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滚动体缺陷有哪些？滚珠和滚柱损坏

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了解滚动体缺陷

定义：什么是滚动体缺陷？

滚动体缺陷 滚动轴承中的滚珠或滚子存在损伤、缺陷或瑕疵。这些缺陷包括表面剥落、裂纹、嵌入污染物、材料夹杂物和几何缺陷。当有缺陷的滚动体在轴承中旋转时，会对内圈和外圈产生冲击，从而产生摩擦。 振动 在 球自旋频率（BSF） 具有特征边带 笼子频率（FTF） 间距。.

滚动体缺陷不如滚道缺陷常见，约占轴承故障的 10-15%，但一旦发生，就会产生独特的振动特征，并可能迅速发展为轴承完全失效。.

滚动体缺陷类型

1. 表面剥落

最常见的滚动体缺陷：

  • 原因： 滚动接触疲劳导致材料剥落
  • 外貌： 球/滚轴表面上的坑或凹坑
  • 尺寸： 初始尺寸通常为0.5-3毫米，之后可能会增大
  • 影响： 叛逃事件发生后，会对两个种族都造成影响。
  • 频率： 在 BSF 和 2×BSF 处产生振动

2. 裂缝

  • 原因： 过载、冲击损伤或疲劳
  • 类型： 表面裂纹或次表面裂纹
  • 进展： 裂纹不断扩展，直至碎片脱落（形成剥落物）。
  • 检测： 直到发生剥落之前很难察觉
  • 危险： 如果钢球破碎，可能导致突发性灾难性故障。

3. 材料夹杂物

  • 原因： 制造缺陷——轴承钢中的异物或空隙
  • 影响： 造成压力集中，引发过早疲劳。
  • 检测： 通常只有在包裹体周围出现剥落时才能检测到。
  • 预防： 采用洁净钢材的高品质轴承材料

4. 内含污染物

  • 原因： 硬质颗粒（灰尘、金属屑）被压入球体表面
  • 影响： 造成隆起，影响比赛
  • 进展： 压痕会成为应力集中点，可能导致剥落。
  • 检测： 在 BSF 处产生冲击振动

5. 腐蚀和潮湿损害

  • 外貌： 锈斑、麻点、表面粗糙
  • 进展： 腐蚀区域会成为疲劳萌生点。
  • 预防： 适当的密封，防腐蚀润滑剂

6. 布氏压痕试验和凹痕试验

  • 原因： 冲击载荷（跌落、震动、搬运损坏）
  • 外貌： 球体表面的永久凹痕
  • 影响： 凹痕会造成冲击和应力集中。
  • 预防： 小心操作，正确安装步骤

振动特征

频率内容

滚动体缺陷会产生独特的图案：

  • 主要频率： BSF （球的旋转频率），通常为跑步速度的 2-3 倍
  • 二次谐波： 2×BSF 通常比基本强度更强（缺陷在每次革命中都会影响两个种族）
  • 边带间距： 金融时报 （笼频率）边带，不是 1× 边带
  • 图案： BSF ± FTF，BSF ± 2×FTF，形成具有 FTF 间距的“栅栏”

显著特征

特征 外圈缺陷 内圈缺陷 滚动体缺陷
主频率 BPFO（3-5倍） BPFI（5-7倍） BSF（2-3倍）
边带间距 无或极少 ±1×（轴转速） ±FTF（笼速）
振幅稳定性 相对稳定 稳定的 变量（取决于球的位置）
发生 最常见（~40%） 普通（~35%） 最不常见（~10-15%）

振幅变异性

滚动体缺陷的一个典型特征：

  • 随着缺陷元件负载的变化，振幅在不同测量值之间也会发生变化。
  • 当加载区内有缺陷的钢球时：高振幅
  • 当缺陷球位于载荷区对面时：振幅降低
  • 这种变异性可能会使趋势分析变得复杂，但对于诊断球体缺陷却很有帮助。

进展与后果

缺陷发展

  1. 引发： 表面细小裂纹或夹杂物
  2. 微剥落： 一小块材料脱落
  3. 剥落生长： 缺陷边缘的冲击会传播损伤。
  4. 多处剥落： 碎片造成的二次损伤会引发更多缺陷
  5. 球体碎片： 严重情况下，整个球体可能会破裂并碎裂。
  6. 彻底失败： 轴承承载能力下降

二次伤害

  • 种族损害： 有缺陷的钢球会损坏内圈和外圈表面。
  • 碎片循环： 剥落的材料会造成三体磨损
  • 笼子损坏： 球表面不平整会损坏笼状凹槽。
  • 快速恶化： 一旦一个球损坏，其他球也会很快损坏。

常见原因

制造和材料缺陷

  • 球体材料内部的夹杂物或空隙
  • 热处理不当
  • 表面处理缺陷
  • 几何缺陷（非圆形球体）

安装损坏

  • 搬运过程中的冲击（掉落、撞击）
  • 静止状态下因静态过载或振动引起的布氏压痕
  • 安装过程中的污染导致颗粒物嵌入。

工作条件

  • 润滑不足导致表面损伤
  • 超负荷加速疲劳
  • 电流通过轴承导致点蚀
  • 腐蚀性环境侵蚀球体表面
  • 硬质颗粒污染造成凹痕

检测与诊断

振动分析

  • 计算 BSF 和 金融时报 用于已安装轴承
  • 搜索 包络频谱 BSF峰值
  • 验证FTF边带模式（关键诊断特征）
  • 检查是否存在 2×BSF，其振幅通常较高。
  • 多次测量可能显示振幅变化

实物检查

  • 拆解轴承并逐个检查每个滚珠/滚柱。
  • 检查是否有剥落、裂缝、嵌体和腐蚀。
  • 感受表面粗糙度（光滑球与粗糙球）
  • 检查几何精度（非圆形度）
  • 拍摄缺陷照片以作记录

纠正措施

立即响应

  • 根据病情严重程度增加监测频率
  • 平面轴承更换
  • 查明根本原因以防止再次发生
  • 检查赛车是否存在二次损伤。

根本原因分析

  • 轴承选型评估（额定值是否合适？）
  • 检查润滑是否充足
  • 检查污染源
  • 评估安装实践
  • 如果轴承过早失效，请考虑升级轴承规格。

滚动体缺陷虽然不如滚道缺陷常见，但仍需了解其独特的BSF频率特征和FTF边带才能进行准确诊断。通过包络分析进行早期检测，可以在缺陷发展为严重的轴承损坏甚至潜在的灾难性故障之前进行计划性维护。.

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