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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定。
關鍵詞：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、滑雪等領域有著廣泛的應用。其安全運行對于乘客的生命財產至關重要。而緊固件及運動件作為索道機械設備的重要組成部分，它們的狀態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備意義。
二、經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測可以提前規避絕大部分的事故發生。此外，螺栓的氫脆現象、質量缺陷、工藝離散等也會導致螺栓的意外斷裂。螺栓的斷裂失效往往更能引起人們的關注，不得不在事故的失效分析中查找原因、總結經驗。
斷口分析無疑是失效分析中最基本、最重要的方法之一。所謂斷口是指構件在應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。
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、氫脆斷裂以及應力腐蝕斷裂等等。下面將其斷口的宏觀形貌進行介紹。
圖1 斷口的宏觀形象
（1）疲勞斷裂據不完全統計，螺栓斷裂失效中約有80%的屬于疲勞斷裂失效，通常發生在長期服役期間。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三個明顯的區域：裂紋源區、裂紋擴展區和瞬斷區，裂紋源區一般位于表面存在凹槽、缺陷或者應力集中的區域，是一個光滑、細膩的細小區域。在交變載荷作用下，裂紋兩側被反復擠壓而變得平坦光滑。斷面的擴展區較平坦，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。瞬斷區位于裂紋源的對側，當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生瞬時斷裂。斷口的瞬斷區粗糙且不規則，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。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象，有明顯的塑性變形，螺栓拉伸斷裂通常出現在預緊階段，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，細桿在較大預緊力作用下被拉斷，或螺紋副潤滑條件優于預期，在設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。扭轉斷裂的斷面粗糙，并可見明顯塑性變形痕跡和扭轉痕跡，螺栓扭轉斷裂通常發生在裝配階段，譬如由于螺紋幅摩擦系數過大或被卡死，在擰緊扭矩作用下，螺栓容易被扭斷。螺栓發生過載斷裂通常是由于外部載荷超過了螺栓的承載能力，譬如工作載荷超預期、安裝工藝不合理或螺栓性能不達標等。
（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部導致損傷，從而使金屬零件在低于材料屈服極限的靜應力持續作用下導致的失效。氫脆多發生于螺紋牙底或頭部與桿部過渡位置等應力集中處。斷口附近無明顯塑性變形，斷口平齊，結構粗糙，氫脆斷裂區呈結晶顆粒狀，一般可見放射棱線。色澤亮灰，斷面干凈，無腐蝕產物。
2.螺栓維護保養注意事項
（1）定期檢查定期對螺栓進行檢查，包括其外觀、緊固情況以及是否有松動、腐蝕等現象。對于重要的連接部位或經常受到振動、沖擊的螺栓，應增加檢查頻率。
（2）清潔表面定期清潔螺栓表面，去除油污、塵埃等雜質，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，應采取 適當的防腐措施，如涂覆防銹劑、使用不銹鋼或鍍鋅螺栓等。在潮濕或腐蝕性環境中，應增加檢查和維護的頻率，以及時發現問題并采取相應的處理措施。
（4）適度緊固螺栓的緊固力應適中，不能過緊或過松。過緊可能導致螺栓斷裂或損壞，過松則可能導致連接松動或失效。在緊固螺栓時，應使用適當的工具和方法，如力矩扳手等，以確保螺栓的緊固力符合標準要求。
（5）潤滑防銹對于需要經常拆卸的螺栓，應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，應注意選擇適當的潤滑劑類型，避免使用過于粘稠或易揮發的潤滑劑。
（6）替換損壞件如果發現螺栓有斷裂、磨損、腐蝕等損壞情況，應及時進行更換。在更換螺栓時，應選擇與原螺栓相同規格和等級的螺栓，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與維護記錄管理制度，記錄每次檢查、維護和更換的情況。
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，如聯軸節，軸承等。軸承在索道設備中用途頗為重要，關系到索道的運行效率和穩定性，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時候可以發現導致軸承失效的原因，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生的，即軸承固有的噪聲；另一種是軸承裝機后才產生的噪聲，與軸承本身的噪聲無關。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生的，當軸承旋轉時滾動體在滾道上滾動面發出的一種連續而圓滑的聲音，不正常的滾動摩擦聲可發出咯吱、咯吱之類不舒服的金屬摩擦異常聲音，潤滑良好時不會發出這樣的聲音。所以在一般情況下不影響運轉，只有噪聲增大后才需注意。
（2）潤滑不良導致提前失效
一般來講軸承運轉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不到機器性能要求，軸承在軸上松動軸轉動困難。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，軸承內孔不圓和軸承扭曲變形支撐面不平、軸承孔內徑過小接觸油封過盈量太大或彈簧太緊。
（3）污雜物進入軸承或安裝不正確而造成軸承提前失效
使用不當引起的躁聲，當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生有一定周期的噪聲和振動.當軸承在運轉中有塵埃侵人時材會產生污物噪聲，這種噪聲是周期性的同樣也伴有振動且聲音大小不穩定。
軸承制造有關的噪聲，這里包括保持架噪聲和顫音，保持架噪聲主要發生在球軸承和圓錐滾子軸承中，當軸承旋轉時由于保持架的振動以及保持架與滾動體發生撞擊會發出聲音，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生的。
2.軸承早期失效模式
（1）由于軸承的安裝不規范，或者是工作過程中出現的突發狀況而造成的彈道的單側處工件的剝落，引起軸承的早期失效。
（2）如果軸承的外殼的半徑過大，那么軸承會在負載的作用下，內圈和外圈都會發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下工作，一旦工件的傾斜角超過一定的限制條件，就會導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致軸承的失效，這種情況的發生主要是因為突發性的超載。套圈斷裂這種現象產生的原因有很多，比如材料自身的缺陷、鍛造過程出現的誤差、加工過程中造成的工件斷裂、主機安裝不當、溫度等等。
（5）保持架的斷裂也會造成軸承的早期失效，這種現象的發生很偶然，而且屬于非正常模式。它的形成原因也很復雜，比如：支架的安裝不當、負載過大、軸承在運行過程中潤滑不良、外界因素的干擾等等。
四、結語
緊固件及運動件的損壞是索道機械維修中需要重點關注的問題。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，以適應不斷發展的索道技術和更高的安全要求。
本文選自2024年全國索道年會論文
來源：九華旅游索道技術交流
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