索道常用零件機械零件螺栓和軸承的損壞原因分析
2025-07-18
作者：許文慧
摘 要：本文主要探討了索道機械設(shè)備中典型緊固件螺栓和運動件軸承損壞的各種情況及其原因。通過理論分析，詳細(xì)闡述了緊固件松動、斷裂以及運動件磨損、疲勞等常見問題的表現(xiàn)形式旨在為索道機械維修工作提供更深入的理解，以確保索道運行的安全與穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：索道；緊固件；運動件；損壞原因
一、引言
索道作為一種特殊的交通工具，在旅游、滑雪等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其安全運行對于乘客的生命財產(chǎn)至關(guān)重要。而緊固件及運動件作為索道機械設(shè)備的重要組成部分，它們的狀態(tài)直接影響著索道的性能和安全。因此，深入研究緊固件及運動件的損壞情況及其原因，對于提高索道的可靠性和安全性具有重要設(shè)備意義。
二、經(jīng)典緊固件螺栓損壞原因分析
1.螺栓損壞分析
螺栓是將兩個或多個零部件緊固連接在一起的機械元件，在索道機械中主要起到固定、連接和支撐的作用。
螺栓連接最常見的斷裂失效方式為螺栓的疲勞斷裂以及過載斷裂，通過螺栓連接安全評估以及在線監(jiān)測可以提前規(guī)避絕大部分的事故發(fā)生。此外，螺栓的氫脆現(xiàn)象、質(zhì)量缺陷、工藝離散等也會導(dǎo)致螺栓的意外斷裂。螺栓的斷裂失效往往更能引起人們的關(guān)注，不得不在事故的失效分析中查找原因、總結(jié)經(jīng)驗。
斷口分析無疑是失效分析中最基本、最重要的方法之一。所謂斷口是指構(gòu)件在應(yīng)力作用下分離為互不相連的兩個或多個部分，在斷裂處暴露出的自然表面。斷口的形貌特征是裂紋擴展留下的痕跡，保留大量的失效特征，為判別斷裂原因提供有力證據(jù)。
螺栓常見斷口常見的螺栓失效模式包括螺栓疲勞斷裂、螺栓過載斷裂、氫脆斷裂以及應(yīng)力腐蝕斷裂等等。下面將其斷口的宏觀形貌進(jìn)行介紹。
圖1 斷口的宏觀形象
（1）疲勞斷裂據(jù)不完全統(tǒng)計，螺栓斷裂失效中約有80%的屬于疲勞斷裂失效，通常發(fā)生在長期服役期間。疲勞斷裂最基本、最重要的信息均保留在斷口上，螺栓疲勞斷裂的典型斷口的疲勞斷口的宏觀形貌疲勞破壞的斷口通常無顯著的塑性變形，一般歸為脆性斷口。疲勞斷口的宏觀形貌特征為斷口呈現(xiàn)三個明顯的區(qū)域：裂紋源區(qū)、裂紋擴展區(qū)和瞬斷區(qū)，裂紋源區(qū)一般位于表面存在凹槽、缺陷或者應(yīng)力集中的區(qū)域，是一個光滑、細(xì)膩的細(xì)小區(qū)域。在交變載荷作用下，裂紋兩側(cè)被反復(fù)擠壓而變得平坦光滑。斷面的擴展區(qū)較平坦，具有明顯的疲勞弧線，稱為貝紋線（或海灘波紋線），貝紋弧線以裂紋源為中心呈波浪狀向前擴展，是裂紋間歇性擴展留下的痕跡，在微觀上可以觀察到疲勞輝紋，這是判斷疲勞斷裂的重要特征。瞬斷區(qū)位于裂紋源的對側(cè)，當(dāng)裂紋擴展至一定程度后，零件剩余截面積不足以抵抗外力的作用而產(chǎn)生瞬時斷裂。斷口的瞬斷區(qū)粗糙且不規(guī)則，存在放射狀條紋和剪切唇。貝紋線是疲勞斷口最突出的宏觀形貌特征，是鑒別疲勞斷口的重要宏觀依據(jù)。如果在宏觀上觀察到貝殼狀條紋時，在微觀上觀察到疲勞輝紋，可以判別這個斷口屬于疲勞斷口。
（2）過載斷裂螺栓拉伸斷裂、扭轉(zhuǎn)斷裂以及剪切斷裂是螺栓過載斷裂的常見形式。過載斷口的宏觀形貌拉伸斷裂明顯特征就是頸縮現(xiàn)象，有明顯的塑性變形，螺栓拉伸斷裂通常出現(xiàn)在預(yù)緊階段，譬如對于變截面螺栓，施加螺栓擰緊力矩時未考慮最小截面，細(xì)桿在較大預(yù)緊力作用下被拉斷，或螺紋副潤滑條件優(yōu)于預(yù)期，在設(shè)計擰緊力矩作用下螺栓軸力增大，造成螺栓斷裂。在服役期間若軸向工作載荷超載也會造成螺栓的拉伸斷裂。扭轉(zhuǎn)斷裂的斷面粗糙，并可見明顯塑性變形痕跡和扭轉(zhuǎn)痕跡，螺栓扭轉(zhuǎn)斷裂通常發(fā)生在裝配階段，譬如由于螺紋幅摩擦系數(shù)過大或被卡死，在擰緊扭矩作用下，螺栓容易被扭斷。螺栓發(fā)生過載斷裂通常是由于外部載荷超過了螺栓的承載能力，譬如工作載荷超預(yù)期、安裝工藝不合理或螺栓性能不達(dá)標(biāo)等。
（3）氫脆斷裂氫脆是螺栓尤其是高強度螺栓最常見的失效形式之一。氫脆又稱氫致斷裂失效是由于氫滲入金屬內(nèi)部導(dǎo)致?lián)p傷，從而使金屬零件在低于材料屈服極限的靜應(yīng)力持續(xù)作用下導(dǎo)致的失效。氫脆多發(fā)生于螺紋牙底或頭部與桿部過渡位置等應(yīng)力集中處。斷口附近無明顯塑性變形，斷口平齊，結(jié)構(gòu)粗糙，氫脆斷裂區(qū)呈結(jié)晶顆粒狀，一般可見放射棱線。色澤亮灰，斷面干凈，無腐蝕產(chǎn)物。
2.螺栓維護(hù)保養(yǎng)注意事項
（1）定期檢查定期對螺栓進(jìn)行檢查，包括其外觀、緊固情況以及是否有松動、腐蝕等現(xiàn)象。對于重要的連接部位或經(jīng)常受到振動、沖擊的螺栓，應(yīng)增加檢查頻率。
（2）清潔表面定期清潔螺栓表面，去除油污、塵埃等雜質(zhì)，以保持其良好的外觀和性能。在清潔過程中，可以使用合適的清潔劑或溶劑，但要避免使用過于暴力或腐蝕性的清潔方式。
（3）防止腐蝕對于易腐蝕的螺栓，應(yīng)采取 適當(dāng)?shù)姆栏胧?，如涂覆防銹劑、使用不銹鋼或鍍鋅螺栓等。在潮濕或腐蝕性環(huán)境中，應(yīng)增加檢查和維護(hù)的頻率，以及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的處理措施。
（4）適度緊固螺栓的緊固力應(yīng)適中，不能過緊或過松。過緊可能導(dǎo)致螺栓斷裂或損壞，過松則可能導(dǎo)致連接松動或失效。在緊固螺栓時，應(yīng)使用適當(dāng)?shù)墓ぞ吆头椒?，如力矩扳手等，以確保螺栓的緊固力符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
（5）潤滑防銹對于需要經(jīng)常拆卸的螺栓，應(yīng)在其螺紋部分涂抹適量的潤滑劑，以減少摩擦和磨損。在涂抹潤滑劑時，應(yīng)注意選擇適當(dāng)?shù)臐櫥瑒╊愋?，避免使用過于粘稠或易揮發(fā)的潤滑劑。
（6）替換損壞件如果發(fā)現(xiàn)螺栓有斷裂、磨損、腐蝕等損壞情況，應(yīng)及時進(jìn)行更換。在更換螺栓時，應(yīng)選擇與原螺栓相同規(guī)格和等級的螺栓，并遵循正確的安裝方法和力矩要求。
（7）記錄管理建立螺栓的保養(yǎng)與維護(hù)記錄管理制度，記錄每次檢查、維護(hù)和更換的情況。
三、典型運動件軸承損壞原因分析
運動件是索道機械中參與運動的零部件，如聯(lián)軸節(jié)，軸承等。軸承在索道設(shè)備中用途頗為重要，關(guān)系到索道的運行效率和穩(wěn)定性，以下是運動件重要部件軸承損壞的原因分析。
1.軸承失效原因分析
軸承的失效原因很多，除了正常的疲勞剝落以外，失效的密封、過緊配合導(dǎo)致的過小軸承間隙或潤滑不良等因素都能留下特殊的失效痕跡和失效形式，因此檢查失效的軸承在大多數(shù)時候可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致軸承失效的原因，從而及時采取對策，一般來講軸承的失效有以下幾種形式：
（1）軸承已經(jīng)到了疲勞剝落期屬于正常失效
滾動軸承噪音一種是軸承本身產(chǎn)生的，即軸承固有的噪聲；另一種是軸承裝機后才產(chǎn)生的噪聲，與軸承本身的噪聲無關(guān)。通過聽聲音可以分析出一些問題。固有噪聲是指各種軸承滾道聲和滾動摩擦聲（圓柱滾子軸承）是滾動軸承固有的聲音。滾道聲是由滾動體與滾道接觸時的彈性特性產(chǎn)生的，當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)時滾動體在滾道上滾動面發(fā)出的一種連續(xù)而圓滑的聲音，不正常的滾動摩擦聲可發(fā)出咯吱、咯吱之類不舒服的金屬摩擦異常聲音，潤滑良好時不會發(fā)出這樣的聲音。所以在一般情況下不影響運轉(zhuǎn)，只有噪聲增大后才需注意。
（2）潤滑不良導(dǎo)致提前失效
一般來講軸承運轉(zhuǎn)不正常時有如下常見癥狀：軸承過熱、軸承噪音過大、軸承壽命過低振動大達(dá)不到機器性能要求，軸承在軸上松動軸轉(zhuǎn)動困難。形成常見癥狀典型原因：潤滑脂、潤滑油過期失效或選型錯誤，潤滑脂太滿或油位太高軸承游隙過小，軸承內(nèi)孔不圓和軸承扭曲變形支撐面不平、軸承孔內(nèi)徑過小接觸油封過盈量太大或彈簧太緊。
（3）污雜物進(jìn)入軸承或安裝不正確而造成軸承提前失效
使用不當(dāng)引起的躁聲，當(dāng)軸承滾道表面或滾動體表血受到碰傷壓坑銹蝕那么就會產(chǎn)生有一定周期的噪聲和振動.當(dāng)軸承在運轉(zhuǎn)中有塵埃侵人時材會產(chǎn)生污物噪聲，這種噪聲是周期性的同樣也伴有振動且聲音大小不穩(wěn)定。
軸承制造有關(guān)的噪聲，這里包括保持架噪聲和顫音，保持架噪聲主要發(fā)生在球軸承和圓錐滾子軸承中，當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)時由于保持架的振動以及保持架與滾動體發(fā)生撞擊會發(fā)出聲音，這種聲音具有周期性，顫音是有一定頻率的聲音，是基于滾道面上有較大的波紋度引起的振動而產(chǎn)生的。
2.軸承早期失效模式
（1）由于軸承的安裝不規(guī)范，或者是工作過程中出現(xiàn)的突發(fā)狀況而造成的彈道的單側(cè)處工件的剝落，引起軸承的早期失效。
（2）如果軸承的外殼的半徑過大，那么軸承會在負(fù)載的作用下，內(nèi)圈和外圈都會發(fā)生不同程度上的表層脫落，從而造成軸承的早期失效。
（3）如果軸承工件是在傾斜的狀態(tài)下工作，一旦工件的傾斜角超過一定的限制條件，就會導(dǎo)致軸承工件表層的脫落，加劇軸承的早期失效。
（4）軸承早期失效模式還有一種很少見的套圈斷裂導(dǎo)致軸承的失效，這種情況的發(fā)生主要是因為突發(fā)性的超載。套圈斷裂這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因有很多，比如材料自身的缺陷、鍛造過程出現(xiàn)的誤差、加工過程中造成的工件斷裂、主機安裝不當(dāng)、溫度等等。
（5）保持架的斷裂也會造成軸承的早期失效，這種現(xiàn)象的發(fā)生很偶然，而且屬于非正常模式。它的形成原因也很復(fù)雜，比如：支架的安裝不當(dāng)、負(fù)載過大、軸承在運行過程中潤滑不良、外界因素的干擾等等。
四、結(jié)語
緊固件及運動件的損壞是索道機械維修中需要重點關(guān)注的問題。通過對其損壞類型及原因的深入分析，采取有效的防范措施，可以顯著提高索道機械的可靠性和安全性，保障索道的正常運行和乘客的安全。在未來的工作中，還需要不斷加強對這方面的研究和實踐，以適應(yīng)不斷發(fā)展的索道技術(shù)和更高的安全要求。
本文選自2024年全國索道年會論文
來源：九華旅游索道技術(shù)交流
（版權(quán)歸原作者或機構(gòu)所有）
