Признак:
Отслаивание на одной дорожке качения по всей окружности
Причина:
Чрезмерная осевая нагрузка
Корректирующее действие:
Уточнить правильность использования подшипника и проверить режимы нагрузки
Несмотря на то, что отслаивание в подшипнике сначала проявляется в чрезвычайно малой степени, оно значительно разрастается за сравнительно короткий промежуток времени. Нелегко определить здесь, появилось ли отслаивание в процессе обычной эксплуатации по истечении срока службы, или же это результат неправильной нагрузки.
К тому же, в отличие от других неисправностей, отслаивание часто наступает в результате сложного взаимодействия факторов смазки, нагрузки и вибрации, и, таким образом, сложно все свести к одной причине. Тем не менее, так как вероятность преждевременных трещин при правильном смазывании и нагрузках предельно мала, то следует рассматривать смазывание и размеры нагрузки как возможные источники неисправностей. На рисунке слева показана ранняя стадия отслаивания, которое происходит только на одной стороне сферического роликоподшипника, в результате чрезмерной осевой нагрузки. В дополнение к неправильной нагрузке причинами отслоения на ранней стадии являются сборка в наклонном положении, неправильный выбор зазора подшипника и низкая точность корпуса.
Локализация:
Ролики двухрядного цилиндрического роликоподшипника
Признак:
Задиры на торцевой поверхности роликов
Причина:
Недостаточное количество смазки и чрезмерная осевая нагрузка
Корректирующее действие:
Улучшить условия смазки и метод смазки и проверить режимы нагрузки
В роликоподшипниках шероховатости появляются на поверхности ребра или на ролике из-за аккумуляции маленьких задиров, образованных в результате недостаточной смазки или улавливания осколков на поверхности ребра или конца ролика до того, как задиры появятся на поверхности качения. Следовательно, повреждение возникает на поверхности ребра или конца ролика до того, как оно появится на поверхности качения.
Размывание поверхности (полосы)
Локализация:Наружное кольцо цилиндрического роликоподшипника
Признак:
Размывы появляются по всей окружности на поверхности дорожки качения
Причина:
Недостаточная радиальная нагрузка, проскальзывание роликов, вызванное чрезмерным количеством смазки
Корректирующее действие:
Изменить зазор подшипника, улучшить метод смазки, проверить режимы нагрузки
Размывание представляет собой повреждение поверхности, которое происходит между поверхностью дорожки качения и поверхностью качения, вызванное во время работы небольшими заеданиями, возникающих в результате скольжения и разрыва масляной пленки. Поверхность поврежденной зоны становится грубой в результате накопления мелких прилипаний, как показано на рисунке. Требуются более качественная смазка и улучшение метода смазки.
Разломы и трещины
Локализация:Признак:
Трещины появляются на обратной поверхности борта внутреннего кольца
Причина:
Большая ударная нагрузка при монтаже
Корректирующее действие:
Откорректировать метод монтажа (использовать и соответствующие инструменты для монтажа)
На рисунке справа показан разлом на большом ребре внутреннего кольца конического подшипника. Это происходит, когда к подшипнику применяется неправильная осевая нагрузка или ударная нагрузка, или когда несоответствующая сила применяется к ребру во время сборки 
или разборки подшипника. Причины трещин включают применение тяжелой ударной нагрузки (см. рисунок слева) и чрезмерного натяга. Когда подшипник поддерживается только за два края внешнего кольца, он может треснуть вдоль осевой плоскости. А там, где есть проскальзывание между внутренним кольцом и валом или корпусом, трещина появится в правых углах в направлении проскальзывания. Данный феномен наблюдается в тех случаях, когда наружное кольцо слабо посажено к валу, и происходит пробуксовка.
Локализация:
Внутреннее кольцо сферического роликоподшипника
Признак:
Осевое растрескивание происходит на поверхности дорожки качения
Причина:
Сильное давление при посадке, вызванное разницей температур вала и внутреннего кольца
Корректирующее действие:
Проверить применение подшипника и использовать подшипники серии TL NSK (специальная сталь)
Локализация:
Сепаратор радиально-упорного шарикоподшипника
Признак:
Разломы стенок карманов чугунного механически обработанного сепаратора
Причина:
Несоответствующее воздействие по нагрузке на сепаратор, вызванное смещением во время монтажа между внутренним и наружным кольцами
Корректирующее действие:
Проверить метод монтажа
Локализация:
Внутреннее кольцо конического роликоподшипника
Признак:
Появление небольших и больших вмятин и зазубрин на всей поверхности дорожки качения
Причина:
Попадание инородных веществ и грязи на поверхность
Корректирующее действие:
Улучшить уплотнение, фильтровать смазочное масло
Локализация:
Тело качения шарикового подшипника
Признак:
Возникновение точечной коррозии на поверхности тел качения
Причина:
Попадание инородных частиц в смазку
Корректирующее действие:
Улучшить механизм уплотнения, фильтровать смазочное масло
Локализация:
Признак:
Появление коррозионно-механического изнашивания на поверхности по внутреннему диаметру подшипника
Причина:
Вибрация
Корректирующее действие:
Проверить посадку с натягом
Ложное бринеллирование (выбоины)
Локализация:Внутреннее кольцо радиального шарикоподшипника
Признак:
Появление ложного бринеллирования на дорожке качения
Причина:
Вибрации от внешнего источника при стационарном положении
Корректирующее действие:
Обеспечить сохранность вала и корпуса при транспортировке, уменьшить вибрацию за счет преднатяга, использовать соответствующий смазочный материал
Выбоины на дорожках скольжения (выбоины Бринелля) могут появиться в результате небрежного обращения с подшипником, попадания посторонних частиц или тяжелой ударной нагрузки, примененной к подшипнику в состоянии покоя. К тому же, выбоина, подобная выбоине Бринелля, может быть вызвана повышенным истиранием в области контакта тела качения и дорожки качения из-за вибрации или качательного движения. Этот феномен, известный как ложное бринеллирование, часто наблюдается особенно в тех случаях, когда подшипник транспортируется во время установки в станок.
Локализация:
Внутреннее кольцо сферического роликоподшипника
Признак:
Проскальзывание, сопровождающееся задирами на поверхности посадочного отверстия подшипника
Причина:
Недостаточный натяг
Корректирующее действие:
Проверить натяг и предотвратить проворот. Использовать .
Проскальзывание - это феномен в подшипниках, когда относительное скольжение происходит на пригнанных поверхностях (между поверхностью отверстия внутреннего кольца и валом; и между внешней поверхностью наружного кольца и корпуса), образуя таким образом зазор на месте установки/подгонки. Проскальзывающая пригнанная поверхность образует блестящую или дымчатую поверхность с иногда появляющимися задирами или износом. На рисунке приведен пример данной проблемы. Проверка натяга пригоняемой поверхности и боковой затяжки внешнего кольца эффективна в целях предупреждении проскальзывания. Смазывание между подшипником и валом/корпусом эффективно в предотвращении задиров и износа.
Локализация:
Внутреннее кольцо сферического роликоподшипника
Признак:
Дорожка качения обесцвечивается и плавится. Частицы износа сепаратора прокатываются и налипают на дорожку качения
Причина:
Недостаточное количество смазки
Корректирующее действие:
Проверить используемую смазку и метод смазки
Локализация:
Внутреннее кольцо конического роликоподшипника
Признак:
Полосатый рисунок коррозии появляется на поверхности дорожки качения
Причина:
Разность электрических потенциалов внутреннего и наружного колец
Корректирующее действие:
Изоляция подшипника
Когда электрический ток проходит через подшипник в рабочем состоянии, область контакта между внутренним/наружным кольцом и шариком/роликом расплавится из-за дугового разряда, проходящего через очень тонкую масляную пленку для формирования желобообразных складок. Данные желобки могут появиться в виде рябизны или полосатой неровной поверхности. Когда степень электрической коррозии значительная, это вызывает отслаивание, или нарушается жесткость поверхности дорожки качения, вызывая ускоренное абразивное истирание.
Локализация:
Внутреннее кольцо сферического роликоподшипника
Признак:
Ржавчина на поверхности качения по шагу роликов
Причина:
Попадание воды в смазку
Корректирующее действие:
Улучшить механизм уплотнения
Коррозия внутренней стороны подшипника вызывается попаданием жидкости или использованием неправильного смазывающего вещества. На рисунке слева показан пример коррозии, вызванной недостаточным смазыванием из-за попадания жидкости.
Красно-коричневый или красно-черный абразивный порошок может появиться на пригнанной поверхности вала между валом/корпусом и внутренним/наружным
кольцом. Окись образуется окислением пригнанной поверхности вала в результате небольшого скольжения между валом/корпусом и внутренним/наружным кольцом,
которое возникает из-за малого контакта между ними, и часто наблюдается в сферах, где применяются вибрация и тяжелые нагрузки. Данный феномен, известный
как коррозионное истирание (также называемый ), на первый взгляд похож на ржавчину.
Локализация:
Внутреннее кольцо цилиндрического роликоподшипника
Признак:
Осевые царапины на поверхности качения
Причина:
Наклон внутреннего и наружного колец во время монтажа
Корректирующее действие:
Центрирование соответствующих сопрягающихся деталей при монтаже
Локализация:
Внутреннее кольцо шарикоподшипника с 4-х точечным контактом
Признак:
Появление голубого или фиолетового оттенка на поверхности дорожки качения
Причина:
Тепловыделение, вызванное недостаточной смазкой
Корректирующее действие:
Откорректировать метод смазки
Факторы, влияющие на износ, включают попадание осколков, недостаточное смазывание и неправильное смазывающее вещество. Или же попадание воды вызывает коррозивный износ поверхности скольжения или поверхности качения. К тому же абразивное истирание может быть вызвано на пригнанной поверхности вала проскальзыванием по причине неправильной посадки.
Неисправность подшипников: причины и пути преодоления
- Избыточная нагрузка обычно вызывает преждевременную усталость. Жесткий режим работы, столкновения и неправильный предварительный натяг также могут привести к раннему усталостному разрушению.
- Решение состоит в том, чтобы уменьшить нагрузку на подшипник или заменить подшипник на более мощный.
Перегрев
- Симптомы: изменение цвета обойм, шариков и сепаратора от золотистого до темно синего.
- При температуре свыше 200 °С может произойти отжиг материала обойм подшипников и шариков.
- В результате потери твердости материалов уменьшается их несущая способность, это вызывает преждевременный отказ подшипников.
- Шарики и кольца обойм могут деформироваться. Повышение температуры также может ухудшить или уничтожить смазку подшипников.
Продавливание (бриннелирование)
- Бриннелирование происходит тогда, когда нагрузки превышают предел упругости материала кольца обоймы подшипника.
- Симптомы продавливания выглядят как углубления в дорожках качения подшипников, которые увеличивают вибрацию и шум в подшипниках во время его работы. Любые статические перегрузки или сильный удар могут вызвать эффект бриннелирования.
Ложное бриннелирование
- Ложное бринеллирование — эллиптический износ с выраженными следами в осевом направлении каждой позиции шарика. Ярко выделенные и резко разграниченные следы, часто окруженные кольцом коричневого мусора – указывает на чрезмерные внешние вибрации.
- Правильная изоляция подшипников от внешних вибраций и использование смазочных материалов с содержанием противоизносных присадок.
Нормальное усталостное разрушение
- Усталостным разрушением — обычно называют растрескивания и сколы рабочей поверхности с последующим удалением небольших дискретных частиц материала.
- Отколы могут возникнуть на внутреннем кольце, внешнем кольце, или шариках.
- Данный тип отказа является прогрессирующим и, однажды начавшись, будет распространяться в процессе дальнейшей эксплуатации. Он всегда будет сопровождается заметным увеличением вибрации.
- Решение — заменить подшипник или рассмотреть вопрос об использовании подшипников имеющих большую усталостную долговечность.
- Радиально-упорные подшипники предназначены для восприятия осевой нагрузки только в одном направлении.
- При нагрузке в противоположном направлении, область эллиптического контакта приходится на нижнее плечо дорожки качения внешнего кольца.
- В результате чрезмерного напряжения и увеличение температуры с последующей повышенной вибрации происходит быстрый выход подшипника из строя.
- Корректирующие действия – просто установить подшипник правильно.
Загрязнение
- Загрязнение является одной из основных причин выхода подшипников из строя.
- Симптомами загрязнения являются вмятины несущей дорожки качения и шариков в результате в высокой вибрации и износа.
- Чистая рабочая зона, инструмент, светильники, руки помогут уменьшить вероятность загрязнения.
- Производство шлифовальных операций в стороне от подшипникового узла и хранение подшипников в заводской упаковке непосредственно до момента установки.
Недостаточность смазки
- Изменение цвета (синий / коричневый) дорожек качения и шариков являются симптомами недостаточности смазки. Чрезмерный износ шариков, колец, и сепаратора, в результате перегрева, приведет к стремительному разрушению подшипника.
- Шариковые подшипники зависят от постоянного наличия очень тонкой пленки смазки между шариками и дорожкой качения, между сепаратором, обоймами и шариками.
- Неисправности, как правило, вызваны ограниченным подводом смазки или высоких температур, ухудшающих свойства смазочного материала.
Коррозия
- Красная / коричневая область на шариках, дорожке качения, сепараторе или полосы на шариках являются симптомами коррозии.
- Это результат подвергания подшипников воздействию агрессивной жидкости или атмосферы.
- В некоторых случаях, коррозия может инициировать раннюю усталость материалов.
- Защита подшипниковых узлов от воздействия коррозионных жидкостей и использование закрытых подшипниковых узлов.
Перекос
- Нарушение соосности может быть обнаружено на поверхности качения не вращающегося кольца, по следу износа от шариков, который не параллелен дорожке качения.
- Если смещение превышает 0.025 мм, можно ожидать повышения температуры в подшипнике и сильный износ профиля дорожки качения подшипника.
- Соответствующие корректирующие действия включает в себя: устранение биения на валу в районе посадочных мест подшипников, использование равномерной осевой затяжки на резьбе на незакаленных валах или затягивать подшипник только на резьбе на закаленных валах с использованием затяжных гаек повышенного класса точности.
Свободная посадка (посадка с зазором)
- Свободные посадки могут вызвать относительное движение между сопрягаемыми деталями. Если относительное движение между сопряженными деталями является небольшим, но непрерывным, происходит фреттинг-коррозия.
- Фреттинг-коррозия проявляется в образовании мелких металлических частиц которые окисляются, оставляя отличительные коричневый цвет. Этот материал является абразивным и приведет к увеличению зазора между сопрягаемыми поверхностями. Если этот зазор достаточно большой, чтобы позволить значительные перемещения внутреннего или внешнего кольца внутри монтажных поверхностей (отверстие, наружный диаметры, торцевая поверхность), будет происходить выделение тепла, появление шума, биения и вибраций.
Посадка с высоким натягом
- Тяжелый износ дорожки качения по всей окружности внутреннего и наружного кольца указывает на плотную посадку.
- Там, где посадки с натягом превышают радиальный зазор, рабочая температура вырастет по причине чрезмерно нагруженных шариков. Это повышение температуры сопровождается высоким крутящим моментом.
- Продолжение работы может привести к быстрому износу и усталости.
- Корректирующие действия включает в себя правильный подбор величины натяга.
Подшипники качения являются основными опорными узлами механического оборудования. Безотказность данного узла может быть достаточно высокой. Правильно смонтированный подшипник, работающий в пределах расчётных нагрузок, может работать 10…20 лет. Часто это превышает срок службы механизма. Однако неправильный монтаж, недостаточная защита от попадания влаги и пыли, несоблюдение режимов эксплуатации, особенно смазывания, и ряд других причин приводят к преждевременному разрушению деталей подшипника. Период между заменами в этом случае сокращается до 1…6 месяцев. В процессе эксплуатации подшипник качения подвергается комплексному воздействию ряда факторов. Один из них является доминирующим с максимальной скоростью развития. Определив причину разрушения, износа подшипника, специалисты ремонтной службы получают возможность правильно выбрать вид ремонтного воздействия и осуществить мероприятия повышающие долговечность подшипника.
Большинство факторов разрушения подшипников, не поддаётся математическому расчёту, однако требует учёта при эксплуатации узла. Направление исследований в данном случае состоит в построении причинно-следственных связей и создании классификатора по типу повреждения подшипников.
Первым уровнем данной классификации могут быть виды механического износа:
- адгезионный (схватывание первого и второго рода);
- окислительный;
- осповидный;
- абразивный.
Виды механического изнашивания
Контактирующие поверхности деталей машин характеризуются микрорельефом и волнистостью, которыми в начальный момент работы узлов трения определяется площадь фактического контакта, давления. В процессе эксплуатации под действием рабочих нагрузок и деформаций образуется рабочий рельеф, состоящий из впадин и выступов. Их размеры зависят от внутреннего строения материалов деталей и процессов пластической деформации. При относительном движении в поверхностных слоях контактируемых деталей возникают упругопластические деформации, вызывающие появление вторичных (физических, химических, механических) процессов.
Износ схватыванием первого рода наблюдается при трении скольжения. Характеризуется возникновением адгезионных связей между деталями (). Условия возникновения:
- малая скорость относительного движения (до 1 м/с для узла состоящего из двух стальных деталей);
- высокое давление, превышающее предел текучести на площадках фактических контактов;
- отсутствие смазки или защитной плёнки окислов между трущимися деталями;
- низкая температура нагрева поверхностных слоёв – до 100 °С.
Рисунок 1 – Износ схватыванием первого рода двух стальных деталей
Для подшипников качения данный вид износа появляется на начальной стадии проворачивания внутреннего кольца подшипника на валу.
Проявление. На контактной поверхности детали из менее прочного материала образуются хаотически расположенные вырывы, а на детали из более прочного материала – налипания. Налипшие частицы высокой твёрдости способствуют развитию вторичных процессов местной пластической деформации и микрорезанию поверхностей трения. Силы трения определяются геометрическими характеристиками рабочих рельефов, площадью контактных поверхностей и прочностью металлических связей. Коэффициент трения чрезвычайно высок 4-6 единиц.
Разрывы металлических связей приводят к увеличению площади фактических контактов и уменьшению давления на поверхность трения. Интенсивность пластических деформаций снижается, на деталях появятся устойчивые плёнки окислов и износ схватыванием первого рода переходит в окислительный.
Окислительный износ развивается в условиях трения качения и трения скольжения со скоростями относительного движения деталей 1,5…7,0 м/с (без смазки). При граничной смазке интервал скоростей увеличивается до 20 м/с. Механизм разрушения – образование и разрушение твёрдых плёнок окислов, возникающих на поверхностях контактирующих деталей. Эти процессы характерны для узлов трения, детали которых изготовлены из материалов с высокой твёрдостью и повы- шенным пределом текучести.
Проявление . Вид деталей, характеризуется появлением матовых поверхностей, состоящих из плёнок химических соединений металла с кислородом (). Это наиболее благоприятный вид изнашивания. Скорость изнашивания минимальна по сравнению с другими видами механического износа. Коэффициент трения зависит от формы трущихся поверхностей и составляет порядка 0,3…0,7 при отсутствии смазывания.
Рисунок 2 – Окислительный износ на беговой дорожке наружного кольца радиально-упорного конического двухрядного роликоподшипника
Износ схватыванием второго рода . Условия образования: трение скольжения, высокое давление, скорость относительного перемещения (свыше 4 м/с), сочетание которых обуславливает большие потери на трение, высокий градиент и интенсивное возрастание температуры в поверхностных слоях (до 1600 °С).
Проявление . Внешний вид поверхности – вырывы частиц на детали из менее прочного материала, чередующиеся через примерно одинаковые промежутки. Температура поверхности 600…1400 °С. Такая температура заметно снижает механические свойства сталей, и металл размягчается, приводя к налипанию металла на поверхности более прочной детали (). Для подшипников качения износ схватыванием второго рода проявляется в виде заеданий, часто предшествующих полному разрушению.
Рисунок 3 – Вид поверхности подшипника скольжения при износе схватыванием второго рода
Осповидный износ возникает при трении качения, переменных или знакопеременных нагрузках и высоких давлениях, достигающих предела выносливости. Многократные нагружения вызывают усталость материала. На плоскостях максимальных напряжений внутри детали зарождаются трещины. Их развитие приводит к разрыву контактной поверхности, что принципиально изменяет характер взаимодействия деталей.
Проявление . В местах образования сколов на контактных поверхностях появляются осповидные углубления (). Наиболее характерный вид изнашивания для деталей подшипников качения, который должен проявляться через 5…7 лет работы.
Рисунок 4 – Осповидное выкрашивание на теле качения шарикоподшипника
Обнаружить осповидное выкрашивание во время осмотра механического оборудования чрезвычайно трудно. Элементы подшипника практически недоступны для визуального осмотра. Поворот шарика () на угол 60° не позволил бы обнаружить повреждение. Осмотр должен предварять результаты технического диагностирования.
Абразивный износ развивается при трении скольжения. Условия возникновения: наличие на поверхностях трения абразивных частиц, деформирующих микрообъёмы поверхностных слоёв и вызывающих процессы микрорезания.
Проявление . На поверхностях трения появляются однозначно ориентированные по отношению к направлению движения риски (). Скорость изнашивания зависит от размеров, формы, количества, свойств абразива и материала деталей, относительной скорости и давления на контактирующих поверхностях.
Рисунок 5 – Абразивный износ на беговой дорожке наружного кольца радиально-упорного конического двухрядного роликоподшипника
Дополнительные виды износа
Износ при прохождении электрического тока . При прохождении тока через шарикоподшипник на беговых дорожках появляются точки, расположенные цепочкой. При прохождении электрического тока через роликоподшипник на беговых дорожках появляются риски, полоски параллельные оси вращения (). Повреждения такого типа присутствуют лишь на одной беговой дорожке – это результат неравномерного распределения нагрузки по рядам тел качения двухрядного подшипника.
Рисунок 6 – Следы прохождения электрического тока на наружном кольце двухрядного сферического радиального роликоподшипника
Коррозионный износ – результат конденсации влаги в корпусе подшипника при отсутствии смазочного материала () 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 7 – Следы местной коррозии наружного кольца подшипника
Второй уровень классификации отражает силы, действующие на подшипник:
- 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, возникает 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, 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. 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 8 – 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 точках ().
Рисунок 9 – Осповидное выкрашивание в двух местах на беговой дорожке наружного кольца двухрядного сферического радиального роликоподшипника при отклонении формы посадочного места крышки подшипника
Радиальная сила, приложенная в одной точке, совершающая периодическое колебательное движение в ограниченном секторе приводит к местному изнашиванию наружного и внутреннего колец подшипника (). Такой вид изнашивания характерен для шарнирных механизмов, в которых вал совершает колебательные движения.
Рисунок 10 – Местное изнашивание беговой дорожки наружного кольца двухрядного радиального роликоподшипника при колебательном движении
Радиальная сила, вращающаяся вместе с валом, приведёт к появлению постоянного следа износа на неподвижном наружном кольце и местного выкрашивания на внутреннем кольце ()
Рисунок 11 – Местное выкрашивание внутреннего кольца шарикоподшипника при вращающейся радиальной силе, неподвижном наружном кольце и одновременном воздействии осевой силы
Осевая сила, действующая в продольном направлении, вызывает смещение следов износа на кольцах подшипника (). Дополнительно, о воздействии осевой силы можно судить по наличию засветлений на торцах роликов ().
Рисунок 12 – Высветления на торцах роликов одной из беговых дорожек двухрядного радиального роликоподшипника при воздействии осевой силы
Третий уровень классификации определяет характер взаимодействия контактирующих поверхностей .
В подшипниковом узле имеются как неподвижные, так и подвижные контактирующие поверхности деталей. Осмотр подшипника качения проводится последовательно от посадочной поверхности подшипника в корпусе механизма к посадочной поверхности внутреннего кольца на вал.
Если поверхности внутреннего кольца и вала неподвижны, то внутреннее кольцо подшипника имеет матовую поверхность ().
Рисунок 13 – Матовая поверхность внутреннего кольца подшипника при неподвижной посадке на вал
Ослабление посадки подшипника в результате ошибок монтажа, эксплуатации часто приводит к проворачиванию подшипника на валу и в корпусе (). Проворот подшипника сопровождается увеличением температуры узла, изменением характера шума и вибрации и приводит к недопустимому износу корпусных деталей.
Рисунок 14 – Следы проворачивания колец подшипника
Фреттинг-коррозия возникает при перемещении контактирующих поверхностей под воздействием переменных сил или вибраций. Проявляется в виде интенсивного окисления поверхностей, темных пятен на посадочных поверхностях колец подшипников (). Приводит к стуку, ударам при работе подшипника. При дальнейшем развитии может служить причиной зарождения усталостных трещин.
 |
 |
Рисунок 15 – Следы фреттинг-коррозии на посадочной поверхности колец шарикоподшипника: |
|
а) внутреннего; |
б) наружного |
Если нагрузка неравномерно распределяется по длине ролика или между рядами тел качения двухрядного подшипника (), то долговечность подшипника значительно снижается. Причина – перекос корпуса подшипника.
 |
 |
Рисунок 16 – Неравномерное выкрашивание при изгибе вала: |
|
а) по длине роликов радиального роликоподшипника; |
б) по беговым дорожкам двухрядного радиального сферического шарикоподшипника |
Осмотр внешних торцевых поверхностей колец подшипника позволяет подтвердить проворачивание колец или определить наличие контакта подшипника с рядом расположенной деталью ().
Рисунок 17 – Кольцевые риски на торцевой поверхности внутреннего кольца – результат контакта кольца подшипника с неподвижной деталью
Осмотр беговых дорожек внешнего и внутреннего колец позволяет установить характер контакта тел качения и беговой дорожки. Перекос вала относительно корпуса подшипника может быть зафиксирован по треугольному следу при колебательном характере нагружения подшипника ().
Рисунок 18 – Треугольная форма контакта кольца с роликом при перекосе вала относительно корпуса двухрядного роликового радиального подшипника
Трещины поперек беговых дорожек – результат воздействия динамических нагрузок, ударов или ошибок монтажа (). Сколы бортов колец - результат динамических воздействий осевой силы ().
 |
 |
Рисунок 19 – Результаты воздействия ударной нагрузки: |
|
а) поперечная трещина на кольце подшипника; |
б) сколы бортов кольца |
Трещины, расположенные вдоль кольца подшипника, – результат отсутствия тепловых зазоров при нагреве механизма. Возникающая при тепловом расширении осевая сила приводит к исчезновению радиального зазора и возникновению значительных радиальных сил определяемых геометрией подшипника ().
Рисунок 20 – Схема распределения сил в шарикоподшипнике при отсутствии теплового зазора
Значение радиальной составляющей:
F t = F a × tgφ ,
где φ – угол между силами F и F a ; F – результирующая реакция, направленная перпендикулярно к контактирующей поверхности; F a – продольная сила.
Угол φ определяется допустимой осевой игрой δ и диаметром тел качения d W :
φ = arccos(δ / d W) .
Так как угол φ близок к 90° радиальные силы могут увеличиться до такой степени, что это приведет к разрушению наружного кольца ().
Рисунок 21 – Разрушение наружного кольца шарикоподшипника при отсутствии теплового зазора
Увеличенная осевая игра пары радиально-упорных шариковых подшипников приводит при возникновении продольной силы к появлению гранности или к осповидному выкрашиванию на нерабочей части беговой дорожки ().
 |
 |
Рисунок 22 – Вид нерабочей части беговой дорожки радиально-упорного шарикового подшипника при увеличенной осевой игре и продольном нагружении: |
|
а) гранность; |
б) осповидное выкрашивание |
Бринеллирование проявляется в появлении вмятин на беговых дорожках с шагом, равным шагу тел качения. Оно является следствием ударных воздействий во время монтажа ().
Рисунок 23 – Бринеллирование на беговых дорожках упорного шарикоподшипника – вмятины с шагом, равным шагу тел качения
Ложное бринеллирование возникает при оттоке смазки с поверхностей качения подшипников неработающей машины в результате механических колебаний, передающихся от работающих механизмов. Проявляется в виде повреждений рабочей поверхности подшипника расположенных с шагом равным шагу тел качения ().
Рисунок 24 – Следы ложного бринеллирования на рабочей поверхности наружного кольца роликового радиально-упорного конического однорядного подшипника
Повреждения сепаратора – наиболее серьёзный вид повреждений. При повреждениях сепаратора возможны повреждения других деталей вследствие вибрации, износа, заклинивания и перекосов (). Наиболее распространенная причина разрушения сепаратора – проблемы смазывания и деформации наружных колец. Это приводит к возникновению неравномерных сил по телам качения и воздействию разрушающих сил на сепаратор.
 |
 |
Рисунок 25 – Разрушение сепаратора |
|
Подшипники качения подлежат замене при наличии одного из 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 заклепок 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.
Большинство рассмотренных факторов не поддаётся математическому расчёту, однако требует учёта при эксплуатации узла. Направление дальнейших исследований состоит в построении причинно-следственных связей при разрушении подшипников. Это позволит обоснованно выбирать вид ремонтного воздействия и определять причины повреждений. На первом этапе можно предложить использовать причинные связи между классификационными признаками повреждений, приведенные в статье.
Если вы однажды во время поездки услышали какой-то посторонний и подозрительный гул, то, скорее всего, вам придется проверять ступичные подшипники. Такие шумы несомненно вызовут беспокойство у любого добросовестного водителя, ведь бездействие может обойтись гораздо дороже. Как уже говорилось, проблема может быть в ступичных подшипниках. Именно из-за их износа могут появляться различного рода шумы, от которых нужно в срочном порядке избавляться.
Функции заднего ступичного подшипника
Ступица является очень важной деталью любой машины. В ней есть отверстие, которое создано для того, чтобы насаживать деталь на вал или ось. Главная функция ступицы – передавать крутящий момент от коленчатого вала на колесо, благодаря чему последнее вращается, то есть машина движется. Не менее важную роль в ходовой части авто играет ступичный подшипник. Он представлен в виде однорядного или двухрядного шарикового подшипника качения. Они сцепляются вместе для того, чтобы все меры безопасности во время езды были соблюдены. Посему ясно, что любая поломка подшипника чревата тем, что передвижение на авто становится небезопасным.
У такой детали особый вид, так как именно ступичные подшипники отвечают за надежную фиксацию разных узлов, но при этом они все равно могут вращаться. Самая главная функция , как заднего, так и переднего – обеспечение надежной фиксации и ровного вращения колес.
Разница между подшипниками передней и задней ступицы заключается только в конструкции, но выполняемые функции полностью совпадают. Задняя ступица независимой подвески сконструирована практически также, как и передние ступицы, но разница будет только в поворотном кулаке. У задних колес в зависимости от конструкции ходовой части могут быть следующие виды подшипников:
1) Радиальные шариковые или роликовые в случае зависимой подвески;
2) Конические в случае независимой подвески.
Любой из видов подшипников задней ступицы подвержен износу, причем причины могут быть самыми разными.
Неисправности заднего ступичного подшипника
Главная проблема, которая может возникать с задними ступичными подшипниками, - это износ. Предпосылок для такого явления несколько, причем они самые разные – чрезмерная нагрузка, низкая эффективность уплотнения, слишком небольшой зазор из-за большого натяга в посадке.
Треть подшипников автомобиля повреждается из-за нормального процесса усталости. Другая треть ломается из-за неправильной или некачественной смазки. Оставшаяся часть подшипников выходит из строя из-за загрязнений, неправильной эксплуатации или же из-за неправильной установки.
Специфика эксплуатации машин такова, что позволяет выделить несколько причин, по которым задние ступичные подшипники могут выходить и строя:
1) Плохое смазывание узлов. Смазочные материалы могут «деградировать» из-за чрезмерного нагревания подшипников, поврежденных уплотнителей, использования неподходящего масла или материала низкого качества для смазывания узлов, где расположены ступичные подшипники.
2) Плохие уплотнители. Подобная проблема чревата попаданием в подшипники воды и грязи, вследствие чего образуется абразивная смесь.
3) Естественный износ. Первые признаки усталостных повреждений зависят от величины нагрузки, частоты вращения элемента, чистоты смазки и эффективности ее применения. Износ может появляться и развиваться из-за переменных сдвигов в верхних слоях дорожек качения, отчего появляются трещины, которые идут по направлению к поверхности. Тела качения перекатываются по трещинам, отчего происходит скалывание частиц металла, из которого делают подшипник. Изначально данный процесс, который называется «шелушением» или «выкрашиванием», практически не проявляется. Но «шелушение» постоянно развивается и усиливается из-за кромочных напряжений, а также из-за наличия продуктов износа, которые наносятся смазкой.
Сам процесс усталостного «шелушения» элементов подшипников развивается достаточно медленно, при этом сопровождается увеличением уровня вибрации и шума во время работы. Именно благодаря этим признакам можно заметить подобную проблему и вовремя произвести замену подшипников до того, как они полностью разрушатся.
Имейте в виду, что из-за слишком большого слоя смазочного материала в сравнении с величиной неровности поверхности, повреждения практически не появляются.
Но из-за чрезмерной нагрузки, которая приходится на подшипник, через какое-то время начнет развиваться вполне естественное усталостное разрушение.
Как проверить задний ступичный подшипник
Ранее уже было сказано, что наличие неисправного подшипника можно определить по избыточному шуму, который появляется во время езды. Точнее определить, в каком состоянии находятся задние ступичные подшипники, можно посредством поворотов вправо и влево. При повороте налево крен кузова переносится на правую сторону. То есть нагрузка переходит с левого колеса на правое и наоборот. Если на скорости в 10-15 км/ч резко повернуть руль влево, после чего этот посторонний шум исчезнет, то значит, что шум исходит от левого колеса, а точнее, от подшипника его ступицы. Если же шум пропадает при повороте вправо, то придется менять подшипник на правом колесе.
Для того чтобы провести более точную диагностику, нужно поднять машину с помощью подъемника или домкрата. После этого запустите двигатель, «разгоните» машину до скорости в 70-80 км/ч на четвертой передаче, выжмите сцепление и выключите передачу. После этого нужно будет на слух определить, от какого колеса исходит шум. Если колесо не ведущее, то раскрутить его можно руками.
После остановки колеса нужно взяться одной рукой за верхнюю часть, в второй – за нижнюю. Попытайтесь раскачать колесо в вертикальной плоскости. Если есть даже самый небольшой люфт, то будьте уверены в том, что подшипник придется менять. Аналогичным образом попытайтесь расшатать колесо в горизонтальной плоскости. Для этого нужно взяться колесо за левую и правую части, после чего попытайтесь его раскачать.
Бывает так, что люфт появляется из-за неисправностей элементов подвески или же по причине износа системы рулевого управления. Попросите кого-нибудь с усилием вдавить педаль тормоза, а сами а этот момент попытайтесь раскачать колесо по вертикали. Если люфт не пропал, то искать причину нужно в . Если люфт все-таки исчез, то причина наверняка в ступичном подшипнике.
Запомните один принцип – если ступичный подшипник колеса исправен, то никакого люфта быть не должно. После того как вы выясните, в чем причина, можно отогнать машину на сервис к специалистам или же заменить подшипник собственноручно. Когда вы будете работать, нужно обязательно поддерживать чистоту, обязательно выставить зазор во время установки подшипника конического типа, также желательно не использовать острые инструменты, которые могут повредить уплотнения.
Чтобы максимально продлить жизнь подшипникам, нужно точно соблюдать правила из монтажа и обслуживания. Время работы этих деталей также зависит от правила выбора самого элемента и от использования правильного инструмента для его монтажа. Ни в коем случае не роняйте подшипник в грязь или воду, он должен быть правильно смазан и установлен. Во время установки соблюдайте следующие рекомендации:
1) Доставайте подшипник из упаковки прямо перед установкой.
2) Поддерживайте чистоту: закрывайте те детали авто, на которые будет ставиться подшипник, покройте пленкой, парафинированной бумагой или чистой сухой тканью новый подшипник, который вы еще не установили.
3) Не стоит устанавливать подшипники около станков, которые режут металл, или же около устройств, которые создают загрязнения.
4) Не производите по подшипнику удары.
5) Используйте специальную втулку для запрессовки подшипника.
6) Выбирайте правильный смазочный материал. Наносите его в нужном количестве. Вовремя смазывайте подшипники.
7) Применяйте специальные гидравлические или нагревательные инструменты.
0Лабораторная работа
Дефектация подшипников качения
Цель работы:
Практическое освоение методов определения износа подшипников качения.
Общие сведения о подшипниках качения и их дефектации
Подшипник качения, как правило, представляет собой отдельный узел, состоящий из наружного и внутреннего колец, тел качения, расположенных между кольцами и сепаратором разделяющего и удерживающего эти тела в определенном положении.
Все конструктивные разновидности подшипников классифицируются; в соответствии с ГОСТ 3395-89 по следующим основным признакам: по направлению действия воспринимаемой нагрузки - радиальные, упорные, радиально-упорные и упорно-радиальные; по форме тел качения - шариковые и роликовые; по числу рядов тел качения - однорядные, двухрядные, четырехрядные и многорядные; по основным конструктивным признакам - самоустанавливающиеся и несамоустанавливающиеся, с цилиндрическим или конусным отверстием внутреннего кольца, одинарные или двойные, сдвоенные, строенные и др.
Подшипники качения различаются так же по точности их изготовления ГОСТ 520-2002 устанавливает 5 степеней точности: 0, 6, 5, 4 и 2. Точность подшипников качения определяется точностью посадочных размеров колец и их ширины или (для радиально-упорных) монтажной высоты и точностью вращения колец. Показатель точности вращения, характеризуемый радиальным и осевым биением, имеет особенно важное значение для вращающегося кольца, т. к. его биение передается на связанные с ним детали узла, вызывая нежелательные последствия: динамические нагрузки, вибрацию, шум и др.
В большинстве конструкций машин пищевых и химических производств применяют подшипники нормального класса точности 0. Применение подшипников болеё высоких классов точности ограничено их большой стоимостью, например, для подшипников с диаметром внутреннего кольца порядка 50-80 мм относительная стоимость в зависимости от класса точности составляет:
класс точности 0 6 5 4 2
радиальное биения, мкм 20 10 5 3 2,5
относительная стоимость 1 1,3 2 4 10
Числа означающие класс точности подшипников 6, 5, 4, 2 указываются перед условным обозначением подшипника и отделяются от него тире. Цифра 0 не ищется.
Качество подшипников должно соответствовать ГОСТ 520-2002, а в особых случаях специальным дополнительным условиям.
Перед осмотром подшипников, их промывают без нагрева в бензине с добавлением 6...8 % минерального масла (веретенного). При сильном загрязнении подшипники предварительно промывают в ванне с маслом при температуре порядка 90 °С.
Для удаления коррозии подшипник после тщательного промывания в бензине протирают сукном, смоченным в смеси минерального масла и окиси хрома. Допускается чистка поверхности подшипников от коррозии - (кроме тел вращения) шлифшкуркой с последующей зачисткой пастой ГОИ.
Ремонт подшипников производят только на специализированных заводах. Без отправки на эти заводы может быть выполнен только простейший ремонт подшипников, а именно восстановление посадочных мест нанесением полимеров, клея или хромированием, осадка сепараторов на прессе, комплектация подшипников из однотипных изношенных деталей. В этом случае за основную деталь принимают внутреннее кольцо. Контроль за обязательным осуществлением ремонта, предусмотренного тех условиями, непосредственно на предприятиях пищевой и химической промышленности осуществляют лаборатории комитета стандартов.
Контроль подшипников качения производится как визуально, так и с помощью замеров.
Наружным осмотром (при необходимости и с помощью лупы) проводится тщательная проверка колец, беговых дорожек, шариков и роликов. При наличии трещин, цветов побежалости, следов защемления, выкрашивания, отслаивания, шелушения, раковин, а также царапин или глубоких рисок на беговых дорожках, шариках или роликах, надломов и сквозных трещин на сепараторе подшипники выбраковываются. При отсутствии указанных неисправностей шарикоподшипники проверяются на легкость вращения от руки. При вращении от руки подшипник должен иметь ровный ход, без заедания, и небольшой шум.
Подшипники, годные по проверке на легкость вращения и осевой шум, подвергайся контролю на величину радиального и осевого зазора, для этого внутреннее кольцо подшипников закрепляют в приспособлении, а к наружному подводят наконечник индикатора или миниметра, закрепленного на стойке. Перемещая наружное кольцо в направлении индикатора и обратно определяют, величину радиального зазора по максимальному отклонению стрелки. Радиальный зазор проверяют в 4-х точках, поворачивая наружное кольцо при каждом измерении на 90°. данные о нормативных зазорах в подшипниках, наиболее распространенных в химической и пищевой отраслях промышленности приведены в таблице 6.1.
Таблица 6.1 - Нормативные радиальные зазоры в подшипниках, мкм .
|
Внутренний диаметр подшипника |
Вид подшипника |
||
|
Шарикоподшипник однорядный |
Роликоподшипники |
||
|
Радиальные |
Сферические с цилиндр. отверстием |
||
|
Свыше 10 до 18 |
|||
Допускаемая величина зазора, при установке на машину при текущем ремонте составляет, а при капитальном, где следует принять из таблицы1.
Наружный диаметр подшипника определяют только при наличии следов износа с помощью микрометров или пассаметров, а внутренний с помощью индикаторных нутрометров.
Высоту конических подшипников удобнее определять с помощью микрометрического или штанген-глубиномера.
Рисунок 6.1 - Схема определения величины зазора в подшипниках а) шариковых; б) роликовых.
При этом расчет ведут в следующей последовательности:
Определяют допустимый и предельные износы сопряжения колец подшипников качения с валами и корпусами IS доп и IS пр по следующим формулам:
для посадки с натягом
IS доп =0,1D+1,8T SK -5,0 (6.1)
IS пр =35+1,8T SK +0,6D (6.2)
для переходной посадки
IS доп =10+0,1D+1,5T SK (6.3)
IS пр =60+0,1D+2,4T SK (6.4)
для посадки с зазором
IS доп =0,1D+1,8T SK -10 (6.5)
IS пр =15+0,1D+4,0T SK (6.6)
где D - диаметр кольца подшипника, мм,
T SK -допуск сопряжения
T SK =T d +T D , (6.7)
T d - допуск на изготовление вала,
T D - допуск на изготовление отверстия.
Определяют допустимый и предельные размеры посадочных мест обойм подшипника:
для внутреннего кольца, предназначенного для работы со сменяемым валом
D доп =D min +IS доп (6.8)
D пр =D min +IS пр (6.9)
то же, но для работы с валом, бывшим в эксплуатации
D доп =D min +0,3IS доп (6.10)
D пр =D min +0,3IS пр (6.11)
для наружных колец подшипников, предназначенных для работы со сменяемым (новым) корпусом
d доп =d max -IS доп (6.12)
d пр =d max -IS пр (6.13)
то же, но для работы с корпусом, бывшим в эксплуатации
d доп =d max -0,3IS доп (6.14)
d пр =d max -0,3IS пр (6.15)
В формулах (6.1) - (6.15):
D min - минимальный размер отверстия внутреннего кольца подшипника в соответствии со стандартом,
d max - максимальный диаметр наружного кольца подшипника в соответствии со стандартом.
Отклонение колец подшипников от номинальных размеров приведенных в таблице 6.2.
Таблица 6.2 - Предельное отклонение колец подшипников класса точности 0, мкм, .
|
Интервалы диаметров подшипников |
Тип подшипника |
|
|
шариковые и роликовые радиальные и шариковые радиально-упорные |
роликовые конические |
|
|
Свыше 10 до 18 |
||
Порядок выполнения работы
Произвести визуальный осмотр подшипника.
Проверить подшипник на плавность вращения и отсутствие повышенного шума при вращении.
Произвести замеры наружного и внутреннего диаметров подшипника и его ширины. (Пределы изменения ширины конических подшипников приведены в каталогах).
Результаты визуального наблюдения, проверки на плавность вращения и результаты замеров занести в таблицу 6.3.
Отчет по работе
должен включать:
Краткое изложение сведений о подшипниках качения и их дефектации;
Таблицу результатов проверки качества подшипников;
Выводы по работе.
Материалы и инструмент
При выполнении работы используется:
Приспособление для замера радиальных зазоров;
Штанген-глубиномер или микрометрический глубиномер;
Набор микрометров;
Индикаторные нутромеры;
Практическая часть
Таблица 6.3 - Результаты проверки качества подшипников
|
Тип подшипника |
№ по стандарту, класс точности |
Заключение о пригодности подшипника в эксплуатацию |
|||
|
По результатам визуального наблюдения |
По результатам проверки на плавность вращения и бесшумность работы |
По результатам измерений |
|||
|
Сколы на наружном кольце, выкрашивание |
Ход неровный с заеданием |
D нар =130 мм D внут =45 мм |
|||
|
подшипник качения шариковый однорядный |
Сколы на наружном кольце, следы защемления, царапины |
Ход неровный с заеданием |
D нар =47 мм D внут =11 мм |
||
|
подшипник скольжения роликовый однорядный, конический |
Выкрашивание, шелушение |
Ход неровный с заеданием |
D нар =118 мм D внут =50 мм |
||
Вывод: Данные подшипники выбраковываются, т. к. обнаружены сколы, выкрашивание, следы защемления и царапины на беговых дорожках
Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.