滚道路径痕迹与载荷分布

滚道路径痕迹与载荷分布 · 原资料第 32 页

全新的轴承看起来非常美观，就像一件艺术品 (见图1)。其各个部件的尺寸都非常精确，一般精确至零点几微米。制造过程中已经对各部件及组装起来的轴承整体的尺寸进行了检查确认。轴承内圈、外圈和滚动体等经过打磨的区域呈现金属光泽。

相反，当对已经运行过一段时间的轴承进行检查时，通常会发现以下变化：

• 轴承内外圈滚道 (见图2) 和滚动体大都暗淡无光，或者某些部位会极其光亮。

• 保持架磨损；

• 内圈内孔或外圈外表面出现蠕变痕迹；

• 内圈内孔或外圈外表面出现微振磨损；

• 滚动体和滚道上出现剥落。图1 图2

滚道路径痕迹与载荷分布 · 原资料第 33 页

无论轴承损坏程度如何 (轻微或严重)，进行全面的检查可以为确定问题的根本原因提供非常宝贵的信息。进行轴承检查的关键是寻找磨损的“路径痕迹”，尤其是滚道上的路径痕迹。这种痕迹有可能是“标准”的，也有可能会揭露轴承存在的问题。通常，路径痕迹有助于确定问题的根本原因。下文对多种典型的滚道路径痕迹进行了介绍。

为了简单起见，本章仅列举了深沟球轴承和推力球轴承的一些具体实例。对于其他类型的轴承，路径痕迹可能会因接触区的不同而存在差异，具体情况取决于轴承类型、配置、载荷以及游隙等因素。图3给出了一些滚道接触区实例。

图3

外圈

横截面

内圈

深沟球轴承 自调心球轴承 圆柱滚子轴承 球面滚子轴承 圆锥滚子轴承

滚道路径痕迹与载荷分布 · 原资料第 34 页

径向轴承 — 单向、恒定的径

向载荷

图4所示为径向轴承的载荷分布情况 (内

圈旋转)。

图中12点钟处的大箭头表示施加在

轴上的载荷。四点钟至八点钟处的小箭头表示外圈上的载荷区，并表明了载荷是如何作用在轴承滚动体上的。

内圈旋转

图5解释了施加在旋转轴承内圈上的单向、

恒定径向载荷是如何通过滚动体分布到静止外圈上的。

随着轴承内圈的转动，内圈上的各个点会相继进入载荷区。因此，内圈滚道的轴向中心位置会出现贯穿整圈的等宽路径痕迹，我们称之为旋转轴承内圈载荷区。

静止外圈的中心位置会出现不超出载荷区的路径痕迹，我们称之为静止轴承外圈载荷区。外圈载荷区内的载荷分布并不是均匀的。具体而言，沿载荷施加方向的路径痕迹最宽，然后从该点向两侧逐渐变窄。

在大部分应用中，轴承运行时存在径向游隙，载荷区约为150° (见图4)。

外圈旋转

图6解释了施加在旋转轴承外圈上的单向、

恒定径向载荷是如何通过滚动体分布到静止内圈上的。

随着轴承外圈的转动，外圈上的各个点会相继进入载荷区。因此，外圈滚道的轴向中心位置会出现贯穿整圈的等宽路径痕迹。

静止内圈的中心位置会出现不超出载荷区的路径痕迹。外圈载荷区内的载荷分布并不是均匀的。具体而言，沿载荷施加方向的路径痕迹最宽，然后从该点向两侧逐渐变窄。在大部分应用中，轴承运行时存在径向游隙，载荷区约为150°。

图4 图6

图5

150°

载荷区 (约为150°)

旋转过程中会进入载荷区

非载荷区

载荷 (轴)

载荷分布 (轴承座)

载荷分布

滚道路径痕迹与载荷分布 · 原资料第 35 页

径向轴承 — 恒定的同步旋转

径向载荷

内圈旋转

图7解释了施加在轴承内圈上且与其同步

转动的恒定径向载荷（即，不平衡载荷或偏心载荷）是如何通过滚动体分布到静止外圈上的。

虽然轴承外圈静止，但是其上各点会相继进入载荷区。因此，外圈滚道的轴向中心位置会出现贯穿整圈的等宽磨损路径痕迹。

虽然轴承内圈旋转，但是施加在其上的载荷是固定的。所以轴承内圈上的载荷分布并不是均匀的。具体而言，沿载荷施加方向的中心路径痕迹最宽，然后从该点向两侧逐渐变窄。在大部分应用中，轴承运行时存在径向游隙，载荷区约为150°。

这种情况下的路径痕迹与图6中所示完全相同。

外圈旋转

图8解释了施加在轴承外圈上且与其同步

转动的单向、恒定径向载荷是如何通过滚动体分布到固定轴承内圈上的。

图8

图7

轴承内圈固定不转，其上各点均位于载荷区内。因此，外圈滚道的轴向中心位置会出现贯穿整圈的等宽路径痕迹。

虽然轴承外圈旋转，但是施加在其上的载荷是固定的。所以轴承外圈上的载荷分布并不是均匀的。具体而言，沿载荷施加方向的中心路径痕迹最宽，然后从该点向两侧逐渐变窄。在大部分应用中，轴承运行时存在径向游隙，载荷区约为150°。

这种情况下的路径痕迹与图5所示完全相同。

载荷分布

滚道路径痕迹与载荷分布 · 原资料第 36 页

径向轴承 — 单向、恒定的轴

向载荷

内圈或外圈旋转

图9解释了施加在轴承上的单向、恒定轴

向载荷是如何通过滚动体分布到静止外圈上的。

转动的轴承套圈上会出现贯穿整圈并有轴向位置偏移的路径痕迹。

而静止的轴承套圈上则会出现相反的轴向位置偏移的路径痕迹。当无径向载荷时，静止轴承套圈上的路径痕迹则会变成贯穿整圈的路径痕迹。

在深沟球轴承中，滚珠与滚道之间的接触区呈椭圆形 (见图10)。当只存在径向载荷时，椭圆形接触区位于滚道的中心 (见图10a)。当轴承承受轴向载荷时，轴承运行时的接触角a以及接触区沿着沟槽剖面向轴承套圈边缘移动 (见图10b)。

在轴向载荷非常大或存在对中误差

时，轴承的荷载情况将会出现部分椭圆接触区不再由滚道支承的情况 (见图10c)。这种现象被称为椭圆截断，其会导致接触区应力集中。这种现象会给轴承疲劳寿命和噪声水平产生不利影响。

图9

图10

a

b

a

x

a

仅施加径向载荷

a b c

轴向载荷或复合载荷 轴向载荷过大或不对中(椭圆截断)载荷分布

滚道路径痕迹与载荷分布 · 原资料第 37 页

图11

图13

图12

载荷分布 路径痕迹

仅施加径向

载荷

仅施加径向

载荷

仅施加轴向

载荷 座圈

轴圈

径向轴承 — 单向、恒定的径

向和轴向载荷

内圈旋转

图11解释了施加在轴承上的单向、恒定的

径向和轴向载荷是如何通过滚动体分布到静止外圈上的。

轴承内圈上会出现贯穿整圈并有轴向位置偏移的路径痕迹。

虽然轴承外圈静止，但是其上会出现相反的有轴向位置偏移的路径痕迹。轴承外圈上的载荷分布是不均匀的。具体而言，沿径向载荷施加方向的路径痕迹最宽，然后从该点向两侧逐渐变窄。载荷区范围大于仅存在径向载荷时的载荷区，但并不一定为360°。

轴承外圈上的路径痕迹不均匀，具体形式取决于径向载荷与轴向载荷的相对大小：

• 当仅存在径向载荷时，只有一小部分 (约150°) 的轴承外圈的中心位置会出现路径痕迹 (见第34页图5)。

• 当仅存在轴向载荷时，整个轴承外圈上都会出现有轴向位置偏移的路径痕迹(见图9)。

• 当同时存在轴向和径向载荷时，路径痕迹长度介于上述两种路径痕迹的长度之间，具体取决于径向载荷与轴向载荷的相对大小 (见图12)。

对于双列轴承来说，复合载荷将会在两列上形成非等长载荷区。承受轴向载荷的一列上会出现较长的固定载荷区。如果轴向载荷足够大，则其中一列滚动体可能会完全不承受任何载荷。

推力轴承 — 单向、恒定的轴

向载荷

转动轴圈

图13解释了施加在推力球轴承上的单向、

恒定轴向载荷是如何通过滚动体分布到静止轴承座圈上的。轴圈和座圈上均会出现等宽的路径痕迹，路径痕迹贯穿整圈滚道并且与轴承轴线同心。

滚道路径痕迹与载荷分布 · 原资料第 38 页

异常运行工况下的滚

道路径痕迹

径向轴承 — 单向、恒定的径

向载荷

内圈旋转—不对中静止外圈

图14解释了施加在旋转轴承内圈上的单

向、恒定径向载荷是如何通过滚动体分布到静止、不对中轴承外圈上的。

轴承外圈的中心位置存在等宽的路

径痕迹，但路径痕迹宽度大于正常的路径痕迹宽度。

轴承外圈上的路径痕迹从其一侧延

伸至另一侧。路径痕迹的宽度和长度取决于对中误差的大小以及轴承的载荷和游隙。路径痕迹长度位于150°到360°之间。

这种情况可能发生在多个轴承的轴承座孔不同心时。

外圈旋转 — 不对中静止内圈

图15解释了施加在旋转轴承外圈上的单

向、恒定径向载荷是如何通过滚动体分布到静止、不对中轴承内圈上的。

轴承外圈的中心位置存在等宽的路

径痕迹，但路径痕迹宽度大于标准的路径痕迹宽度。

轴承内圈上的路径痕迹从其一侧延

伸至另一侧。路径痕迹的宽度和长度取决于对中误差的大小以及轴承的载荷和游隙。路径痕迹长度位于150°到360°之间。

这种情况可能发生在轴挠曲或轴颈

不同心时。

图14

图15

载荷分布

滚道路径痕迹与载荷分布 · 原资料第 39 页

图16

图17

载荷分布

内圈旋转 — 静止外圈椭圆形夹紧图16解释了施加在旋转轴承内圈上的单向、恒定径向载荷是如何通过滚动体分布到静止、被夹紧成椭圆形的外圈上的。

轴承内圈滚道中心存在等宽的路径

痕迹，但路径痕迹宽度大于正常的路径痕迹宽度。

轴承外圈上存在两个径向相对的路

径痕迹 (载荷区)。下列任何一项原因都可能导致轴承外圈遭受径向挤压：

• 轴承座安装表面不平；

• 剖分式轴承座的两部分未同心装配；

• 制造误差导致轴承座失圆 (在这种情况下可能会存在两个或以上载荷区)；

由于存在多个载荷区，增大了内部载荷及轴承运行温度，从而导致轴承过早损坏或失效。

内圈旋转 — 预载荷

图17解释了施加在径向预加载轴承旋转内

圈上的单向、恒定径向载荷是如何通过滚动体分布到静止外圈上的。

轴承内圈滚道中心存在等宽的路径

痕迹，但路径痕迹宽度大于正常的路径痕迹宽度。

轴承外圈滚道中心存在等宽的路径

痕迹，但由于施加载荷与内部预载荷的组合作用，路径痕迹宽度大于正常的路径痕迹宽度。

这种现象可能是由轴上和/或轴承座内的过盈配合所导致的。如果配合过紧，轴承可能会因为挤压轴承内外圈之间的滚动体而产生内部预载荷。初始游隙过小也有可能会导致这种问题。

另一种可能的原因是轴与轴承座之间的温差过大。这种情况会大大减小轴承的内部游隙。此外，轴和轴承座材料的热膨胀系数不同也有可能导致内部游隙减小。

滚道路径痕迹与载荷分布 · 原资料第 40 页

推力轴承 — 单向、恒定的轴

向载荷

转动轴圈 — 偏心静止座圈

图18解释了施加在推力球轴承轴圈上的单

向、恒定轴向载荷是如何通过滚动体分布到静止、偏心座圈上的。

轴圈滚道中心位置存在等宽的路径

痕迹，但路径痕迹宽度大于正常的路径痕迹宽度。

座圈上同样存在等宽的路径痕迹，但相对于轴承轴线，路径痕迹位置偏离中心位置。

转动轴圈 — 不对中静止座圈

图19解释了施加在推力球轴承旋转轴圈上

的单向、恒定轴向载荷是如何通过滚动体分布到静止、不对中座圈上的。

轴圈滚道中心位置存在等宽的路径

痕迹。

轴圈滚道中心位置存在非等宽的路

径痕迹。

图18 图19

座圈 座圈

轴圈 轴圈

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