ISO 15243:2004
(Main)Rolling bearings — Damage and failures — Terms, characteristics and causes
Rolling bearings — Damage and failures — Terms, characteristics and causes
ISO 15243:2004 defines, describes and classifies the characteristics, changes in appearance and possible causes of failure of rolling bearings, occurring in service. It will assist in the understanding of the various forms of change in appearance and the failure that has occurred. Consideration is restricted to characteristic forms of change in appearance and failure, which have a well-defined appearance and which can be attributed to particular causes with a high degree of certainty. The features of particular interest for explaining changes and failures are described. The various forms are illustrated with photographs and diagrams, and the most frequent causes are indicated. The failure mode designations shown in the subclause titles are recommended for general use, but similar expressions or synonyms are given within parentheses below the titles. Examples of rolling bearing failures are given, together with a description of the causes of failure and proposed corrective actions.
Roulements — Détérioration et défaillance — Termes, caractéristiques et causes
L'ISO 15243:2004 définit, décrit et classe les caractéristiques, les changements d'aspect et les causes possibles d'une défaillance survenant en cours de fonctionnement des roulements. Elle aidera à la compréhension des diverses formes de changement d'aspect et de la défaillance survenue. L'analyse se limite aux formes caractéristiques du changement d'aspect et de la défaillance dont les signes visibles sont bien définis et qui peuvent être imputables à des causes particulières avec un degré de certitude élevé. Les caractéristiques d'intérêt particulier relatives à l'explication des changements et des défaillances sont décrites. Les formes diverses sont illustrées par des photographies et des diagrammes, et les causes les plus fréquentes sont signalées. Les désignations des modes de défaillance exprimées dans les titres des paragraphes sont recommandées pour un usage général, mais des expressions similaires ou des synonymes sont donnés entre parenthèses sous lesdits titres. Des exemples de défaillances des roulements accompagnés d'une description des causes de la défaillance et des mesures correctives proposées sont donnés.
Kotalni ležaji - Poškodbe in napake – Izrazi, karakteristike in vzroki
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SIST ISO 15243:2004
01-september-2004
Kotalni ležaji - Poškodbe in napake – Izrazi, karakteristike in vzroki
Rolling bearings -- Damage and failures -- Terms, characteristics and causes
Roulements -- Détérioration et défaillance -- Termes, caractéristiques et causes
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 15243:2004
ICS:
21.100.20 Kotalni ležaji Rolling bearings
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2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15243
First edition
2004-02-15
Rolling bearings — Damage and
failures — Terms, characteristics and
causes
Roulements — Détérioration et défaillance — Termes, caractéristiques
et causes
Reference number
ISO 15243:2004(E)
©
ISO 2004
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ISO 15243:2004(E)
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ISO 15243:2004(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references. 1
3 Terms and definitions. 1
4 Classification of failure modes occurring in rolling bearings. 1
5 Failure modes. 3
5.1 Fatigue. 3
5.2 Wear. 4
5.3 Corrosion. 6
5.4 Electrical erosion. 8
5.5 Plastic deformation. 11
5.6 Fracture and cracking. 13
Annex A (informative) Failure analysis — Illustrations of damage — Terms. 16
Bibliography . 41
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ISO 15243:2004(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 15243 was prepared by Technical Committee ISO/TC 4, Rolling bearings.
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ISO 15243:2004(E)
Introduction
In practice, damage or failure of a bearing can often be the result of several mechanisms operating
simultaneously. The failure can result from improper assembly or maintenance or from faulty manufacture of
the bearing or its adjacent parts. In some instances, failure is due to a design compromise made in the
interests of economy or from unforeseen operating conditions. It is the complex combination of design,
manufacture, assembly, operation and maintenance that often causes difficulty in establishing the primary
cause of failure.
In the event of extensive damage to or catastrophic failure of the bearing, the evidence is likely to be lost and
it will then be impossible to identify the primary cause of failure. In all cases, knowledge of the actual operating
conditions of the assembly and the maintenance history is of the utmost importance.
The classification of bearing failure established in this International Standard is based primarily upon the
features visible on rolling element contact surfaces and other functional surfaces. Consideration of each
feature is required for reliable determination of the cause of bearing failure. Since more than one process may
cause similar effects to these surfaces, a description of appearance alone is occasionally inadequate for
determining the reason for the failure. In such cases, the operating conditions must be considered.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15243:2004(E)
Rolling bearings — Damage and failures — Terms,
characteristics and causes
1 Scope
This International Standard defines, describes and classifies the characteristics, changes in appearance and
possible causes of failure of rolling bearings occurring in service. It will assist in the understanding of the
various forms of change in appearance and the failure that has occurred.
For the purposes of this International Standard the term “failure of rolling bearings” means the result of a
defect or damage that prevents the bearing meeting the intended design performance.
Consideration is restricted to characteristic forms of change in appearance and failure, which have a
well-defined appearance and which can be attributed to particular causes with a high degree of certainty. The
features of particular interest for explaining changes and failures are described. The various forms are
illustrated with photographs and diagrams, and the most frequent causes are indicated.
The failure mode designations shown in the subclause titles are recommended for general use, but similar
expressions or synonyms are given within parentheses below the titles.
Examples of rolling bearing failures are given in Annex A, together with a description of the causes of failure
and proposed corrective actions.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 5593:1997, Rolling bearings — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 5593 and the following apply.
3.1
characteristics
visual appearance resulting from service performance
NOTE Surface defects and types of geometrical change that occur during wear (appearance of wear) are partly
defined in ISO 6601 and ISO 8785.
4 Classification of failure modes occurring in rolling bearings
Rolling bearing failures are classified strictly according to their primary causes. However, it is not always easy
to distinguish between causes and characteristics (symptoms) or, in other words, between failure mechanisms
and failure modes. The large number of articles and books written on the subject confirms this (see
Bibliography).
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SIST ISO 15243:2004
ISO 15243:2004(E)
The evolution of tribological research during recent decades has led to a remarkable increase of new
knowledge describing failure mechanisms and failure modes. In this International Standard, failure modes are
classified in six main groups and various sub-groups (see Figure 1).
Figure 1 — Classification of failure modes
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5 Failure modes
5.1 Fatigue
5.1.1 General definition
The change in the structure, which is caused by the repeated stresses developed in the contacts between the
rolling elements and the raceways, is described as fatigue. Fatigue is manifested visibly as a flaking of
particles from the surface.
5.1.2 Subsurface initiated fatigue
Under the influence of loads in rolling contacts, described by the Hertzian Theory, structural changes will
occur and microcracks will be initiated at a certain depth under the surface, i.e. subsurface. The initiation of
the microcracks is often caused by inclusions in the bearing steel (see Figure 2). The microcracks, which are
observed at the edge of the white etched areas (butterflies), will normally propagate to the rolling contact
surface producing flaking, spalling (pitting) and then peeling (see Figure 3).
NOTE The bearing life calculation in accordance with ISO 281 and ISO 281/Amd. 2 is based on subsurface initiated
fatigue.
5.1.3 Surface initiated fatigue
Fatigue initiated from the surface is, among other things, caused by surface distress.
Surface distress is the damage to the rolling contact metal surface asperities under a reduced lubrication
regime and a certain percentage of sliding motion, causing the formation of
asperity microcracks, see Figure 4;
asperity microspalls, see Figure 5;
microspalled areas (grey stained), see Figure 6.
Indentations in the raceways caused either by contaminant particles or by handling can also lead to surface
initiated fatigue (see 5.5.3 and 5.5.4). Surface initiated fatigue caused by indentation arising from plastic
deformation is shown in A.2.6.1 and A.2.6.3.
NOTE ISO 281/Amd. 2 includes surface related calculation parameters that are known to have an influence on the
bearing life, such as material, lubrication, environment, contaminant particles and bearing load.
Figure 2 — Subsurface microcrack with the “butterfly phenomenon” (white etched area) (Scale 500:1)
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ISO 15243:2004(E)
Figure 3 — Progression of subsurface fatigue
5.2 Wear
5.2.1 General definition
Wear is the progressive removal of material resulting from the interaction of the asperities of two sliding or
rolling/sliding contacting surfaces during service.
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ISO 15243:2004(E)
5.2.2 Abrasive wear
(particle wear; three body wear)
Abrasive wear is the result of inadequate lubrication or the ingress of foreign particles. The surfaces become
dull to a degree, which varies according to the coarseness and nature of the abrasive particles (see Figure 7).
These particles gradually increase in number as material is worn away from the running surfaces and cage.
Finally, the wear becomes an accelerating process that results in a failed bearing.
NOTE The “running-in” of a rolling bearing is a natural short process after which the running behaviour, e.g. noise or
operating temperature, stabilizes or even improves.
5.2.3 Adhesive wear
(smearing; skidding; galling)
Adhesive wear is a transfer of material from one surface to another with frictional heating and, sometimes,
tempering or rehardening of the surface. This produces localized stress concentrations with the potential for
cracking or flaking of the contact areas.
Figure 4 — Microcracks forming a “fish-scale” Figure 5 — Microspalls
appearance
Figure 6 — Heavy grey stained areas Figure 7 — Abrasive wear on the inner ring
(Scale 1,25:1) raceways of a double-row cylindrical roller
bearing with central rib
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Smearing (skidding) can occur between rolling elements and raceways due to the fact that the rolling
elements are lightly loaded and subjected to severe acceleration on their re-entry into the load zone (see
Figure 8). Smearing can also occur between rolling elements and raceways when the load is too light in
relation to the speed of rotation.
Smearing can occur on the guiding flange faces and on the ends of the rollers due to insufficient lubrication
(see Figure 9). In full complement bearings (cageless), smearing can also occur in the contacts between
rolling elements depending on lubrication and rotation conditions.
If a bearing ring “rotates” relative to its seating, i.e. mounting shaft or housing, then smearing can occur in the
contact between the ring end face and its axial abutment, which can also cause cracking of the ring as shown
in Figure 10. This type of damage generally occurs when the radial load on the bearing rotates relative to the
bearing ring and the bearing ring is mounted with a very small clearance (loose fit) to its seating. Because of
the minute difference in the diameters of the two components, they will have a minute difference in their
circumferences and, consequently, when brought into contact at one point by the radial load, will rotate at
minutely different speeds. This rolling motion of the ring against its seating with a minute difference in the
rotational speeds is termed “creep”.
When creep occurs, the asperities in the ring/seating contact region are over-rolled, which can cause the
surface of the ring to take on a shiny appearance (see A.2.4.7). The over-rolling during creeping is often, but
not necessarily, accompanied by sliding in the ring/seating contact, and then other damage will also be visible,
e.g. scratches, fretting corrosion and wear. Under certain loading conditions and when the ring/seating
interference fit is insufficiently tight, then fretting corrosion will predominate (see A.2.4.5).
Figure 8 — Smearing on Figure 9 — Smearing of Figure 10 — Smearing on ring
raceway surfaces roller end end face (ring is also fractured)
5.3 Corrosion
5.3.1 General definition
Corrosion is a chemical reaction on metal surfaces.
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5.3.2 Moisture corrosion
(oxidation; rust)
When steel, used for rolling bearing components, is in contact with moisture, e.g. water or acid, oxidation of
surfaces takes place. Subsequently the formation of corrosion pits occurs and finally flaking of the surface
(see Figure 11).
A specific form of moisture corrosion can be observed in the contact areas between rolling elements and
bearing rings where the water content in the lubricant or the degraded lubricant reacts with the surfaces of the
adjacent bearing elements. The advanced stage will result in dark discolouration of the contact areas at
intervals corresponding to the ball/roller pitch, eventually producing corrosion pits (see Figures 12 and 13).
5.3.3 Frictional corrosion
(tribocorrosion; tribo-oxidation)
5.3.3.1 General definition
Frictional corrosion is a chemical reaction activated by relative micromovements between mating surfaces
under certain friction conditions. These micromovements lead to oxidation of the surfaces and material,
becoming visible as powdery rust and/or loss of material from one or both mating surfaces.
Figure 11 — Corrosion on a roller bearing Figure 12 — Contact corrosion on a ball bearing
outer ring inner ring and outer ring raceways
Figure 13 — Contact corrosion on a bearing raceway
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5.3.3.2 Fretting corrosion
(fretting rust)
Fretting corrosion occurs in fit interfaces that are transmitting loads under oscillating contact surface
micromovements. Surface asperities oxidize and are rubbed off and vice versa; powdery rust develops (iron
oxide). The bearing surface becomes shiny or a discoloured blackish red (see Figure 14). Typically, the failure
develops in incorrect fits, either too light an interference fit or too high a surface roughness, in combination
with loads and/or vibrations.
5.3.3.3 False brinelling
(vibration corrosion)
False brinelling occurs in rolling element/raceway contact areas due to micromovements and/or resilience of
the elastic contacts under cyclic vibrations. Depending on the intensity of the vibrations, the lubrication
conditions and load, a combination of corrosion and wear occurs, forming shallow depressions in the
raceways.
In the case of a stationary bearing, the depressions appear at rolling element pitch and can often be
discoloured reddish or shiny (see Figure 15).
False brinelling caused by vibrations occurring during rotation shows itself in closely spaced flutes (see
Figure 16). These should not be mistakenr for electrically caused flutes (see 5.4.3 and Figure 19). The fluting
resulting from vibration has bright or fretted bottoms to the depressions compared to fluting produced by the
passage of electric current, where the bottoms of the depressions are dark in colour. The damage caused by
electric current is also distinguishable by the fact that the rolling elements are also marked.
NOTE In this International Standard false brinelling is classified under corrosion. In other documents it is sometimes
classified as wear.
5.4 Electrical erosion
5.4.1 General definition
Electrical erosion is the removal of material from the contact surfaces caused by the passage of electric
current.
Figure 14 — Fretting corrosion in inner ring bore
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Figure 15 — False brinelling on inner ring Figure 16 — False brinelling — Fluting on outer
raceway of cylindrical roller bearing ring of tapered roller bearing
5.4.2 Excessive voltage
(electrical pitting)
When an electric current passes from one bearing ring to the other through the rolling elements and their
lubricant films, sparking will occur in the contact areas because of insufficient or defective insulation. In the
contact areas between rings and rolling elements, the flow lines of the current are condensed, resulting in
localized heating within very short time intervals, so that the contact areas melt and weld together.
This damage may appear as a series of small craters with diameters of up to 100 µm (see Figure 17). The
craters are duplicated on the rolling element and raceway contact surfaces in bead-like procession in the
rolling direction (see Figure 18).
5.4.3 Current leakage
(electrical fluting)
Initially the surface damage takes the shape of shallow craters, which are closely positioned to one another
and small in size. This happens even if the intensity of the current is comparatively low. Flutes will develop
from the craters in time, as shown in Figure 19. They can be found on roller and ring raceway contact surfaces,
but not on balls, which have dark colouration only (see Figure 20). The flutes are equally spaced. The
raceways are dark in the bottoms of the depressions (see Figures 20 and 21). Eroded patches, next to the
flutes on Figure 21, indicated by the pencil point, were caused by contact of the cage ribs with the inner ring.
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Figure 17 — Craters formed by the passage of Figure 18 — Craters in bead-like procession on
electric current ball and raceway
Figure 19 — Craters formed by current leakage Figure 20 — Fluting on inner ring raceway — Dark
resulting in fluting coloured balls
Figure 21 — Fluting on a needle roller bearing inner ring
(Enlarged surface detail is seen behind the bearing ring and an enlarged view using scanning electron
microscopy is in the lower right corner.)
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5.5 Plastic deformation
5.5.1 General definition
Permanent deformation occurring whenever the yield strength of the material is exceeded.
Typically this can occur in two different ways:
on a macroscale, where the contact load between a rolling element and the raceway causes yielding over
a substantial portion of the contact footprint;
on a microscale, where a foreign object is over-rolled between a rolling element and the raceway and
yielding occurs over only a small part of the contact footprint.
5.5.2 Overload
(true brinelling)
Overloading of a stationary bearing by static load or shock load leads to plastic deformation at the rolling
element/raceway contacts, i.e. the formation of shallow depressions or flutes on the bearing raceways in
positions corresponding to the pitch of the rolling elements (see Figure 22). Furthermore, overloading can
occur by excessive preloading or due to incorrect handling during mounting (see Figure 23).
Inappropriate handling can also cause overloading and deformation of other bearing components, e.g. shields,
washers and cages (see Figure 24).
Figure 22 — Plastic deformation on a tapered roller bearing raceway produced by overloading
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Figure 23 — Overloading during mounting Figure 24 — Cage deformed by incorrect handling
5.5.3 Indentation from debris
When particles are over-rolled, indentations are formed on raceways and rolling elements. The size and
shape of the indentations depend on the nature of the particles. See Figures 25 a), b) and c), which depict the
following types of indentation:
a) from soft particles, e.g. fibres and wood;
b) from hardened steel particles, e.g. from gears and bearings;
c) from hard mineral particles, e.g. from grinding wheels.
NOTE ISO 281/Amd. 2 describes the reduction of the bearing life by particle indentation.
5.5.4 Indentation by handling
Raceways and rolling elements can incur indentations and nicks caused by hard, possibly sharp, objects (see
Figure 26).
a) b) c)
Figure 25 — Indentations caused by over-rolled particles
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Figure 26 — Nicks (gouges)
5.6 Fracture and cracking
5.6.1 General
Cracks are initiated and propagate when the ultimate tensile strength of the material is exceeded.
Fracture is the result of a crack propagating to the point of complete separation of a part of the component.
5.6.2 Forced fracture
Forced fracture is due to a stress concentration in excess of the material tensile strength and is caused by
local over-stressing, e.g. from impact (see Figure 27), or by over-stressing due to an excessive interference fit
(see Figure 28).
5.6.3 Fatigue fracture
Frequent exceeding of the fatigue strength limit under bending, tension or torsion conditions results in fatigue
cracking. A crack is initiated at a stress raiser and propagates in steps over a part of the component cross-
section, ultimately resulting in a forced fracture. Fatigue fracture occurs mainly on rings and cages (see
Figures 29 and 30). The fatigue crack striations are clearly visible in the fractured surface of the cage bar in
the enlarged (lower) image in Figure 30.
Fatigue fracture is sometimes caused by insufficient support of the bearing ring in the housing or on the shaft
(see Figure 31).
Figure 27 — Forced fracture caused by a direct Figure 28 — Spherical roller bearing inner ring
hammer blow with forced fracture caused by excessive
interference fit
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Figure 29 — Fatigue fracture of a back-up roll Figure 30 — Fatigue fractures of cage bars
outer ring caused by bending
(The damage at the outside surface is secondary and
occurred when the ring fractured.)
Figure 31 — Fatigue fracture of an outer ring caused by insufficient support in the housing
5.6.4 Thermal cracking
(heat cracking)
Thermal cracking is caused by high frictional heating due to sliding motion. Cracks usually appear at right
angles to the direction of sliding (see Figure 32). Hardened steel components are sensitive to thermal cracking
due to rehardening of the surfaces in combination with the development of high residual tensile stress.
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Figure 32 — Thermal cracking on an inner ring face
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Annex A
(informative)
Failure analysis — Illustrations of damage — Terms
A.1 Failure analysis
A.1.1 Securing evidence before and after removal
When, due to failure, a bearing is removed from a machine, the cause of the failure should be classified as
well as the means of avoiding future failures. To obtain the most reliable result, it is helpful to follow a
systematic procedure when securing evidence and inspecting the bearing. The matrix given in Table A.1
shows the most probable correlation of visual characteristics of frequent failures and their possible causes.
The following items should be considered when investigating bearings:
obtain operating data, analyse records and charts from bearing monitoring devices;
extract lubricant samples to determine lubrication conditions;
check bearing environment for external influences, including equipment problems;
assess bearing in mounted condition;
mark mounting position;
remove bearing and parts;
mark bearing and parts;
check bearing seats;
assess bearing;
examine individual bearing/bearing parts;
1)
consult experts, or despatch bearings to experts , together with full results from the above check points
as required.
Important factors necessary to find the causes of failure may be lost if the procedure selected is incorrect.
A.1.2 Contact traces
A.1.2.1 General
The interpretation of the contact traces and, in particular, the running path patterns on the raceways for given
applications is very important for the practical analysis of a failure. The types of load, operating clearance and
possible misalignment may be clearly revealed. In the following illustrations, typical running path patterns for
the most common applications and bearing types are shown.
1) In thi
...
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Rolling bearings — Damage and
failures — Terms, characteristics and
causes
Roulements — Détérioration et défaillance — Termes, caractéristiques
et causes
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ISO 15243:2004(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references. 1
3 Terms and definitions. 1
4 Classification of failure modes occurring in rolling bearings. 1
5 Failure modes. 3
5.1 Fatigue. 3
5.2 Wear. 4
5.3 Corrosion. 6
5.4 Electrical erosion. 8
5.5 Plastic deformation. 11
5.6 Fracture and cracking. 13
Annex A (informative) Failure analysis — Illustrations of damage — Terms. 16
Bibliography . 41
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ISO 15243:2004(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 15243 was prepared by Technical Committee ISO/TC 4, Rolling bearings.
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ISO 15243:2004(E)
Introduction
In practice, damage or failure of a bearing can often be the result of several mechanisms operating
simultaneously. The failure can result from improper assembly or maintenance or from faulty manufacture of
the bearing or its adjacent parts. In some instances, failure is due to a design compromise made in the
interests of economy or from unforeseen operating conditions. It is the complex combination of design,
manufacture, assembly, operation and maintenance that often causes difficulty in establishing the primary
cause of failure.
In the event of extensive damage to or catastrophic failure of the bearing, the evidence is likely to be lost and
it will then be impossible to identify the primary cause of failure. In all cases, knowledge of the actual operating
conditions of the assembly and the maintenance history is of the utmost importance.
The classification of bearing failure established in this International Standard is based primarily upon the
features visible on rolling element contact surfaces and other functional surfaces. Consideration of each
feature is required for reliable determination of the cause of bearing failure. Since more than one process may
cause similar effects to these surfaces, a description of appearance alone is occasionally inadequate for
determining the reason for the failure. In such cases, the operating conditions must be considered.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15243:2004(E)
Rolling bearings — Damage and failures — Terms,
characteristics and causes
1 Scope
This International Standard defines, describes and classifies the characteristics, changes in appearance and
possible causes of failure of rolling bearings occurring in service. It will assist in the understanding of the
various forms of change in appearance and the failure that has occurred.
For the purposes of this International Standard the term “failure of rolling bearings” means the result of a
defect or damage that prevents the bearing meeting the intended design performance.
Consideration is restricted to characteristic forms of change in appearance and failure, which have a
well-defined appearance and which can be attributed to particular causes with a high degree of certainty. The
features of particular interest for explaining changes and failures are described. The various forms are
illustrated with photographs and diagrams, and the most frequent causes are indicated.
The failure mode designations shown in the subclause titles are recommended for general use, but similar
expressions or synonyms are given within parentheses below the titles.
Examples of rolling bearing failures are given in Annex A, together with a description of the causes of failure
and proposed corrective actions.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 5593:1997, Rolling bearings — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 5593 and the following apply.
3.1
characteristics
visual appearance resulting from service performance
NOTE Surface defects and types of geometrical change that occur during wear (appearance of wear) are partly
defined in ISO 6601 and ISO 8785.
4 Classification of failure modes occurring in rolling bearings
Rolling bearing failures are classified strictly according to their primary causes. However, it is not always easy
to distinguish between causes and characteristics (symptoms) or, in other words, between failure mechanisms
and failure modes. The large number of articles and books written on the subject confirms this (see
Bibliography).
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ISO 15243:2004(E)
The evolution of tribological research during recent decades has led to a remarkable increase of new
knowledge describing failure mechanisms and failure modes. In this International Standard, failure modes are
classified in six main groups and various sub-groups (see Figure 1).
Figure 1 — Classification of failure modes
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ISO 15243:2004(E)
5 Failure modes
5.1 Fatigue
5.1.1 General definition
The change in the structure, which is caused by the repeated stresses developed in the contacts between the
rolling elements and the raceways, is described as fatigue. Fatigue is manifested visibly as a flaking of
particles from the surface.
5.1.2 Subsurface initiated fatigue
Under the influence of loads in rolling contacts, described by the Hertzian Theory, structural changes will
occur and microcracks will be initiated at a certain depth under the surface, i.e. subsurface. The initiation of
the microcracks is often caused by inclusions in the bearing steel (see Figure 2). The microcracks, which are
observed at the edge of the white etched areas (butterflies), will normally propagate to the rolling contact
surface producing flaking, spalling (pitting) and then peeling (see Figure 3).
NOTE The bearing life calculation in accordance with ISO 281 and ISO 281/Amd. 2 is based on subsurface initiated
fatigue.
5.1.3 Surface initiated fatigue
Fatigue initiated from the surface is, among other things, caused by surface distress.
Surface distress is the damage to the rolling contact metal surface asperities under a reduced lubrication
regime and a certain percentage of sliding motion, causing the formation of
asperity microcracks, see Figure 4;
asperity microspalls, see Figure 5;
microspalled areas (grey stained), see Figure 6.
Indentations in the raceways caused either by contaminant particles or by handling can also lead to surface
initiated fatigue (see 5.5.3 and 5.5.4). Surface initiated fatigue caused by indentation arising from plastic
deformation is shown in A.2.6.1 and A.2.6.3.
NOTE ISO 281/Amd. 2 includes surface related calculation parameters that are known to have an influence on the
bearing life, such as material, lubrication, environment, contaminant particles and bearing load.
Figure 2 — Subsurface microcrack with the “butterfly phenomenon” (white etched area) (Scale 500:1)
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ISO 15243:2004(E)
Figure 3 — Progression of subsurface fatigue
5.2 Wear
5.2.1 General definition
Wear is the progressive removal of material resulting from the interaction of the asperities of two sliding or
rolling/sliding contacting surfaces during service.
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ISO 15243:2004(E)
5.2.2 Abrasive wear
(particle wear; three body wear)
Abrasive wear is the result of inadequate lubrication or the ingress of foreign particles. The surfaces become
dull to a degree, which varies according to the coarseness and nature of the abrasive particles (see Figure 7).
These particles gradually increase in number as material is worn away from the running surfaces and cage.
Finally, the wear becomes an accelerating process that results in a failed bearing.
NOTE The “running-in” of a rolling bearing is a natural short process after which the running behaviour, e.g. noise or
operating temperature, stabilizes or even improves.
5.2.3 Adhesive wear
(smearing; skidding; galling)
Adhesive
...
ISO 15243:2004(E)
Annex A
(informative)
Failure analysis — Illustrations of damage — Terms
A.1 Failure analysis
A.1.1 Securing evidence before and after removal
When, due to failure, a bearing is removed from a machine, the cause of the failure should be classified as
well as the means of avoiding future failures. To obtain the most reliable result, it is helpful to follow a
systematic procedure when securing evidence and inspecting the bearing. The matrix given in Table A.1
shows the most probable correlation of visual characteristics of frequent failures and their possible causes.
The following items should be considered when investigating bearings:
obtain operating data, analyse records and charts from bearing monitoring devices;
extract lubricant samples to determine lubrication conditions;
check bearing environment for external influences, including equipment problems;
assess bearing in mounted condition;
mark mounting position;
remove bearing and parts;
mark bearing and parts;
check bearing seats;
assess bearing;
examine individual bearing/bearing parts;
1)
consult experts, or despatch bearings to experts , together with full results from the above check points
as required.
Important factors necessary to find the causes of failure may be lost if the procedure selected is incorrect.
A.1.2 Contact traces
A.1.2.1 General
The interpretation of the contact traces and, in particular, the running path patterns on the raceways for given
applications is very important for the practical analysis of a failure. The types of load, operating clearance and
possible misalignment may be clearly revealed. In the following illustrations, typical running path patterns for
the most common applications and bearing types are shown.
1) In this case the failed bearing should be kept in the as-failed condition.
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ISO 15243:2004(E)
Table A.1 — Matrix of defects
Characteristic features of defects
Wear FatigueCorrosion Fractures Deformation Cracks
Possible causes
Insufficient lubricant • • • • • • • •
Excessive lubricant •
Incorrect viscosity • • • • • • • •
Inadequate quality • • • • • • • •
Contamination • • • • • • •
Excessive speed • • • • • • • •
Excessive load • • • • • • • • •
Frequently fluctuating
• • • • • • •
loads
Vibration • • • • • • • • •
Passage of electrical
• • • •
current
Faulty electrical
• • • • •
insulation
Incorrect mounting • • • • • • • • •
Incorrect heating • • •
Misalignment • • • • •
Undesirable
• • • • • • • • •
preloading
Impact • • • •
Inadequate fixing • • • • • • • • •
Uneven seating
• • • • • • •
surface
Incorrect seating fit • • • • • • • • •
Incorrect bearing
• • • • • • •
selection
Unsuitable adjacent
• • • • • • •
components
Incorrect storage •
Vibration during
• • • • •
transportation
Incorrect heat
• • • • •
treatment
Incorrect grinding •
Inadequate surface
• • • •
finish
Inaccurate application
• • • • • • •
component
Structural defects • • •
Combination of
• • • • •
incompatible materials
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Material Manufacture Handling Design Mounting Operating condition Lubricant
Increased wear
Tracks
Scores
Seizing marks, smearing
Scratches, scuffing marks
Fluting, washboarding
Chatter marks
Hot running
Pitting
Flaking, spalling
General corrosion (rust)
Fretting corrosion (rust)
Electrical craters, fluting
Through crack, fracture
Cage fractures
Local spalling, chipping
Deformation
Indentations
Marking
Thermal cracks
Heat treatment cracks
Grinding cracks
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A.1.2.2 Radial bearings
Figure A.1 — Uni-directional radial load — Rotating inner ring – Stationary outer ring
Inner ring: Running path pattern uniform in width, positioned in the middle of the raceway and extending
around its entire circumference.
Outer ring: Running path pattern widest in the load direction, tapering towards the ends and positioned in the
middle of the raceway. With normal fits and normal internal clearance, the running path pattern extends to less
than half of the circumference of the raceway.
Figure A.2 — Uni-directional radial load — Stationary inner ring – Rotating outer ring
Inner ring: Running path pattern widest in the load direction, tapering towards the ends and positioned in the
middle of the raceway. With normal fits and normal internal clearance, the running path pattern extends to less
than half of the circumference of the raceway.
Outer ring: Running path pattern uniform in width, positioned in the middle of the raceway and extending
around its entire circumference.
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ISO 15243:2004(E)
Figure A.3 — Radial preloading with uni-directional radial load —
Rotating inner ring – Stationary outer ring
Inner ring: Running path pattern uniform in width, positioned in the middle of the raceway and extending
around its entire circumference.
Outer ring: Running path pattern positioned in the middle of the raceway and may, or may not, extend around
its entire circumference. The running path pattern is widest in the direction of radial loading.
Figure A.4 — Uni-directional axial load — Rotating inner ring and/or outer ring
Inner and outer rings: Running path pattern uniform in width, axially displaced and extending around the
entire circumference of the raceways of both rings.
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ISO 15243:2004(E)
Figure A.5 — Combination of uni-directional radial and axial loads —
Rotating inner ring – Stationary outer ring
Inner ring: Running path pattern uniform in width, extending around the entire circumference of the raceway
and axially displaced.
Outer ring: Running path pattern axially displaced and may, or may not, extend around the entire
circumference. The running path pattern is widest in the direction of the radial loading.
Figure A.6 — Outer ring misaligned in housing — Rotating inner ring – Stationary outer ring
Inner ring: Running path pattern uniform in width, wider than in Figure A.1, positioned in the middle of the
raceway and extending around its entire circumference.
Outer ring: Running path pattern varying in width and in two diametrically opposed sections, displaced
diagonally in relation to each other.
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ISO 15243:2004(E)
Figure A.7 — Inner ring misaligned on shaft — Rotating inner ring – Stationary outer ring
Inner ring: Running path pattern varying in width and in two diametrically opposed sections, displaced
diagonally in relation to each other.
Outer ring: Running path pattern uniform in width, wider than in Figure A.2, positioned in the middle of the
raceway and extending around its entire circumference.
Figure A.8 — Oval compression of outer ring — Rotating inner ring – Stationary outer ring
Inner ring: Running path pattern uniform in width, positioned in the middle of the raceway and extending
around its entire circumference.
Outer ring: Running path pattern widest where the compression has occurred and positioned in two
diametrically opposed sections of the raceway. The length of the pattern depends upon the magnitude of the
compression and the initial radial internal clearance in the bearing.
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ISO 15243:2004(E)
A.1.2.3 Thrust bearings
Figure A.9 — Uni-directional axial load — Rotating shaft washer – Stationary housing washer
Shaft and housing washers: Running path patterns uniform in width, positioned in the middle of the
raceways and extending around the entire circumference of the raceways.
Figure A.10 — Uni-directional axial load on eccentrically positioned housing washer relative to shaft
washer — Rotating shaft washer – Stationary housing washer
Shaft washer: Running path pattern uniform in width, wider than in Figure A.9, positioned in the middle of the
raceway and extending around its entire circumference.
Housing washer: Running path pattern varying in width, extending around the entire circumference of the
raceway and eccentric to the raceway.
Figure A.11 — Misaligned housing washer — Rotating shaft washer – Stationary housing washer
Shaft washer: Running path pattern uniform in width, positioned in the middle of the raceway and extending
around its entire circumference.
Housing washer: Running path pattern in the middle of the raceway, but varying in width and may, or may
not, extend around the entire circumference of the raceway.
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ISO 15243:2004(E)
A.2 Illustrated failures catalogue — Causes of failure and countermeasures
A.2.1 General
Each bearing failure is the result of a primary cause that in practice is often hidden by subsequent damage.
The order of the following illustrations follows the classification of failure modes shown in Figure 1. The
classification of the failures is based on the observed appearance.
Each illustration is provided with an explanation of the failure in a paragraph that is given the heading “Cause
of failure”. The explanation can include a description of the failure, probable (primary) cause of the failure and
comments.
For each illustration, there are also proposed countermeasures or corrective actions to avoid failures, given in
the paragraph headed “Countermeasure”.
A.2.2 Fatigue
A.2.2.1 Flaking
Cause of failure
Subsurface initiated material fatigue. The
accumulation of load cycles leads to structural
changes and fatigue cracks, originating in the
loaded zone.
Countermeasure
Use a bearing with higher load-carrying capacity if
longer life is required.
A.2.2.2 Flaking of only one raceway of spherical roller bearing
Cause of failure
Excessive axial load on a spherical roller bearing
caused premature fatigue and flaking over the
entire circumference of one of the raceways.
Countermeasure
If appropriate, select a bearing with higher axial
load-carrying capacity. Control axial load on the
bearing.
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ISO 15243:2004(E)
A.2.2.3 Raceway fatigue at two diametrically opposite locations
Cause of failure
Flaking on the outer ring of a spherical roller
bearing due to ovality of the housing. Similar
damage can occur if split housings are wrongly
assembled or if debris is embedded in the housing
seating.
Countermeasure
Check form accuracy of adjacent parts and
improve them, if necessary. Assemble split
housings properly. Observe utmost cleanliness
during mounting.
NOTE The running path patterns on the raceways will
indicate if outer ring or inner ring is out-of-round.
A.2.2.4 Flaking (spalling) originating at filling slot, e.g. in double-row angular contact ball bearing
Cause of failure
Incorrect bearing selection; faulty mounting; axial
load directed towards filling slot.
Countermeasure
In the case of double-row bearings with filling slots
only on one row, consider the direction of the axial
load during operation when mounting the bearing.
In the case of alternating axial loads use a bearing
without the filling slot or, at least, apply only light
axial loads in the direction of the filling slot.
For single-row bearings with filling slots, axial loads
should be kept low in relation to the radial load.
A.2.2.5 Flaking (spalling) of raceway at intervals corresponding to rolling element pitch
Cause of failure
Faulty mounting and/or handling producing
indentations in the raceway at rolling element pitch.
Subsequent over-rolling leading to flaking.
Countermeasure
Mount bearing correctly by using suitable tools. Do
not transmit mounting forces through the rolling
elements. In the case of cylindrical roller bearings,
rotate shaft slowly during mounting, if possible.
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ISO 15243:2004(E)
A.2.2.6 Full running path pattern around entire raceway circumference of stationary outer ring of
self-aligning ball bearing with rotating inner ring
Cause of failure
Temperature difference between shaft and housing
too large; adjacent parts not within tolerances;
incorrectly selected bearing internal clearance.
Countermeasure
Check dimensions of shaft and housing. Check
temperature influence on bearing clearance. Select
bearing with suitable clearance. If the inner ring is
mounted on tapered seating, select correct driving
up distance.
A.2.2.7 Oblique running path flaking pattern on inner ring raceway
Cause of failure
Misalignment during operation; shaft deflection;
abutment faces on mating part(s) out-of-square.
Countermeasure
Check that the equipment is suitable for the
bearing type. Eliminate misalignment or select a
bearing type suitable to accommodate the
misalignment. Reduce shaft deflection. Check the
squareness of the abutment faces on mating
part(s).
A.2.3 Wear
A.2.3.1 (Adhesive) Wear on roller end face
Cause of failure
Axial load too high on the roller and/or inadequate
lubrication causing adhesive wear in the form of
seizing on the roller end face. An enlargement of
the seizing is shown. (A milder form of roller end
face smearing is shown in Figure 9.)
Countermeasure
Improve the lubrication. Use bearing type more
suitable with regard to the pressure and lubrication
conditions in the roller end face/rib contact.
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A.2.3.2 (Abrasive) Wear on tapered roller bearing
Cause of failure
Contaminated lubricant causing wear of the
bearing contacting surfaces, which is clearly
illustrated on the roller end faces.
Countermeasure
Improve system cleanliness.
A.2.3.3 Smearing on raceways
Cause of failure
Incorrect design and operation. Smearing
(skidding) between the rolling elements and
raceways in a bearing subjected to very light load
during rotation, or too high inertia of ball/roller set
(high accelerations), or due to vibration
(unloading). When smearing (skidding) occurs, the
lubrication is inadequate or there is a shaft
dynamics problem.
Countermeasure
Reconsider bearing selection (downsize). If tests
without external loads are carried out, follow
running-in procedures. Select suitable lubricant
(viscosity, composition, additives). Provide
damping.
A.2.3.4 Rib wear, smearing on roller end faces and rib
Cause of failure
Axial overloading accompanied by inadequate
lubrication; excessive deflection of the shaft; wrong
positioning of the bearing; out-of-squareness of
mating surfaces.
Countermeasure
Check all aspects of bearing application.
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ISO 15243:2004(E)
A.2.3.5 Burnishing of bearing outer ring raceway
Cause of failure
Incorrect lubricant or poor lubricant supply. The
raceway often gets a mirror finish.
Countermeasure
Select a lubricant with a more suitable viscosity.
Provide adequate lubrication. Check relubrication
interval.
A.2.3.6 Severely worn raceways, ribs and rollers
Cause of failure
Overloading and poor lubrication.
Countermeasure
Check load conditions and lubrication. Check
suitability of bearing for the operating conditions.
A.2.3.7 Scratches/wear on bearing end face from rubbing against mating part
Cause of failure
Insufficient interference fit; loose mating part. The
damage is circumferential scratches and wear of
the contacting surfaces, caused by creeping of the
inner ring. Bending of the shaft or vibration in
connection with a loose mating part can, in a
similar case, cause fretting corrosion type wear.
Countermeasure
Select suitable fit and use tighter clamping. Check
the application conditions regarding loading and
vibration.
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ISO 15243:2004(E)
A.2.3.8 Hot runner, running surfaces discoloured and melted
Cause of failure
Poor lubrication; operating clearance too small
relative to load and speed; excessive overloading
of the bearing. Resultant temperature rise causes
reduction of the hardness of the surfaces. Wear
particles from the cage are rolled into and become
attached to the raceways. If the operation
continues, there is a risk of a catastrophic failure.
Countermeasure
Check suitability and quantity of the lubricant.
Select appropriate radial internal clearance.
Reconsider the bearing selection.
A.2.3.9 Wear on cage pockets and balls (polar lines)
Cause of failure
Excessive load; inadequate lubrication;
undesirable preload. Polar lines can
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15243
Première édition
2004-02-15
Roulements — Détérioration et
défaillance — Termes, caractéristiques et
causes
Rolling bearings — Damage and failures — Terms, characteristics and
causes
Numéro de référence
ISO 15243:2004(F)
©
ISO 2004
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ISO 15243:2004(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2004 – Tous droits réservés
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Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 1
3 Termes et définitions . 1
4 Classification des modes de défaillance survenant dans les roulements. 1
5 Modes de défaillance . 3
5.1 Fatigue. 3
5.2 Usure. 5
5.3 Corrosion. 7
5.4 Électroérosion. 10
5.5 Déformation plastique. 11
5.6 Rupture et fissuration. 13
Annex A (informative) Analyse des défaillances — Illustration des détériorations — Termes. 16
Bibliographie . 41
© ISO 2004 – Tous droits réservés iii
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ISO 15243:2004(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 15243 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 4, Roulements.
iv © ISO 2004 – Tous droits réservés
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ISO 15243:2004(F)
Introduction
Dans la pratique, la détérioration ou la défaillance d’un roulement peut souvent être le résultat de plusieurs
mécanismes en fonctionnement simultané. La défaillance peut être la conséquence d’un assemblage
incorrect, d’une maintenance inadéquate ou d’un défaut de fabrication du roulement ou de ses éléments
adjacents. Dans certains cas, la défaillance est due à un compromis fait au niveau de la conception pour des
raisons d’intérêts économiques voire à des conditions de fonctionnement imprévues. Il s’agit de la
combinaison complexe de plusieurs facteurs de conception, de fabrication, d’assemblage, de fonctionnement
et de maintenance qui est souvent à l’origine de difficultés au niveau de la détermination de la cause primaire
de la défaillance.
En cas de détérioration importante ou de défaillance soudaine et totale du roulement, l’absence d’indication
évidente est probable, ce qui rend impossible l’identification de la cause primaire de la défaillance. Dans tous
les cas, la connaissance des conditions réelles de fonctionnement de l’ensemble ainsi que de l’historique des
travaux de maintenance se révèle de la plus haute importance.
La classification des défaillances des roulements établie dans la présente Norme internationale est
principalement fondée sur les caractéristiques visibles sur les surfaces de contact des éléments roulants et
sur d’autres surfaces fonctionnelles. Chaque caractéristique est à prendre en compte pour déterminer de
manière fiable la cause de la défaillance du roulement. Dans la mesure où plusieurs processus peuvent avoir
des effets similaires sur lesdites surfaces, la description de l’aspect ne suffit parfois pas, à elle seule, à
déterminer la cause de la défaillance. Auxquels cas, les conditions de fonctionnement sont à prendre en
considération.
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NORME INTERNATIONALE ISO 15243:2004(F)
Roulements — Détérioration et défaillance — Termes,
caractéristiques et causes
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale définit, décrit et classe les caractéristiques, les changements d'aspect et les
causes possibles d'une défaillance survenant en cours de fonctionnement des roulements. Elle aidera à la
compréhension des diverses formes de changement d'aspect et de la défaillance survenue.
Pour les besoins de la présente Norme internationale, le terme «défaillance des roulements» définit le résultat
d’un défaut ou d’une détérioration, qui empêche le roulement d’atteindre ses performances initialement
prévues.
L’analyse se limite aux formes caractéristiques du changement d'aspect et de la défaillance dont les signes
visibles sont bien définis et qui peuvent être imputables à des causes particulières avec un degré de certitude
élevé. Les caractéristiques d'intérêt particulier relatives à l'explication des changements et des défaillances
sont décrites. Les formes diverses sont illustrées par des photographies et des diagrammes, et les causes les
plus fréquentes sont signalées.
Les désignations des modes de défaillance exprimées dans les titres des paragraphes sont recommandées
pour un usage général, mais des expressions similaires ou des synonymes sont donnés entre parenthèses
sous lesdits titres.
Des exemples de défaillances des roulements accompagnés d'une description des causes de la défaillance et
des mesures correctives proposées, sont donnés dans l’Annexe A.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 5593:1997, Roulements — Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 5593 et les suivants
s'appliquent.
3.1
caractéristiques
aspect visuel résultant de la performance d'usage
NOTE Les défauts de surface et les types de changements géométriques survenant en cours d'usure (aspect à
l'usure) sont partiellement définis dans l'ISO 6601 et l'ISO 8785.
4 Classification des modes de défaillance survenant dans les roulements
Les défaillances des roulements sont rigoureusement classées d’après leurs causes primaires. Cependant, il
n’est pas toujours facile de distinguer les causes des caractéristiques (symptômes), en d’autres termes, entre
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ISO 15243:2004(F)
mécanismes et modes de défaillance. Ceci est confirmé par le grand nombre d’articles et d’ouvrages traitant
de ce sujet (voir Bibliographie).
L’évolution de la recherche en tribologie au cours des dernières décennies a conduit à une accumulation
remarquable de nouvelles connaissances dans la description des mécanismes et des modes de défaillance.
La présente Norme internationale classe les modes de défaillance en six groupes principaux et en sous-
groupes divers (voir Figure 1).
Figure 1 — Classification des modes de défaillance
2 © ISO 2004 – Tous droits réservés
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ISO 15243:2004(F)
5 Modes de défaillance
5.1 Fatigue
5.1.1 Définition générale
La fatigue est décrite comme correspondant au changement de structure provoqué par les contraintes
répétées générées par les contacts entre les éléments roulants et les chemins de roulement. La fatigue se
manifeste visiblement sous la forme d’un écaillage des particules de surface.
5.1.2 Fatigue initiée en sous-couche
Sous l’impact des charges exercées au niveau des surfaces de contact des éléments roulants, décrites par la
théorie de Hertz, des changements de structure surviennent donnant ainsi naissance à des microfissures à
une certaine profondeur sous la surface, c’est-à-dire en sous-couche. Cette amorce de microfissures est
souvent provoquée par des inclusions dans l’acier (voir Figure 2). Les microfissures, observées au bord des
zones blanches révélées par attaque acide (ailes de papillon), se propagent généralement vers la surface de
contact provoquant un écaillage naissant, un écaillage avancé (piqûre), puis une pelade (voir Figure 3).
NOTE Le calcul de la durée de vie du roulement conformément à l’ISO 281 et à l’ISO 281/Amd. 2 est fondé sur la
fatigue initiée en sous-couche.
Figure 2 — Microfissure en sous-couche avec «phénomène d'ailes de papillon» (zone blanche)
(Échelle 500:1)
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ISO 15243:2004(F)
Figure 3 — Évolution de la fatigue en sous-couche
5.1.3 Fatigue initiée en surface
La fatigue initiée en surface est entre autres provoquée par la destruction de surface.
La destruction de surface est la détérioration des aspérités de surface du contact métallique sous lubrification
réduite et un certain niveau de glissement provoquant ainsi la formation de
microfissures, voir Figure 4;
micro-écaillages, voir Figure 5;
zones micro-écaillées (taches grises), voir Figure 6.
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ISO 15243:2004(F)
Les indentations sur les chemins de roulement provoquées par des impuretés ou par la manipulation peuvent
également conduire à une fatigue initiée en surface (voir 5.5.3 et 5.5.4). La fatigue initiée en surface, causée
par l’indentation due à la déformation plastique, est illustrée en A.2.6.1 et A.2.6.3.
NOTE L’ISO 281/Amd. 2 comprend des paramètres de calcul relatifs à la surface et connus pour avoir une influence
sur la durée de vie du roulement, tels que le matériau, la lubrification, l’environnement, les impuretés et la charge au
niveau du roulement.
Figure 4 — Micro-écaillages prenant l’aspect Figure 5 — Micro-écaillages
d’une «écaille de poisson»
Figure 6 — Zones avec taches grises importantes (Échelle 1,25:1)
5.2 Usure
5.2.1 Définition générale
L’usure est l’enlèvement progressif de matière provenant des interactions des aspérités entre deux surfaces
en contact de glissement ou de roulement/glissement en cours de fonctionnement.
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5.2.2 Usure par abrasion
(usure sous l'action de particules; usure entre trois corps)
L’usure par abrasion est le résultat d’une lubrification inappropriée ou de la pénétration de corps étrangers.
Les surfaces deviennent mates à un degré qui varie en fonction de la taille et de la nature des particules
abrasives (voir Figure 7). Le nombre de particules augmente progressivement avec l’usure du matériau des
surfaces en contact et de la cage. Finalement, le processus d’usure s’accélère jusqu’à détérioration du
roulement.
NOTE Le «rodage» d’un roulement est un processus naturel court à l’issue duquel le comportement en rotation, par
exemple le bruit ou la température de fonctionnement, se stabilise, voire s’améliore.
Figure 7 — Usure par abrasion sur les chemins de roulement des bagues intérieures d’un roulement à
deux rangées de rouleaux cylindriques avec épaulement central
5.2.3 Usure par adhésion
(grippage; patinage; usure par frottement)
L’usure par adhésion est un transfert de matière d’une surface à une autre avec échauffement par frottement
et, parfois, recuit
...
ISO 15243:2004(F)
Annex A
(informative)
Analyse des défaillances — Illustration des détériorations — Termes
A.1 Analyse des défaillances
A.1.1 Établissement de preuves avant et après le démontage
En cas de dépose d'un roulement d'une machine en raison d'une panne, il convient de classer la cause de la
défaillance ainsi que les remèdes permettant d'éviter l'occurrence d'autres défaillances futures. Pour obtenir
une fiabilité maximale des résultats, il est utile de suivre une méthode systématique lors de l'établissement de
preuves et de l'inspection du roulement. La matrice donnée dans le Tableau A.1 montre la corrélation la plus
probable entre les signes caractéristiques visuels des défaillances les plus fréquentes et leurs causes
possibles.
L'examen des roulements requiert généralement d'effectuer les opérations suivantes:
obtenir les paramètres de fonctionnement, analyser les enregistrements et les diagrammes des
dispositifs de surveillance des roulements;
prélever des échantillons de lubrifiant afin de déterminer les conditions de lubrification;
examiner les influences externes dues à l'environnement du roulement, y compris les problèmes
d'équipement;
évaluer le roulement monté;
repérer la position de montage;
déposer le roulement et ses composants;
marquer le roulement et ses composants;
vérifier les portées du roulement;
évaluer le roulement;
examiner individuellement le roulement et ses composants;
1)
consulter les experts ou envoyer les roulements aux experts , accompagnés des résultats complets des
éléments de vérification ci-dessus et selon les besoins.
Des facteurs importants nécessaires à l'identification des causes de la défaillance peuvent se perdre, si la
procédure choisie n'est pas correctement suivie.
A.1.2 Traces de contact
A.1.2.1 Généralités
L'interprétation des traces de contact, et plus particulièrement des traces de fonctionnement sur les chemins
de roulement pour des applications données est très importante pour l'analyse d'une défaillance. Les types de
charges, les jeux de fonctionnement et les défauts d'alignement éventuels peuvent être clairement mis en
évidence. Les illustrations suivantes présentent les traces de fonctionnement typiques sur des chemins de
roulement pour les applications et les roulements les plus communs.
1) Dans ce cas, il convient de conserver le roulement défectueux en l’état.
16 © ISO 2004 – Tous droits réservés
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ISO 15243:2004(F)
Tableau A.1 — Matrice d'identification des défauts
Traits caractéristiques des défauts
Usure Fatigue Corrosion Ruptures Déformation Fissurations
Causes possibles
Manque de lubrifiant • • • • • • • •
Excès de lubrifiant •
Viscosité incorrecte • • • • • • • •
Qualité inappropriée • • • • • • • •
Contamination • • • • • • •
Vitesse excessive • • • • • • • •
Charge excessive • • • • • • • • •
Variation fréquente
• • • • • • •
des charges
Vibrations • • • • • • • • •
Passage de courant
• • • •
électrique
Isolation électrique
• • • • •
défectueuse
Montage incorrect • • • • • • • • •
Chauffage incorrect • • •
Défaut d'alignement • • • • •
Précharge indésirable • • • • • • • • •
Choc • • • •
Fixation inadéquate • • • • • • • • •
Surface d'appui
• • • • • • •
inégale
Ajustement incorrect • • • • • • • • •
Choix de roulement
• • • • • • •
inapproprié
Composants adjacents
• • • • • • •
mal adaptés
Stockage inadéquat •
Vibrations subies en
• • • • •
cours de transport
Traitement thermique
• • • • •
incorrect
Rectification incorrecte •
Fini de surface
• • • •
inadéquat
Composant
• • • • • • •
d'application imprécis
Défauts de structure • • •
Combinaison de
matériaux • • • • •
incompatibles
© ISO 2004 – Tous droits réservés 17
Manu- Conditions de
Matériau Fabrication Conception Montage Lubrifiant
tention fonctionnement
Usure accrue
Traces
Strie
Grippage, usure par
frottement
Rayures, éraflures
Cannelures, usure
ondulatoire
Marques de broutage
Température de
fonctionnement excessive
Piqûres
Écaillage naissant, écaillage
avancé
Corrosion généralisée
(rouille)
Corrosion de contact (rouille)
Cratères d'origine électrique,
cannelures
Rupture, dissociation
Ruptures au niveau de la
cage
Écaillage local, ébrèchement
Déformations
Indentations
Marques
Fissures thermiques
Fissures de trempe (tapures)
Fissures dues à une
rectification inadéquate
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ISO 15243:2004(F)
A.1.2.2 Roulements radiaux
Figure A.1 — Charge radiale unidirectionnelle — Bague intérieure tournante — Bague extérieure fixe
Bague intérieure: Trace de fonctionnement uniforme en largeur, située au milieu du chemin de roulement et
s'étendant sur toute la circonférence de celui-ci.
Bague extérieure: Trace de fonctionnement plus large dans le sens de la charge, avec une largeur plus
réduite en direction des extrémités et située au milieu du chemin de roulement. Avec des ajustements
normaux et un jeu interne normal, la trace de fonctionnement s'étend sur moins de la moitié de la
circonférence du chemin de roulement.
Figure A.2 — Charge radiale unidirectionnelle — Bague intérieure fixe — Bague extérieure tournante
Bague intérieure: Trace de fonctionnement plus large dans le sens de la charge, avec une largeur plus
réduite en direction des extrémités, et située au milieu du chemin de roulement. Avec des ajustements
normaux et un jeu interne normal, la trace de fonctionnement s'étend sur moins de la moitié de la
circonférence du chemin de roulement.
Bague extérieure: Trace de fonctionnement uniforme en largeur, située au milieu du chemin de roulement et
s'étendant sur toute la circonférence de celui-ci.
18 © ISO 2004 – Tous droits réservés
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ISO 15243:2004(F)
Figure A.3 — Précharge radiale avec charge radiale unidirectionnelle — Bague intérieure tournante —
Bague extérieure fixe
Bague intérieure: Trace de fonctionnement uniforme en largeur, située au milieu du chemin de roulement et
s'étendant sur toute la circonférence de celui-ci.
Bague extérieure: Trace de fonctionnement située au milieu du chemin de roulement et pouvant ou non
s'étendre sur toute la circonférence de celui-ci. La trace de fonctionnement est plus large dans le sens de la
charge radiale.
Figure A.4 — Charge axiale unidirectionnelle — Bague intérieure et/ou extérieure tournante
Bagues intérieure et extérieure: Trace de fonctionnement uniforme en largeur, axialement décalée et
s'étendant sur toute la circonférence des chemins de roulement des deux bagues.
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Figure A.5 — Combinaison de charges unidirectionnelles radiale et axiale —
Bague intérieure tournante — Bague extérieure fixe
Bague intérieure: Trace de fonctionnement uniforme en largeur, s'étendant sur toute la circonférence du
chemin de roulement et axialement décalée.
Bague extérieure: Trace de fonctionnement axialement décalée et pouvant ou non s'étendre sur toute la
circonférence du chemin de roulement. La trace de fonctionnement est plus large dans le sens de la charge
radiale.
Figure A.6 — Défaut d'alignement de la bague extérieure dans le logement —
Bague intérieure tournante – Bague extérieure fixe
Bague intérieure: Trace de fonctionnement uniforme en largeur, plus large qu'à la Figure A.1, située au
milieu du chemin de roulement et s'étendant sur toute la circonférence de celui-ci.
Bague extérieure: Trace de fonctionnement variant en largeur dans deux sections diamétralement opposées
et diagonalement décalées l'une par rapport à l'autre.
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Figure A.7 — Défaut d'alignement de la bague intérieure sur l'arbre —
Bague intérieure tournante — Bague extérieure fixe
Bague intérieure: Trace de fonctionnement variant en largeur dans deux sections diamétralement opposées
et diagonalement décalées l'une par rapport à l'autre.
Bague extérieure: Trace de fonctionnement uniforme en largeur, plus large qu'à la Figure A.2, située au
milieu du chemin de roulement et s'étendant sur toute la circonférence de celui-ci.
Figure A.8 — Ovalisation de la bague extérieure — Bague intérieure tournante — Bague extérieure fixe
Bague intérieure: Trace de fonctionnement uniforme en largeur, située au milieu du chemin de roulement et
s'étendant sur toute la circonférence de celui-ci.
Bague extérieure: Trace de fonctionnement plus large au niveau de l'ovalisation et située dans deux sections
diamétralement opposées du chemin de roulement. La longueur de la trace dépend de l'amplitude de
l'ovalisation et du jeu radial interne initial du roulement.
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ISO 15243:2004(F)
A.1.2.3 Butées
Figure A.9 — Charge axiale unidirectionnelle — Rondelle arbre tournante — Rondelle logement fixe
Rondelles arbre et logement: Trace de fonctionnement uniforme en largeur, située au milieu des chemins
de roulement et s'étendant sur toute la circonférence des chemins de roulement.
Figure A.10 — Charge axiale unidirectionnelle sur rondelle logement excentrée par rapport
à la rondelle arbre — Rondelle arbre tournante — Rondelle logement fixe
Rondelle arbre: Trace de fonctionnement uniforme en largeur, plus large qu'à la Figure A.9, située au milieu
du chemin de roulement et s'étendant sur toute la circonférence de celui-ci.
Rondelle logement: Trace de fonctionnement variant en largeur, s'étendant sur toute la circonférence du
chemin de roulement et décentrée par rapport au chemin de roulement.
Figure A.11 — Défaut d'alignement de la rondelle logement — Rondelle arbre tournante —
Rondelle logement fixe
Rondelle arbre: Trace de fonctionnement uniforme en largeur, située au milieu du chemin de roulement et
s'étendant sur toute la circonférence de celui-ci.
Rondelle logement: Trace de fonctionnement au milieu du chemin de roulement, mais variant en largeur et
pouvant ou non s'étendre sur toute la circonférence du chemin de roulement.
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ISO 15243:2004(F)
A.2 Catalogue illustré des défaillances — Causes de la défaillance et remèdes
A.2.1 Généralités
Chaque défaillance de roulement est imputable à une cause primaire souvent occultée, dans la pratique, par
les détériorations occasionnées postérieurement.
L'ordre des illustrations suivantes suit le modèle de classification des modes de défaillance donné à la
Figure 1. La classification des défaillances est fondée sur l'aspect observé.
Chaque illustration est accompagnée d'une explication concernant la défaillance dans le cadre d'un
paragraphe portant le titre «Cause de la défaillance». Cette explication peut inclure une description de la
défaillance, une indication de la cause probable (primaire) de la défaillance et un commentaire.
Pour chaque illustration et afin d'éviter l'occurrence des défaillances, des remèdes ou mesures correctives
sont également proposés dans le paragraphe portant le titre «Remèdes».
A.2.2 Fatigue
A.2.2.1 Écaillage
Cause de la défaillance
Fatigue initiée en sous-couche. L'accumulation de
cycles alternés de chargement conduit à des
changements de structure et à la formation de
fissures initiées dans la zone chargée.
Remède
Utiliser un roulement à capacité de charge plus
élevée, lorsqu'une durée de vie plus longue est
requise
A.2.2.2 Écaillage au niveau d'un seul chemin de roulement d'un roulement à rotule sur rouleaux
Cause de la défaillance
Charge axiale excessive sur un roulement à rotule
sur rouleaux, à l'origine d'une fatigue prématurée
et d'un écaillage sur toute la circonférence de l'un
des chemins de roulement.
Remède
Le cas échéant, choisir un roulement d'une
capacité de charge axiale plus élevée. Mesurer la
charge axiale appliquée sur le roulement.
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ISO 15243:2004(F)
A.2.2.3 Fatigue du chemin de roulement au niveau de deux sections diamétralement opposées
Cause de la défaillance
L'écaillage au niveau de la bague extérieure d'un
roulement à rotule sur rouleaux était dû à l'ovalité
du logement. Des détériorations similaires peuvent
se produire lorsque des logements en deux parties
sont incorrectement assemblés ou en cas de corps
étrangers incrustés dans la portée du logement.
Remède
Vérifier la précision géométrique des pièces
adjacentes et les améliorer, le cas échéant.
Assembler correctement les logements en deux
parties. Veiller à assurer une propreté maximale
pendant le montage.
NOTE La trace de fonctionnement sur les chemins
de roulement donne une indication sur un défaut
éventuel de circularité de la bague extérieure ou
intérieure.
A.2.2.4 Écaillage naissant (écaillage avancé) initialisé au niveau de l'encoche de remplissage, par
exemple sur un roulement à deux rangées de billes à contact oblique
Cause de la défaillance
Choix inapproprié du roulement; montage
défectueux; charge axiale orientée vers l'encoche
de remplissage.
Remède
Dans le cas des roulements à deux rangées
disposant d'encoches de remplissage sur une
seule rangée, tenir compte de la direction de la
charge axiale en fonctionnement lors du montage
du roulement. Dans le cas de charges axiales
alternées, utiliser un roulement sans encoche de
remplissage ou, au moins, appliquer seulement de
faibles charges axiales dans la direction de
l'encoche de remplissage.
Pour les roulements à une rangée avec encoches
de remplissage, il convient de maintenir les
charges axiales à un niveau relativement bas par
rapport à la charge radiale.
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ISO 15243:2004(F)
A.2.2.5 Écaillage naissant (écaillage avancé) du chemin de roulement à intervalles correspondant au
pas des éléments roulants
Cause de la défaillance
Montage défectueux et/ou manutention incorrecte
à l'origine d'indentations sur le chemin de
roulement correspondant au pas des éléments
roulants. L'écaillage est ensuite provoqué par le
passage répété des éléments roulants sur les
indentations.
Remède
Monter correctement le roulement en utilisant un
outillage approprié. Ne pas transmettre des efforts
de montage à travers les éléments roulants. Dans
le cas de roulements à rouleaux cylindriques, si
possible, tourner l'arbre lentement lors du
montage.
A.2.2.6 Trace de fonctionnement sur toute la circonférence du chemin de roulement d'une bague
extérieure fixe d'un roulement à rotule sur billes, avec bague intérieure tournante
Cause de la défaillance
Différence de température trop importante entre
l'arbre et le logement; pièces adjacentes hors
tolérances; jeu interne du roulement mal adapté.
Remède
Vérifier les dimensions de l'arbre et du logement.
Vérifier l'influence de la température sur le jeu du
roulement. Choisir un roulement avec un jeu
approprié. Lorsque la bague intérieure est montée
sur une portée conique, choisir une cote
d'enfoncement appropriée.
A.2.2.7 Trace d'écaillage oblique sur chemin de roulement d'une bague intérieure
Cause de la défaillance
Défaut d'alignement en fonctionnement; flexion de
l'arbre; faux équerrage des faces d'appui.
Remède
S'assurer que l'équipement est adapté au type de
roulement. Éliminer le défaut d'alignement ou
choisir un type de roulement approprié autorisant
le défaut d'alignement. Réduire la flexion de
l'arbre. Vérifier l'équerrage des faces d'appui.
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ISO 15243:2004(F)
A.2.3 Usure
A.2.3.1 Usure (par adhésion) sur la face d'un rouleau
Cause de la défaillance
Charge axiale trop élevée appliquée sur le rouleau
et/ou lubrification inadéquate à l'origine de l'usure
par adhésion se manifestant sous la forme d'un
grippage important sur la face du rouleau. Un
grossissement du phénomène de grippage est
présenté. (Un grippage moins marqué sur la face
du rouleau est présenté à la Figure 9.)
Remède
Améliorer la lubrification. Utiliser un type de
roulement plus adapté eu égard à la charge et aux
conditions de lubrification au niveau du contact
face rouleau/d'épaulement.
A.2.3.2 Usure (par abrasion) sur roulement à rouleaux coniques
Cause de la défaillance
Lubrifiant contaminé à l'origine de l'usure des
surfaces de contact du roulement, laquelle
apparaît clairement sur les faces des rouleaux.
Remède
Améliorer la propreté du système.
A.2.3.3 Grippage sur les chemins de roulement
Cause de la défaillance
Mauvaise conception et mauvais fonctionnement.
Grippage (patinage) entre les éléments roulants et
les chemins d'un roulement soumis à une faible
charge en rotation ou à une trop forte inertie de
l'ensemble billes/rouleaux (fortes accélérations),
ou dû à des vibrations (sans charge). L'apparition
de grippage (patinage) est un signe de lubrification
inadaptée ou de l'existence d'un problème d'ordre
dynamique au niveau de l'arbre.
Remède
Revoir le choix du roulement (réduire sa
dimension). Lorsque des essais sont réalisés sans
charges extérieures, suivre les procédures de
rodage. Choisir un lubrifiant adapté (viscosité,
composition, additifs). Amortir les vibrations
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ISO 15243:2004(F)
A.2.3.4 Usure de l'épaulement, grippage sur les faces des rouleaux et l'épaulement
Cause de la défaillance
Surcharge axiale combinée à une lubrification
inappropriée; flexion excessive de l'arbre; mauvais
positionnement du roulement; faux équerrage des
surfaces d'appui.
Remède
Vérifier les conditions de montage et de
fonctionnement du roulement.
A.2.3.5 Polissage du chemin de roulement de la bague extérieure
Cause de la défaillance
Lubrifiant inadéquat ou lubrification insuffisante. Le
chemin de roulement prend souvent l'aspect de
poli miroir.
Remède
Choisir un lubrifiant d'une viscosité plus adaptée.
Assurer une lubrification adéquate. Revoir
l'intervalle de regraissage.
A.2.3.6 Usure importante des chemins de roulement, épaulements et rouleaux
Cause de la défaillance
Surcharge et lubrification insuffisante.
Remède
Vérifier les conditions de charges et la lubrification.
S'assurer de l'adaptation du roulement aux
conditions de fonctionnement.
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ISO 15243:2004(F)
A.2.3.7 Rayures/usure au niveau de la face du roulement par frottement contre la face d'appui
Cause de la défaillance
Ajustement serré insuffisant; perte de serrage par
matage. La détérioration se traduit par des rayures
et une usure circulaires sur les surfaces en
contact, provoquées par le roulage de la bague
intérieure. La flexion de l'arbre ou les vibrations,
combinées à un serrage insuffisant peuvent
également entraîner une usure de type corrosion
de contact.
Remède
Choisir un ajustement adéquat et recourir à un
mode d'assemblage plus serré. Vérifier les
conditions d'application en termes de charges et
de vibrations.
A.2.3.8 Échauffement excessif, coloration et fusion des surfaces de roulement
Cause de la défaillance
Lubrification insuffisante; jeu de fonctionnement
trop faible par rapport à la charge et la vitesse;
surcharge excessive appliquée au roulement.
L'élévation de la température qui en résulte a pour
conséquence une réduction de la dureté des
surfaces. Les particules d'usure provenant de la
cage s'incrustent et collent aux chemins de
roulement. Le maintien en service du roulement
fait courir un risque de défaillance soudaine et
complète.
Remède
Vérifier le choix et la quantité du lubrifiant. Choisir
un jeu radial interne approprié. Revoir le choix du
roulement.
A.2.3.9 Usure des alvéoles de cage et des billes (lignes polaires)
Cause
...
Questions, Comments and Discussion
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