Подшипники качения являются основным опорным узлом механического оборудования. Безотказность данного узла достаточно высока. Однако неправильный монтаж, недостаточно надёжная защита от попадания влаги и пыли, несоблюдение режимов эксплуатации, особенно смазывания, и ряд других причин приводят к преждевременному разрушению деталей подшипника. В процессе эксплуатации подшипник качения подвергается комплексному воздействию ряда факторов. Один из них является доминирующим, его скорость развития — максимальна. Именно этот фактор и будет являться причиной выхода из строя подшипника.
Воздействие указанных сил приводит к появлению на беговых дорожках подшипника характерных повреждений.
Следы радиальной силы, приложенной в одной точке, постоянной по направлению, при вращающемся внутреннем и неподвижном наружном кольце проявляются в виде непрерывного следа на внутреннем кольце и местном изнашивании наружного кольца (рисунок 3.10).
а) | б) |
Рисунок 3.10 Следы радиальной силы, постоянной по направлению: а) непрерывный след износа на внутреннем кольце; б) местное изнашивание наружного кольца |
Если неподвижным является внутреннее кольцо, а подвижным — наружное, тогда воздействие постоянной радиальной силы проявится в виде непрерывного следа износа на наружном кольце и местном изнашивании внутреннего кольца.
При деформации наружного кольца подшипника, в результате отклонений формы посадочного места на наружном неподвижном кольце, появится осповидное выкрашивание в двух, почти противоположных, точках.
Радиальная сила, приложенная в одной точке, совершающая периодическое колебательное движение в ограниченном секторе, приводит к местному изнашиванию наружного и внутреннего колец подшипника (рисунок 3.11). Такой вид изнашивания и нагружения характерен для шарнирных механизмов, в которых вал не совершает полный поворот.
Рисунок 3.11 Местное изнашивание внутреннего кольца при колебательном движении подшипника |
Радиальная сила, вращающаяся вместе с валом, приведёт к появлению постоянного следа износа на неподвижном наружном кольце и местного выкрашивания на внутреннем кольце (рисунок 3.12).
Рисунок 3.12 Местное выкрашивание внутреннего кольца при вращающейся радиальной силе и неподвижном наружном кольце |
Осевая сила, действующая в продольном направлении, приведёт к смещению следов износа на внутреннем и наружном кольцах подшипника (рисунок 3.13).
Рисунок 3.13 Смещение следов изнашивания на внутреннем кольце при воздействии осевой силы |
Если вал изогнут, то следы износа будут неравномерны по дорожкам двухрядного подшипника (рисунок 3.14).
Рисунок 3.14 Неравномерное выкрашивание по беговым дорожкам двухрядного подшипника при изгибе вала |
В подшипниках качения могут проявляться все виды механического изнашивания, рассмотренные в первом пункте.
Усталостное выкрашивание поверхностей тел качения и беговых дорожек колец вызывает появление осповидных углублений. Половину силы, действующей на подшипник, воспринимает одно тело качения, расположенное в данный момент на линии действия нагрузки. Такое неравномерное распределение сил на тела качения приводит к повышению контактных напряжений. Осповидное выкрашивание сопровождается повышением вибрации и шума. Являясь наиболее характерными для подшипников качения, эти разрушения должны наблюдаться после длительной работы (рисунок 3.15).
Рисунок 3.15 |
Абразивный износ происходит вследствие плохой защиты подшипника от попадания пыли или абразивных частиц (рисунок 3.16).
Рисунок 3.16 Абразивный износ рабочей поверхности кольца подшипника |
Окислительный износ проявляется в виде матовой поверхности беговых дорожек или полос окисных плёнок (рисунок 3.17).
Рисунок 3.17 Окислительный износ беговых дорожек конического роликоподшипника |
Схватывание контактирующих деталей в подшипнике происходит при возникновении проблем со смазкой:
Проявляется в виде задиров на беговой дорожке (рисунок 3.18).
Рисунок 3.18 Задиры на рабочей поверхности наружного кольца подшипника |
Появление цветов побежалости — также свидетельство схватывания поверхностей (рисунок 3.19). Возникновению схватывания в данном случае способствовало ослабление посадки из-за трещины кольца и увеличение момента сопротивления в подшипнике из-за проблем смазки.
Рисунок 3.19 Цвета побежалости на посадочной поверхности внутреннего кольца роликоподшипника, проворачивающегося на валу |
Цвета побежалости образуются на деталях подшипников вследствие их перегрева. Представляют собой окисную плёнку, образующуюся при однократном или многократном нагревании подшипника до температуры, превышающей 200 °С.
Дополнительно следует выделить следующие повреждения.
Ослабление посадки подшипника в результате ошибок монтажа, эксплуатации часто приводит к проворачиванию подшипника на валу и в корпусе (рисунок 3.20). Проворот подшипника сопровождается увеличением температуры узла, изменением характера шума и вибрации и приводит к недопустимому износу корпусных деталей.
Рисунок 3.20 Следы проворачивания колец подшипника |
Коррозионный износ — результат конденсации влаги в корпусе подшипника при отсутствии смазочного материала (рисунок 3.21) или попадания воды в подшипник. Коррозионные разрушения всегда начинаются с поверхности металла. Коррозия на деталях подшипников бывает двух видов — сплошная и местная. Сплошная коррозия покрывает ровным слоем и изменяет шероховатость поверхности деталей, не образуя отдельных очагов. Местная коррозия наблюдается в виде пятен, глубина которых может быть от незначительного точечного углубления до язвин.
Рисунок 3.21 Следы местной коррозии наружного кольца подшипника |
При прохождении электрического тока через шарикоподшипник на беговых дорожках появляются точки, расположенные цепочкой; для роликоподшипника — полоски, параллельные оси вращения (рисунок 3.22).
Рисунок 3.22 Следы прохождения электрического тока на наружном кольце подшипника |
Повреждения сепаратора — наиболее серьёзный вид повреждений, при которых возможны повреждения других деталей вследствие вибрации, износа, заклинивания и перекосов.
Бринеллирование проявляется в появлении вмятин с шагом, равным шагу тел качения, является следствием кратковременных чрезмерных ударных воздействий, часто во время монтажа.
Ложное бринеллирование возникает при оттоке смазки с поверхностей качения подшипников неработающей машины в результате механических колебаний, передающихся от работающих механизмов.
Фреттинг-коррозия возникает при наличии зазора между контактирующими поверхностями и воздействии переменных сил или вибраций. Проявляется в виде интенсивного окисления поверхностей, тёмных пятен на посадочных поверхностях колец подшипников (рисунок 3.23). Приводит к стуку, ударам при работе подшипника. При дальнейшем развитии может служить причиной зарождения усталостных трещин.
Рисунок 3.23 Следы фреттинг-коррозии на посадочной поверхности внутреннего кольца шарикоподшипника |
Большинство рассмотренных факторов не поддаётся математическому расчёту, однако требует учёта при эксплуатации узла. Основные принципы классификации и стадии развития повреждений приведены в таблице 3.2. Главным при осмотре является умение построить причинно-следственную цепочку происшедшего.
Таблица 3.2 Характер разрушения подшипников качения
Этапы существования механизма
|
Стадии развития повреждений
| ||
---|---|---|---|
начальная
|
промежуточная
|
заключительная
| |
Изготовление | следы фреттинг-коррозии | выкрашивание из-за фреттинг-коррозии | трещины из-за фреттинг-коррозии |
овальность корпусных деталей | задиры на беговых дорожках | разрушение сепаратора | |
Монтаж | монтажные повреждения | зарождение трещин в кольцах | трещины и сколы колец |
деформация сепаратора | износ сепаратора | разрушение сепаратора | |
перекос вала | неравномерный износ деталей | повреждения тел качения, беговых дорожек | |
Эксплуатация | ложное бринеллирование | износ вследствие вибрации | выкрашивание и раковины на дорожке качения |
задиры из-за проскальзывания роликов | выкрашивание вследствие задиров | трещины вследствие задиров | |
недостаточное смазывание | появление цветов побежалости | заклинивание подшипника |
Подшипники качения подлежат замене при наличии одного из следующих повреждений:
Лёгкость вращения и шумность подшипников малых и средних размеров проверяется вращением от руки одного из колец при неподвижном другом кольце в горизонтальной плоскости или в вертикальной плоскости с периодическим проворачиванием другого кольца. При этом подшипники должны вращаться плавно, без заеданий и торможения. Тугое вращение подшипника, с заеданием в определённом месте, может быть связано с загрязнением подшипника, с отложением на рабочих поверхностях продуктов распада смазки, с появлением коррозии на рабочих поверхностях.
Крупногабаритный подшипник устанавливают на стенд или проворачивают в горизонтальной плоскости при наличии подставки под внутренним кольцом. На лёгкость вращения в этом случае каждый подшипник проверяется дважды, с установкой поочередно на оба торца внутреннего кольца. Исправный подшипник должен вращаться легко, без заметных местных торможений и заеданий, с глухим шипящим звуком. Подшипник, издающий резкий металлический звук или вращающийся с торможением (заеданием) наружной обоймы, следует забраковать.
Вращение колец установленных подшипников должно быть ровным, с медленной остановкой без стуков, рывков и заеданий. Рывки указывают на наличие в подшипнике механических или абразивных частиц; резкое торможение — на малый радиальный зазор; стуки — на вмятины и коррозионные раковины на телах и дорожках качения, на большие зазоры в гнёздах сепараторов. В нагруженной зоне все тела качения должны вращаться, проскальзывание тел качения относительно беговых дорожек указывает на значительный износ подшипника.
Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт
В.И. Бобровицкий,В.А. Сидоров.
Донецк: Юго-Восток, 2011. — 238 с.