Розуміння відшаровування в підшипниках кочення
Спеллінг — яке також називають відколом, відшаруванням або, у разі невеликих розмірів, піттингом — це локальне відшарування, відколювання або руйнування матеріалу з поверхні доріжок кочення або елементів кочення підшипника, спричинене втомним руйнуванням при контакті з коченням. Відкол виглядає як кратер або ямка в місці, де відламався шматочок загартованої сталі, залишаючи шорстке заглиблення з гострими краями. Кожного разу, коли кулька або ролик котиться по цій ямці, це спричиняє невеликий механічний удар, і ці повторювані удари поширюються вібрація з передбачуваною частоти несправностей підшипників — ознака, яка дозволяє аналітику виявити несправність задовго до того, як підшипник заклинить.
Відшарування — це найпоширеніший і, в певному сенсі, най нормальний тип виходу з ладу підшипника: він відображає природне завершення терміну служби підшипника від втоми. Він відрізняється від носити (поступова, розподілена втрата матеріалу) та внаслідок корозії точкова ямка. Що особливо важливо, відшарування можна виявити за допомогою аналіз вібрації за кілька місяців до того, як підшипник остаточно вийде з ладу, що робить його основною мішенню для кожного прогнозне обслуговування програму.
1. Фізичний механізм відколювання
Втома від ковзаючого контакту
Відшарування — це не раптове явище, а видима кульмінація тривалого процесу втомлення:
- Циклічне завантаження: кожен прохід елемента кочення створює герцеве контактне напруження на доріжці кочення, як правило 1000-3000 МПа, зосереджена на ділянці контакту, розміром менше за рисове зернятко.
- Зсувне напруження в підземних шарах: максимальне змінне зсувне напруження виникає не на поверхні, а трохи нижче неї, зазвичай 0,2-0,5 мм глибоко.
- Початок утворення тріщини: після мільйонів — а часто й мільярдів — циклів напруження в місці концентрації напружень під поверхнею, зазвичай біля неметалевого включення в сталі, утворюється мікроскопічна тріщина.
- Поширення тріщини: тріщина розширюється паралельно до поверхні, а потім розгалужується як у бік поверхні, так і вглиб матеріалу.
- Розділення матеріалів: Зрештою мережа тріщин ізолює шматок сталі.
- Утворення відколів: що ізольований матеріал відривається, залишаючи характерний кратер.
Оскільки пошкодження починається під поверхнею, підшипник може вже за кілька днів утворити видиме відколювання, хоча його доріжки кочення на око все ще виглядають дзеркально гладкими — саме тому втомні пошкодження під поверхнею непомітні під час огляду, але їх може зафіксувати датчик вібрації.
Типові ознаки відколу
- Розмір: спочатку діаметром 1–5 мм, згодом досягають 10–20 мм або більше.
- Глибина: на 0,2–2 мм у загартовану поверхню.
- Форма: нерівний кратер із шорстким дном і нерівними краями.
- Розташування: найчастіше на зовнішньому кільці в зоні навантаження.
- Зовнішній вигляд: Спочатку яскравий, з різкими контурами та металічним відтінком, який темнішає у міру роботи.
2. Причини та супутні фактори
Стандартний термін служби
- Кожен підшипник має обмежений термін служби — L10 життя, точка, за якою, за прогнозами, виживе 90 % населення.
- Відшарування є передбачуваним способом завершення терміну експлуатації; його виникнення в момент досягнення або після закінчення розрахункового терміну експлуатації L10 не є дефектом, а свідчить про вдалу конструкцію.
- Правильний підбір підшипників гарантує, що термін служби L10 значно перевищить необхідний термін експлуатації. Ви можете розрахувати цей термін з урахуванням навантаження та швидкості за допомогою нашого Калькулятор терміну служби підшипника L10 (ISO 281).
Передчасне відшарування
Якщо відколи з’являються значно раніше, ніж закінчується термін експлуатації L10, це майже завжди зумовлено зовнішніми причинами:
- Перевантаження: Термін служби пропорційний кубу навантаження (Термін служби ∝ 1/(Навантаження³)), тому навіть незначне перевантаження різко скорочує термін служби.
- Недостатнє змащення: Недостатній шар плівки дозволяє нерівностям стикатися, що підвищує поверхневий натяг.
- Забруднення: тверді частинки пошкоджують доріжку кочення та утворюють зони концентрації напружень, які стають осередками утворення тріщин.
- Нерівність: Навантаження на край призводить до концентрації напруги на одному кінці зони контакту.
- Неправильний монтаж: Пошкодження кріплення призводить до передчасних поломок.
- Корозія: поверхневі ямки слугують готовими місцями зародження тріщин.
- Дефекти матеріалу: включення в підшипниковій сталі.
Часто недооцінюваним фактором, що сприяє загорянню, є динамічне навантаження, спричинене поганим балансуванням ротора: залишкове дисбаланс додає до статичного навантаження на підшипник обертальну силу, і завдяки цій кубічній залежності навіть незначне збільшення динамічного навантаження може суттєво скоротити термін служби підшипника. Тому забезпечення належного балансування роторів є справжнім заходом із збереження підшипників, а не лише засобом для зменшення вібрації та підвищення комфорту.
3. Виявлення вібрації за ступенем інтенсивності
Велика цінність відшарування з діагностичної точки зору полягає в тому, що воно проявляється на ранніх стадіях і прогресує за характерною схемою. Виявлення значною мірою залежить від аналіз обвідної, який демодулює високочастотні ударні кільця для визначення частоти дефектів.
Ранній етап (мікровідколи)
- Відколи діаметром 1–2 мм.
- Невеликі піки на частотах, що відповідають розриву, у спектр обвідної.
- Часто не відображається у стандартній версії Швидке перетворення Фур'є спектру.
- Амплітуда огинаючої: приблизно 0,5–2 g.
- Залишковий термін служби: зазвичай 6–18 місяців.
Помірна стадія
- Осколки діаметром 2–10 мм.
- Чіткі піки частоти перешкод як у спектрі Фур’є, так і в спектрі огинаючої.
- Два-три гармоніки частоти виявлення дефектів.
- Початок бічна смуга утворення навколо вершин.
- Амплітуда: приблизно 2–10 г.
- Залишковий термін служби: 2–6 місяців.
Просунута стадія
- Відколи розміром понад 10 мм, можливо кілька відколів.
- Піки частоти розломів з дуже великою амплітудою.
- Численні гармоніки, від чотирьох до восьми або більше.
- Складна структура бічних смуг.
- Підвищений рівень фонового шуму.
- Амплітуда: понад 10 г.
- Залишковий термін життя: від декількох днів до декількох тижнів.
Важка / критична стадія
- Значне відшарування з численними дефектами.
- Шуми широкого діапазону починають переважати в спектрі.
- Цей шум затуляє частоти окремих несправностей.
- Дуже сильна загальна вібрація, чутний шум підшипників та підвищення температури.
- Несправність неминуча — необхідна негайна заміна.
Щоб застосувати це на практиці, вам потрібно знати точні частоти, на які слід звертати увагу. Вони залежать від геометрії підшипника та швидкості обертання вала, тому розрахуйте їх заздалегідь за допомогою Калькулятор частоти дефектів підшипників - в результаті чого BPFO, BPFI, BSF і FTF Ці значення точно вказують, у якій точці спектра з’явиться відблиск від кожного компонента.
4. Прогресування та вторинні ушкодження
Зростання відколів
Після утворення відколу він поступово збільшується, причому це збільшення, як правило, має експоненціальний, а не лінійний характер:
- Ударне навантаження на краях відколів створює локально високі напруження.
- Цей матеріал зношується швидше, ніж новий доріжковий матеріал.
- З кожним обертом відкол розширюється назовні та вглиб.
- Невелика відколка може перетворитися на велику вже за кілька тижнів, щойно процес набере обертів.
Супутні збитки
Відшарування також призводить до утворення уламків, які викликають ланцюгові пошкодження:
- Утворення сміття: металеві частинки від відколів циркулюють у мастилі.
- Зношування під дією трьох тіл: що ці уламки діють як абразивний матеріал, залишаючи подряпини на поверхнях, які інакше були б цілими.
- Вторинні відколи: втиснуті частинки пошкоджують свіжу поверхню бетону та спричиняють утворення нових відколів в інших місцях.
- Швидке погіршення стану: як тільки з’являється кілька відколів, руйнування різко прискорюється.
- Повна невдача: у підсумку підшипник повністю втрачає несучу здатність.
5. Реакція та коригувальні заходи
При виявленні
- Підтвердити діагноз: переконатися, що виміряна частота дефекту відповідає геометрії підшипника — це не випадковість чи гармонійний чогось іншого.
- Оцініть ступінь тяжкості: визначте місце розташування несправності на шкалі, наведеній вище, за допомогою амплітуди та кількості гармонік.
- Посилити контроль: зменшуйте інтервал з щомісячного до щотижневого або щоденного у міру зростання ступеня тяжкості.
- Заміна розкладу: запланувати заміну на відповідний відключення вікно.
- Придбайте підшипник: замовте відповідну модель та перевірте її технічні характеристики до початку відключення.
Індикатори надзвичайних ситуацій
Необхідно негайно вимкнути пристрій, якщо спостерігається будь-яка з наведених нижче ознак:
- Амплітуда вібрації подвоїлася менш ніж за тиждень.
- Температура підшипника стрімко зростає — більш ніж на 5 °C за одну зміну.
- Чутний скрегіт, писк або шорсткість підшипника
- Одночасна наявність декількох частот у підшипнику свідчить про наявність декількох дефектів.
- Витік мастила або видиме забруднення.
6. Запобігання за допомогою проектування та технічного обслуговування
Етап проектування
- Вибирайте підшипники з відповідним номінальним терміном служби (L10 повинен значно перевищувати необхідний термін експлуатації).
- Забезпечте належну систему змащення та ефективне ущільнення.
- Забезпечте належне охолодження відповідно до умов експлуатації.
Етап встановлення
- Дотримуйтесь правил чистої установки та використовуйте відповідні монтажні інструменти, щоб уникнути пошкоджень під час монтажу.
- Перевірте правильність зазор підшипника.
- Досягнення точних вирівнювання щоб уникнути навантаження на край.
Етап експлуатації
- Запровадьте програму моніторингу вібрації, яка передбачає аналіз огинаючої.
- Дотримуйтесь чіткого графіка змащування — дотримуйтесь встановлених інтервалів, дозувань та мастильних матеріалів відповідного класу.
- Слідкуйте за температурою.
- Забезпечте належний баланс роторів, щоб мінімізувати динамічні навантаження, які скорочують термін служби від втоми. Портативний двоканальний аналізатор, такий як Балансет-1а дозволяє техніку не тільки проаналізувати динаміку спектрального розподілу напружень у підшипнику, що викликає підозру, але й, якщо основною причиною є дисбаланс ротора, усунути його безпосередньо на місці в підшипниках самого агрегату — таким чином усуваючи саме те динамічне навантаження, яке призводило до передчасного відколювання підшипника.
Відшарування є неминучим наслідком втоми підшипника, але це не повинно ставати несподіванкою. Завдяки правильному підбору підшипників, якісному монтажу, дотриманню режиму змащування та моніторинг стану, термін експлуатації збільшується, а несправність виявляється на достатньо ранній стадії, щоб запобігти вторинним пошкодженням і перетворити позапланову поломку на планову заміну з мінімальними витратами.
