Ступица — основное связующее звено между корпусом автомобиля и дорогой через колесо, и именно она испытывает наибольшие нагрузки, как в движении, так в состоянии покоя.

Вместе с тем, от исправности ступицы зависят не только ходовые и скоростные качества автомобиля, но и безопасность.

Причины неисправности ступицы колеса

Если вовремя не отремонтировать или не заменить вышедшую из строя ступицу, то вполне вероятно можно попасть в серьезную аварию — либо вследствие заклинивания колеса на скорости, либо по причине отрыва диска от вала.

Кроме этого, неисправная ступица сильно греется , и, тем самым, оказывает негативное воздействие на нормальную работу тормозной системы колеса.

Ступица никогда не выходит из строя одномоментно , если не было сильного удара от въезда на скорости в яму, на бордюр или кочку. Она разрушается постепенно, и обычно ее неисправность сопровождается неприятным звуком, вибрацией кузова, ощущениями качения и слабых толчков.

Основные причины поломок ступицы колеса:

• Неаккуратная езда по неровной дороге.
• Перегруз автомобиля.
• Неоднократное проваливание под «брюхо» в грязевую жижу или песок.
• Агрессивное вождение с резкими торможениями и ускорениями, так называемым «дрифтованием».

В зависимости от вышеперечисленного, может деформироваться корпус ступицы, расколоться внешний или внутренний обод подшипника, «высохнуть» смазка, в результате попадания внутрь крутящих деталей песка, влаги и грязи.

Очень редко разрушаются ролики или шарики подшипников , причины поломок которых, скорее, зависят не от качества езды, а от заводского брака.

Все эти неисправности на начальном этапе определить очень трудно и практически невозможно без специального диагностического оборудования , пока не обнаружится большой люфт колеса, либо не проявится характерный звук, напоминающий гул самолета, и иногда сопровождаемый хрустом и скрежетом.

Как определить неисправную ступицу колеса?

1. Самый простой и надежный способ определения сломанной ступицы — это постукивание ногой о шины . Если какая-нибудь из шин шатается, появился излишний люфт — то, вероятно, ступица вышла из строя. Причем люфт можно найти задолго до появления посторонних звуков, которые не слышны на малых скоростях, либо схожи с шумом протектора об асфальт.
2. Другой способ определить, что ступица требует замены — на слух , но это возможно, только когда износ ступицы — а, точнее, находящихся в них шарикоподшипников — достиг критической точки, и эксплуатация автомобиля стала уже опасной.
   • Неисправность ступиц на передних колесах , благодаря рулевой системе, определить довольно несложно. Для этого надо разогнаться до скорости, когда начнет появляться гул (обычно 40-60км/ч и выше), и немного повилять. Если звук усиливается при повороте направо — то «слетел» левый подшипник, если наоборот — то правый ().
   • Определить неисправную ступицу на задних колесах немного сложнее. Бывает, гудит с одной стороны, а поломка, на самом деле, оказывается с другой. Поэтому для точного выявления вышедшей из строя детали необходимо приподнять корму машины. Затем на весу повращать и покачать колесо в одну и другую сторону. Если чувствуется люфт и вибрация колеса, а иногда слышны потрескивания и хруст, то ступица вышла из строя.
3. Наконец, третий рекомендуемый способ. Без определенных навыков и соответствующих инструментов заменить ступицу самостоятельно не получится. При малейшем подозрении на посторонние звуки, исходящие из области какого-либо колеса, либо обнаружении люфта, сразу обратиться в специализированный автосервис .

Появление посторонних шумов со стороны передней подвески при движении автомобиля может быть вызвано целым рядом неисправностей. Одним из таковых может быть сильный износ ступичного подшипника левого или правого переднего колеса, замена которого вполне может быть выполнена своими руками, так как для этого не нужны даже яма или подъемник. В данной статье вы подробнее узнаете, как проверить ступичный подшипник. Выявить данную неисправность можно несколькими способами.

Косвенные признаки износа подшипника ступицы передней подвески

В данном разделе вы найдете признаки неисправности ступичного подшипника, а так же о том, как проверить подшипник ступицы переднего колеса.

• Характерным признаком того, что необходима замена подшипника ступицы в Калине , является посторонний ровный шум (гудение, гул) со стороны левого или правого колеса при движении. Как правило, в данном случае он усиливается на высокой скорости (более 80-90 км/ч), поэтому чаще всего замечается при движении по трассе.

• Из-за шума, создаваемого потоком воздуха и при контакте покрышек с дорогой, далеко не всегда можно точно определить источник звука. Примечательно, что из салона шум с правой стороны зачастую воспринимается как с левой и наоборот. В этом случае необходимо обратить внимание на то, как изменяется звук на поворотах, так как в этот момент на подшипник приходится повышенная нагрузка. Так, исчезновение звука при повороте налево и его усиление при повороте направо свидетельствует об износе левого подшипника ступицы . Соответственно, об износе правого говорят противоположные симптомы.

Диагностика подшипника ступичных подшипников левого и правого переднего колеса

Как узнать какой ступичный подшипник гудит?

• Чтобы наверняка удостовериться в неисправности подшипников ступицы переднего левого или правого колеса, или же отсутствии таковой, лучше производить проверку на стоящем автомобиле. Вывесив передние колеса и задействовав стояночный тормоз, необходимо «разогнать» на пятой передаче стоящий на месте автомобиль до 120 км/ч и послушать с какой стороны раздается шум. В идеале лучше это делать при помощи фонендоскопа.

Недостатком вышеописанного способа диагностики является шум работающего двигателя, который может заглушить звук, и отсутствие нагрузки. Более объективным симптомом является наличие люфта, который можно выявить, покачав переднее колеса руками взявшись за верхнюю его часть. Кроме того, колесо можно прокрутить руками, обратив внимание на наличие посторонних звуков и плавность замедления движения. В данном случае нагрузка невелика, но зато отсутствует шум, издаваемый двигателем и КПП. Проверку лучше производить с помощником, который будет нажимать на педаль тормоза, не блокируя колесо полностью – если звук при этом пропадает, дело почти наверняка именно в подшипнике.

0

Лабораторная работа

Дефектация подшипников качения

Цель работы:

Практическое освоение методов определения износа подшипников качения.

Общие сведения о подшипниках качения и их дефектации

Подшипник качения, как правило, представляет собой отдельный узел, состоящий из наружного и внутреннего колец, тел качения, расположенных между кольцами и сепаратором разделяющего и удерживающего эти тела в определенном положении.

Все конструктивные разновидности подшипников классифицируются; в соответствии с ГОСТ 3395-89 по следующим основным признакам: по направлению действия воспринимаемой нагрузки - радиальные, упорные, радиально-упорные и упорно-радиальные; по форме тел качения - шариковые и роликовые; по числу рядов тел качения - однорядные, двухрядные, четырехрядные и многорядные; по основным конструктивным признакам - самоустанавливающиеся и несамоустанавливающиеся, с цилиндрическим или конусным отверстием внутреннего кольца, одинарные или двойные, сдвоенные, строенные и др.

Подшипники качения различаются так же по точности их изготовления ГОСТ 520-2002 устанавливает 5 степеней точности: 0, 6, 5, 4 и 2. Точность подшипников качения определяется точностью посадочных размеров колец и их ширины или (для радиально-упорных) монтажной высоты и точностью вращения колец. Показатель точности вращения, характеризуемый радиальным и осевым биением, имеет особенно важное значение для вращающегося кольца, т. к. его биение передается на связанные с ним детали узла, вызывая нежелательные последствия: динамические нагрузки, вибрацию, шум и др.

В большинстве конструкций машин пищевых и химических производств применяют подшипники нормального класса точности 0. Применение подшипников болеё высоких классов точности ограничено их большой стоимостью, например, для подшипников с диаметром внутреннего кольца порядка 50-80 мм относительная стоимость в зависимости от класса точности составляет:

класс точности 0 6 5 4 2

радиальное биения, мкм 20 10 5 3 2,5

относительная стоимость 1 1,3 2 4 10

Числа означающие класс точности подшипников 6, 5, 4, 2 указываются перед условным обозначением подшипника и отделяются от него тире. Цифра 0 не ищется.

Качество подшипников должно соответствовать ГОСТ 520-2002, а в особых случаях специальным дополнительным условиям.

Перед осмотром подшипников, их промывают без нагрева в бензине с добавлением 6...8 % минерального масла (веретенного). При сильном загрязнении подшипники предварительно промывают в ванне с маслом при температуре порядка 90 °С.

Для удаления коррозии подшипник после тщательного промывания в бензине протирают сукном, смоченным в смеси минерального масла и окиси хрома. Допускается чистка поверхности подшипников от коррозии - (кроме тел вращения) шлифшкуркой с последующей зачисткой пастой ГОИ.

Ремонт подшипников производят только на специализированных заводах. Без отправки на эти заводы может быть выполнен только простейший ремонт подшипников, а именно восстановление посадочных мест нанесением полимеров, клея или хромированием, осадка сепараторов на прессе, комплектация подшипников из однотипных изношенных деталей. В этом случае за основную деталь принимают внутреннее кольцо. Контроль за обязательным осуществлением ремонта, предусмотренного тех условиями, непосредственно на предприятиях пищевой и химической промышленности осуществляют лаборатории комитета стандартов.

Контроль подшипников качения производится как визуально, так и с помощью замеров.

Наружным осмотром (при необходимости и с помощью лупы) проводится тщательная проверка колец, беговых дорожек, шариков и роликов. При наличии трещин, цветов побежалости, следов защемления, выкрашивания, отслаивания, шелушения, раковин, а также царапин или глубоких рисок на беговых дорожках, шариках или роликах, надломов и сквозных трещин на сепараторе подшипники выбраковываются. При отсутствии указанных неисправностей шарикоподшипники проверяются на легкость вращения от руки. При вращении от руки подшипник должен иметь ровный ход, без заедания, и небольшой шум.

Подшипники, годные по проверке на легкость вращения и осевой шум, подвергайся контролю на величину радиального и осевого зазора, для этого внутреннее кольцо подшипников закрепляют в приспособлении, а к наружному подводят наконечник индикатора или миниметра, закрепленного на стойке. Перемещая наружное кольцо в направлении индикатора и обратно определяют, величину радиального зазора по максимальному отклонению стрелки. Радиальный зазор проверяют в 4-х точках, поворачивая наружное кольцо при каждом измерении на 90°. данные о нормативных зазорах в подшипниках, наиболее распространенных в химической и пищевой отраслях промышленности приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Нормативные радиальные зазоры в подшипниках, мкм .

Внутренний диаметр подшипника	Вид подшипника
	Шарикоподшипник однорядный	Роликоподшипники
		Радиальные	Сферические с цилиндр. отверстием
Свыше 10 до 18

Допускаемая величина зазора, при установке на машину при текущем ремонте составляет, а при капитальном, где следует принять из таблицы1.

Наружный диаметр подшипника определяют только при наличии следов износа с помощью микрометров или пассаметров, а внутренний с помощью индикаторных нутрометров.

Высоту конических подшипников удобнее определять с помощью микрометрического или штанген-глубиномера.

Рисунок 6.1 - Схема определения величины зазора в подшипниках а) шариковых; б) роликовых.

При этом расчет ведут в следующей последовательности:

Определяют допустимый и предельные износы сопряжения колец подшипников качения с валами и корпусами IS доп и IS пр по следующим формулам:

для посадки с натягом

IS доп =0,1D+1,8T SK -5,0 (6.1)

IS пр =35+1,8T SK +0,6D (6.2)

для переходной посадки

IS доп =10+0,1D+1,5T SK (6.3)

IS пр =60+0,1D+2,4T SK (6.4)

для посадки с зазором

IS доп =0,1D+1,8T SK -10 (6.5)

IS пр =15+0,1D+4,0T SK (6.6)

где D - диаметр кольца подшипника, мм,

T SK -допуск сопряжения

T SK =T d +T D , (6.7)

T d - допуск на изготовление вала,

T D - допуск на изготовление отверстия.

Определяют допустимый и предельные размеры посадочных мест обойм подшипника:

для внутреннего кольца, предназначенного для работы со сменяемым валом

D доп =D min +IS доп (6.8)

D пр =D min +IS пр (6.9)

то же, но для работы с валом, бывшим в эксплуатации

D доп =D min +0,3IS доп (6.10)

D пр =D min +0,3IS пр (6.11)

для наружных колец подшипников, предназначенных для работы со сменяемым (новым) корпусом

d доп =d max -IS доп (6.12)

d пр =d max -IS пр (6.13)

то же, но для работы с корпусом, бывшим в эксплуатации

d доп =d max -0,3IS доп (6.14)

d пр =d max -0,3IS пр (6.15)

В формулах (6.1) - (6.15):

D min - минимальный размер отверстия внутреннего кольца подшипника в соответствии со стандартом,

d max - максимальный диаметр наружного кольца подшипника в соответствии со стандартом.

Отклонение колец подшипников от номинальных размеров приведенных в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Предельное отклонение колец подшипников класса точности 0, мкм, .

Интервалы диаметров подшипников	Тип подшипника
	шариковые и роликовые радиальные и шариковые радиально-упорные	роликовые конические
Свыше 10 до 18

Порядок выполнения работы

Произвести визуальный осмотр подшипника.

Проверить подшипник на плавность вращения и отсутствие повышенного шума при вращении.

Произвести замеры наружного и внутреннего диаметров подшипника и его ширины. (Пределы изменения ширины конических подшипников приведены в каталогах).

Результаты визуального наблюдения, проверки на плавность вращения и результаты замеров занести в таблицу 6.3.

Отчет по работе

должен включать:

Краткое изложение сведений о подшипниках качения и их дефектации;

Таблицу результатов проверки качества подшипников;

Выводы по работе.

Материалы и инструмент

При выполнении работы используется:

Приспособление для замера радиальных зазоров;

Штанген-глубиномер или микрометрический глубиномер;

Набор микрометров;

Индикаторные нутромеры;

Практическая часть

Таблица 6.3 - Результаты проверки качества подшипников

	Тип подшипника	№ по стандарту, класс точности	Заключение о пригодности подшипника в эксплуатацию
			По результатам визуального наблюдения	По результатам проверки на плавность вращения и бесшумность работы	По результатам измерений
			Сколы на наружном кольце, выкрашивание	Ход неровный с заеданием	D нар =130 мм D внут =45 мм
	подшипник качения шариковый однорядный		Сколы на наружном кольце, следы защемления, царапины	Ход неровный с заеданием	D нар =47 мм D внут =11 мм
	подшипник скольжения роликовый однорядный, конический		Выкрашивание, шелушение	Ход неровный с заеданием	D нар =118 мм D внут =50 мм

Вывод: Данные подшипники выбраковываются, т. к. обнаружены сколы, выкрашивание, следы защемления и царапины на беговых дорожках

Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

При ревизии подшипников во время периодических осмотров оборудования, рабочих осмотров или замены смежных деталей, необходимо определять состояние подшипников и возможность их дальнейшего обслуживания.Необходимо вести запись осмотра и внешнего вида демонтированных подшипников. После взятия пробы пластичной смазки и оценки количества остаточной пластичной смазки подшипник должен быть очищен. Также необходимо проверить наличие повреждений и дефектов в сепараторе, посадочных поверхностях, на поверхности элементов качения и поверхности дорожки качения. Обратитесь за информацией к Разделу 6 относительно исследования следов качения на поверхности дорожки качения.При оценке возможности дальнейшей эксплуатации подшипника необходимо принять во внимание следующие факторы: степень повреждения подшипника, производительность машины, анализ режима эксплуатации, режима работы, периодичности проверок. Если ревизия выявит повреждения или нарушения в работе подшипника, необходимо выяснить причину и осуществить профилактические мероприятия.

Если ревизия выявит такие повреждения подшипника, при которых его дальнейшая эксплуатация невозможна, то подшипник необходимо заменить новым.

К таким повреждениям относятся:

1. Трещины или скалывание на сепараторе, элементах качения или кольце с дорожкой качения;
2. Усталостное выкрашивание в элементах качения, на дорожке качения;
3. Заметное образование задиров на элементах качения, поверхности буртика (втулки) или поверхности следов вращения;
4. Заметный износ сепаратора или свободных роликов;
5. Дефекты или ржавчина на элементах качения или поверхности следов вращения;
6. Заметные выбоины на элементах качения или поверхности следов вращения;
7. Заметная ползучесть внешней поверхности наружного кольца или отверстия внутреннего кольца;
8. Изменение цвета вследствие нагрева;
9. Серьезные повреждения на защитной шайбе или уплотнении закрытого подшипника с незаменяемой пластичной смазкой.

Следы вращения и приложенные нагрузки

Когда подшипник вращается, дорожки качения внутреннего и наружного колец контактируют с элементами качения. Это приводит к появлению следов износа на элементах качения и дорожках качения. Необходимо осмотреть дорожки качения с точки зрения анализа работы подшипника, они отражают характер нагрузки и должны быть тщательно изучены после демонтажа подшипника.

Если дорожки качения явно выражены, то возможно определить, работал ли подшипник при радиальной нагрузке, осевой нагрузке или мгновенной нагрузке. Кроме того, можно определить отклонения колец подшипника от круглости. Проверьте, имеют ли место непредвиденные нагрузки подшипника или серьезные монтажные ошибки. Также определите возможную причину неисправности подшипника.

На рис. 1 показаны дорожки качения, образующиеся в радиальном подшипнике при различных режимах нагрузки. На рис. 1 (a) показан наиболее общий вид дорожки качения, образующейся, когда внутреннее кольцо вращается под действием только радиальной нагрузки. На рис. 1 (e) — (h) изображено несколько различных дорожек качения, которые приводят к снижению ресурса вследствие их неблагоприятного воздействие на подшипники. Аналогично, на рис. 2 показаны различные дорожки качения роликоподшипников: на рис. 2 (i) показана дорожка качения на наружном кольце, когда радиальная нагрузка приложена соответствующим образом к вращающемуся внутреннему кольцу цилиндрического роликоподшипника. На рис. 2 (j) приведена дорожка качения в случае изгиба вала или относительного наклона между внутренним и наружным кольцами. Такая несоосность приводит к образованию слегка затененных (тусклых) полос по ширине кольца. Дорожки расположены по диагонали к началу и концу зоны приложения нагрузки. Для двухрядных конических роликовых подшипников, когда сосредоточенная нагрузка приложена к вращающемуся внутреннему кольцу, на рис. 2 (k) изображена дорожка качения на наружном кольце под действием радиальной нагрузки, а на рис. 2 (I) — дорожка качения на наружном кольце при осевой нагрузке. Если имеет место несоосность между внутренним и наружным кольцами, то приложение радиальной нагрузки вызывает появление дорожек качения на наружном кольце, как показано на рис. 2 (m).

Повреждение подшипников и профилактические мероприятия

Обычно, если подшипники качения эксплуатируются правильно, они достигают своего прогнозируемого усталостного срока службы. Однако, часто подшипники выходят из строя преждевременно в результате ошибок, которых можно было избежать. В отличие от усталостного разрушения, преждевременное разрушение вызвано ошибочным монтажом, несоблюдением правил эксплуатации, недостаточной смазкой, проникновением инородного вещества или повышенным тепловыделением. Например, одной из причин преждевременного выхода из строя является скол на кромке, который может появиться вследствие недостаточной смазки, использования неподходящего смазочного материала, несовершенной системы смазки, проникновения инородного вещества, ошибки при монтаже подшипника, чрезмерных отклонений формы вала или вследствие комбинации перечисленных факторов. Если на данный момент известны все условия, путем изучения природы неполадки и возможных причин ее возникновения могут быть приняты соответствующие профилактические меры как до, так и после поломок, вне зависимости от особенностей применения, условий работы и условий окружающей среды. Удачные профилактические меры снизят или предотвратят повторное возникновение подобных неполадок.

Разделы 1–18 содержат примеры повреждений подшипников и меры по их предотвращению. Обращайтесь за справкой к этим разделам, если необходимо определить причину неполадок. Кроме того, в качестве справочного руководства для быстрого ознакомления может оказаться полезной таблица диагностики подшипников в Приложении.(i) (j) (k) (l) (m)

Подшипники качения являются основными опорными узлами механического оборудования. Безотказность данного узла может быть достаточно высокой. Правильно смонтированный подшипник, работающий в пределах расчётных нагрузок, может работать 10…20 лет. Часто это превышает срок службы механизма. Однако неправильный монтаж, недостаточная защита от попадания влаги и пыли, несоблюдение режимов эксплуатации, особенно смазывания, и ряд других причин приводят к преждевременному разрушению деталей подшипника. Период между заменами в этом случае сокращается до 1…6 месяцев. В процессе эксплуатации подшипник качения подвергается комплексному воздействию ряда факторов. Один из них является доминирующим с максимальной скоростью развития. Определив причину разрушения, износа подшипника, специалисты ремонтной службы получают возможность правильно выбрать вид ремонтного воздействия и осуществить мероприятия повышающие долговечность подшипника.

Большинство факторов разрушения подшипников, не поддаётся математическому расчёту, однако требует учёта при эксплуатации узла. Направление исследований в данном случае состоит в построении причинно-следственных связей и создании классификатора по типу повреждения подшипников.

Первым уровнем данной классификации могут быть виды механического износа:

• адгезионный (схватывание первого и второго рода);
• окислительный;
• осповидный;
• абразивный.

Виды механического изнашивания

Контактирующие поверхности деталей машин характеризуются микрорельефом и волнистостью, которыми в начальный момент работы узлов трения определяется площадь фактического контакта, давления. В процессе эксплуатации под действием рабочих нагрузок и деформаций образуется рабочий рельеф, состоящий из впадин и выступов. Их размеры зависят от внутреннего строения материалов деталей и процессов пластической деформации. При относительном движении в поверхностных слоях контактируемых деталей возникают упругопластические деформации, вызывающие появление вторичных (физических, химических, механических) процессов.

Износ схватыванием первого рода наблюдается при трении скольжения. Характеризуется возникновением адгезионных связей между деталями (). Условия возникновения:

• малая скорость относительного движения (до 1 м/с для узла состоящего из двух стальных деталей);
• высокое давление, превышающее предел текучести на площадках фактических контактов;
• отсутствие смазки или защитной плёнки окислов между трущимися деталями;
• низкая температура нагрева поверхностных слоёв – до 100 °С.

Рисунок 1 – Износ схватыванием первого рода двух стальных деталей

Для подшипников качения данный вид износа появляется на начальной стадии проворачивания внутреннего кольца подшипника на валу.

Проявление. На контактной поверхности детали из менее прочного материала образуются хаотически расположенные вырывы, а на детали из более прочного материала – налипания. Налипшие частицы высокой твёрдости способствуют развитию вторичных процессов местной пластической деформации и микрорезанию поверхностей трения. Силы трения определяются геометрическими характеристиками рабочих рельефов, площадью контактных поверхностей и прочностью металлических связей. Коэффициент трения чрезвычайно высок 4-6 единиц.

Разрывы металлических связей приводят к увеличению площади фактических контактов и уменьшению давления на поверхность трения. Интенсивность пластических деформаций снижается, на деталях появятся устойчивые плёнки окислов и износ схватыванием первого рода переходит в окислительный.

Окислительный износ развивается в условиях трения качения и трения скольжения со скоростями относительного движения деталей 1,5…7,0 м/с (без смазки). При граничной смазке интервал скоростей увеличивается до 20 м/с. Механизм разрушения – образование и разрушение твёрдых плёнок окислов, возникающих на поверхностях контактирующих деталей. Эти процессы характерны для узлов трения, детали которых изготовлены из материалов с высокой твёрдостью и повы- шенным пределом текучести.

Проявление . Вид деталей, характеризуется появлением матовых поверхностей, состоящих из плёнок химических соединений металла с кислородом (). Это наиболее благоприятный вид изнашивания. Скорость изнашивания минимальна по сравнению с другими видами механического износа. Коэффициент трения зависит от формы трущихся поверхностей и составляет порядка 0,3…0,7 при отсутствии смазывания.

Рисунок 2 – Окислительный износ на беговой дорожке наружного кольца радиально-упорного конического двухрядного роликоподшипника

Износ схватыванием второго рода . Условия образования: трение скольжения, высокое давление, скорость относительного перемещения (свыше 4 м/с), сочетание которых обуславливает большие потери на трение, высокий градиент и интенсивное возрастание температуры в поверхностных слоях (до 1600 °С).

Проявление . Внешний вид поверхности – вырывы частиц на детали из менее прочного материала, чередующиеся через примерно одинаковые промежутки. Температура поверхности 600…1400 °С. Такая температура заметно снижает механические свойства сталей, и металл размягчается, приводя к налипанию металла на поверхности более прочной детали (). Для подшипников качения износ схватыванием второго рода проявляется в виде заеданий, часто предшествующих полному разрушению.

Рисунок 3 – Вид поверхности подшипника скольжения при износе схватыванием второго рода

Осповидный износ возникает при трении качения, переменных или знакопеременных нагрузках и высоких давлениях, достигающих предела выносливости. Многократные нагружения вызывают усталость материала. На плоскостях максимальных напряжений внутри детали зарождаются трещины. Их развитие приводит к разрыву контактной поверхности, что принципиально изменяет характер взаимодействия деталей.

Проявление . В местах образования сколов на контактных поверхностях появляются осповидные углубления (). Наиболее характерный вид изнашивания для деталей подшипников качения, который должен проявляться через 5…7 лет работы.

Рисунок 4 – Осповидное выкрашивание на теле качения шарикоподшипника

Обнаружить осповидное выкрашивание во время осмотра механического оборудования чрезвычайно трудно. Элементы подшипника практически недоступны для визуального осмотра. Поворот шарика () на угол 60° не позволил бы обнаружить повреждение. Осмотр должен предварять результаты технического диагностирования.

Абразивный износ развивается при трении скольжения. Условия возникновения: наличие на поверхностях трения абразивных частиц, деформирующих микрообъёмы поверхностных слоёв и вызывающих процессы микрорезания.

Проявление . На поверхностях трения появляются однозначно ориентированные по отношению к направлению движения риски (). Скорость изнашивания зависит от размеров, формы, количества, свойств абразива и материала деталей, относительной скорости и давления на контактирующих поверхностях.

Рисунок 5 – Абразивный износ на беговой дорожке наружного кольца радиально-упорного конического двухрядного роликоподшипника

Дополнительные виды износа

Износ при прохождении электрического тока . При прохождении тока через шарикоподшипник на беговых дорожках появляются точки, расположенные цепочкой. При прохождении электрического тока через роликоподшипник на беговых дорожках появляются риски, полоски параллельные оси вращения (). Повреждения такого типа присутствуют лишь на одной беговой дорожке – это результат неравномерного распределения нагрузки по рядам тел качения двухрядного подшипника.

Рисунок 6 – Следы прохождения электрического тока на наружном кольце двухрядного сферического радиального роликоподшипника

Коррозионный износ – результат конденсации влаги в корпусе подшипника при отсутствии смазочного материала () или попадания воды в подшипник. Коррозионные разрушения всегда начинаются с поверхности металла. Коррозия на деталях подшипников бывает двух видов – сплошная и местная. Сплошная коррозия покрывает ровным слоем и изменяет шероховатость поверхности деталей, не образуя отдельных очагов. Местная коррозия наблюдается в виде пятен, глубина которых может быть от незначительного точечного углубления до язвин.

Рисунок 7 – Следы местной коррозии наружного кольца подшипника

Второй уровень классификации отражает силы, действующие на подшипник:

• радиальная сила, приложенная в одной точке, от веса деталей механизма или от технологической нагрузки, постоянная по направлению (местное нагружение);
• радиальная сила, приложенная в двух точках, деформирующая наружное кольцо подшипника, возникает в результате отклонений формы посадочного места подшипника;
• радиальная сила, приложенная в одной точке, совершающая периодическое колебательное движение в ограниченном секторе;
• радиальная сила, вращающаяся вместе с валом, возникает при неуравновешенности ротора, при изгибе вала (циркуляционное нагружение);
• осевая сила, действующая в продольном направлении на все тела качения, в результате изгиба вала, несоосности валов, воздействия продольной технологической нагрузки.

Воздействие указанных сил приводит к появлению на беговых дорожках подшипника характерных повреждений. Следы радиальной силы, приложенной в одной точке, постоянной по направлению, при вращающемся внутреннем и неподвижном наружном кольце проявляются в виде непрерывного следа на внутреннем кольце и местном изнашивании наружного кольца ().

Рисунок 8 – Следы радиальной силы, постоянной по направлению:
а) непрерывный след износа на внутреннем кольце;	б) местное изнашивание наружного кольца

Если неподвижным является внутреннее кольцо, а подвижным наружное, тогда воздействие постоянной радиальной силы проявится в виде непрерывного следа износа на наружном кольце и местном изнашивании внутреннего кольца.

При деформации наружного кольца подшипника в результате отклонений формы посадочного места на наружном неподвижном кольце появится осповидное выкрашивание в двух точках ().

Рисунок 9 – Осповидное выкрашивание в двух местах на беговой дорожке наружного кольца двухрядного сферического радиального роликоподшипника при отклонении формы посадочного места крышки подшипника

Радиальная сила, приложенная в одной точке, совершающая периодическое колебательное движение в ограниченном секторе приводит к местному изнашиванию наружного и внутреннего колец подшипника (). Такой вид изнашивания характерен для шарнирных механизмов, в которых вал совершает колебательные движения.

Рисунок 10 – Местное изнашивание беговой дорожки наружного кольца двухрядного радиального роликоподшипника при колебательном движении

Радиальная сила, вращающаяся вместе с валом, приведёт к появлению постоянного следа износа на неподвижном наружном кольце и местного выкрашивания на внутреннем кольце ()

Рисунок 11 – Местное выкрашивание внутреннего кольца шарикоподшипника при вращающейся радиальной силе, неподвижном наружном кольце и одновременном воздействии осевой силы

Осевая сила, действующая в продольном направлении, вызывает смещение следов износа на кольцах подшипника (). Дополнительно, о воздействии осевой силы можно судить по наличию засветлений на торцах роликов ().

Рисунок 12 – Высветления на торцах роликов одной из беговых дорожек двухрядного радиального роликоподшипника при воздействии осевой силы

Третий уровень классификации определяет характер взаимодействия контактирующих поверхностей .

В подшипниковом узле имеются как неподвижные, так и подвижные контактирующие поверхности деталей. Осмотр подшипника качения проводится последовательно от посадочной поверхности подшипника в корпусе механизма к посадочной поверхности внутреннего кольца на вал.

Если поверхности внутреннего кольца и вала неподвижны, то внутреннее кольцо подшипника имеет матовую поверхность ().

Рисунок 13 – Матовая поверхность внутреннего кольца подшипника при неподвижной посадке на вал

Ослабление посадки подшипника в результате ошибок монтажа, эксплуатации часто приводит к проворачиванию подшипника на валу и в корпусе (). Проворот подшипника сопровождается увеличением температуры узла, изменением характера шума и вибрации и приводит к недопустимому износу корпусных деталей.

Рисунок 14 – Следы проворачивания колец подшипника

Фреттинг-коррозия возникает при перемещении контактирующих поверхностей под воздействием переменных сил или вибраций. Проявляется в виде интенсивного окисления поверхностей, темных пятен на посадочных поверхностях колец подшипников (). Приводит к стуку, ударам при работе подшипника. При дальнейшем развитии может служить причиной зарождения усталостных трещин.

Рисунок 15 – Следы фреттинг-коррозии на посадочной поверхности колец шарикоподшипника:
а) внутреннего;	б) наружного

Если нагрузка неравномерно распределяется по длине ролика или между рядами тел качения двухрядного подшипника (), то долговечность подшипника значительно снижается. Причина – перекос корпуса подшипника.

Рисунок 16 – Неравномерное выкрашивание при изгибе вала:
а) по длине роликов радиального роликоподшипника;	б) по беговым дорожкам двухрядного радиального сферического шарикоподшипника

Осмотр внешних торцевых поверхностей колец подшипника позволяет подтвердить проворачивание колец или определить наличие контакта подшипника с рядом расположенной деталью ().

Рисунок 17 – Кольцевые риски на торцевой поверхности внутреннего кольца – результат контакта кольца подшипника с неподвижной деталью

Осмотр беговых дорожек внешнего и внутреннего колец позволяет установить характер контакта тел качения и беговой дорожки. Перекос вала относительно корпуса подшипника может быть зафиксирован по треугольному следу при колебательном характере нагружения подшипника ().

Рисунок 18 – Треугольная форма контакта кольца с роликом при перекосе вала относительно корпуса двухрядного роликового радиального подшипника

Трещины поперек беговых дорожек – результат воздействия динамических нагрузок, ударов или ошибок монтажа (). Сколы бортов колец - результат динамических воздействий осевой силы ().

Рисунок 19 – Результаты воздействия ударной нагрузки:
а) поперечная трещина на кольце подшипника;	б) сколы бортов кольца

Трещины, расположенные вдоль кольца подшипника, – результат отсутствия тепловых зазоров при нагреве механизма. Возникающая при тепловом расширении осевая сила приводит к исчезновению радиального зазора и возникновению значительных радиальных сил определяемых геометрией подшипника ().

Рисунок 20 – Схема распределения сил в шарикоподшипнике при отсутствии теплового зазора

Значение радиальной составляющей:

F t = F a × tgφ ,

где φ – угол между силами F и F a ; F – результирующая реакция, направленная перпендикулярно к контактирующей поверхности; F a – продольная сила.

Угол φ определяется допустимой осевой игрой δ и диаметром тел качения d W :

φ = arccos(δ / d W) .

Так как угол φ близок к 90° радиальные силы могут увеличиться до такой степени, что это приведет к разрушению наружного кольца ().

Рисунок 21 – Разрушение наружного кольца шарикоподшипника при отсутствии теплового зазора

Увеличенная осевая игра пары радиально-упорных шариковых подшипников приводит при возникновении продольной силы к появлению гранности или к осповидному выкрашиванию на нерабочей части беговой дорожки ().

Рисунок 22 – Вид нерабочей части беговой дорожки радиально-упорного шарикового подшипника при увеличенной осевой игре и продольном нагружении:
а) гранность;	б) осповидное выкрашивание

Бринеллирование проявляется в появлении вмятин на беговых дорожках с шагом, равным шагу тел качения. Оно является следствием ударных воздействий во время монтажа ().

Рисунок 23 – Бринеллирование на беговых дорожках упорного шарикоподшипника – вмятины с шагом, равным шагу тел качения

Ложное бринеллирование возникает при оттоке смазки с поверхностей качения подшипников неработающей машины в результате механических колебаний, передающихся от работающих механизмов. Проявляется в виде повреждений рабочей поверхности подшипника расположенных с шагом равным шагу тел качения ().

Рисунок 24 – Следы ложного бринеллирования на рабочей поверхности наружного кольца роликового радиально-упорного конического однорядного подшипника

Повреждения сепаратора – наиболее серьёзный вид повреждений. При повреждениях сепаратора возможны повреждения других деталей вследствие вибрации, износа, заклинивания и перекосов (). Наиболее распространенная причина разрушения сепаратора – проблемы смазывания и деформации наружных колец. Это приводит к возникновению неравномерных сил по телам качения и воздействию разрушающих сил на сепаратор.

Рисунок 25 – Разрушение сепаратора

Подшипники качения подлежат замене при наличии одного из повреждений:

• усталостные раковины на дорожках и телах качения;
• коррозионные раковины на дорожках и телах качения;
• трещины, сколы бортов, колец;
• трещины колец, роликов, шариков;
• трещины, излом сепаратора;
• задиры на рабочих поверхностях колец и тел качения;
• износ и обрыв заклепок сепаратора;
• забоины на сепараторе;
• рифление на рабочих поверхностях колец и тел качения;
• выработка на рабочих поверхностях колец и тел качения;
• вмятины на рабочих поверхностях;
• поверхностная коррозия на рабочих поверхностях подшипника;
• цвета побежалости на рабочих поверхностях;
• увеличение радиального зазора.

Большинство рассмотренных факторов не поддаётся математическому расчёту, однако требует учёта при эксплуатации узла. Направление дальнейших исследований состоит в построении причинно-следственных связей при разрушении подшипников. Это позволит обоснованно выбирать вид ремонтного воздействия и определять причины повреждений. На первом этапе можно предложить использовать причинные связи между классификационными признаками повреждений, приведенные в статье.