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.

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 .

Локализация:

Признак:
Отслаивание на одной дорожке качения по всей окружности
Причина:
Чрезмерная осевая нагрузка
Корректирующее действие:
Уточнить правильность использования подшипника и проверить режимы нагрузки

Несмотря на то, что отслаивание в подшипнике сначала проявляется в чрезвычайно малой степени, оно значительно разрастается за сравнительно короткий промежуток времени. Нелегко определить здесь, появилось ли отслаивание в процессе обычной эксплуатации по истечении срока службы, или же это результат неправильной нагрузки.
К тому же, в отличие от других неисправностей, отслаивание часто наступает в результате сложного взаимодействия факторов смазки, нагрузки и вибрации, и, таким образом, сложно все свести к одной причине. Тем не менее, так как вероятность преждевременных трещин при правильном смазывании и нагрузках предельно мала, то следует рассматривать смазывание и размеры нагрузки как возможные источники неисправностей. На рисунке слева показана ранняя стадия отслаивания, которое происходит только на одной стороне сферического роликоподшипника, в результате чрезмерной осевой нагрузки. В дополнение к неправильной нагрузке причинами отслоения на ранней стадии являются сборка в наклонном положении, неправильный выбор зазора подшипника и низкая точность корпуса.

Локализация:
Ролики двухрядного цилиндрического роликоподшипника
Признак:
Задиры на торцевой поверхности роликов
Причина:
Недостаточное количество смазки и чрезмерная осевая нагрузка
Корректирующее действие:
Улучшить условия смазки и метод смазки и проверить режимы нагрузки

В роликоподшипниках шероховатости появляются на поверхности ребра или на ролике из-за аккумуляции маленьких задиров, образованных в результате недостаточной смазки или улавливания осколков на поверхности ребра или конца ролика до того, как задиры появятся на поверхности качения. Следовательно, повреждение возникает на поверхности ребра или конца ролика до того, как оно появится на поверхности качения.

Размывание поверхности (полосы)

Локализация:
Наружное кольцо цилиндрического роликоподшипника
Признак:
Размывы появляются по всей окружности на поверхности дорожки качения
Причина:
Недостаточная радиальная нагрузка, проскальзывание роликов, вызванное чрезмерным количеством смазки
Корректирующее действие:
Изменить зазор подшипника, улучшить метод смазки, проверить режимы нагрузки

Размывание представляет собой повреждение поверхности, которое происходит между поверхностью дорожки качения и поверхностью качения, вызванное во время работы небольшими заеданиями, возникающих в результате скольжения и разрыва масляной пленки. Поверхность поврежденной зоны становится грубой в результате накопления мелких прилипаний, как показано на рисунке. Требуются более качественная смазка и улучшение метода смазки.

Разломы и трещины

Локализация:

Признак:
Трещины появляются на обратной поверхности борта внутреннего кольца
Причина:
Большая ударная нагрузка при монтаже
Корректирующее действие:
Откорректировать метод монтажа (использовать и соответствующие инструменты для монтажа)

На рисунке справа показан разлом на большом ребре внутреннего кольца конического подшипника. Это происходит, когда к подшипнику применяется неправильная осевая нагрузка или ударная нагрузка, или когда несоответствующая сила применяется к ребру во время сборки или разборки подшипника. Причины трещин включают применение тяжелой ударной нагрузки (см. рисунок слева) и чрезмерного натяга. Когда подшипник поддерживается только за два края внешнего кольца, он может треснуть вдоль осевой плоскости. А там, где есть проскальзывание между внутренним кольцом и валом или корпусом, трещина появится в правых углах в направлении проскальзывания. Данный феномен наблюдается в тех случаях, когда наружное кольцо слабо посажено к валу, и происходит пробуксовка.

Локализация:
Внутреннее кольцо сферического роликоподшипника
Признак:
Осевое растрескивание происходит на поверхности дорожки качения
Причина:
Сильное давление при посадке, вызванное разницей температур вала и внутреннего кольца
Корректирующее действие:
Проверить применение подшипника и использовать подшипники серии TL NSK (специальная сталь)

Локализация:
Сепаратор радиально-упорного шарикоподшипника
Признак:
Разломы стенок карманов чугунного механически обработанного сепаратора
Причина:
Несоответствующее воздействие по нагрузке на сепаратор, вызванное смещением во время монтажа между внутренним и наружным кольцами
Корректирующее действие:
Проверить метод монтажа

Локализация:
Внутреннее кольцо конического роликоподшипника
Признак:
Появление небольших и больших вмятин и зазубрин на всей поверхности дорожки качения
Причина:
Попадание инородных веществ и грязи на поверхность
Корректирующее действие:
Улучшить уплотнение, фильтровать смазочное масло

Локализация:
Тело качения шарикового подшипника
Признак:
Возникновение точечной коррозии на поверхности тел качения
Причина:
Попадание инородных частиц в смазку
Корректирующее действие:
Улучшить механизм уплотнения, фильтровать смазочное масло

Локализация:

Признак:
Появление коррозионно-механического изнашивания на поверхности по внутреннему диаметру подшипника
Причина:
Вибрация
Корректирующее действие:
Проверить посадку с натягом

Ложное бринеллирование (выбоины)

Локализация:
Внутреннее кольцо радиального шарикоподшипника
Признак:
Появление ложного бринеллирования на дорожке качения
Причина:
Вибрации от внешнего источника при стационарном положении
Корректирующее действие:
Обеспечить сохранность вала и корпуса при транспортировке, уменьшить вибрацию за счет преднатяга, использовать соответствующий смазочный материал

Выбоины на дорожках скольжения (выбоины Бринелля) могут появиться в результате небрежного обращения с подшипником, попадания посторонних частиц или тяжелой ударной нагрузки, примененной к подшипнику в состоянии покоя. К тому же, выбоина, подобная выбоине Бринелля, может быть вызвана повышенным истиранием в области контакта тела качения и дорожки качения из-за вибрации или качательного движения. Этот феномен, известный как ложное бринеллирование, часто наблюдается особенно в тех случаях, когда подшипник транспортируется во время установки в станок.

Локализация:
Внутреннее кольцо сферического роликоподшипника
Признак:
Проскальзывание, сопровождающееся задирами на поверхности посадочного отверстия подшипника
Причина:
Недостаточный натяг
Корректирующее действие:
Проверить натяг и предотвратить проворот. Использовать .

Проскальзывание - это феномен в подшипниках, когда относительное скольжение происходит на пригнанных поверхностях (между поверхностью отверстия внутреннего кольца и валом; и между внешней поверхностью наружного кольца и корпуса), образуя таким образом зазор на месте установки/подгонки. Проскальзывающая пригнанная поверхность образует блестящую или дымчатую поверхность с иногда появляющимися задирами или износом. На рисунке приведен пример данной проблемы. Проверка натяга пригоняемой поверхности и боковой затяжки внешнего кольца эффективна в целях предупреждении проскальзывания. Смазывание между подшипником и валом/корпусом эффективно в предотвращении задиров и износа.

Локализация:
Внутреннее кольцо сферического роликоподшипника
Признак:
Дорожка качения обесцвечивается и плавится. Частицы износа сепаратора прокатываются и налипают на дорожку качения
Причина:
Недостаточное количество смазки
Корректирующее действие:
Проверить используемую смазку и метод смазки

Локализация:
Внутреннее кольцо конического роликоподшипника
Признак:
Полосатый рисунок коррозии появляется на поверхности дорожки качения
Причина:
Разность электрических потенциалов внутреннего и наружного колец
Корректирующее действие:
Изоляция подшипника

Когда электрический ток проходит через подшипник в рабочем состоянии, область контакта между внутренним/наружным кольцом и шариком/роликом расплавится из-за дугового разряда, проходящего через очень тонкую масляную пленку для формирования желобообразных складок. Данные желобки могут появиться в виде рябизны или полосатой неровной поверхности. Когда степень электрической коррозии значительная, это вызывает отслаивание, или нарушается жесткость поверхности дорожки качения, вызывая ускоренное абразивное истирание.

Локализация:
Внутреннее кольцо сферического роликоподшипника
Признак:
Ржавчина на поверхности качения по шагу роликов
Причина:
Попадание воды в смазку
Корректирующее действие:
Улучшить механизм уплотнения

Коррозия внутренней стороны подшипника вызывается попаданием жидкости или использованием неправильного смазывающего вещества. На рисунке слева показан пример коррозии, вызванной недостаточным смазыванием из-за попадания жидкости.
Красно-коричневый или красно-черный абразивный порошок может появиться на пригнанной поверхности вала между валом/корпусом и внутренним/наружным кольцом. Окись образуется окислением пригнанной поверхности вала в результате небольшого скольжения между валом/корпусом и внутренним/наружным кольцом, которое возникает из-за малого контакта между ними, и часто наблюдается в сферах, где применяются вибрация и тяжелые нагрузки. Данный феномен, известный как коррозионное истирание (также называемый ), на первый взгляд похож на ржавчину.

Локализация:
Внутреннее кольцо цилиндрического роликоподшипника
Признак:
Осевые царапины на поверхности качения
Причина:
Наклон внутреннего и наружного колец во время монтажа
Корректирующее действие:
Центрирование соответствующих сопрягающихся деталей при монтаже

Локализация:
Внутреннее кольцо шарикоподшипника с 4-х точечным контактом
Признак:
Появление голубого или фиолетового оттенка на поверхности дорожки качения
Причина:
Тепловыделение, вызванное недостаточной смазкой
Корректирующее действие:
Откорректировать метод смазки

Факторы, влияющие на износ, включают попадание осколков, недостаточное смазывание и неправильное смазывающее вещество. Или же попадание воды вызывает коррозивный износ поверхности скольжения или поверхности качения. К тому же абразивное истирание может быть вызвано на пригнанной поверхности вала проскальзыванием по причине неправильной посадки.

Неисправность подшипников: причины и пути преодоления

• Избыточная нагрузка обычно вызывает преждевременную усталость. Жесткий режим работы, столкновения и неправильный предварительный натяг также могут привести к раннему усталостному разрушению.
• Решение состоит в том, чтобы уменьшить нагрузку на подшипник или заменить подшипник на более мощный.

Перегрев

• Симптомы: изменение цвета обойм, шариков и сепаратора от золотистого до темно синего.
• При температуре свыше 200 °С может произойти отжиг материала обойм подшипников и шариков.
• В результате потери твердости материалов уменьшается их несущая способность, это вызывает преждевременный отказ подшипников.
• Шарики и кольца обойм могут деформироваться. Повышение температуры также может ухудшить или уничтожить смазку подшипников.

Продавливание (бриннелирование)

• Бриннелирование происходит тогда, когда нагрузки превышают предел упругости материала кольца обоймы подшипника.
• Симптомы продавливания выглядят как углубления в дорожках качения подшипников, которые увеличивают вибрацию и шум в подшипниках во время его работы. Любые статические перегрузки или сильный удар могут вызвать эффект бриннелирования.

Ложное бриннелирование

• Ложное бринеллирование — эллиптический износ с выраженными следами в осевом направлении каждой позиции шарика. Ярко выделенные и резко разграниченные следы, часто окруженные кольцом коричневого мусора – указывает на чрезмерные внешние вибрации.
• Правильная изоляция подшипников от внешних вибраций и использование смазочных материалов с содержанием противоизносных присадок.

Нормальное усталостное разрушение

• Усталостным разрушением — обычно называют растрескивания и сколы рабочей поверхности с последующим удалением небольших дискретных частиц материала.
• Отколы могут возникнуть на внутреннем кольце, внешнем кольце, или шариках.
• Данный тип отказа является прогрессирующим и, однажды начавшись, будет распространяться в процессе дальнейшей эксплуатации. Он всегда будет сопровождается заметным увеличением вибрации.
• Решение — заменить подшипник или рассмотреть вопрос об использовании подшипников имеющих большую усталостную долговечность.

• Радиально-упорные подшипники предназначены для восприятия осевой нагрузки только в одном направлении.
• При нагрузке в противоположном направлении, область эллиптического контакта приходится на нижнее плечо дорожки качения внешнего кольца.
• В результате чрезмерного напряжения и увеличение температуры с последующей повышенной вибрации происходит быстрый выход подшипника из строя.
• Корректирующие действия – просто установить подшипник правильно.

Загрязнение

• Загрязнение является одной из основных причин выхода подшипников из строя.
• Симптомами загрязнения являются вмятины несущей дорожки качения и шариков в результате в высокой вибрации и износа.
• Чистая рабочая зона, инструмент, светильники, руки помогут уменьшить вероятность загрязнения.
• Производство шлифовальных операций в стороне от подшипникового узла и хранение подшипников в заводской упаковке непосредственно до момента установки.

Недостаточность смазки

• Изменение цвета (синий / коричневый) дорожек качения и шариков являются симптомами недостаточности смазки. Чрезмерный износ шариков, колец, и сепаратора, в результате перегрева, приведет к стремительному разрушению подшипника.
• Шариковые подшипники зависят от постоянного наличия очень тонкой пленки смазки между шариками и дорожкой качения, между сепаратором, обоймами и шариками.
• Неисправности, как правило, вызваны ограниченным подводом смазки или высоких температур, ухудшающих свойства смазочного материала.

Коррозия

• Красная / коричневая область на шариках, дорожке качения, сепараторе или полосы на шариках являются симптомами коррозии.
• Это результат подвергания подшипников воздействию агрессивной жидкости или атмосферы.
• В некоторых случаях, коррозия может инициировать раннюю усталость материалов.
• Защита подшипниковых узлов от воздействия коррозионных жидкостей и использование закрытых подшипниковых узлов.

Перекос

• Нарушение соосности может быть обнаружено на поверхности качения не вращающегося кольца, по следу износа от шариков, который не параллелен дорожке качения.
• Если смещение превышает 0.025 мм, можно ожидать повышения температуры в подшипнике и сильный износ профиля дорожки качения подшипника.
• Соответствующие корректирующие действия включает в себя: устранение биения на валу в районе посадочных мест подшипников, использование равномерной осевой затяжки на резьбе на незакаленных валах или затягивать подшипник только на резьбе на закаленных валах с использованием затяжных гаек повышенного класса точности.

Свободная посадка (посадка с зазором)

• Свободные посадки могут вызвать относительное движение между сопрягаемыми деталями. Если относительное движение между сопряженными деталями является небольшим, но непрерывным, происходит фреттинг-коррозия.
• Фреттинг-коррозия проявляется в образовании мелких металлических частиц которые окисляются, оставляя отличительные коричневый цвет. Этот материал является абразивным и приведет к увеличению зазора между сопрягаемыми поверхностями. Если этот зазор достаточно большой, чтобы позволить значительные перемещения внутреннего или внешнего кольца внутри монтажных поверхностей (отверстие, наружный диаметры, торцевая поверхность), будет происходить выделение тепла, появление шума, биения и вибраций.

Посадка с высоким натягом

• Тяжелый износ дорожки качения по всей окружности внутреннего и наружного кольца указывает на плотную посадку.
• Там, где посадки с натягом превышают радиальный зазор, рабочая температура вырастет по причине чрезмерно нагруженных шариков. Это повышение температуры сопровождается высоким крутящим моментом.
• Продолжение работы может привести к быстрому износу и усталости.
• Корректирующие действия включает в себя правильный подбор величины натяга.

После того как я опубликовал статью , ко мне на блог посыпались вопросы об остальных узлах. А именно о том, как определить ту или иную неисправность. И вот уже несколько человек задают вопрос о ступичном подшипнике, а именно как понять, что он неисправен. Сегодня я постараюсь также просто и понятно объяснить, как определить поломку своими руками …

Ступичный подшипник очень важный элемент, без него колесо автомобиля не крутилось бы. Он испытывает действительно высокие нагрузки, а поэтому должен быть сделан из износостойких высококачественных материалов. Однако от времени, от большого пробега или просто неправильной эксплуатации автомобиля эта деталь может выйти из строя. Менять ее нужно – ОБЯЗАТЕЛЬНО, а иначе можно спровоцировать большую аварию.

Причины поломки

Если честно, то подшипник это очень прочная часть ступицы. И чтобы его «убить» нужно постараться! Скорее всего, у вас выйдут из строя всевозможные стойки, резиновые втулки и прочие навесные части, но если «постараться» можно вывести из строя и этот элемент.

1) Большой пробег . Как бы банально не звучало, но большой пробег автомобиля изнашивает все узлы, и подшипник тут не исключение. Это основная причина неисправности, остальные вторичны. Примерно через 70 – 120 000 километров, у различных производителей по-разному. Вы услышите характерный хруст. Говорит о том, что эту деталь нужно менять.

2) Потеря герметичности . Подшипник имеет немного смазки, которая закрыта специальными кожухами из резины или пластмассы. Если они разрушаются, то смазка выходит и износ становится намного больше. Уже через пару тысяч километров можно услышать характерный гул, что говорит о неисправности.

3) Неаккуратная езда . Если будете постоянно влетать в ямы на больших скоростях, это также немного износит этот узел. Хотя как я уже писал выше, быстрее выйдут из строя другие элементы подвески.

4) Неправильная запрессовка . Это вторичная причина, при ремонте могут неправильно запрессовать новый подшипник, например — наискосок. Таким образом, при движении он будет стоять не правильно, что его достаточно быстро износит, примерно через пару – тройку тысяч километров опять нужно будет менять.

5) Если слишком сильно затянули . Такое бывало особенно на наших отечественных авто, подшипник перетягивали при замене, таким образом, он нагревался больше обычного, что также способствует снижению ресурса и последующей поломки. Так что нужно учитывать силу закручивания, обычно она указывается в инструкции.

Это все основные причины, однако как вы видите две последние это «кривые руки» автосервиса. Так что меняем только на проверенных станциях, которые дают гарантию на работы. Иногда выгоднее посмотреть на официальные станции.

Симптомы поломки

Вот тут самое интересное — как определить неисправность, есть несколько сто процентных методов.

1) «Сухой» хруст . Когда ступичный подшипник выходит из строя, то появляется звук как бы хруста при движении. Это перекатываются сферические элементы. Они разбили обойму в которой находились и теперь расположены не равномерно. Этот звук вы не с чем не перепутаете, поверьте, в салоне этот звук прекрасно слышится. Это самый первый симптом – как появился такой звук сразу же едем на СТО.

2) Вибрация . Если подшипник уже хорошо изношен, то должна появиться вибрация, как в руль так и в кузов. Это говорит о том, что сферические элементы уже хорошо износили обойму подшипника, еще немного и возможно наступит «клин». Срочно меняем.

3) Машину тянет в сторону . Также возможно, часть с неисправным элементом не работает нормально – если можно так выразится, она немного стопорится, а поэтому автомобиль будет тянуть в ту или иную сторону, как при неправильном .

Что будет если не менять

Многие автолюбители катаются с неисправными ступичными подшипниками, да еще и разгоняются под 100 и выше километров в час – ребята это очень опасно, запомните это связующий элемент колеса, который отвечает за его вращение. Если он разбит, то в любой момент его может заклинить. А это резкая остановка одного из передних колес. Теперь представьте если у вас скорость 100 км/ч – вы на такой скорости просто вылетите на обочину это в лучшем случае, но можете вылететь и на «встречку», а тут и до аварии недалеко. Бывали случаи когда машины переворачивались. Так что ребята подшипник ступицы – это очень опасно, если не хотите менять так ездите с небольшими скоростями, до 40 км/ч, иначе может закончится все очень плачевно.

Определяем неисправность сами (в домашних условиях)

В общем помимо хруста, который вы постоянно будете слышать при движении. Можно определить по признакам самому буквально около дома.

1) Выставляем машину на ровную, желательно асфальтированную площадку.

2) Нужно проверить люфт по вертикальной оси. Для этого берем колесо в верхней точке и пытаемся изо всех сил его раскачать. Если вы слышите щелчки и есть люфт, то это однозначно «ступичный».

3) Для полной уверенности, можно поднять колесо на домкрате и вращать его. Если слышен хруст – неисправность.

4) Есть еще один метод (работает только на переднем приводе), но его желательно делать на подъемнике. Нужно поднять автомобиль, завести, включить передачу и разогнать колеса, затем глушим мотор и слушаем. Та сторона, которая будет шуметь, хрустеть и вибрировать – неисправна.

Сейчас небольшая видео версия статьи

Про замену

Что хочется сказать – меняйте подшипник правильно, самому сделать это достаточно сложно. Нужны как минимум пару съемников, а также знание подвески автомобиля. Не зря многие автопроизводители меняют полностью ступицу колеса.

При замене важно:

1) Запрессовывать подшипник можно только специальными ровными обоймами (идеально использовать корпус от старого). Не допускается запрессовка «телами качения».

2) Не допускать запрессовку острыми инструментами, которые могут повредить уплотнительное кольцо, что затем приведет к утечке смазки.

← Вернуться