浅析工业机械轴承和齿轮的失效研究

李泉伟 汪永利

(1.郑州机械研究所，河南 郑州 450052;2.山东钢铁股份有限公司 莱芜分公司，山东 莱芜 271104)

一 轴承失效的表现形式及原因

1.接触疲劳失效

接触疲劳失效是轴承最常见的一种失效形式，产生这种失效现象的原因是轴承表面受到较大的交变应力，使轴承的表面出现裂纹，甚至还会出现断裂。在最初的交变应力作用下，只是会产生细小的裂纹，当所承受的交变应力逐渐增大，接触表面就会形成剥落;这就是解除疲劳失效和解除疲劳剥落。

2.磨损失效

磨损失效主要发生在轴承零件之间，当机械是被正常运作时，轴承零件之间会发生摩擦运动，这种情况会造成轴承发生尺寸大小以及整体形状的变化，而表面也会逐渐变坏，降低了光滑度，使轴承自身的旋转精度也逐渐降低。轴承零件在工作时，在与之相配的零部件之间挤入了外来的小颗粒或者是自身磨损的磨屑，这种异物夹在的磨损失效是磨粒磨损失效;如果轴承接触有显微的凸起，或有软异物使接触面的摩擦力受力不均，产生了局部摩擦热，可能会使摩擦接触面出现显微的焊合现象，这种磨损失效叫做粘着磨损失效。

3.塑性变形失效

因外力与温度的原因使轴承的表面形成局部变形或流动性的塑性变形，这种变形严重时会使产生轴承失效，这种失效也称之为塑性变形失效。

4.断裂失效

如果轴承所受的外部载荷超过了自身所能承受的强度，达到极限时就会造成断裂;会使轴承的外部载荷增加的原因可能会是轴承在安装时不合理，或者是主机突然发生故障;如果是轴承自身存在缩孔、气孔、裂纹等缺陷而产生的断裂有可

被叫做缺陷断裂失效;如果轴承的套圈和滚子在进行热处理、锻造和研磨加工时，产生过热、局部烧伤或者产生了表面小裂纹，这种情况下一旦受到突发外力增加或冲压，就会使轴承发生断裂失效。

5.游隙变化失效

轴承的正常工作时，因外界环境发生变化，使自身的配合间隙发生了改变，导致精度降低，这时很容易造成轴承与同自己相配合的部件发生咬死的现象，这种失效方式就叫做游隙变化失效。

6.腐蚀失效

当轴承的金属表面同周围的介质发生化学反应，而造成了轴承自身的表面损伤被称作腐蚀失效;引起腐蚀失效的原因有很多，例如大气、燃料、润滑油氧化物等，腐蚀物被分为邮寄酸腐蚀、电介质腐蚀、电流腐蚀和其他介质腐蚀，腐蚀会对轴承表面造成蚀坑，也会使轴承表面逐渐粗化、脆硬，这种腐蚀性质的失效在不严重的情况下还会诱使轴承发生断裂失效。

二 齿轮失效的表现形式及原因

齿轮是工业机械中产生运动传递和动力传递的重要零部件。试论的种类很多，所应用的范围也很广，不同的工作环境，不同的工作条件，会对齿轮造成不同的制约与影响，因此齿轮的失效形式就会不同。具体的失效分类要根据所失效的齿轮的外形特点、失效过程以及齿轮的运动工作机理来确定。

齿轮的失效大致可分为四类，表面疲劳、磨损、塑性变形和折断。具体的失效类型如下表所示。

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产生失效的原因：

1.磨损失效。当齿轮加工时所使用的润滑剂粘度、齿面的工作速度、工作载荷与齿轮的粗糙度不相匹配，会造成齿轮的轻微磨损;当齿轮的工作环境处于边界润滑状态，此时若润滑系统中混有小量的污染物或者杂质，此时错造成齿轮的中等磨损;当齿轮的润滑系统不佳，密封装置不良，此时机械系统就会出现严重的振动，产生较大的冲击载荷，会对齿轮造成过渡磨损;在齿轮进行啮合时，齿间有异物或者金属屑，异物或金属屑会引起磨粒磨损，如果这种情况发生在开始齿轮上，磨粒磨损会更为严重;在齿轮的工作环境中一些异常因素导致齿轮材料发生了电化学反应，就会对齿轮造成腐蚀磨损。

2.胶合磨损失效。胶合是指齿轮在工作时，处于一定的压力下，齿面会发生一定的粘着现象，随着齿轮的相继啮合，齿面金属会剥落进而形成更严重的胶合磨损。产生胶合的主要原因时润滑条件与实际工况不协调，或者齿轮啮合运动时存在轻微的干涉，此时齿轮是轻微胶合磨损;如果此时齿轮啮合是的齿面所受应力太大或咩和速度过快就会出现齿轮局部温度过高，造成破坏性的胶合磨损;在齿轮安装是如果存在误差，会造成在齿轮进行正常的工作时的集中载荷、载荷不均造成局部升温过快，造成局部胶合磨损。

3.表面疲劳。部分齿轮的材质为铸铁，齿轮的表面或有些凹凸不平，齿轮啮合是的过载会造成齿轮的点蚀;齿轮啮合是应力增加，会使齿轮的滑动速度方向发生改变，不易形成润滑油膜;材料自身有缺陷，加上齿轮材质较硬，齿面会产生疲劳裂纹，造成齿轮的表面疲劳失效。

4.塑性变形。齿轮的材料硬度较低时，进行啮合是的接触应力过高，加上润滑系统不良就会发生塑性变形;齿面就会出现爬行的现象，齿轮运转速度低，不稳定的振动会形成鳞皱;起脊常发生在重载工况下的蜗杆齿轮中，是由于双曲线齿轮接触应力增加，如果润滑不良，速度过慢就会形成起脊;齿轮润滑系统失常会造成齿轮的温度迅速上升，引起齿轮的热塑变形，而载荷过大时则会引起冷塑变形。

5.断齿失效。齿轮的齿根圆半径较小而齿轮的便面粗造的过高，倘若此时有较高的交变应力存在，就会使齿轮的齿根部受到严重的损伤，一旦在啮合时有异物存在，就会使齿轮产生断齿失效。

三 防止轴承和齿轮失效的有效措施

对于轴承失效的预防措施主要是最初的设计改良以及日常检测保养这两个方面。在轴承进行生产实际时要考虑到实际的工作情况和工作环境，进行合理的选材，通过设计手段去提高轴承的使用寿命，通过工艺改良提高轴承的精度，还有在机械加工时保证轴承的质量精度和装配精度;在日常的检修维护中采取一定的措施去改善轴承的工作条件与工作环境，定期的检查检查有助于尽早的发现问题，避免损失，还可以通过机械设备的表面温度，运行是所发出的声响是否异常来辨别是否已存在损伤的问题了。此外目前还有正对性的轴承诊断和预测技术，可以不用停机，就能够对轴承的实际工作情况进行监控，可在第一时间发现问题。

对于齿轮失效的有效措施主要体现在润滑剂上。根据实际的工作条件与环境进行合理的润滑系统匹配，在一定的工作强度要求下，适时的调整润滑剂，并要求调整润滑剂的粘度、加工时做好润滑剂的温度控制，在特殊情况加有必要在润滑剂中添加极压添加剂等;其次就是增设必要的过滤装置，由于工业机械的工况环境复杂，且经常有污染物存在，过滤装置可以很好的改善齿轮的工作环境，对延长齿轮的使用寿命与预防失效有很大的帮助;适当控制齿轮啮合的机械干涉，保证齿轮的安装精度，当齿轮发生轻度变形是可对其进行适当的修形;降低翅根的粗糙度，正确恰当的热处理与喷丸，也可以设置安全装置，防止意外过载，都可以预防齿轮失效。

四 结论

对于常用的标准机械部件的失效原因进行分析研究，是保证工业机械设备正常运转工作的必要措施，对轴承和齿轮失效原因的分析与防止失效的措施的运用也可降低工业机械的生产成本，减少企业损失，同时也为工业机械化生产未来扫清了诸多障碍。

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