汽车轴承的失效模式及预防

王云伟

【摘 要】汽车轴承在正确的使用下，可以有很长的寿命，如果过早的出现损伤，很可能是选型错误，使用不当、润滑不良、或安装不当造成。在选用轴承时，要根据安装的部位、润滑条件、周围的配合等条件进行选择。通过研究总结轴承的故障类型，问题出现时的环境，以避免故障再次发生。运转中无法直接观察轴承，但通过噪声、振动、润滑剂的变化等情况判断故障。

【关键词】失效模式；轴承寿命；蠕变；电蚀；氢脆

0.前言

在汽车的轮毂、变速器、差速器等中均采用了多种轴承，如球轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、直线轴承、滑动轴承等，每辆车的用量多达几十只，近年来汽车技术的高速发展和环境保护的压力要求，汽车的低油耗和汽车的超长的质保趋势，汽车轴承也面临着前所未有的轻量化和长寿命的课题。

轴承寿命，根据Lundbber和Palmgren的理论，可以计算出理论寿命。但实际上在汽车的使用过程中，变速器、差速器的润滑油中混入的异物，安装的方法的选用，以及高速运转产生的高温，使得轴承的实际寿命比理论计算值要短，因此研究轴承的失效模式，分析形成的因素并加以预防就尤为重要。

轴承的失效模式和原因分析：

1.轴承的失效模式

1.1剥落

主要表现：轴承在承受旋转载荷时，内圈、外圈的滚道或滚动体表面由于滚动疲劳而呈现鱼鳞状的剥离现象。

产生的原因：由于工作表面受到交变应力的作用而产生失效，主要发生在轴承工作表面，往往也伴随着裂纹，首先从接触表面以下最大交变切应力处产生，然后扩展到表面形成不同的剥落形状，如点状为点蚀或麻点剥落，剥落成小片状的称浅层剥落。由于剥落面的逐渐扩大，而往往向深层扩展，形成深层剥落。

1.2蠕变

在轴承的配合面产生间隙时，配合面之间发生相对滑动，发生蠕变的配合面呈现出光亮镜面或暗面，有时也伴随卡伤磨损产生。

轴承的工作表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏，并最终导致轴承尺寸精度丧失及其它相关问题。磨损影响到配合间隙增大及工作表面形貌变化，可能造成润滑剂或其污染达到一定程度而使润滑功能完全丧失，进而使轴承丧失旋转精度甚至不能正常运转。磨损失效是各类轴承常见的失效模式之一，按磨損形式通常可分为最常见的磨粒磨损和粘着磨损。

1.3拉伤

在轴承的工作面和滚动体表面的微小烧伤而产生的表面损伤，表现为滑道面、滚道体表面圆周方向的线状划痕。

轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物或金属表面的磨屑且接触表面相对移动而引起的磨损，常在轴承工作表面造成犁沟状的划痕。

1.4粘着

是材料从一工作表面转移到另一工作表面，并伴随着有摩擦发热，有时还伴有表面回火或重新淬火。这一过程会在接触区产生局部应力集中并可能导致开裂或剥落。

由于工作面的显微凸起或异物使工作面受力不均，在润滑严重恶化时，因局部摩擦生热，易造成工作面局部变形和摩擦显微焊合现象，严重时工作面金属可能局部熔化，接触面上作用力将局部摩擦焊接点从基体上撕裂而增大塑性变形。这种粘着——撕裂——粘着的循环过程，轻微的粘着磨损称为擦伤，严重的粘着磨损称为咬合。

1.5断裂

轴承套圈断裂失效一般较少见，往往是突发性过载造成。轴承断裂失效主要原因是缺陷与过载两大因素，如轴承的原材料缺陷（气泡、缩孔）、锻造缺陷（过烧）、热处理缺陷（过热）、加工缺陷（局部烧伤或表面微裂纹）、主机缺陷（安装不良、润滑贫乏）等。当外加载荷超过材料强度极限而造成零件断裂称为过载断裂，一旦受过载冲击负荷或剧烈振动均有可能使套圈断裂。但一般来说，通常出现的轴承断裂失效大多数为过载断裂。

1.6电蚀

指轴承在运转过程中，电流通过轴承体，在轴承内外圈工作面和滚动体工作面由于火花放电造成工作面熔融，而粗糙变色的腐蚀。

电流在循环转动的轴承滚道轮和滚动体的接触部分流动时，通过薄薄的润滑油膜发生火花，使其表面出现局部的熔融和凹凸现象。

1.7氢脆

是指轴承在运转过程中，在轴承内外滚道和滚动体之间产生正负电场，使水分子电离，渗透至滚道表层，滚道工作面析氢产生裂纹，进而剥落。

滚动体、内外圈在运转过程中会产生静电，轴承在汽车整体架构中承担搭铁导线的作用，这样造成滚动体带正电，内外圈带负电，产生电场，滚动体与内外圈滚道产生微观化学反应，润滑脂中或外界环境中的水被电解带正电的氢离子。在电场的作用下，氢离子在内外圈滚道负电的作用下吸附在内外圈滚道的表层，随着氢离子浓度的增加，使氢离子穿透滚道表层进入次表层，这样，就破坏了表层的原子间的稳定结构，产生微小的裂痕，随着裂痕的逐步延伸，最终产生滚道的剥落，尤其是在精致滚道的承载区，由于受到剪切应力和高温的影响，最容易产生氢脆而使滚道承载区产生剥落。

2.轴承失效的预防

轴承的失效往往是多种因素造成的，设计制造过程的所有影响因素都可能造成轴承的失效，因此不容易判断。在一般情况下，从使用因素和内在因素两方面考虑和分析。

2.1内在因素主要是指结构设计、制造工艺和材料质量等决定轴承质量的三大因素

首先，结构在设计合理的同时应具备有先进性，才会实现较长的轴承寿命。

设计因素是影响轴承寿命的关键因素，严格的根据轴承的承受载荷、转速、等条件设计合理的结构形式，选择合理的精（下转第206页）（上接第153页）度和游隙配合要求。设计时要提出明确的安装、使用、维护的技术要求便于后期维护保养。

第二轴承的制造过程要经过锻造、热处理、车削、磨削和装配等加工工序。另外各工序的工艺的技术水平、合理性、先进性、稳定性也会影响到轴承寿命。其中影响成品轴承质量的热处理和磨削加工工序，往往与轴承的失效有着更直接的关系。通过对轴承工作表面变质层显微分析的研究表明，磨削工艺与轴承表面的质量关系密切。

第三轴承材料也是影响轴承早期失效的主要因素，随着新的轴承材料不断的研发出来，轴承的选材范围也越来越容宽了，根据设计要求和使用的环境要求选择适合的材料就显得很重要。

2.2使用因素主要是指安装调整、使用保养、维护保养等是否符合技术要求

安装条件是使用因素中的首要因素之一，轴承往往因安装不合适而导致整套轴承各零件之间的受力状态变化，使轴承在不正常的状态下运转并提早失效。根据轴承安装、使用、维护、保养的技术要求，对运转中的轴承所承受的载荷、转速、工作温度、振动、噪声和润滑条件进行检查，发现异常立即查找原因。此外，选择适合的润滑脂也很重要。

3.结论

本文论述了从汽车轴承的常见失效模式和失效机理，尽管轴承是精密而可靠的机构基础体，但使用、润滑、拆装不当也会引起失效。一般情况下，如果能正确使用轴承，可使用至疲劳寿命为止。轴承的早期失效多起于轴和轴承座的配合部位的制造精度、安装质量、使用条件、润滑效果、外部异物侵入等因素。因此，正确合理地使用轴承是一项系统工程，在轴承结构设计、制造和装机过程中，针对产生早期失效的环节，采取相应的措施，可有效地提高轴承和总成零部件的使用寿命，降低用户的使用成本，提高用户满意度。 [科]

【参考文献】

[1]日本不二越开发MT21高性能轴承钢.金属热处理，1991，（10）.

[2]轴承的理论寿命和修正寿命计算方法浅论.设计与开发，2009，（1）.

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