產生的高摩擦熱造成的，裂紋通常出現在垂直于滑動方向處(見圖6)。由于表面局部重新淬火以及高的殘余拉應力的形成這兩個因素的共同作用，因此，淬硬的鋼件通常對熱裂比較敏感。
圖6 圓錐滾子軸承內圈小端上的熱裂紋
失效原因及預防措施
斷裂
（1）過載斷裂
調心滾子軸承內圈的過載斷裂
失效原因
——由軸與內圈間溫差引起大的配合應力。
預防措施
——修正過盈量；
——檢查工況條件。
深溝球軸承內圈的過載斷裂
失效原因
——靜置期間靜態過載。
預防措施
——避免過載；
——使用更高靜態承載能力的軸承。
圓錐滾子軸承內圈大擋邊的過載斷裂
失效原因
——安裝時大的沖擊。
預防措施
——使用合適的安裝工具和程序。
疲勞斷裂
深溝球軸承保持架的疲勞斷裂
失效原因
——偏斜；
———由于內、外圈間偏斜安裝使軸承工作時非正常載荷作用于保持架上。
預防措施
——改善對中；
——改進安裝方法；
——選擇合適的保持架類型及材料。
圓錐滾子軸承內圈的疲勞斷裂
失效原因
——因為安裝時的沖擊，在表面缺陷處萌生裂紋；在與使用中軸向載荷變化相關的彎曲應力作用下，疲勞擴展。
預防措施
——小心安裝。
熱裂
圓柱滾子軸承外圈擋邊外側的熱裂
失效原因
———潤滑問題；
——保持架兜孔被磨穿，外圈引導的保持；
架與外圈擋邊發生嚴重摩擦,滑動產生過大的熱量，出現熱裂。
預防措施
——確保使用合適的潤滑(類型、黏度、劑量)；
——如有可能，使用滾子引導保持架。
圓錐滾子軸承內圈內徑面上的熱裂
失效原因
——內圈與軸的配合松動，摩擦產生高熱；
——內圈松配合，內圈內徑面與軸上軸承安裝部位之間的潤滑不良。
預防措施
——遵循軸承制造商給出的軸配合建議；
——確保松配合安裝在軸上的軸承的合適潤滑。
圓錐滾子軸承滾子大端面上的熱裂
失效原因
——在潤滑不良的狀態下，滾子大端面與內圈擋邊間滑動發熱。
預防措施
——改進潤滑；
——縮短潤滑周期。
總結
根據本標準包含的跡象，對軸承零件及相鄰部件進行可視檢測；假如經過這樣的初步調查不能得出軸承損傷或失效原因的相關結論及可能的預防措施，則建議求助于軸承制造商或可進行失效軸承分析的獨立實驗室，來討論進行進一步分析的必要性及相關性。
例如，使用以下列出的某些方法，對軸承的不同零件進行進一步的調查：
——對與損傷或失效相關的零件進行幾何測量，來檢驗尺寸、幾何形狀或表面精度是否可能發生變化；金屬零件的冶金調查，可用合適工具(光學顯微鏡或無損技術)或破壞性方法(如金相分析)對零件進行高倍檢測；
——有機物零件和(或)污染物的理化調查；
——在某些情況下，失效模式已經改變了某些零件的某些方面和(或)性能，以致不能確定其原始狀態。這時進行深入分析可能對調查不會帶來新的價值。
來源：軸承雜志社
（版權歸原作者或機構所有）
