Понимание износа подшипников
Износ подшипников — это постепенная утрата материала с опорных поверхностей — дорожек качения, тел качения и сепаратора — в результате механических процессов, таких как истирание, адгезия, коррозия или усталость поверхности. В отличие от внезапного разрушения в результате усталости отслоение, износ представляет собой постепенное, равномерное разрушение: он постепенно усиливается зазоры подшипников, снижает точность работы и приводит к выходу из строя только тогда, когда зазор становится чрезмерно большим или поверхности сильно изнашиваются. Поскольку этот процесс протекает медленно, его особенно важно выявить на ранней стадии — он дает достаточное предупреждение посредством вибрация тенденции, изменения температуры и визуальный осмотр задолго до заклинивания подшипника.
1. Определение: что такое износ подшипников?
Износ отличается от локального дефекта как по механизму возникновения, так и по характерным признакам. Локальный дефект — отдельная скола или вмятина по Бринеллю — представляет собой изолированный дефект, который воздействует на тела качения один раз за проход и приводит к появлению в подшипнике частоты неисправностей. Износ, напротив, приводит к удалению материала практически везде, где поверхности соприкасаются, увеличивая общую шероховатость поверхности, а не образуя один острый след. На практике это выражается в том, что износ проявляется в виде повышения уровня широкополосного шума и увеличения зазора, тогда как дефект дает о себе знать резкими звуками. Понимание того, какой механизм износа действует в данном случае, является первым шагом к правильному выбору подшипников, методов смазки и стратегии технического обслуживания — а также к тому, чтобы отличить контролируемое старение от надвигающегося отказа в широком семействе дефекты подшипников.
2. Механизмы износа подшипников
Абразивный износ
Наиболее распространённый механизм износа в промышленных подшипниках.
- Причина: твердые частицы — грязь, стружка, частицы износа — попадают в подшипник.
- Процесс: Частицы, застрявшие между телками качения и дорожками качения, действуют как абразивный материал.
- Результат: материал удаляется с более мягкой поверхности, как правило, с дорожек качения, оставляя канавки или отполированные следы износа.
- Ставка: примерно пропорционально как уровню загрязнения, так и твердости частиц.
- Профилактика: надежная герметизация, фильтрация смазочного материала и соблюдение чистоты при монтаже.
Износ от трения (потертости)
Происходит в условиях граничной смазки или при полностью сухом контакте.
- Причина: недостаточная смазка, приводящая к контакту металла с металлом.
- Процесс: микроскопическая сварка и разрыв в точках соприкосновения неровностей.
- Результат: поврежденные, обесцвеченные поверхности с попаданием материала между зацеплениями и подшипниковыми элементами.
- Прогресс: может быстро усугубиться, как только начнётся, поскольку каждое повреждение поверхности ухудшает контакт.
- Профилактика: правильная смазка в нужном количестве, обеспечивающая поддержание несущей пленки.
Износ от трения (ложное бринеллирование)
Это явление наблюдается в неподвижных или колеблющихся подшипниках, а не в вращающихся.
- Причина: колебательное движение с малой амплитудой при остановке подшипника — как правило, вибрация во время транспортировки или хранения.
- Процесс: Микроскольжение между телами качения и дорожками качения приводит к образованию мелких оксидных частиц.
- Результат: красновато-коричневые отложения в зонах контакта и неглубоких углублениях в местах расположения каждого тела качения.
- Появление: напоминает настоящий бриннеллинг, но без необратимой пластической деформации, характерной для подлинной вмятины от перегрузки.
- Профилактика: виброизоляция при хранении и транспортировке, периодическое поворачивание хранящихся агрегатов или обеспечение достаточной предварительной нагрузки.
Коррозионный износ
- Причина: влажность, химические вещества или иные агрессивные среды.
- Процесс: химическая обработка, приводящая к образованию ямок и шероховатости поверхности, часто в сочетании с механическим воздействием; лежащий в основе коррозия приводит к дальнейшему ущербу.
- Результат: ржавые отложения, шероховатые поверхности и значительная потеря материала.
- Общее в: пищевая промышленность, морская среда, химические заводы
- Профилактика: коррозионно-стойкие подшипники, эффективная герметизация и правильный выбор смазочного материала.
Эрозионный износ
- Причина: высокоскоростной поток жидкости, увлекающий за собой частицы.
- Общее в: загрязненные смазочные материалы, циркулирующие в системах смазки.
- Результат: гладкие эродированные поверхности и постепенное удаление материала.
- Профилактика: фильтрация, чистая смазка и продуманная конструкция уплотнений.
Если не принимать меры, некоторые из этих механизмов приводят к усталости поверхности, сопровождающейся микро-образование ямок что приводит к полному отслоению — моменту, когда постепенный износ сменяется быстрым разрушением, вызванным дефектами.
3. Вибрация как признак износа подшипника
Постепенные изменения
Износ приводит к характерному постепенному изменению характеристик вибрации:
- Повышение общего уровня: Среднеквадратичное значение вибрации постепенно растет в течение нескольких недель и месяцев.
- Еще больше материалов по теме: энергия нарастает в высокочастотном диапазоне, выше примерно 1000 Гц.
- Повышенный уровень шума: широкополосная «трава» растёт по всему спектру.
- Множество небольших вершин: скорее целый массив невысоких, разбросанных вершин, чем один доминирующий дефектный тон.
- Потеря слежения: компонент 1× может стать менее заметным по сравнению с усиливающейся высокочастотной составляющей.
Отличие износа от локального дефекта
| Характерный | Локальный дефект (отколы) | Общий износ |
|---|---|---|
| Частота неисправностей | Четко выраженные пики BPFO, BPFI, BSF. | Нет четких частот дефектов |
| Внешний вид спектра | Дискретные пики с гармониками | Широкий, повышенный уровень шума |
| Прогресс | Экспоненциальный рост амплитуды | Постепенный, практически линейный рост |
| Анализ огибающей | Сильный отклик, четкие пики | Умеренное увеличение широкополосного доступа |
| Время до неудачи | После обнаружения это может занять от нескольких недель до нескольких месяцев. | Месяцы или годы медленного разложения |
Это различие имеет значение, поскольку от него зависит порядок проведения технического обслуживания: в случае отколов необходимо незамедлительно планировать замену, тогда как при равномерном износе часто можно отслеживать динамику износа и заменить подшипник во время удобного простоя.
4. Методы обнаружения
Мониторинг вибрации
- Следите за динамикой общего среднеквадратичного уровня во времени, а не ограничивайтесь просмотром отдельного моментального снимка.
- Следите за высокочастотным ускорением (которое часто называют высокочастотным дефектом или полосой HFD), чувствительным к шероховатости поверхности.
- Коэффициент пика при равномерном износе, как правило, остается относительно стабильным — в отличие от отколов, при которых резкие удары приводят к его увеличению.
- Эксцесс также не демонстрирует каких-либо резких изменений, поскольку износ не сопровождается резкими ударами, на которые и призвана указывать эксцесс.
Поскольку износ приводит к шероховатости поверхностей, не создавая при этом четких дискретных тонов, методы демодуляции, такие как анализ огибающей помогают выявить признаки деградации на ранней стадии, прежде чем она станет доминирующим фактором в общем результате анализа.
Контроль температуры
- Тенденция изменения температуры в сочетании с вибрацией.
- Износ часто приводит к повышению температуры из-за усиления трения.
- Постепенное повышение — порядка 2–5 °C в год — свидетельствует о медленном, постепенном износе.
- Резкий скачок сигнализирует о переходе к более серьезному повреждению и требует немедленного внимания.
Ультразвуковое мониторирование
- С увеличением шероховатости поверхности усиливается ультразвуковая эмиссия, что приводит к ультразвуковой анализ подверженный быстрому износу.
- Этот метод позволяет эффективно выявлять деградацию задолго до того, как она проявится на низких частотах.
- Портативные ультразвуковые приборы подходят для проверок на трассе.
Анализ масла
- В смазочном материале скапливаются частицы износа, количество которых можно определить с помощью анализ масла.
- Подсчет и анализ частиц позволяют отслеживать количество и гранулометрический состав мусора.
- Феррографический анализ позволяет охарактеризовать частицы износа, давая представление о механизме их образования.
- Повышение концентрации частиц является прямым признаком прогрессирующего износа.
5. Причины и сопутствующие факторы
Связанные со смазкой
- Недостаточное количество смазки, приводящее к ее дефициту.
- Несоответствующая вязкость для данной рабочей скорости и температуры.
- Загрязненная смазка, содержащая частицы, воду или химические вещества.
- Смазочный материал, утративший свои свойства в результате окисления или потери пакета присадок.
- Неправильные интервалы повторной смазки — слишком длительные или слишком короткие, а также избыточное количество смазки.
Выбор подходящего интервала — это в основном задача, которую можно решить с помощью расчетов; Калькулятор интервала повторной смазки подшипников преобразует скорость вращения, размеры и условия эксплуатации в рекомендуемый интервал замены смазки, что позволяет в значительной степени исключить необходимость смазка подшипников.
Условия эксплуатации
- Чрезмерные статические или динамические нагрузки на подшипники.
- Высокие рабочие температуры, приводящие к истончению пленки.
- Загрязненная среда, которая оказывает на тюленей непосильное давление.
- Недостаточная герметичность, допускающая попадание частиц.
- Вибрация, передаваемая от расположенного поблизости оборудования, способствующая износу от трения.
Монтаж и техническое обслуживание
- Неправильная установка, приводящая к Перекос и загрузка с края.
- Неправильный выбор внутреннего зазора для данных условий эксплуатации.
- Загрязнение, возникшее при монтаже.
- Поврежденные уплотнения, через которые с самого начала проникали загрязнения.
6. Профилактика и продление жизни
Передовой опыт в области смазки
- Используйте смазку, соответствующую типу и классу, требуемым для данной области применения.
- Соблюдайте правильный объем — ни слишком мало, ни слишком много.
- Установите соответствующие интервалы повторной смазки и строго их соблюдайте.
- Следите за состоянием смазочного материала и заменяйте его при износе.
- Следите за чистотой рабочей зоны при каждой смазке.
Контроль загрязнения
- Обеспечьте надежную герметизацию, чтобы предотвратить попадание частиц.
- Соблюдайте чистоту при выполнении монтажных работ.
- Профильтруйте системы циркуляции масла, если они установлены.
- Используйте средства контроля окружающей среды, такие как герметичные камеры или создание небольшого положительного давления.
- Регулярно проверяйте и заменяйте уплотнения.
Управление условиями эксплуатации
- Соблюдайте расчетные пределы подшипника по нагрузке, скорости и температуре.
- Поддерживайте хорошее баланс для минимизации циклических динамических нагрузок, действующих на подшипник.
- Обеспечьте точность выравнивание чтобы избежать перегрузки по краям.
- При необходимости регулируйте рабочую температуру с помощью дополнительного охлаждения.
Два из этих факторов — баланс и выравнивание — полностью находятся под контролем бригады технического обслуживания на месте. Остаточная дисбаланс оказывает на подшипник вращающуюся динамическую нагрузку при каждом обороте, и ее уменьшение напрямую снижает нагрузку, которую приходится выдерживать подшипнику. Портативный двухканальный анализатор, такой как Балансет-1А позволяет техническому специалисту выполнить балансировку ротора в его собственных подшипниках на рабочей скорости и отследить динамику вибрации во времени, благодаря чему можно заметить постепенное повышение уровня вибрации и принять меры до того, как износ выйдет из-под контроля. Когда изношенный подшипник в конечном итоге демонтируется, классификация характера повреждений в соответствии с ISO 15243 — этап, который классификатор повреждений подшипников обеспечивает системный подход — замыкает цикл, выявляя первопричину для следующего подшипника.
Износ подшипников, хотя и происходит постепенно и гораздо менее резко, чем внезапная разрушающаяся поломка, составляет значительную долю случаев износа подшипников в промышленных условиях эксплуатации. Надлежащая смазка, строгий контроль загрязнения и постоянное анализ тенденций В совокупности эти меры позволяют своевременно выявлять износ и производить плановую замену подшипника — до того, как износ приведет к выходу из строя, — что позволяет оптимизировать как надежность оборудования, так и затраты на техническое обслуживание.
