Повреждения подшипников качения и их причины

Повреждения подшипников качения и их причины

Ступичные подшипники сконструированы таким образом, что их ресурс пробега легко может достигать 1 000 000 км. Однако некоторые – как правило, аномальные – причины могут привести к преждевременному повреждению подшипника и сокращению его срока службы.

• В 70 % случаев это происходит из-за плохой смазки: слишком много или слишком мало смазки, неподходящее смазочное средство и т.д.
• В 18 % причиной является загрязнение: попадание в подшипник жидкости или твёрдых частиц. Поэтому очень важны хорошие уплотнения, поскольку при их повреждении возможен выход смазки наружу и проникновение загрязнений в подшипник.
• В 10 % случаев «виноват» неправильный монтаж: монтаж с применением силы, слишком сильный нагрев, неправильная регулировка и неверный зазор, слишком сильное затягивание конусной муфты и т.п.

Общие виды повреждений подшипников качения

• перегрев
• поломка наружного кольца
• перекос
• слишком тугая посадка
• усталость материала
• вмятины от тел качения
• загрязнение
• неправильная смазка
• коррозия
• поломки буртиков
• задирный износ
• неверная направленность нагрузки

Диагностика повреждений подшипников

Подшипники качения являются деталями машин с широкой областью применения. Они надёжны даже в тяжёлых условиях эксплуатации. Преждевременный выход из строя случается очень редко. Повреждения подшипников качения можно распознать прежде всего по необычному поведению подшипниковых опор в процессе эксплуатации. При обследовании повреждённые подшипники проявляют себя самым различным образом. Для определения причины повреждения простого осмотра подшипника обычно бывает недостаточно; не менее важно учитывать сопряжённые детали, смазку и уплотнение, а также окружающие условия и условия эксплуатации. Планомерный анализ облегчает нахождение причин повреждения.

ДИАГНОСТИКА ПОВРЕЖДЕНИЙ ПОДШИПНИКОВ. Примеры

Перегрев подшипников

Поломка наружного кольца подшипника

Последствия
• изменение цвета колец, тел качения и обойм (от
жёлтого до синего)
• температура свыше 200 °С снижает твёрдость
и допустимую нагрузку, что может привести к
преждевременному выходу из строя
• в самых неблагоприятных случаях компоненты
подшипника деформируются
• повышение температуры может ухудшить или
разрушить смазочный материал

Последствия
• обычно разлом проходит равномерно по окружности
и зачастую сопровождается выламыванием отдельных
кусков
• при осевой нагрузке эти разломы обычно возникают
непосредственно за центром дорожки качения
• пятно контакта на внешней стороне наружного
кольца подшипника неравномерное

Перекос подшипников

Слишком тугая посадка подшипника

Последствия
• след износа, проходящий наискось к кромкам
дорожки качения неподвижного кольца

Последствия
• длительная эксплуатация под высокой нагрузкой, при плохой смазке и слишком малом зазоре в подшипнике ведёт к быстрому износу и усталости материала

Усталость материала в подшипниках

Вмятины от тел качения

Последствия
• часто называется шелушением; вызывается
трещинами в дорожке качения и непрерывным
отслаиванием металлических частиц от внутренних
колец, наружных колец и тел качения
• шелушение прогрессирует и, однажды начавшись, при
длительной эксплуатации быстро расширяется
• сопровождается всё более усиливающимися шумами

Последствия
• вмятины от тел качения представляют собой
вдавливания на дорожках качения и усиливают
вибрацию подшипника (шумы)
• значительные вмятины от тел качения могут привести к преждевременному выходу из строя

Загрязнение подшипников

Неправильная смазка подшипников

Последствия
• вмятины на телах качения и дорожках качения
вызывают вибрации

Последствия
• изменение цвета тел качения (голубой/коричневый) и
появление колеи от тел качения
• износ тел качения, колец и обойм
• полный отказ

Коррозия подшипников

Поломки буртиков подшипников

Последствия
• красно-бурые пятна или налёт на телах качения,
дорожках качения или обоймах
• повышенная вибрация, сопровождаемая износом
• повышение радиального зазора или потеря
преднатяга

Последствия
• опорные буртики частично или полностью
выламываются или ломаются

Задирный износ подшипников

Неправильная направленность подшипников

Последствия
• частичные или обширные слипания и глубокие
царапины в буртиках и торцах роликов
• пригорание смазки на этом участке

Последствия
• на шариках образуются полосообразные следы
износа – из-за вращения шариков по кромке дорожки качения

Необычное поведение в процессе эксплуатации указывает на повреждения

Повреждения подшипников, как правило, проявляются в постепенном ухудшении эксплуатационных свойств. Случайные повреждения, вызванные ошибками при монтаже или отсутствием смазки, ведующие к немедленному выходу из строя, случаются редко. От появления дефекта до фактического выхода из строя – в зависимости от условий эксплуатации – может пройти несколько месяцев.

Материал предоставил
Дикусарэ Иван Константинович
Ведущий специалист отдела подшипников
ООО «ТПК «Белтимпэкс»

Повреждения подшипников качения и их причины

Подшипники качения являются важнейшими деталями большинства машин. К их несущей способности и надёжности предъявляются высокие требования. По этой причине уже много лет подшипники качения являются предметом интенсивных исследований. Со временем теория и технология подшипников качения развилась в особую область научно-исследовательской работы. Фирма SKF является пионером и занимает ведущие позиции в таких исследованиях.

Благодаря проведённым исследованиям стал возможен расчёт долговечности подшипников с высокой точностью. Это сделало возможным согласование между собой долговечности подшипников и машины. Однако время от времени случается, что фактическая долговечность подшипника оказывается ниже расчётной. Это происходит вследствие множества причин. Например, не предполагаемо высокая нагрузка, недостаточное смазывание или неподходящий смазочный материал, неправильный монтаж подшипника, недостаточная эффективность уплотнений, посадка подшипника с чрезмерным натягом и, соответственно, недостаточный внутренний зазор или чрезмерный внутренний натяг подшипника. Каждая такая ситуация порождает специфическое повреждение подшипника, которое находит отражение в характерной картине повреждения. Следовательно, в большинстве случаев становится возможным при исследовании повреждённого подшипника установить причину повреждения и принять соответствующие меры, для того чтобы избежать повторного повреждения подшипника после возобновления работы машины.

Как определяют понятие «долговечность подшипников качения»?

Упрощенно суть выражается следующим образом: в реальных условиях подшипник качения не может работать произвольно долго. Раньше или позже возникает усталостное разрушение материала, и работа подшипника становится невозможной. Промежуток времени до появления первых признаков усталости материала зависит от частоты вращения подшипника и величины нагрузки. Усталостное разрушение является следствием переменных напряжений сдвига непосредственно под поверхностью качения в зоне действия нагрузки. Эти напряжения обуславливают образование трещин, которые постепенно распространяются к поверхности. Когда по таким трещинам перекатываются тела качения, происходит отделение частиц материала. Такой процесс, который называют образованием усталостных раковин, со временем прогрессирует до тех пор, пока подшипник становится непригодным для работы.

Долговечностью подшипника качения называют число оборотов, которое он совершит прежде, чем станут заметными первые признаки усталостного разрушения на дорожках и телах качения. Это не означает, что после этого подшипник не может продолжать работу. Усталостное выкрашивание распространяется медленно и обнаруживает себя возрастанием шума и вибраций. Поэтому, как правило, остаётся достаточно времени для подготовки замены подшипника.

Следы качения и их значение

У вращающегося под нагрузкой подшипника поверхности соприкосновения дорожек и тел качения, как правило, выглядят немного матовыми. Это не признак износа в обычном смысле, такое явление не оказывает влияния на долговечность подшипника. Матовые участки поверхности дорожек качения внутренних и наружных колец являются следами качения, которые выглядят по-разному в зависимости от условий вращения и нагружения. Исследование следов качения на разобранном подшипнике даёт возможность делать выводы о том, при каких условиях он был установлен и работал. Зная различия между нормальными и фактическими следами качения, можно определить, работал ли подшипник в нормальных или в необычных условиях.

В большинстве случаев дефекты подшипников могут быть выявлены по следам качения. Вид и расположение следов качения могут быть полезными вспомогательными средствами при диагностике повреждений подшипников.

На примере радиальных и упорных шарикоподшипников показаны типичные виды следов качения. Однако эти данные могут быть распространены и на подшипники качения других видов.

Различные виды повреждений подшипников

Первичные повреждения:

  • Износ
  • Вмятины
  • Задиры
  • Поверхностные разрушения
  • Коррозия
  • Последствия прохождения электрического тока

Вторичные повреждения:

  • Усталостные раковины
  • Трещины

Износ

Износ под действием абразивных частиц

Малые абразивные частицы, например продукты изнашивания металлов, проникающие в подшипник, приводят к повреждению дорожек качения, тел качения и сепаратора. Поверхность качения становится в большей или меньшей степени матовой, в зависимости от размера (зернистости) и типа абразивных частиц. Продукты износа латунных сепараторов могут окрасить светлую смазку в зелёный цвет.

Читайте также  Масло во впускном коллекторе причины дизель

По мере изнашивания дорожек качения и сепаратора количество абразивных частиц возрастает. Этот процесс распространяется всё шире, до тех пор, пока детали подшипника ни изнашиваются настолько, что он становится непригодным к работе. Однако подшипники с небольшим износом после их промывки можно продолжать использовать далее.

Абразивные частицы проникают в подшипник извне, если уплотнения не соответствуют условиям работы. Частицы могут попадать в подшипники вместе с загрязнённой пластичной смазкой или во время сборки подшипникового узла.

Картина явления

  • Малые вмятины на дорожках качения колец подшипников и тел качения.
  • Матовая, изношенная поверхность дорожек качения.
  • Потемнение пластичной смазки.

Причины

  • Недостаточная чистота до и во время монтажа.
  • Неэффективные уплотнения.
  • Пластичная смазка загрязнена продуктами износа латунного сепаратора.

Мероприятия

  • Распаковывать подшипники непосредственно перед монтажом.
  • Рабочее место и инструмент содержать в чистоте.
  • Применять свежие и чистые смазывающие материалы.
  • Фильтровать масло.
  • Проверить и при необходимости заменить уплотнения.

Износ вследствие недостаточного смазывания

Устойчивый несущий смазочный слой не может возникнуть, если количество смазки недостаточно, а сама смазка утратила свои свойства. В таких условиях могут возникать металлические контакты между телами качения и дорожками качения. В начальной стадии износ как бы реализует процесс притирания. Микроскопически малые вершины шероховатости, образующиеся в процессе механической обработки, срезаются. Одновременно достигается известный эффект прикатывания, благодаря чему поверхность качения выглядит зеркально гладкой. Но уже на этой стадии могут начинаться поверхностные разрушения.

Когда смазка полностью израсходована, происходит значительный рост температуры. Закалённая подшипниковая сталь теряет свою твёрдость, и на поверхности возникают «цвета побежалости»: голубой и коричневый. При этом температура может стать настолько высокой, что подшипник заклинивает.

Картина явления

  • Поверхность изношенная, иногда с зеркальным блеском (как бы полированная).
  • По мере развития процесса могут возникнуть «цвета побежалости»: голубой и коричневый.

Причины

  • Смазочный материал постепенно исчерпывается или утрачивает свои свойства.

Мероприятия

  • Проверять, поступает ли смазка в подшипник.
  • Уменьшить интервал повторного смазывания.

Износ вследствие вибраций

При остановке подшипника между телами качения и дорожками качения исчезает несущий смазочный слой и возникает металлический контакт. Вибрации не вращающегося подшипника порождают малые относительные перемещения между телами качения и кольцами подшипника. Под влиянием такого процесса со временем на дорожках качения возникают углубления. Данное повреждение известно под наименованием «ложного бринеллирования» (или «стиральная доска»). Шарики образуют лунки, ролики – бороздки.

Во многих случаях в углублениях возникает коррозия вследствие окисления отделяемых частиц металла, у которых очень велико отношение величины поверхности к объему. Тела качения видимых повреждений не имеют.

Чем выше энергия колебаний, тем больше повреждения. На размер повреждений также влияют продолжительность действия вибраций и величина зазора в подшипнике. Частота колебаний существенного значения не имеет.

Роликоподшипники более чувствительны к вибрациям, чем шарикоподшипники, причем среди роликоподшипников самыми предрасположенными к повреждениям такого рода являются цилиндрические роликоподшипники. По-видимому, это связано с тем, что шарики могут катиться в любом направлении, а ролики только в одном, в а остальных могут только скользить.

Картина «ложного бринеллирования» в некоторой степени подобна повреждениям, возникающим при прохождении через подшипники электрического тока. Однако при прохождении электрического тока дно углубления (бороздки или лунки) окрашено в тёмные тона, а не блестящие или ржавые, как при рассматриваемом процессе. Другим отличительным признаком является то, что при прохождении электрического тока повреждаются и дорожки, и тела качения, а при «ложном бринеллировании», возникающем под действием вибраций, только дорожки качения подшипников. Подшипники с повреждениями вследствие вибраций чаще всего обнаруживаются в машинах, работающих с перерывами, рядом с которыми расположены непрерывно работающие машины, генерирующие вибрации, такие, например, как вентиляторы, воздуходувки, генераторы электрического тока и вспомогательные машины на судах. «Ложное бринеллирование» обнаруживают также у подшипников машин, транспортируемых по железным дорогам, автодорогам и водным путям. Если исходить из того, что машина подвергается вибрациям или сотрясениям, то при разработке ее конструкции следует считаться с возможностью возникновения повреждений описанного вида. В таком случае вместо роликоподшипников целесообразно применять шарикоподшипники.

Шарикоподшипники не только менее чувствительны к вибрациям, но у них с помощью пружин можно создавать предварительный натяг, препятствующий развитию повреждений от вибраций.

Хорошую защиту от повреждений описанного типа создаёт также масляная ванна, в которую погружены все тела качения нагруженной зоны подшипника. Равным образом повреждению подшипников от вибраций препятствуют демпфирующие опоры (виброизолирующие башмаки).

Подшипники транспортируемых машин могут быть защищены от вибрационных повреждений, если валы на время перевозки машины закреплены так, что их относительное смещение в подшипниковых узлах становится невозможным.

Картина явления

  • Углубления на дорожках качения роликоподшипников имеют вид продольных бороздок, а на дорожках качения шарикоподшипников – круглых вмятин (лунок).
  • Их дно выглядит либо блестящим, либо матовым и покрытым ржавчиной.

Причины

  • Не вращающийся подшипник подвергается вибрационному нагружению.

Мероприятия

  • При транспортировке подшипник фиксировать радиальным предварительным натягом.
  • Применять виброизолирующие башмаки.
  • Если возможно, в качестве опор валов применять шариковые подшипники, а не роликовые.
  • По возможности, применять смазывание масляной ванной.

Типичные отказы подшипников и их причина

Обнаружение дефектов подшипников качения.

Для большого числа высокопроизводительных вращающихся машин, работающих на высоких частотах вращения, используются подшипники качения. Такие машины часто работают продолжительное время в неблагоприятных условиях и, когда их подшипники выходят из строя, стоимость простоя может быть очень высокой.

Контроль, анализ и решение проблем, связанных с подшипниками, имеют в современной промышленности большое значение. Без использования хорошо налаженной системы технического обслуживания, основанной на прогнозировании состояния, трудно бороться с проблемами вибрации и работоспособности подшипников.

Целью данной статьи является описание дефектов подшипников качения, рекомендуемые методы анализа вибрации, а также возможные способы по минимизации времени простоя машин с использованием системы прогнозного обслуживания.

Типичные отказы подшипников и их причина

Производство подшипников качения осуществляется в условиях жестких требований к их качеству. Это одни из наиболее точных устройств, выпускаемых в машиностроении. При идеальных рабочих условиях подшипники могут непрерывно эксплуатироваться в течение многих лет. Вследствие того, что рабочие условия редко бывают идеальными, подшипники никогда не реализуют своих потенциальных возможностей с точки зрения ресурса.

Срок службы подшипников качения зависит от условий их производства, хранения, обслуживания, установки, нагрузки и условий работы.

В таблице 1 даны некоторые типы неисправностей подшипников и причины их вызывающие. Подробно они описываются в последующих главах.

Таблица 1. Типы неисправностей подшипников и причины их вызывающие.

Причина Эффект №рис.
Чрезмерная нагрузка Поверхностное растрескивание
ПерегревТекучесть металла
16
17
Нагрузка от дисбаланса Повреждение дорожек качения
Расцентровка Натиры дорожек качения
Поверхностное растрескивание
Повреждение сепаратора
16
17
Дефекты насадки подшипника на вал Растрескивание и выкрашивание материала подшипника 2
Неправильная установка Растрескивание и выкрашивание
Повреждение при сборке
2
12
Неправильный зазор в подшипнике Растрескивание и выкрашивание
Абразивный износ
Фреттинг-короззия
Повреждение при сборке
Несоосность колец
2
3
5
12
14
Неподходящая или неправильная смазка Усталостное выкрашивание
Заклинивание
Задиры поверхности дорожек качения
Борозды на поверхности дорожек
Перегрев
1
9
10
11
13
Плохое уплотнение (герметизация) Абразивный износ
Воздушная коррозия
Задиры
Борозды на поверхности дорожек
3
4
10
11
Высокая вибрация конструкции, ударные нагрузки, неправильная установка и транспортирование Бриннелирование дорожек качения
Псевдобриннелирование
6
7
Электрический ток Электроповреждения 8

Рис. 1. Усталость дорожки качения. Поверхность растрескивается и отслаивается

Рис.2. Выкрашивание поверхности. Глубокие трещины и расслаивание

Рис.3. Абразивный износ. Повреждение поверхности элементов качения

Рис.4. Атмосферная коррозия. Внешний вид коррозии

Рис.5. Фреттинг-коррозия на наружной стороне внешнего кольца

Рис.6. Бриннелирование дорожек качения. Регулярные выемки на дорожках качения

Рис.7 Псевдобриннелирование. Выемки на дорожках качения за счет сдвига металла

Рис.8. Электроповреждения. Питтинг поверхности дорожек качения из-за прохождения сильного токаКанавки на рабочих поверхностях сферического ролика, вызванные электротоком

Рис.9. Натиры на телах и дорожках качения из-за недостаточной смазки

Рис.10. Задиры поверхности дорожек и тел качения в виде глубоких царапин

Рис.11. Выбоины, глубокие царапины, вызванные попаданием посторонних частиц в подшипник

Рис.12. Повреждения подшипника при сборке из-за недостаточного опыта сборки.

Рис.13. Обесцвечивание и повреждение металла, вызванное плохой смазкой и перегревом

Рис.14. Повреждения подшипника из-за несоосности колец: a) несоосность внешнего кольца относительно вала;

б) несоосность вала относительно корпуса подшипника

Рис.15. Разрушение от избыточного дисбаланса ротора

Типичные повреждения подшипников и их причины

Производство подшипников качения осуществляется в условиях жестких требований к качеству подшипников. Это одни из наиболее высокоточных изделий, выпускаемых в машиностроении. При оптимальных рабочих условиях подшипники могут непрерывно эксплуатироваться в течение многих лет. Вследствие того, что рабочие условия редко бывают идеальными, подшипники редко реализуют свои потенциальные возможности с точки зрения ресурса.
Срок службы подшипников качения зависит от уровня технологии производства, условий хранения, правильного выбора и применения. Большое значение имеют также качественный монтаж, эффективное смазывание и уплотнение.

Усталостные разрушения поверхности связаны с проблемами смазки, такими как неподходящая смазка, низкая ее вязкость и разрывы смазочной пленки. В начальной стадии развития возникают подповерхностные микротрещины, затем поверхность становится как бы заиндевшей в некоторых местах, как показано на рис.1. При дальнейшем развитии повреждения данного вида поверхность дорожки начинает отслаиваться и растрескиваться (следует отметить, что это отслаивание не столь серьезно как сколы на дорожке). При накоплении усталости в материале дорожки ее поверхность становится шероховатой, подшипник начинает шуметь и излишне нагреваться. Постоянная перегрузка, плохо обработанные и загрязненные поверхности неизбежно ведут к усталостным явлениям. Этого можно избежать или существенно замедлить, если подшипник будет чистым и хорошо смазанным.

Усталость дорожки качения. Поверхность растрескивается и отслаивается.

Выкрашивание поверхности схоже с усталостью поверхности, но отличается от него более сильной степенью повреждения подшипника и может указывать на то, что подшипник исчерпал ресурс усталости. Рисунок 2 показывает, что растрескивание и сколы поверхностей характеризуются глубокими трещинами и расслаиванием. Это происходит, когда под поверхностные трещины, возникающие в местах дислокации неметаллических включений в стали подшипника, доходят до поверхности. Преждевременное растрескивание часто вызывается плохой посадкой вала, искривлениями корпуса и неправильной установкой, т.е. условиями, вызывающими слишком высокие кромочные напряжения.

Выкрашивание поверхности. Глубокие трещины и расслаивание.

Абразивный износ: Абразивное истирание металла, показанное на рис.3, разрушает поверхности элементов подшипника. В зависимости от типа абразивного износа, поверхность приобретает или тусклый серый металлический цвет или же зеркально полируется. Иногда подшипник вследствие изменения его геометрии из-за износа внезапно выходит из строя.Мелкая абразивная пыль является обычной причиной такого отказа; эта пыль может попасть в подшипник при установке, через плохие уплотнения или с грязной смазкой. Поэтому при монтаже подшипника рекомендуется протирать каждый элемент чистой тканью перед смазкой и содержать в чистоте рабочие поверхности. Хорошие уплотнения, промываемые уплотнения и чистые смазочные материалы помогут предотвратить загрязнение после установки подшипника

Абразивный износ. Повреждение поверхности качения

Атмосферная коррозия: Коррозия вызывается влагой, которая попадает в подшипник из атмосферы. Влажный воздух, попадая внутрь подшипника, при охлаждении окружающей среды конденсируется, разрывая смазочную пленку в местах контакта тел и дорожек качения. Атмосферную коррозию, показанную на рис.4, можно предотвратить, используя качественное уплотнение, эффективную пластичную смазку. В некоторых случаях могут оказаться необходимыми специальные уплотнения, чтобы исключить вытекание смазки. Подшипник необходимо заполнять смазкой при каждой более или менее продолжительной остановке машины.

Атмосферная коррозия. Внешний вид коррозии

Фреттинг-коррозия: Как показано на рис.5, фреттинг-коррозия очень похожа на обычную коррозию. Она возникает на посадочных поверхностях подшипника на вал, а также и на других сопрягаемых поверхностях. Она вызывается незначительными (микроскопическими) нагрузками. Частицы, образующиеся в результате износа имеют черный цвет в присутствии воздуха и красные — в его отсутствие. Фреттинг-коррозия может вызвать как ослабление посадки внутреннего кольца на валу; так и его заклинивание, при котором его невозможно будет снять. Фреттинг-коррозия также привести к разламыванию кольца.Предотвратить можно следуя рекомендациям производителя относительно допусков и убедившись, что элементы подогнаны наилучшим образом.

Фреттинг-коррозия на отверстии (посадочной поверхности) внутреннего кольца

Бринеллирование: При бринеллировании на поверхности колец появляются регулярно следующие друг за другом поперечные риски, развивающиеся в заметные отпечатки. Это является следствием пластических деформаций металла в местах контакта, которые возникают вследствие перенапряжения металла. Результат бринеллирования дорожек качения показан на рис.6. Бринеллирование является следствием высоких статических или ударных нагрузок, неправильной технологии установки подшипника, сильных механических ударов, возникающих, при падении машины. Бринеллирование можно предотвратить, исключив при монтаже подшипника передачу монтажного усилия через тела качения. Если ударных нагрузок невозможно избежать как при установки, так и в процессе эксплуатации, тогда необходимо использовать подшипники, предназначенные для более высоких нагрузок.

Бринеллирование дорожек качения. Регулярные выемки на дорожках качения

Ложное бринеллирование: как и просто бринеллирование характеризуется отпечатками на дорожках качения. Однако в отличие от «истинного» бринеллирования отпечатки характеризуются не только продавливаем металла в зонах пластических деформаций, но и его сдвигом, в результате этого места повреждения не видны даже при внимательном осмотре. На рис.7 показан ложного бринеллирования. Ложное бринеллирование, есть результат сильных вибраций машины в нерабочем состоянии. Иногда это происходит при транспортировке. Также на это влияет вибрации других, близко расположенных машин. Подобной проблемы можно избежать, обеспечивая правильное закрепление транспортируемых валов с подшипниками и изолируя машину от соседних вибрирующих агрегатов, используя для этого раздельные фундаменты или виброопоры.

Ложное бринеллирование. Отпечатки на дорожке качения за счет передачи монтажного усилия через тела качения.

Повреждения электротоком. Точечный питтинг (сваривание) в результате электрического сваривания часто имеет регулярный характер на поверхностях элементов качения и на дорожке качения. Он возникает в результате прохождения через подшипник электрического тока. На рис.8 показаны дорожки подшипника. Электрический ток может вызвать также и случайное выкрашивание.Наиболее распространенными причинами электроповреждений является статическое электричество, создаваемое ремнями транспортера и токами сварочных аппаратов. Поэтому транспортеры должны быть снабжены заземляющими лентами, а сварочное оборудование необходимо заземлять.

Питтинг поверхности дорожек качения из-за прохождения сильного тока. Кратеры на шариках вызванные электротоком.

Адгезивный износ: возникает в результате перемещения металла с одной поверхности на другую. Адгезия в том виде, как они показаны на рис.9, вызвана проскальзыванием из-за перегрузки подшипника и недостаточной смазки. Адгезия на торцах цилиндрических роликов может возникать из-за увеличенной осевой нагрузки на подшипник. Также это может быть следствием неправильной сборки подшипника или недостаточной смазки

Адгезия на телах и дорожках качения из-за недостаточной смазки.

Выбоины поверхности: пример показан на рис.10. Этот вид повреждения подшипников напоминает бринеллирование, т.к. выбоины скорей являются результатом пластических деформаций, чем износа. Тем не менее, они возникают при повреждении поверхности (царапины, истирание мелкими посторонними частицами, которые являются результатом износа или попадают в подшипник при его работе). Тела качения при вращении захватывают посторонние частицы, попадающие в подшипник. Эти частицы, попав на дорожку качения оставляют случайные насечки, в районе которых возникает концентрация напряжений и разрывы масляной пленки, что приводи к усталостному выкрашиванию металла и появлению выбоин.Вероятность возникновения выбоин уменьшается при использовании хороших уплотнений и частой смазки подшипников, которая вымывает различные посторонние частицы.

Выбоины, глубокие царапины, вызванные попаданием посторонних частиц в подшипник.

Повреждения при сборке: На рис.11 показан один из видов подобных повреждений. В этом примере наружное кольцо было неправильно установлено; и когда подшипник был собран, ролики оставили вмятины на дорожках качения.

Повреждение подшипника при сборке из-за недостаточного опыта сборки.

Перегрев: На рис.12 представлен пример повреждения подшипника (изменение его геометрии) в результате перегрева и нагрузки. Обычно такие повреждения связаны с полным отказом подшипника. Перегрев часто обусловлен недостаточной смазкой, трением наружного кольца о вращающийся вал, излишним обжимом наружного кольца при установки в корпус машины или слишком (высокой) частотой вращения вала. В отдельных случаях перегрев подшипника может быть обусловлен внешним источником, таким как термическая печь.

Обесцвечивание и повреждение металла, вызванное плохой смазкой и перегревом.

Несоосность колец: Основной причиной повреждения подшипника, показанного на рис.13 является несоосность колец, которая привела к фреттинг-коррозии и выкрашиванию. Несоосность ведет к высоким осевым нагрузкам, вызывающим усталостное разрушение и сильные сколы поверхности.

Повреждения подшипника из-за несоосности колец:
a) несоосность наружного кольца относительно вала;
б) несоосность вала относительно корпуса подшипника.

Разрушение из-за дисбаланса: Дисбаланс ротора дает значительную вибрационную нагрузку на подшипник. Когда дисбаланс слишком велик, повреждения подшипника имеют вид, показанный на рис.14. Иногда такое повреждение можно обнаружить только в одном месте на внутреннем кольце. Для уменьшения дисбаланса минимально необходимым является балансировка отдельных частей ротора с максимально возможной точностью, особенно при работе на высоких скоростях.

Повреждения дорожки качения от избыточного дисбаланса ротора

Раскалывание, раздробление деталей: Причиной является большая перегрузка подшипника. На рис.15 показан типичный пример такого раскалывания. Как видно из рассмотрения рисунка, область усталостного выкрашивания на внутреннем кольце охватывает всю ширину кольца, а сепаратор разбит на кусочки из-за поперечных трещин в каждом гнезде шарика.

Повреждение сепаратора: Повреждения сепаратора, подобные показанному на рис.16, проявляются в образовании в нем трещин и его разрушении. Это в свою очередь ведет к быстрому выходу из строя подшипника в целом при этом затушевывается тот факт, что первопричиной этого был сепаратор. Чаще всего причиной выхода из строя сепаратора является его изгиб, возникающий при движении шариков по взаимно пересекающимся путям из-за несоосности. Также повреждение сепаратора может быть вызвано неправильной сборкой, загрязнением или редким смазыванием подшипника.

Дефекты и повреждения подшипников

Большинство высокопроизводительных механизмов и машин не обходятся без подшипников качения. Подшипниковые узлы служат для обеспечения опоры вала или оси, могут работать при наличии радиальных и осевых нагрузок. Однако, время от времени, подшипники выходят из строя, что связано с продолжительной эксплуатацией оборудования (и чаще всего – в неблагоприятных условиях). Простой машин может обойтись предприятию очень дорого, поэтому важно вовремя выявить повреждение и предупредить выход из строя подшипников.

Для исключения преждевременного выхода из строя в современной промышленности огромное внимание уделяется диагностике, анализу результатов мониторинга и ремонту механизмов. Система технического обслуживания постоянно модернизируется, что позволяет вовремя остановить разрушение узлов и избежать неблагоприятного воздействия вибрации.

Рассмотрим, какие повреждения узлов встречаются, и как можно их быстро выявить, чтобы избежать длительного простоя оборудования.

Причины выхода подшипников из строя

Виды повреждений подшипников

Подшипники изготавливаются в строгом соответствии с государственными стандартами и должны соответствовать довольно жестким требованиям. Они являются одними из наиболее точных деталей, которые выпускаются в современном машиностроении. В идеальных условиях подшипники могут работать в течение многих лет, но в большинстве случаев условия работы далеки от идеальных. Поэтому подшипники редко реализуют свой ресурс и часто преждевременно выходят из строя.

Срок службы зависит от качества материалов, технологии изготовления, условий транспортировки, хранения и эксплуатации. Чаще всего, о повреждении свидетельствуют следующие характерные внешние признаки:

  • увеличенная вибрация;
  • шумы;
  • повышение температуры корпуса.

Повреждения подшипников качения обычно возникают в результате износа тел и дорожек качения, образования на них питтинга (выкрашивания и усталостного разрушения), царапин и трещин.

Причиной поломок могут стать чрезмерные нагрузки, резкие торможения и старты, длительная работа оборудования в условиях, не соответствующих расчетным. Выход из строя часто связан с воздействием следующих факторов:

  • Чрезмерные нагрузки. При таких условиях эксплуатации в зоне контакта присутствует недостаточное количество смазки, так как она выдавливается из зоны контакта. В результате возникающего трения металла о металл повышается температура поверхностей соприкосновения, что в большинстве случаев в скором времени приводит к повреждению
  • Недостаточное количество смазки и её старение. Недостаток смазки в зоне качения приводит к повышенному износу и поломке узла. Из-за неблагоприятных условий хранения и эксплуатации смазка может высохнуть или расслоиться. Необходимо следить за своевременным пополнением смазочного материала и выбирать составы, рекомендуемые производителями оборудования.
  • Загрязнение смазочного материала. Часто происходит из-за попадания в смазку твердых включений: металлической стружки, абразивных частиц, пыли и т. д., а при смазывании в масляной ванне – при недостаточном фильтровании оборотного масла. В таких случаях необходимо проведение специальных мероприятий — использование подшипников, закрытых защитными шайбами и уплотнениями, обеспечение чистоты рабочего места при монтаже, хорошее уплотнение подшипниковых корпусов, фильтрование масла при оборотной системе смазывания.

Если говорить о распространенных дефектах подшипниковых узлов, то стоит отметить следующее:

  • Износ дорожек и тел качения. Причины – недостаточное количество смазочных материалов, длительная эксплуатация оборудования в неподходящих условиях, недостаточная твердость тел и дорожек качения подшипника.
  • Неравномерный износ элементов. Возникает как результат превышения динамической грузоподъемности.
  • Вмятины, задиры или трещины. Такие повреждения подшипников могут возникнуть в результате высокой статической нагрузки (например, из-за вибрации и ударных нагрузок при транспортировке или простое оборудования) или при малых нагрузках и скоростях вращения и при излишне большом запасе грузоподъёмности подшипника в результате проскальзывания тел качения.
  • Усталостное разрушение. Является естественным, так как появляется даже при правильной эксплуатации узла.
  • Увеличение вибрации при вращении. Вибрация может возникнуть в результате ошибок при монтаже подшипника (например, перекос, несоосность), при увеличенном начальном радиальном и осевом зазоре внутри устройства.
  • Следы прохождения электрического тока. Дефект часто встречается в асинхронных двигателях при использовании подшипников без токоизолирующего покрытия.
  • Коррозия (следы или глубокие повреждения поверхности). Является одним основных дефектов подшипников качения. Появляется в результате попадания внутрь подшипника воды, солевых растворов или при эксплуатации в щелочной среде.

Диагностирование неисправностей подшипников

Каждый производитель оборудования производит расчет узла при условии действия номинальных рабочих нагрузок и условий эксплуатации, не превышающих максимальных значений. Производитель обязательно указывает максимальные рабочие нагрузки, скорости, температуру, тип и характеристики смазки. При эксплуатации узла в нормальных условиях, он прослужит долго, в соответствии с расчетным значением ресурса. А вот при влиянии неблагоприятных факторов просчитать срок службы изделия практически невозможно, поэтому рекомендуется периодически выполнять осмотр и диагностику оборудования.

Определить возникновение и наличие дефектов возможно различными способами:

  • «На слух». В этом случае нужно отследить наличие посторонних шумов и стуков. Метод не является точным, но часто позволяет предотвратить возможную поломку детали.
  • Вибродиагностика по соотношениям пика и фона. Вибродиагностика применяется при подозрении на неравномерный износ, дефекты частей подшипника (поверхностей качения, тел качения, сепаратора) и другие повреждения. В зависимости от частоты, величины и длительности вибрации удается определить, какой вид поломки имеется и как его быстро устранить.
  • СКЗ (среднее квадратичное значение) виброскорости и спектральный метод. Для определения и анализа признаков дефекта или повреждения используется специальные приборы – виброметр и виброанализатор, которые позволяют обнаружить и спрогнозировать повреждения, определить тип поломки с помощью измерения и анализа спектра и роста общего уровня вибрации.

Не стоит забывать, что диагностика состояния подшипников является лишь частью общего осмотра оборудования. Зачастую поломка незначительных узлов является «симптомом» более серьезных повреждений, которые нужно своевременно выявить и устранить.

Выполнять диагностику стоит регулярно, с периодичностью 1-2 раза в месяц. Такой подход позволит исключить длительный простой оборудования и заметить любые дефекты на ранних стадиях. Оптимальным является спектральный анализ узлов, так как он позволяет добиться высокой точности результатов. Для ранней диагностики применимо тестирование, основанное на сравнении пика и фона вибраций.

ООО «ПК «Ф и Ф» предлагает датчики вибрации FAG SmartCheck (одноточечная система мониторинга вибрации), прибор FAG SmartQB, который позволяет объединить в систему несколько датчиков SmartCheck и модульную мультиканальную систему мониторинга состояния FAG ProLink CMS. С помощью этих приборов можно оперативно выявить неисправность подшипника, дисбаланс, несоосность валов.

Скачать публикацию TPI 214 «FAG SmartCheck. Мониторинг технического состояния для каждого агрегата» можно по ссылке.

Для того, чтобы минимизировать вибрации уже на этапе установки оборудования или самостоятельно устранять проблемы, связанные с выходом из строя вращающихся механизмов, существуют приборы для выверки соосности валов и шкивов. Такие приборы повышают срок службы подшипниковых узлов, уменьшают износ уплотнений, снижают нагрузки на муфты и другие соединяющие элементы и значительно уменьшают шумы и вибрации.

Для решения этих задач ООО «ПК «Ф и Ф» предлагает прибор для выверки валов FAG LASER-EQUILIGN

Скачать публикацию «Лазерный центровщик FAG Top-Laser EQUILIGN Руководство по эксплуатации» можно по ссылке.