Назначение и области применения обработки деталей

Журнал «Масла и Автохимия в России» 2005 год 28.05

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.

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.

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

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 рекомендаци:

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.

Дата добавления: 2015-07-08