Повышение надежности подшипников качения

Объект исследования: подшипники качения, отказавшие в процессе эксплуатации.

Результаты, полученные лично автором: проведен сравнительный анализ конструкции подшипников качения различных типов, даны рекомендации к выбору подшипников качения.

Подшипники качения являются важнейшими деталями большинства машин. К их несущей способности и надёжности предъявляются высокие требования. Правильно подобранный подшипник имеет 90% шанс проработать весь заявленный срок службы. Однако, время от времени случается, что фактическая долговечность подшипника оказывается ниже расчётной. Для повышения надежности подшипников качения используют методы, которые являются наиболее актуальными в современном машиностроении. Рассмотрим некоторые из них.

Перекос - это одна из форм смещения, которая будет возбуждать вибрацию в осевом направлении, уровень которой выше, чем в радиальном направлении. При перекосе колец подшипника друг относительно друга след качения имеет форму овала. Для решения данной проблемы необходимо устанавливать двухрядный радиальный шариковый сферический или радиальный роликовый сферический подшипник, который допускает больший угол поворота (от 1° до 2°30'). Недостаток такого решения - эти подшипники дороже (более чем в 2 раза) обычных радиальных однорядных шарикоподшипников.

Повреждения, вызванные электрическим током. Особенно эта проблема актуальна в электродвигателях, в генераторах, на ЖД транспорте и авиастроении. Когда электрический ток проходит через подшипник от одного кольца через тела качения к другому кольцу, то возникают повреждения подшипника. В местах перехода процесс подобен электродуговой сварке. Металл в зоне контакта нагревается настолько, что происходит его закаливание, а то и плавление. На поверхности дорожек и тел качения, в лучшем случае, возникают цвета побежалости, в худшем - маленькие кратеры. Спустя некоторое время вся поверхность дорожки качения кольца может покрыться рифлениями, что приводит к увеличению уровня вибраций и в дальнейшем может стать причиной выхода подшипника из строя. Как переменный, так и постоянный ток обуславливают повреждения подшипников даже при слабой величине тока. При этом не вращающиеся подшипники повреждаются меньше, чем вращающиеся. Размеры повреждений зависят от следующих факторов: сила тока, продолжительность воздействия, нагрузка на подшипник, частота вращения, смазывающий материал. Поврежденный электрическим током подшипник необходимо заменить.

Единственная возможность избежать повреждений описанного вида – предотвратить прохождение электрического тока через подшипник. Еще этапе проектирования, при применении подшипников, в ступичных узлах и тяговых двигателях (железнодорожный транспорт), двигателях переменного и постоянного тока (приводная техника), генераторах (энергетические установки) необходимо предусмотреть использование специальных токоизолированных подшипников. Токоизолированные подшипники, с керамическим покрытием или в гибридном исполнении (дороже обычных в 3…4 раза), обладают существенно большей защитой от повреждений, вызванных прохождением электрического тока. Керамическое покрытие наносится на наружное или внутреннее кольцо методом плазменного напыления. Нанесенный оксидный слой хорошо держится на поверхности кольца. После нанесения производится герметизация и шлифовка до достижения необходимого размера.

Агрессивные среды. Если вода или какая-либо агрессивная жидкость попадают внутрь подшипника в количестве, превышающем защитные способности смазки, коррозия стальных поверхностей неизбежна. Начавшись, этот процесс уйдет вглубь металла. На открытых для воздуха стальных поверхностях образуется оксидная пленка. В отличие от образующейся на алюминии, она не является преградой ни для воды, ни для агрессивных сред, под воздействием которых возникают пятна травления. Очень быстро он превращаются в глубокую ржавчину, следствие которой - сколы и трещины. Для предотвращения этого вида разрушения рекомендуется устанавливать керамические подшипники, т.к. он лучше работает в агрессивных средах и высоких температурах. Недостаток – средняя цена одного подшипника примерно в 10…15 раз больше обычных шарикоподшипников.

Разрыв сепаратора. При работе подшипника в условиях вибраций, или с более высокой частотой вращения, чем это допускает конструкция сепаратора, силы инерции могут оказаться настолько большими, что через некоторое время в материале сепаратора возникают усталостные трещины. При перекосе, вызваного неправильной сборкой узла, при движении тел качения возникает изгиб сепаратора. Недостаточное смазывание и абразивные частицы приводят к разрушению сепаратора. Для предотвращения отказов, связанными с разрывом сепаратора, рекомендуется устанавливать насыпной бессепараторный подшипник.

Контролируя работу подшипников, измеряя температуру, шум, вибрации и периодически анализируя качество смазки можно значительно уменьшить риск возникновения повреждений подшипников.

Материал поступил в редколлегию 28.04.2017

УДК 629.331

П.А. Гришанов

Научный руководитель: доцент кафедры «Детали машин»,

к.т.н., Татаринцев В.А.

grishanov_1996@bk.ru