Вернуться к списку статей

Причины повреждений подшипников

Большинство повреждений подшипников можно классифицировать по двум категориям: повреждения, полученные до начала эксплуатации, и повреждения, полученные во время эксплуатации подшипника. 

Причины повреждений, полученных до начала эксплуатации: 

- неправильная посадка на валу и в корпусе 

- дефектные посадочные места подшипника на валах и в корпусах 

- перекос / несоосность
- неправильный монтаж
- воздействие электрического тока на подшипник (высокое напряжение)

- транспортировка, обращение и хранение 

Причины повреждений, полученных при эксплуатации подшипника: 

- усталость материала

- неэффективное смазывание
- неэффективное уплотнение
- вибрация (ложное бринеллирование) 

- рабочий перекос
- воздействие электрического тока на подшипник (прохождение тока) 

Рассмотрим подробнее причины повреждений, полученных до начала эксплуатации: 

Неправильная посадка на валу и в корпусе 

Неправильная посадка на валу или в корпусе может привести как к чрезмерному зазору, так и к чрезмерному натягу, при которых может возникнуть любое из следующих явлений: 

-  проскальзывание кольца (кольцо прово- рачивается на своем посадочном месте) 

- фреттинг-коррозия

- растрескивание кольца 

- снижение нагрузочной способности 

- дополнительные нагрузки и трение в подшипнике 

- повышение рабочей температуры подшипника 

Поэтому правильная посадка очень важна для срока службы подшипника и эксплуатационных качеств машины. 

Если кольцо подшипника вращается и
на него действует постоянная нагрузка, то обычно кольцо сажается на посадочное место с натягом. Степень натяга определяется величиной нагрузки, а также типом и размером подшипника. Как правило, чем больше приложенная нагрузка, тем плотнее требуемая посадка. 

Если кольцо подшипника неподвижно под действием постоянной нагрузки постоянного направления, посадка обычно должна быть свободной. 

При наличии ударных нагрузок или постоянной вибрации требуется более плотная посадка с натягом кольца, которое вращается относительно нагрузки. 

В случае, если кольцо подшипника нагружено вращающейся нагрузкой, для легко нагруженных подшипников, а также подшипников, работающих при очень низких скоростях, можно использовать более лёгкую посадку или, в некоторых случаях, свободную посадку. 

Дефекты посадочного места на валу или в корпусе 

Вогнутости, выпуклости и другие геометрические дефекты посадочных мест вала и корпуса приводят к неправильному контакту кольца подшипника по его ширине. Поэтому кольцо деформируется под нагрузкой, и вдоль окружности дорожки качения обычно появляются усталостные трещины и изломы. 

Перекос/несоосность 

Перекос/несоосность является общей причиной перегрева и/или трещинообразования при наличии любого из следующих условий: 

- Внутреннее кольцо упирается в заплечик вала, который не перпендикулярен посадочной поверхности подшипника. 

- Наружное кольцо упирается в бурт корпуса, который не перпендикулярен оси посадочного отверстия в корпусе. 

- Два посадочных отверстия в корпусе несоосны. 

- Кольцо подшипника неправильно упирается в заплечик вала и перекошено на своем посадочном месте. 

- Наружное кольцо плавающего подшипника перекошено на своём посадочном месте. 

Самоустанавливающиеся подшипники не могут полностью компенсировать все ошибки монтажа. Например, если вращающееся внутреннее кольцо самоустанавливающегося подшипника не перпендикулярно своему посадочному месту на валу, то при вращении наблюдается его биение. Это может вызвать проблемы со смазыванием, преждевременный износ и/или поверхностную усталость. 

Неправильный монтаж 

Небрежное обращение с подшипником и неправильный монтаж часто приводят к повреждению и преждевременной усталости материала или отказу подшипника. 

Одной из основных причин ранних отказов из-за усталости материала является повреждение подшипника от ударов, полученных при обращении, монтаже, хранении и/или эксплуатации. Повреждение начинается в локальной зоне деформации и развивается до состояния отказа подшипника. 

Другая причина преждевременного отказа подшипника — посторонние твёрдые частицы, попавшие в подшипник или корпус. Частицы могут попасть во время монтажа или остаться внутри после предыдущего отказа подшипника. Частицы также могут остаться в процессе изготовления корпуса. 

Попадание твёрдых загрязнений между наружным диаметром подшипника и отверстием в корпусе также приведёт к преждевременному отказу подшипника. 

Воздействие тока

В некоторых случаях электрический ток заземления может проходить через подшипник. Например, при ремонте вала высокое напряжение на подшипнике может возникнуть из-за неправильного заземления сварочного оборудования. Электрический разряд, возникающий между кольцами и проходящий через тела качения, может нанести сильные повреждения подшипнику. При прохождении электрического тока высокого напряжения через подшипник поверхности его деталей могут «свариваться», а также могут образовываться «кратеры» в результате вплавления металла из деталей подшипника. 

Повреждения при транспортировке и хранении 

К повреждениям, которые обычно связаны с транспортировкой, относится бринеллирование (перегрузка) от ударных нагрузок. Бринеллирование возникает в результате удара. Удар является следствием неправильного обращения с подшипником или ударных нагрузок при эксплуатации. В зависимости от тяжести повреждения бринеллирование увеличивает шум и вибрацию, сокращает срок службы подшипника. Чтобы безошибочно диагностировать бринеллирование, проверьте, соответствует ли расстояние между повреждёнными участками расстоянию между телами качения. Поскольку бринеллирование появляется вследствие удара, при увеличении можно рассмотреть исходные характерные риски. 

Рассмотрим подробнее причины повреждений, полученных при эксплуатации подшипника: 

Подповерхностная усталость материала 

Во время эксплуатации подшипника нагрузка передаётся от одного кольца к другому через тела качения. Каждый раз, когда ролик проходит зону нагружения, передаваемая нагрузка в контактной области изменяется от нуля до максимального значения и обратно. Такое циклическое нагружение приводит к накоплению в материале остаточных деформаций. В зависимости от величины нагрузки, температуры и количества циклов нагружения эти деформации будут приводить к структурным изменениям в материале и формированию микротрещин под поверхностью. В конечном итоге эти трещины выходят на поверхность, что проявляется в виде выкрашивания материала. 

Неэффективное смазывание 

При расчёте номинального ресурса подшипника предполагается, что подшипник правильно смазывается. Это означает, что правильное количество соответствующего смазочного материала своевременно попадает в подшипник. Для надёжной работы всех подшипников в машине также требуется их правильное смазывание. Смазочная плёнка разделяет все детали в подшипнике от непосредственного контакта при их качении и скольжении. Без эффективной смазки появится контакт «металл/металл» между телами качения, дорожками качения и другими контактными поверхностями, что приведёт к их повреждению. 

Неэффективное уплотнение 

При попадании загрязняющих веществ внутрь полости подшипника срок его службы сокращается. Поэтому очень важно защитить подшипники либо внутренними уплотнениями (каучуковые, стальные защитные шайбы), либо внешними уплотнениями. В условиях сильно загрязнённой̆ окружающей среды предпочтительно одновременно применять оба вида уплотнений. 

При попадании в подшипник твёрдых загрязняющих частиц смазочный материал может потерять свою эффективность, вследствие чего возникнет износ. Это ускоряющийся процесс, поскольку свойства смазочного материала продолжают ухудшаться, а износ изменяет микрогеометрию контактирующих поверхностей. Скорость этого процесса в большой степени зависит от типа загрязнения, а также от того, остаются ли продукты износа в подшипнике или удаляются (при замене смазки). В большинстве случаев износ проявляется в виде матовых поверхностей.

Вибрация 

Вибрация может повредить вспомогательное или резервное оборудование, расположенное рядом с работающей машиной. Уровень вибрации тел качения в подшипниках зависит от расстояния между резервным и работающим оборудованием. В зависимости от уровня и частоты вибрации, состояния смазочного материала и нагрузки имеет место комбинация коррозии и износа, образующих мелкие вмятины на дорожке качения. 

Вмятины, расположенные с интервалом, равным расстоянию между телами качения, часто изменяют цвет (на красноватый) или блестят (сферические вмятины в шарикоподшипниках, линии в роликоподшипниках). 

На глубину повреждения значительно влияют уровень и продолжительность вибрации, а также внутренний зазор в подшипнике. Роликоподшипники более чувствительны к этому типу повреждения, чем шарикоподшипники. 

Перекосы подшипника при работе 

Перекосы колец в процессе работы подшипника возникают от прогиба вала под тяжёлыми нагрузками или при изменении амплитуды нагрузки во время работы (дисбалансная нагрузка). При наличии относительного перекоса колец подшипника, плоскость зоны нагружения не параллельна плоскостям, проходящим через дорожки качения. В результате возникает дополнительная осевая нагрузка, которая может способствовать преждевременному усталостному трещинообразованию.