Пошкодження підшипників кочення та їх причини

Подшипники качения являются системообразующими элементами большинства современных машин и механизмов. К этим узлам предъявляются требования не только по их основному функционалу, но и таким качествам, как несущая способность, долговечность, умение противостоять радиальным и упорным нагрузкам. В этой связи логичным видится факт того, что рано или поздно происходит износ подшипников качения, но как его определить? В этой статье мы затронем тему износа шарикоподшипников, классифицируем причины и установим причинно-следственные связи между характером повреждений и эксплуатационными условиями.

Первым делом определимся с понятием «долговечности подшипников», ведь довольно сложно установить какие-то конкретные границы эксплуатации. Данный узел не способен работать произвольно долго. В какой-то момент усталость материалов возьмет верх, после чего произойдет критическое разрушение, исключающее возможность дальнейшей работы узла. Период долговечности напрямую зависит от:

• нагрузочных величин;
• частоты вращения.

Определение усталостного разрушения можно сформулировать так. Это следствие напряжения в нагрузочной зоне. Проявляется такое напряжение в виде трещин, идущих непосредственно к поверхности качения. Сами же дефекты подшипников качения появляются тогда, когда по местам микротрещин прокатываются тела качения подшипников, отделяя частички материала.

Под долговечностью принято понимать предельное число оборотов, при достижении которых появляются первые следы усталостного разрушения. Такие неисправности подшипников обнаруживают себя вследствие возрастающей вибрации и шума. Ориентируясь по этим признакам, оператор оборудования может принять своевременное решение о замене узла.

Рассматривая подшипник шариковый радиальный, или любой другой узел, содержащий тела качения, можно заметить матовые следы на внутренних и наружных кольцах. Это дорожки качения, не влияющие на долговечность подшипника. Характер этих следов зависит от:

• типа вращения: только внутреннее или оба кольца;
• направления нагрузки: радиальная или радиально-осевая;
• интенсивности нагрузок: постоянная, комбинированная;
• техники и геометрии монтажа: с предварительным натягом, перекосом колец и т.д.

Если в шарикоподшипнике радиального типа следы качения располагаются по центру колец, в радиально-упорных подшипниках, испытывающих осевую нагрузку, этот след смещен в сторону от центра.

Закончим со вступлением и рассмотрим повреждения подшипников качения и их причины на конкретных примерах.

Вмятины, полученные в результате неправильного монтажа

Рассматривая виды дефектов подшипников, мы не можем оставить в стороне проблемы, возникшие по вине нарушений техники установки подшипниковых узлов. Вмятины появляются как результат передачи ударного импульса через тела качения на поверхность кольца. Причиной вмятин могут стать и высокие нагрузки в моменты, когда шарикоподшипник не вращается.

Самыми уязвимыми для подобного типа повреждений считаются узлы со сферическими телами качения. Сначала появляются задиры, а уже потом на их месте появляются вмятины.

Итак, причина формирования вмятин – приложение силы не к кольцу, как того требует технология посадки, а к телам качения. Следовательно, чтобы избежать проблем, усилие нужно передавать кольцу, которое монтируется с натягом. Во избежание перегрузок следует применять узлы с запасом статической нагрузки.

Мы рассмотрели основные дефекты подшипников качения, связанные с контактными элементами – телами качения и кольцами. Теперь поговорим о разрушениях колец, бортиков под влиянием внешних факторов.

Задиры, появляющиеся на торцах, дорожках качения, посадочных поверхностях

Задиром называется механический процесс, при котором некоторая часть металла переносится с одной поверхности на другую. Такому переносу способствуют два фактора: плотный контакт поверхностей при сильной нагрузке, недостаток смазки между этими поверхностями.

Но, причины выхода из строя подшипников по причине задиров куда более экзотические. Из-за шероховатостей, поврежденные места нагреваются сильнее, вплоть до значений отпуска металла. Концентрация напряжения в итоге приводит к возникновению трещин.

Взглянем на разновидности задиров

1. На торцах роликов и бортах колец. Причины: высокая нагрузка осевого типа, недостаток смазки. Устраняется посредством подбора подходящей смазки.
2. На роликах и треках качения. Проблема провоцируется ускорением тел качения при входе в зону нагрузки. Устраняется подбором смазки, заменой на узлы с уменьшенным внутренним зазором.
3. Задиры, ставшие следствием монтажного перекоса. Причина: перекос сепаратора и тел качения относительно наружного кольца, сильный натяг. Мероприятия по устранению: вращение колец при монтаже, добротное смазывание, использование направляющих втулок.

Недостаток смазки приводит не только к задирам, но и к поверхностным разрушениям.

Глубокая и фреттинговая коррозия

Простая визуальная проверка подшипников качения поможет пролить свет на коррозионные проблемы. Если узел подвергается воздействию воды, агрессивных веществ на протяжении продолжительного времени, в наиболее уязвимых местах возникает щелевая коррозия. Для защиты улучшают уплотнение узлов, переходят на коррозионно-стойкие типы смазок.

Контактная коррозия, иначе говоря – фреттинг, появляется из-за свободной посадки узла на валу, погрешности форм сопрягающихся деталей. Устраняется проблема с помощью правильной посадки, доработкой сопрягающихся поверхностей. Если полностью избавиться от проблемы не получается, обращаются к антифреттинговым пастам.

В завершении обзора скажем о том, как проверить шариковый подшипник на предмет повреждений. Помимо очевидного визуального осмотра на предмет возникновения заметных дефектов, износа смазочного слоя, специалисты также обращаются к помощи виброанализаторов. Эти приборы позволяют оценить частоту вибраций относительно нормальных показателей. Для каждого типа подшипника устанавливается свое критическое значение энергии импульса, при достижении которого принимается решение о необходимости замены узла.