滚动轴承故障及产生原因

滚动轴承故障及产生原因

张庭臣

国家石油天然气管网集团有限公司东北分公司  吉林省长春市  130013

轴承的功能在于支撑旋转部件并使其与相配合的零件保持适当的活动范围，使机器稳定运行。轴承发生故障可能使旋转部件发生位移，零部件间的位置变化导致间隙或大或小，运行时产生碰撞或挤压，产生高温、振动、异响，不及时处理则会造成零部件的损坏或轴承抱死。

轴承故障引起的后果很多，如引起零部件局部过热、轴承长期重负荷运行至滚珠或滚子损伤产生振动等。以上故障会引起机器与动力部分的同心度偏差加大，同心度的变化则又可能产生多个次生故障。

轴承大体分为两种类型：滚动轴承和滑动轴承。虽然两种类型轴承故障对泵和其性能影响是类似的，但是它们各自要求不同的处置和保养。本文探讨滚动轴承的润滑和故障产生的原因。

滚动轴承：滚动轴承基本上由内圈、外圈、一组滚珠或滚子以及保持架组成。内圈与轴配合与轴一起转动;外圈与轴承座配合将轴支撑。保持架能使滚珠或滚子相互隔开并均匀分布。

滚动轴承的主要优点是：

（1）初始成本低。

（2）运转维护周期相对较长，甚至不用维护。

（3）在相同负荷下，其轴承箱尺寸小于滑动轴承，具有价格优势。

（4）由于已实现标准和通用化，容易从多种渠道获得备用件。

（5）节能。由于其较小摩擦系，所以润滑剂更换频率相较滑动轴承低。事实上部分滚动轴承用自身封装的润滑剂润滑直到报废。另外低摩擦系数也使得滚动轴承相对滑动轴承减少了安装冷却系统。

滚动轴承的主要缺点：

（1）滚道、滚珠或滚子受到快速、间歇性的应力作用，易于疲劳损坏。

（2）大多数滚动轴承在装配与拆卸过程中需要采取特殊的预防措施和爱护。

（3）要特别注意润滑剂的量要准确合适（不能过多或过少）。

1. 滚动轴承润滑不良的后果

润滑不足会导致滚动轴承短时间老化。同样，润滑过度也会缩短轴承使用寿命。过量润滑导致轴承发热，使润滑剂的失效速度加快。这将导致轴承较早的出现故障。

润滑不当引起的故障表现为以下一种或几种方式：：

（1）轴承箱中润滑剂不足。

（2）润滑剂和轴承箱中有水。

（3）滚道滚珠或滚子变色。

（4）剥落，即一系列分布在滚道圆周方向的孤立的、不规则的凹痕。

（5）擦痕，即滚道上的丝状或弯或直的划痕。

（6）在极端情况，因缺少润滑产生的热量可能使滚珠或滚子焊在滚道上。

2. 润滑脂

润滑脂的优点是：

（1）即使轴是立式的或倾斜的，也不用复杂的壳体，润滑脂就可以留在轴       承上。

（2）某些钙基润滑脂具有防潮特性。当泵在潮湿环境中运行时，这种防潮特性能提供良好的润滑效果。

（3）某些锂基润滑脂具有抗腐蚀特性。

（4）硬的润滑脂能隔离硬物。

（5）混有高粘度油过滤后的润滑脂可使轴承较安静的运转。

（6）润滑脂相较润滑油更换频率低，根据设备的运行状况，更换润滑脂的频率是变化的。要实际情况，长时间的观察来决定润滑脂的最佳更换时间间隔。

     下面是润滑脂的主要缺点：

（1）使用润滑的轴承冷却效果较差。对特别高的转速和高负荷场合，由于摩擦产生大量的热，因此应该尽量减少使用润脂润滑。

（2）应用场合的不同对润滑脂的要求也有所不同，如随温度的变化对润滑脂粘度的要求也有变化。在低温度下，必须使用低粘度润滑脂。反之，在高温度下，通常使用高粘度润滑脂。因此，温度变化范围大的场合不适用润滑脂。

（3）一些润滑脂在低温时表现相对坚硬。特别是安装在户外的设备，在寒冷环境中启动的泵。这种低温特性不好的润滑脂可能容易损坏轴承。

（4）判断轴承内润滑脂的含量多少是很困难的。这就很容易引起轴承润滑不足或过度。

（5）在某些情况下，必须把轴承拆下，清洗掉原有的润滑脂，重新装配和装新的润滑脂。这就导致工作繁琐，可能会出现难以预料的问题。但是有些轴承箱配有放油塞时，通常就可以用预热到90~120℃的轻质油或变压器油冲洗掉原有的润滑脂。

3. 润滑油

润滑油的主要优点是：

（1）轴承箱上的视窗直观的反应了油位。

（2）油容易被冷却。设备在运转过程中，润滑油本身也作为轴承的冷却剂，在高速、大负荷和高环境温度的场合特别适用润滑油润滑。

（3）某些润滑油有很高的粘度系数，即它们的粘度很少随温度的变化而变化。这就使润滑油特别适用于温度很有可能变化明显的应用场合。

（4）更换润滑油相较于更换润滑脂容易得多。

（5）某些润滑油比润滑脂有较小的摩擦系数。这就使得润滑油更适合特大负荷和高转速。

     润滑油的主要缺点是：

（1）润滑油价格高使用成本高。

（2）与润滑脂相比，润滑油有较高更换频率。

（3）如果是立式泵，对于轴承箱的要求很高。

（4）与润滑脂相比，润滑油不太适合潮湿和腐蚀性工作环境。

4. 滚动轴承润滑规定

关于洁净度，正确选择润滑剂，防止干转等规定，滚动轴承和滑动轴承是相同的。但是，滚动轴承需要注意另外两点。

第一个是关于洁净度。滚动轴承相较于滑动轴承更容易隐藏污垢，这就需注意滚动轴承的清洗。第二个是有关滚动轴承润滑油的油量。如果润滑油量过多，轴承运转时容易发热。

5. 滚动轴承装配与拆卸

在滚动轴承装配和拆卸过程中，所要求的最重要的一个预防措施是洁净度。必须仔检查轴承和轴承座是否有污垢和其他杂物。如果轴承必须被拆下长时间放置，或者在有灰尘的环境中保存一段时间，就必须用蜡纸或无纺布保护起来。

滚动轴承通常与轴或轴承座有过盈配合面。当装配过盈面在轴上时，绝不应该在轴承外滚道上施加压力使之就位。类似地，应该注意确保滚道表面沿平行于轴或轴承座过盈配合面的方向移动。轴承安装过程中出现任何偏转都可能造成轴承圈和滚动元件的损坏。

有些轴承的结构是不对称的（如角接触球轴承），它们可以承受从一个方向施加的轴向负荷，但不能承受与此方向相反的负荷。当安装此类轴承时，应该确保承受负荷的方向与泵制造厂规定的方向一致。

6. 滚动轴承失效

     前面讨论了滚动轴承失效的部分原因。下面讨论另一些失效原因：

（1）润滑不足或不当可引起配对表面的损伤。润滑不足第一个迹象是滚动表面变色。如果在润滑不足情况下还允许轴承继续运转，表面损伤就迅速发展成与疲劳失效相差无几的失效。在损伤的更进一步发展阶段，出现表面剥落。

（2）轴承箱密封不严可能让污垢或水混入润滑油中，或者可能会让润滑油泄漏到轴承箱外面。

（3）疲劳可能是有径向或轴向载荷或两者同时作用引起的。径向载荷作用下，在旋转滚道中央，沿整个圆周将出现磨损痕迹。然而，静止滚道在承受载荷部位仅沿小部分圆周将出现磨损痕迹。在纯轴向载荷作用下，磨损痕迹出现在每个圆环的相对面上，并扩展到整个滚道表面上，但磨损痕迹的宽度是不变的。在轴向和径向载荷的联合作用下，静止圆圈上的的磨损痕迹的宽度在径向载荷分量方向是最宽的。

对于离心泵因疲劳而导致轴承过早失效的最常见原因是转速过高、负荷过大、吸入压力和扬程过高。

（4）轴承装配不当可能会引起轴承发热或出现异响。在轴承内部，通常是滚珠或滚子以及滚道出现损伤。

（5）过盈配合值过小会引起轴承发热，并使之较早出现疲劳损坏。在轴承内部过盈配合值过小的轴承经常使一个或两个滚道出现轴向裂纹。过盈配合值过小也可能在安装过程中产生刮痕。

（6）过盈配合值过大将会使轴承外圈的外表面或内圈的内表面出现磨损或微动腐蚀现象。另外，轴承座出现变色和磨损也可能是由过盈配合值过大引起。

（7）轴或轴承座密封有缺陷可能会引起轴承滚道上的局部磨损甚至裂纹。

（8）同心度偏差过大与轴承负荷过大产生的影响相类似。

（9）当泵停机时，从其他振动源传递到泵轴承上的振动也可能使轴承失效。当轴承静止时轴承的每个滚珠都与滚道的同一位置点连续接触。当轴承经受长时间剧烈的振动时，在滚珠与滚道接触部位将会产生圆形压痕。