机械设备中轴承磨损失效模式剖析与测量

轴承作为机械设备中的关键部件，其性能直接影响到整个系统的稳定性和可靠性。磨损失效是轴承常见的失效模式之一，是轴承滚道、滚动体、保持架、座孔或安装轴承的轴径，由于机械原因引起的表面磨损，对机械设备的正常运行和使用寿命有着重要影响。美能超景深显微镜可对轴承磨损的进行亚微米级的测量与分析，为轴承磨损的研究提供了精准的数据支持。

#轴承磨损失效的主要模式.01

磨粒磨损

磨粒磨损是指轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物，这些粒子在接触表面相对移动时引起磨损，常在轴承工作表面造成犁沟状的擦伤。硬质粒子或异物可能来自主机内部或来自主机系统其它相邻零件由润滑介质送进轴承内部。例如，在矿山机械中，矿石颗粒可能会进入轴承内部，导致磨粒磨损的发生。

#轴承磨损失效的主要模式.02

粘着磨损

粘着磨损是由于摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均，在润滑条件严重恶化时，因局部摩擦生热，易造成摩擦面局部变形和摩擦显微焊合现象。严重时表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—粘着的循环过程构成了粘着磨损。轻微的粘着磨损称为擦伤，严重的粘着磨损称为咬合。粘着磨损常见于润滑不良或润滑剂失效的情况下，如在高温、高负荷的工况下，润滑剂的粘度降低或润滑膜被破坏，导致摩擦表面直接接触，发生粘着磨损。

#轴承磨损失效的主要模式.03

疲劳磨损

疲劳磨损是轴承在循环载荷作用下，由于接触表面反复变形和应力集中，导致表面或次表面产生裂纹，裂纹扩展并最终剥落，造成磨损。疲劳磨损主要发生在轴承的滚道和滚动体表面，是滚动轴承磨损失效的主要形式之一。例如，在风电机组中，由于长期受到风力的循环载荷作用，轴承的滚道表面容易产生疲劳磨损，导致轴承失效。

#轴承磨损失效的主要模式.04

摩擦腐蚀磨损

摩擦腐蚀磨损是指轴承在腐蚀介质中工作时，由于摩擦和腐蚀的协同作用，导致轴承表面材料的损失。腐蚀介质会破坏轴承表面的氧化膜或钝化膜，使摩擦表面更容易受到磨损。摩擦腐蚀磨损常见于化工设备、海洋工程等腐蚀性环境中，如在化工设备中，轴承长期接触酸、碱等腐蚀介质，容易发生摩擦腐蚀磨损。

#Part.02

轴承磨损失效的影响因素

载荷：

轴承承受的载荷越大，磨损的速度越快。过大的载荷会导致轴承接触应力增大，加速磨损的发生。

转速：

轴承的转速越高，磨损的可能性越大。高速运转会使轴承的摩擦频率增加，润滑膜的稳定性降低，导致磨损加剧。

润滑：

润滑是影响轴承磨损的重要因素。润滑不良或润滑剂失效会导致摩擦表面直接接触，发生粘着磨损和摩擦腐蚀磨损。

材料：

轴承材料的硬度、强度、韧性等性能会影响其耐磨性。硬度较高的材料容易产生磨粒磨损，而硬度较低的材料容易产生粘着磨损。

环境条件：

轴承的工作环境，如温度、湿度、腐蚀介质等，也会影响其磨损特性。高温、高湿、腐蚀性环境会加速轴承的磨损。

#Part.03

轴承磨损失效的分析方法

数值模拟

数值模拟是利用计算机软件，建立轴承磨损的数学模型，通过数值计算和仿真分析，研究轴承磨损的机理和影响因素。常用的数值模拟方法包括有限元分析、离散元法等。例如，基于有限元法的滚动轴承接触面磨损分析，可以模拟轴承在不同载荷、转速、润滑条件下的接触应力分布、磨损深度变化等。

滚动接触疲劳模型

数值模拟能够模拟复杂的工况和几何形状，为轴承的设计、优化和维护提供理论指导。

• 测量实验分析

实验分析是通过模拟轴承的实际工作条件，进行磨损试验，测量和记录轴承的磨损过程和结果，从而分析磨损失效的机理和影响因素。例如，可以使用美能超景深显微镜对轴承进行测量：轴承的磨损量、表面形貌变化等参数，分析不同工况下轴承的磨损特性。

轴加工

轴承球磨损

轴疲劳断面

#ME-UD6300

美能光子湾超景深显微镜

美能光子湾超景深显微镜是一款用于对各种精密器件及材料表面进行亚微米级测量的检测仪器。与传统的光学显微镜不同，该设备拥有更大的景深、更广的视野、更高的放大倍率、更全的观测角度，足以应对各种极具挑战的观测场景。

• 超清数字成像器件，3840*2160 800W像素超高速实时传输

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综上所述，轴承磨损失效是一个复杂的工程问题，涉及多种失效模式和影响因素。通过深入分析轴承磨损失效的机理和影响因素，采取有效的预防措施，可以提高轴承的使用寿命和机械设备的可靠性，保障工业生产的顺利进行。美能超景深显微镜在轴承磨损的测量与分析中发挥着至关重要的作用，其高精度的测量能力为轴承磨损的研究提供了可靠的数据支持，推动了轴承磨损失效分析技术的发展，为轴承的设计、制造和维护提供了有力的技术保障。