摘 要：主要從剝落、異常磨損、燒傷等幾個(gè)方面介紹了(le)精密機床主軸軸承常見的(de)失效形式，對(duì)軸承早期失效的(de)成因進行了(le)分(fēn)析，并針對(duì)這(zhè)幾種失效方式提出了(le)預防措施。
關鍵詞：主軸軸承；失效；剝落；異常磨損；預載荷
精密機床主軸軸承的(de)運轉精度要求較高(gāo)，因此在正常使用(yòng)過程中，一般将軸承的(de)精度
壽命作爲其基本額定使用(yòng)壽命，即軸承能保持其穩定精度的(de)工作時(shí)間。爲保證機床精度，通(tōng)常建議(yì)每1500h左右對(duì)精密機床主軸軸承進行維護更換，即認爲軸承精度壽命應在1500h左右。對(duì)于未達此壽命的(de)主軸軸承，均可(kě)認爲其出現了(le)早期失效。通(tōng)過對(duì)早期失效軸承的(de)分(fēn)析，希望能夠找出引起軸承失效的(de)不良因素，提出改進措施，從而延長(cháng)軸承使用(yòng)壽命。
1 主要失效形式
精密機床主軸軸承失效主要以剝落和(hé)異常磨損2種形式出現，此外還(hái)有燒傷、軸承破損及鏽蝕等失效形式。對(duì)于各類失效形式單獨討(tǎo)論，有助于揭示軸承早期失效的(de)誘因，以便提出針對(duì)性的(de)解決方法。
1.1異常剝落
異常剝落多(duō)發生于軸承使用(yòng)中期甚至是早期，與疲勞剝落形成原因相比，異常剝落多(duō)是由于安裝不當、潤滑不良、選型和(hé)預載荷不當及承受載荷過大(dà)等因素引起。分(fēn)析此類剝落形成原因可(kě)獲得(de)機床整體信息。下(xià)面介紹幾種常見的(de)異常剝落。
（1）圖1爲角接觸球軸承剝落出現在溝道非正常工作面。軸承正常工作時(shí)，其滾動接觸面固定，非工作面不存在接觸，因而不會發生剝落。而現場(chǎng)發現軸承溝道非正常工作面出現了(le)剝落，懷疑這(zhè)是軸承在安裝時(shí)不對(duì)中，或主軸的(de)翹曲度過大(dà)以及軸承座加工精度不良所緻。
圖1 不對(duì)中造成的(de)軸承剝落
（2）圖2爲受到沖擊載荷後，軸承溝道出現壓痕引起剝落。圖2a中軸承套圈溝道出現球形壓痕，痕迹較爲光(guāng)亮，其分(fēn)布間距與鋼球間距相同，因而可(kě)判斷此壓痕爲鋼球受到外界沖擊載荷（如軸承安裝時(shí)鋼球受力過大(dà)）與溝道面接觸所緻，通(tōng)常稱這(zhè)種壓傷爲布氏壓痕。在溝道面出現壓痕後，軸承轉動時(shí)，鋼球每滾過一個(gè)壓痕就産生一次沖擊，對(duì)壓痕産生一次碾壓作用(yòng)。外載荷越大(dà)，碾壓力就越大(dà)，在短時(shí)間内，壓痕就會産生片層狀的(de)疲勞剝落。圖2b爲布氏壓痕導緻的(de)剝落。
圖2 沖擊載荷造成的(de)軸承失效
（3）配對(duì)使用(yòng)的(de)角接觸球軸承，若在其壽命早期，溝道工作面就出現疲勞剝落，除懷疑軸承鋼材内部非金屬夾雜(zá)和(hé)組織不均勻等問題外，還(hái)應對(duì)配對(duì)軸承預加載荷進行分(fēn)析，過大(dà)的(de)預加載荷同樣會造成軸承早期疲勞剝落。此外，對(duì)單套軸承出現早期疲勞剝落也(yě)應綜合分(fēn)析，确定是否存在軸承承受載荷過大(dà)的(de)問題。
1.2異常磨損
1.2.1潤滑不良
圖3是良好潤滑條件下(xià)的(de)光(guāng)亮軌迹，軌迹較爲清晰。圖4爲不良潤滑工作條件下(xià)的(de)套圈工作軌迹，整個(gè)運行軌迹顔色昏暗，極爲粗糙。放大(dà)後可(kě)以看到，整個(gè)磨損區(qū)域由密集的(de)麻點構成，表明(míng)此時(shí)溝道上已經出現了(le)表層剝落，通(tōng)常将其歸類爲點蝕。因軸承工作時(shí)除了(le)滾動外，還(hái)不可(kě)避免地出現相對(duì)滑動，潤滑油膜的(de)作用(yòng)就是将鋼球與溝道面隔開，降低因摩擦引起的(de)疲勞剝落。大(dà)面積點蝕的(de)出現，說明(míng)在工作中，鋼球與套圈之間油膜不足以将兩者隔離，鋼球與溝道面直接接觸，從而出現早期疲勞剝落。
圖3 良好脂潤滑條件下(xià)套圈的(de)工作軌迹
圖4 不良脂潤滑條件下(xià)套圈的(de)工作軌迹
1.2.2微動磨損
圖5中軸承套圈内徑面上出現紅褐色磨損痕迹，且存在紅褐色粉末。因軸承内徑與軸之間爲過盈配合，工作時(shí)軸承内圈與軸同步旋轉，正常情況下(xià)兩者之間相對(duì)運動量極小，可(kě)認爲基本處于相對(duì)靜止狀态。但是當過盈量不足時(shí)，軸承内圈與軸之間會出現相對(duì)反複的(de)微小滑動，通(tōng)常稱這(zhè)種因微小滑動引起的(de)磨損爲微動磨損。微動磨損中出現紅褐色金屬屑，說明(míng)原本因法向壓力而處于粘著(zhe)狀态的(de)兩接觸面，因爲微小滑動使粘著(zhe)區(qū)被破壞，有金屬顆粒從零件表面被拉拽下(xià)來(lái)或表面被擦傷，引發粘著(zhe)磨損。粘著(zhe)磨損中出現的(de)磨粒又引發磨粒磨損，造成套圈内徑沿滑動方向出現劃痕。因而微動磨損可(kě)認爲是由粘著(zhe)磨損和(hé)磨粒磨損共同作用(yòng)形成。
圖5 軸承内徑微動磨損
1.2.3蠕動
圖6爲内圈端面發生蠕動的(de)結果。蠕動多(duō)爲軸承配合面上出現間隙，導緻兩配合面圓周方向發生相對(duì)滑動，使配合面上産生磨損。發生蠕動的(de)配合面上呈現鏡面狀的(de)光(guāng)亮色或暗淡色，蠕動部位與零件原表面有明(míng)顯區(qū)别。
圖6 内圈端面蠕動
1.2.4僞布氏壓痕
分(fēn)析軸承早期失效時(shí)會在溝道面上發現圖7中所示的(de)壓痕，其外觀與布氏壓痕類似，但是仔細觀察會發現壓痕附近有軸向劃痕，且壓痕特别粗糙，通(tōng)常将這(zhè)種壓痕稱爲僞布氏壓痕。此類壓痕造成的(de)軸承失效多(duō)爲機床調試完畢，運達用(yòng)戶處發現或機床停機後再啓動時(shí)發現，故根據其産生的(de)時(shí)間段分(fēn)析，可(kě)以排除因軸承安裝時(shí)外力敲擊所緻。此類壓痕應是在機床靜止時(shí)産生，即當機床靜止時(shí)，若受到振動，将導緻機床部件在滾動接觸區(qū)的(de)微小運動，使機床部件進入微動磨損的(de)狀态，随著(zhe)振動持續，微動磨損進一步發展，最終會形成僞布氏壓痕。
圖7 僞布氏壓痕
13燒傷
燒傷是主軸軸承最容易判斷的(de)一種失效形式，一旦出現套圈、鋼球變色，均可(kě)認爲軸承發生燒傷，處于報廢狀态。圖8爲一組軸承燒傷照(zhào)片，其中保持架（材料爲酚醛層壓布管）已經斷裂，溝道面及鋼球均已嚴重變色。軸承運轉過程中，溫度依次爲鋼球最高(gāo)，内圈次之，外圈最低，故鋼球變色最爲嚴重，因高(gāo)溫而碳化(huà)損傷。造成燒傷的(de)主要因素爲軸承預加載荷過大(dà)，潤滑冷(lěng)卻不良以及安裝不當等。
圖8 軸承燒傷
1.4其他(tā)失效形式
精密機床主軸軸承早期失效形式還(hái)有破損、裂紋及鏽蝕等。
破損主要是由于安裝不當，過大(dà)的(de)沖擊載荷導緻軸承零件損傷。
裂紋主要是由過大(dà)的(de)沖擊載荷、過大(dà)的(de)過盈量以及内部裂紋和(hé)剝落的(de)擴展所緻。而剝落的(de)擴展可(kě)能導緻軸承斷裂。
鏽蝕主要由潮濕環境及防鏽不當引起，微動磨損也(yě)能造成軸承鏽蝕。
2 解決措施
對(duì)于軸承的(de)早期失效，可(kě)以從以下(xià)幾個(gè)方面入手：
（1）正确選型，合理(lǐ)設計。避免因過載等原因造成軸承失效。
（2）正确地安裝，避免在安裝時(shí)滾動體受力過大(dà)。
（3）良好的(de)潤滑，選擇黏度适合的(de)潤滑脂，并嚴格控制填脂量。一般推薦注脂量占軸承自由空間的(de)15%～25%。
（4）檢查軸承安裝相關部件，保證軸承工作時(shí)處于均勻受力狀态。
（5）對(duì)配對(duì)使用(yòng)的(de)軸承，應選擇合适的(de)預緊力。
（6）定期維護，及時(shí)更換達到使用(yòng)壽命的(de)軸承。
3 結束語
通(tōng)過上述幾種常見的(de)機床主軸軸承早期失效形式，可(kě)以看出造成軸承失效的(de)原因是多(duō)方面的(de)。隻有對(duì)失效進行認真分(fēn)析，才能準确地找出原因，并提出相應的(de)改進措施，最終達到延長(cháng)軸承使用(yòng)壽命的(de)目的(de)。
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