失效机理：疲劳

本页按用户提供的SKF《轴承损坏及失效分析》整理。技术说明、示例图片、专有方法和案例属于原出版物；产品参数请按ZWZ完整型号查询。

失效机理：疲劳 · 原资料第 44 页

疲劳

次表面疲劳

在旋转轴承中，滚道与滚动体接触面下会出现周期性的应力变化。

考虑承受径向力的向心轴承内圈。随着轴承内圈的转动，滚道上的某个点会进入载荷区，继续运行会到达最大载荷 (应力)，然后运行离开载荷区。在每一圈转动过程中，随着滚道上的该点进入和离开载荷区，会产生压应力和剪应力 (见图1)。

取决于一定时间内的载荷、温度以及应力循环数量，轴承内会形成残余应力，导致材料从无定向的晶粒结构转变为破裂平面。

5.1 疲劳 5.1.2 次表面疲劳5.1.3 表面疲劳

• 反复性应力变化

• 材料结构变化

• 表面下的微裂纹

• 裂纹扩展

• 剥落滚道下的压应力和剪应力滚道表面下结构随时间的变化 (应力大，润滑良好的小深沟球轴承) 滚道表面下的裂纹发展 (约0.3 mm)图2 图3图10,8ssmaxP0P0zaaz0=0,6 a0,40,1 mm1 000万转 6 300万转 63 000万转在这些平面内，既所谓的表面下最大剪切应力区域周围最弱位置处会形成次表面微裂纹，通常深度为0.1-0.5 mm (见图2和图3)。具体深度取决于载荷、材料、清洁度、温度以及钢材微观结构等因素。

这些裂纹会最终扩展至表面，造成表面剥落 (见图4)。

查看图片、图号与说明的完整对应版面（第44页）

失效机理：疲劳 · 原资料第 45 页

当轴承表面发生剥落时，轴承即被损坏。但是，这并不意味着轴承不能继续工作。随着时间的推移，表面剥落会变得越来越严重，导致设备产生噪声和振动。在这种情况下，应该在轴承完全失效之前将设备停机并进行修理。

从轴承最初剥落到完全失效之间的时间长短取决于设备的类型以及运行工况。

图5所示为由疲劳引起的剥落 (经高倍

放大之后)。在裂纹扩展至表面之前，轴承仍然可以运行很长一段时间。这种损坏通常出现在由非常纯净的钢制成且在干净、润滑良好的运行工况下工作的轴承上。注意剥落区域的平整底面以及其周围的“整齐”裂纹。这些裂纹为已经扩展至表面的裂纹，并会导致更严重的材料剥落。

图5

内圈滚道上的次表面剥落 (高倍放大)深沟球轴承内圈的初始次表面剥落图4

查看图片、图号与说明的完整对应版面（第45页）

失效机理：疲劳 · 原资料第 46 页

表面疲劳 (表面微剥离)

表面疲劳基本上是由滚道接触表面的微

凸体损坏而引起的，而这种损坏一般是由润滑不足造成的。

造成润滑不足的原因多种多样。如果表面发生损坏 (例如由固体污染物碾压所造成的)，润滑效果不理想，润滑膜减小或过薄。此外，如果针对应用选用的润滑剂类型和用量不当、接触表面间未能有效隔开，也有可能会导致润滑不足。由此所引起的金属与金属直接接触引起表面微凸体彼此相互剪切，与滚道接触区表面之间的微移一起，形成磨光表面。随后，表面微凸体会出现微裂纹，然后发生微剥落，最终导致表面疲劳。如果润滑膜不能将滚动接触表面完全隔开，任何轴承都存在发生表面疲劳的风险。

如果在滚动接触区域中存在滑动，这种风险会进一步增大。由于轴承特定的几何轮廓以及滚动体和滚道间负荷作用下的

• 表面微剥离

• 润滑状态变差

• 滑动

• 磨光

• 微凸体微裂纹

• 微凸体微剥落5.1 疲劳 5.1.2 次表面疲劳5.1.3 表面疲劳图7球面滚子轴承内圈滚道上的微剥落图8滚道表面的微剥落和裂纹 (高倍放大)表面疲劳的产生机理图6abc弹性变形，所有滚动轴承的滚动接触区都会出现微滑动。

另一种经常被忽视的表面疲劳原因

是极压添加剂。极压添加剂可能会有腐蚀性 (尤其是当温度升高时)，有可能会加速微剥落。

一般来说，表面疲劳是因为表面微凸体在混合或边界润滑条件下发生直接接触 (见图6a) 的结果。当载荷及摩擦力达到某一特定量级时，表面会形成微小裂纹(见图6b)。这些裂纹会最终发展成微剥落(见图6c)。

通常，这些微剥落的尺寸只有几微米，只会让表面看起来无光泽，呈灰色 (见图7)。

只有在显微镜下才能发现这些裂纹和微剥落 (见图8)。