Повреждения подшипников

Главной проблемой подшипников является прочность. Зачастую она связана с начальной нагрузкой, которую всегда трудно установить точно. Момент сопротивления преднагруженного подшипника  в период приработки быстро снижается. Поэтому начальную нагрузку можно контролировать только у новых подшипников, однако, повреждения могут происходить и при маленьких нагрузках, так как шарики и ролики имеют склонность к скольжению вместо качения.

В обычных условиях правильно выбранный и правильно эксплуатирующийся подшипник имеет 90% шансов проработать в течение назначенного срока службы, и 10% шансов выйти из строя в результате процессов выкрашивания, которые происходят в условиях естественной деградации. Множество подшипников преждевременно выходят из строя по причине плохой смазки (43% подшипников) или плохого монтажа (27% подшипников). Даже лучшая подшипниковая сталь не может компенсировать ни недостатки смазки, ни значительной деформации валопровода. Дефекты в смазке влекут за собой перегрев подшипника, что может стать причиной заклинивания подшипника. В предельных ситуациях смазка в подшипнике может даже воспламениться. Явная причина внешних повреждений подшипников: плохая смазка, плохой монтаж, недостатки уплотнения, плохие условия эксплуатации,   Повреждения связанные с собственно подшипником: плохое качество подшипниковой стали, неточная внутренняя геометрия, дефектные сепараторы и уплотнения подшипника. Внешние причины вызывают более 90% преждевременных отказов подшипников.

К сожалению выяснить причину разрушения подшипника нелегко: если инцидент является типичным, для специалиста будет несложно дать заключение по результатам исследования мелких осколков подшипника. При серьезном инциденте необходимо следовать методологии стандартной экспертизы:

• сделать хорошую цветную фотографию подшипника до демонтажа,
• взять для анализа образец используемого в подшипнике смазочного материала,
• осторожно извлечь подшипник, избегая дополнительных повреждений, сохранить, насколько это возможно, положение различных его элементов,
• ни в коем случае не очищать подшипник, наоборот, оставить на месте максимум смазки,
• поместить детали подшипника в упаковку.

Далее необходимо проанализировать главные причины аварии или разрушения подшипников.

Усталостное выкрашивание (расслоение) подшипника

Расслоение подшипника - естественная причина разрушения подшипников правильно смонтированных и используемых. Если давление Гертца не превышает 2000 N/mm, подшипники имеют срок службы, практически обусловленный только смазкой и чистотой. В действительности давление между элементами качения и кольцами обычно составляет от 3 000 до 3 500 N/mm и усталостные повреждения подшипника, чередуясь с напряжениями на сдвиг, приводят к расслоению металла. Все исследования подтверждают пагубное влияние на усталость подшипников неметаллических включений в сталь: нерастворимые карбиды, остатки окислов и сернистых соединений, шлаки, попавшие при плавке…

Выкрашивание (расслоение) - процесс длительный, который ускоряется, в той или иной степени, после появления первых трещинок. Локализованное и преждевременное выкрашивание  характеризует такие аномалии, как плохой монтаж, перегрузка, дефекты вала, плохая геометрия посадочного гнезда.

Повышенный предел эластичности повышает ресурс, так как он уменьшает риск, связанный с наличием неметаллических включений. Применение сталей высокого качества дегазированных и разлитых под вакуумом сегодня является наиболее распространенным.

Поверхностное выкрашивание (шелушение) подшипника

Поверхностное выкрашивание (шелушение) на поверхности металла достаточно распространено и проявляется в форме очень мелких чешуек на подшипнике. Оно связывается с применением  смазки недостаточной плотности  по отношению к шероховатости поверхности, что провоцирует контакт металл-металл. Основное средство борьбы с этим явлением –  уменьшение шероховатости поверхности и повышение вязкости смазочного материала подшипника.

Заедание (заклинивание) подшипника

Проявляется в переносе частичек материала, вырываемых с поверхности, и их осаждение в другом месте микроприпаиванием. Появляется матовые зоны и коричневые следы, свидетельствующие о перегреве. Позднее происходит деформация элементов качения подшипника с отрывом частичек материала и их локализация, элементы качения и сепараторы подшипников разрушаются или сплющиваются и даже полностью свариваются. Необходимо помнить, что заедание неминуемо при отсутствии смазки. Избыток смазки, вопреки сложившемуся мнению, не позволяет снизить трение в подшипнике. Заедание чаще происходит в конических роликовых подшипниках при наличии трения скольжения между роликами и буртиком внутреннего кольца и когда многие ролики повреждены: зачастую это происходит при первых оборотах если не позаботиться о хорошей смазке при запуске.

Другими причинами заклинивания подшипника являются:

• смазка на основе продуктов не способных воспроизводить многослойные поверхностные слои, разрушаемые давлением,
• количество смазки в подшипнике, недостаточное для отвода тепла,
• чрезмерные скорости, провоцирующие перегрев подшипника,
• неправильный выбор типа подшипника, в частности, с точки зрения материала сепаратора.

Выбор смазки и способа смазки подшипника имеет исключительное значение. Нет необходимости в очень вязкой и обильной (избыточной) смазке, которая приводит к скольжению шариков или роликов по поверхности колец при запуске и торможении подшипника.

Оттиски (отпечатки) от деформации подшипника

Оттиски (отпечатки) от деформации подшипника встречаются очень часто: следы ударов, трещин, растрескивания поверхности, отражающие отсутствие мер предосторожности: случайное падение подшипника, монтаж подшипника с нанесением ударов или с приложением усилий непосредственно к элементам качения, перегрузка подшипника.

Пластические деформации колец подшипника приводят к выемкам без обдирания материала и складкам вытесненного металла или экстракции. Эти отказы не всегда видимы непосредственно: трещины могут в известных случаях привести к последующему разрушению.

Инкрустация инородных частиц

Инкрустация инородных частиц – результат пренебрежения чистотой при монтаже подшипника или попадания случайных примесей. Она выражается в виде отпечатков, продольных непрерывных или прерывистых бороздок на шлифованных поверхностях колец подшипника. Способствует появлению ненормальных люфтов, перекосов, вибраций.

Следы оставляемые неупругими частицами неглубокие и мало заметные. Если частицы твердые, кратеры становятся относительно глубокими с выступающими краями. Если частицы хрупкие, они разрушаются от сжатия и как результат – многочисленные мелкие отпечатки с острыми кромками.

Коррозия подшипника

Коррозия подшипника проявляется в виде пятен от красного до черного цвета, затем в виде зон отслоения материала. Она может быть химической, под действием окисленного масла, агрессивных продуктов, проникших из-за дефектов уплотнения…, или электрохимической с образованием ржавчины от проникновения воды или чрезмерной конденсации. Лучшей защитой против коррозии и защитой от причин способных ее провоцировать является выбор надлежащей смазки. В наиболее тяжелых случаях необходимо применять подшипники из нержавеющей стали, керамики и т.п. Отметим также, что появление коррозии приводит к  последующему усталостному  разрушению подшипников и выкрашиванию.

Контактная коррозия (фреттинг-коррозия) подшипника

Контактная коррозия проявляется в виде следов розоватого, коричневого или черного цвета более или менее протяженных в зонах наружных опор подшипников. Она возникает при незначительном вращении или вибрации колец по отношению к их опорным поверхностям; внимание было привлечено к феномену 30-х годов, когда констатировали, что подшипники вагонов подвержены серьезным повреждениям.

Контактная коррозия не во всех случаях приводит к непоправимым повреждениям, особенно в ее начале, но если она приводит к повреждению опорного гнезда или вала, то результатом будет ухудшение состояния опорной поверхности и есть основания опасаться растрескивания колец. В большинстве случаев она является следствием неправильной посадки подшипника в корпусе или на валу. В каждом случае монтажа необходимо тщательно соблюдать предписанные зазоры и допуски.

Образование кратеров (электрическая точечная коррозия подшипника)

Электрическая точечная коррозия подшипника провоцирует относительно глубокие микроскопические раковины. Она обязана значительным электрическим токам проходящим через подшипник и  создающим маленькие электрические дуги, приводящие к локальному расплавлению и закалке металла. В этом случае вал становится как бы заземляющей массой при сварке.

Образование дорожек (канавок) на подшипнике

Дорожки образуются в результате одновременного воздействия слабых электрических токов и вибраций. Этот феномен чаще проявляется, когда речь идет об электрогенерирующем оборудовании, станках, электровозах и механизмах с приводными ремнями, несущих электростатическую нагрузку. Не известна связь частоты колебаний с другими параметрами работы подшипника: скоростью вращения, частотой тока, нагрузками. Средство борьбы – заземление механизмов, электрическая изоляция подшипников в корпусах, закоротка опор, применение токопроводящей смазки.

Надрывы

Надрывы – узкие разрывы или другие начальные стадии растрескивания, имеют возможными причинами чрезмерные напряжения при монтаже или демонтаже подшипника или трещины при обработке и закалке.

Абразивный износ подшипника

Абразивный износ придает подшипникам серый вид, как бы покрытый инеем. Он появляется при работе в абразивной среде при неудовлетворительной смазке.

Окрашивание (изменение цвета) подшипника

Окрашивание в коричневый, голубоватый или черноватый цвет  подшипника является результатом поверхностного окисления в присутствии смазки, полимеризующейся при высокой температуре. Источник ненормального перегрева подшипника может быть внутренним, например избыток смазки, или внешним.

Повреждение сепараторов подшиипников

Повреждения сепараторов происходят главным образом в результате небрежного монтажа подшипника.

Внешние признаки повреждения подшипника

 Внешние признаки повреждения подшипников многочисленны:

• вибрации, определяемые на ощупь или с помощью электронной аппаратуры могут привести к остановке машины. Они свидетельствуют о повреждении подшипника выкрашиванием, абразивном износе, коррозии, дисбалансе, чрезмерных зазорах, заклинивании, недостаточном прижимании кольца.
• ненормальный шум в результате перекатывания катящихся элементов через инородные частицы или вмятины, образовавшиеся в результате  плохого монтажа подшипника или выкрашивания, коррозии подшипника, уменьшения внутреннего зазора, поломки сепаратора или вращающихся элементов подшипника.
• повышение температуры может означать как отсутствие, так и излишек смазки в подшипнике, отсутствие внутреннего зазора, аварийную перегрузку или плохой монтаж подшипника.

повышенный момент трения может быть следствием повреждения сепаратора, непригодности смазки, повреждения уплотнения подшипника.

Профилактика и контроль повреждений подшипников

Контролируя работу подшипников, измеряя температуру, шум, вибрации и периодически анализируя качество смазки можно значительно уменьшить риск возникновения повреждений подшипников.

• подшипник – узел чувствительный к ударам,
• подшипник - блок высокой точности, требующий мер предосторожности и точности при монтаже,
• подшипник должен использоваться в пределах его возможностей,
• подшипник - совокупность точно подогнанных деталей и, требующих эффективной смазки,
• любой подшипник, предназначен для работы в определенных условиях, поэтому и существует большое количество типов и размеров подшипников,
• у стандартных подшипников не может быть характеристик подшипников высокой точности. Высокая надежность, спокойная работа, сниженный вес требуют применения специальных подшипников.

В 90% случаев используются закаленные подшипниковые стали, в 10% - цементированные.