Ассоциация EAM
Ассоциация эффективного управления производственными активами

3.5. Повреждения подшипников качения

Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 с.

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.

На подшипник могут действовать следующие силы [13]:

  • радиальная сила, приложенная в одной точке, от веса деталей механизма или от технологической нагрузки, постоянная по направлению (местное нагружение);
  • радиальная сила, приложенная в двух точках, деформирующая наружное кольцо подшипника, возникающая в результате отклонений формы посадочного места подшипника;
  • радиальная сила, приложенная в одной точке, совершающая периодическое колебательное движение в ограниченном секторе;
  • радиальная сила, вращающаяся вместе с валом, которая возникает при неуравновешенности ротора, при изгибе вала (циркуляционное нагружение);
  • осевая сила, действующая в продольном направлении на все тела качения, в результате изгиба вала, несоосности валов, воздействия продольной технологической нагрузки.

Воздействие указанных сил приводит к появлению на беговых дорожках подшипника характерных повреждений [14].

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).

Следы радиальной силы, постоянной по направлению (непрерывный след износа на внутреннем кольце) Следы радиальной силы, постоянной по направлению (местное изнашивание наружного кольца)
(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.

Местное изнашивание внутреннего кольца при колебательном движении подшипника

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).

Местное выкрашивание внутреннего кольца при вращающейся радиальной силе и неподвижном наружном кольце

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).

Смещение следов изнашивания на внутреннем кольце при воздействии осевой силы

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).

Неравномерное выкрашивание по беговым дорожкам двухрядного подшипника при изгибе вала

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).

Осповидный износ тел качения

Рисунок 3.15 – Осповидный износ тел качения

Абразивный износ происходит вследствие плохой защиты подшипника от попадания пыли или абразивных частиц (рисунок 3.16).

Абразивный износ рабочей поверхности кольца подшипника

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).

Окислительный износ беговых дорожек конического роликоподшипника

Рисунок 3.17 – Окислительный износ беговых дорожек конического роликоподшипника

Схватывание контактирующих деталей в подшипнике происходит при возникновении проблем со смазкой:

  • неправильный выбор смазочного материала;
  • загрязнение смазки;
  • недостаток смазки.

Проявляется в виде задиров на беговой дорожке (рисунок 3.18).

Задиры на рабочей поверхности наружного кольца подшипника

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.

Цвета побежалости на посадочной поверхности внутреннего кольца роликоподшипника, проворачивающегося на валу

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.

Следы проворачивания колец подшипника

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.

Следы местной коррозии наружного кольца подшипника

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).

Следы прохождения электрического тока на наружном кольце подшипника

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.

Следы фреттинг-коррозии на посадочной поверхности внутреннего кольца шарикоподшипника

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:

  • усталостные раковины на дорожках и телах качения;
  • коррозионные раковины на дорожках и телах качения;
  • трещины, сколы бортов, колец;
  • трещины колец, роликов, шариков;
  • трещины, излом сепаратора;
  • задиры на рабочих поверхностях колец и тел качения;
  • износ и обрыв заклёпок сепаратора;
  • забоины на сепараторе;
  • рифление на рабочих поверхностях колец и тел качения;
  • выработка на рабочих поверхностях колец и тел качения;
  • вмятины на рабочих поверхностях;
  • поверхностная коррозия на рабочих поверхностях подшипника;
  • цвета побежалости на рабочих поверхностях;
  • увеличение радиального зазора.

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.

< 3.4. Последовательность осмотра изношенных деталей, характерные признаки и причины повреждений Содержание 3.6. Повреждения зубчатых передач >

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Аналогичные записи
  • 7.7. Обработка поверхности Обозначение шероховатости поверхности (смотри таблицу 7.3, таблицу 7.4): – знак I применяется для поверхности, вид обработки которой конструктором не устанавливается; – знак II применяется для поверхности, которая должна быть обработана удалением слоя материала, например, точением, фрезерованием, сверлением, шлифованием, полированием, травлением и т.п.; – знак III применяется для поверхности, образуемой без удаления слоя материала, например, литьём, [...]
  • 7.6. Основы термообработки Термообработка металлов и их сплавов — процесс целесообразно выбранных операций нагрева и охлаждения, в результате которого повышаются механические свойства, изменяются физические свойства, а следовательно, увеличивается срок эксплуатации деталей. Основными видами термообработки являются: отжиг, нормализация, закалка и [...]
  • 7.5. Сопротивление материалов Модуль Юнга (модуль упругости первого рода) Е, МПа, Н/мм2 — постоянная упругости в законе Гука в пределах, когда деформация пропорциональна напряжению. Модуль Юнга численно равен напряжению, увеличивающему длину образца в два раза: для стали, Ест = (2,0-2,2)×105 МПа; для чугуна, Еч = 1,2×105 МПа; для меди, Ем = 1,0×105 МПа; для алюминия, Еал = 0,6×105 МПа; [...]
  • 7.4. Мерительный инструмент Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 с. Мерительный инструмент В зависимости от назначения в процессе производства средства измерения и контроля линейных и угловых величин подразделяются на [...]
  • 7.3. Обозначения и свойства сталей, бронз, баббитов Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 [...]

Поддержите нас

Подписка

Рубрики