Основные причины отказа подшипников качения

Масла и смазки

28.12.07

Многообразие подшипников качения настолько велико, что для их перечисления потребовалось бы несколько десятков томов. С другой стороны, велико их значение в современной технике как важнейших элементов, обеспечивающих ее нормальное функционирование. Поэтому, изучение влияния различных факторов на работоспособность и ресурс подшипников качения актуальным будет всегда.

Настоящая статья, как вы уже поняли, уважаемые читатели, посвящена подшипникам качения. К ее написанию нас побудила публикация в журнале «Пикап» статьи «Почему подшипники «отказывают»?», подготовленная ЗАО ТД «Русьподшипник» /1/. Анализ этой публикации показал, что авторы достаточно обстоятельно описали причины выхода из строя подшипников качения. Однако обилие перечисленных причин не позволяет читателю выделить главные, что в свою очередь оставляет открытым вопрос о наиболее рациональных приемах увеличения срока службы подшипников. Мы попытаемся это сделать, используя современную классификацию видов изнашивания, причем, рассмотрим ситуацию только с точки зрения внешнего (силового) воздействия без учета влияния на долговечность подшипников смазочных материалов. О смазках мы поговорим в ближайших номерах журнала.

Нет смысла писать о конструкции подшипников качения, но отметим их некоторые особенности: наружные и внутренние кольца с дорожками качения, тела качения (шарики и ролики), сепараторы, удерживающие их в определенном положении; материал подшипников – углеродистая шарикоподшипниковая сталь, имеющая после термообработки высокую твердость (HRC 55-60); шероховатость трущихся поверхностей не ниже 10 класса. Кроме того, подшипники качения, как справедливо отмечается в /1/, являются деталями исключительно высокой точности.

Еще одной особенностью подшипников качения является высокий уровень напряжений в местах контакта тел качения и направляющих дорожек, которые на несколько порядков выше, чем для подшипников скольжения.

Кроме того, подшипники качения чувствительны к ударным нагрузкам и вибрации, качеству смазочного материала, абразиву и влаги. Но, не смотря на это, подшипники качения обладают удивительной живучестью и долговечностью.

Мы рассмотрим влияние внешних факторов на качественно изготовленный подшипник.

Современные научные представления о работе подшипников качения и статистический анализ говорят о том, что основной причиной их отказа (более 90%) является усталость, усталостное изнашивание или осповидное изнашивание – питтинг. ГОСТ 16429 характеризует его как изнашивание поверхности трения или отдельных его участков в результате повторного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению частиц.

Примерно 3-5% отказов связано с окислительным изнашиванием – результатом взаимодействия кислорода с материалом поверхности трения. Оставшиеся 5% приходятся на, если можно так сказать, нетипичные виды изнашивания подшипников качения: абразивное, коррозионное, электроэрозионное и некоторые другие. Необходимо отметить, что на практике эти виды изнашивания имеют место как дополнение к основному, т.е. усталостному.

Рассмотрим подробнее два первых вида изнашивания.

Окислительное изнашивание – наиболее благоприятный вид изнашивания, который обеспечивает максимальный срок службы любого изделия, в том числе подшипников. Конструктор при разработке нового изделия стремится минимизировать неблагоприятные последствия трения и процесс изнашивания свести к окислительному, насколько ему позволят это сделать массогабаритные показатели и экономическая целесообразность. Условия работы подшипника при этом характеризуются умеренным и постоянным тепловым режимом, небольшой нагрузкой, отсутствием вибрации. Ресурс подшипника достигает при этом 20-30 лет. В таких условиях работают подшипники приводных электродвигателей бытовых (домашних) холодильников и большинство из нас знает, что срок эксплуатации холодильников достигает 20 и более лет и меняем мы их на новые не по причине выхода из строя подшипников.

Необходимо отметить, что критерием замены подшипника качения при окислительном износе является увеличенный зазор или люфт сопряженных деталей, при этом их рабочие поверхности остаются гладкими и блестящими, следы видимых повреждений совершенно отсутствуют.

Ресурс подшипников при усталостном характере изнашивания (питтинге) может колебаться от нескольких сот часов до нескольких лет. Это зависит от нагрузки (или величины напряжений) в контакте тело качения – дорожка. При упругом характере взаимодействия (умеренные нагрузки) долговечность подшипника близка к расчетной или теоретической. При упруго-пластической деформации в контакте нагрузка превышает предел текучести материала, и ресурс подшипника резко снижается.

Особенностью усталостного износа (питтинга) является то, что отказ подшипников в обоих случаях носит внезапный характер. Внешнее проявление этого момента – резкое увеличение шума и вибрации, что связано с ухудшением качества рабочих поверхностей.

Схематически питтингпроцесс можно разбить на три этапа (см. рис.).

На первом этапе происходит образование и развитие трещины в подповерхностном слое в зоне максимальных напряжений при контакте тела качения с дорожкой кольца подшипника.

рис.

На втором этапе происходит выход трещины на поверхность. И, наконец, на третьем этапе происходит отслоение участка поверхности с образованием в этом месте кратера (каверны). Этот процесс развивается достаточно быстро и через некоторое время пораженными оказываются значительные участки рабочих поверхностей подшипника и его эксплуатация становится невозможной (см. фото). Остальные виды неблагоприятного воздействия на подшипники качения, такие как абразивный износ, атмосферная коррозия, бриннелирование и др., как уже говорилось выше, не являются основными, а всего лишь дополняют усталостный износ и действуют совместно с ним. Тем не менее, это влияние достаточно ощутимо и может сократить ресурс подшипника в несколько раз.

Выводы и рекомендации.
1. Основной причиной выхода из строя подшипников качения является усталостное (осповидное) изнашивание – питтинг.
2. Атмосферная коррозия, наличие абразива в смазке, бриннелирование, статическое электричество, перегрузка, дефекты сборки и др. оказывают существенное влияние на работоспособность подшипника, усиливая усталостный процесс, и заметно (в несколько раз) сокращают их ресурс.

Некоторые рекомендации по снижению отрицательного воздействия перечисленных выше факторов изложены в работе /1/. Мы приведем их ниже в соответствии с методологией изложения настоящей статьи.

Использованная информация:
1. Почему подшипники «отказывают». Пикап, №36(183), с.122-123. Санкт-Петербург, 2004 г.

1. Не допускать перегрузки подшипников, в том числе ударного воздействия и особенно вибрации.
2. Если существует вероятность перегрева подшипников, предусмотреть принудительное охлаждение, либо применять термостойкие смазки.
3. Для предотвращения попадания влаги и абразивных частиц необходима надежная герметизация и уплотнение подшипников качения, а также их контроль в процессе эксплуатации.
4. При монтажных работах, связанных с установкой подшипников необходимо использовать квалифицированный персонал и специальный инструмент.

Эти четыре простых на наш взгляд правила позволят сохранить ресурс подшипникам и сэкономить Ваши деньги.

Что касается влияния смазочных материалов на работу подшипников качения, то этот очень важный и интересный вопрос будет рассмотрен в ближайших номерах журнала.

НПП «НАНОТЕХНОЛОГИИ»,
разработка и производство смазочных материалов

http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2009/mech/krivoplyasov/library/tez7.htm

Дата добавления: 2015-07-08