Ступичный подшипник - один из важных элементов в автомобиле. При его отсутствии колеса попросту не будут вращаться. Данный элемент постоянно испытывает высокие нагрузки, поэтому его изготавливают только из качественных материалов. Но из-за больших пробегов автомобиля, а также по причине неправильной эксплуатации данная деталь может выйти из строя раньше. Специалисты рекомендуют ступичные подшипники менять сразу же, а иначе можно попасть в большие неприятности. Итак, давайте рассмотрим, что делать, если загудел ступичный подшипник, какое у него устройство и чем с таким неисправным элементом.
На самом деле, гудение - это только первый сигнал. Дальше ситуация может развиваться быстро и стремительно. На фоне гудения детали водители начинают слышать треск, который исходит из района передних колес автомобиля. И вот в какой-то момент, когда подшипник не сможет выдержать оборотов, он разлетается вдребезги. О том, что случится дальше, легко догадаться. Вначале колесо заклинит, и в самый неподходящий момент автомобиль станет неуправляемым, и его понесет. Далее, сломается опора рычага подвески, а полуось деформируется. Ремонт подвески обойдется автовладельцу значительно дороже, нежели обычная замена ступичных подшипников.
Для самостоятельной диагностики нужно уметь «слышать» автомобиль. Чтобы знать, как определить, какой подшипник ступицы гудит, для начала следует познакомиться с устройством данного элемента, узнать причины неисправностей, а также научиться выполнять самостоятельно диагностику и замену этих деталей.
Конструкция ступичных подшипников
Итак, подшипником принято называть механизм, который выполняет функции поддержки опоры. Он может поддерживать любые оси, валы или другие детали, однако в каждом случае подшипник предназначен для фиксирования валов в пространстве, обеспечивая возможность свободного качения или вращения. Вторая функция, которую выполняет подшипник, - получение механических нагрузок и передача их на другие компоненты.
Ступичный подшипник представляет собой подшипник качения. Главная его задача - обеспечение равного вращения колеса вокруг его оси. Эти механизмы делятся на однорядные и двухрядные. Они могут быть как открытого, так и закрытого типа. Их применяют в конструкции грузовых и легковых автомобилей. подшипник и задний различаются по устройству.
Причины выхода из строя
Откровенно говоря, эта деталь является наиболее прочным узлом ступицы. Для того чтобы данный подшипник полностью вышел из строя, нужно приложить большое количество усилий. Быстрее сломаются стойки, выйдут из строя сайлентблоки и другие навесные элементы подвески. Однако при выборе бракованной детали можно сломать и ступичный подшипник. Важно знать подшипник ступицы.
Большие пробеги - большой износ
Первая и самая популярная причина - большие пробеги автомобиля. При долгой эксплуатации без замены деталей это приводит к сильному износу любого узла, и ступичный подшипник не является исключением из этого правила.
И нужно сказать, что именно большой пробег является первопричиной неисправности. Все остальное - вторично. Эти механизмы в зависимости от того, где и какой компанией они изготовлены, могут эффективно работать в течение 70-120 тысяч километров. Когда наступит время заменить деталь, водитель услышит характерный гул или хруст.
Без смазки
Другая причина - это потеря подшипником герметичности. Внутри детали имеется небольшое количество смазочного материала. Смазка скрыта под специальными резиновыми или пластиковыми кожухами. В случае их разрушения смазка просто выходит, а без нее, как известно, скорость износа значительно увеличивается. Примерно через одну-две тысячи километров деталь начнет издавать громкий гул. Это говорит о том, что необходима замена.
Агрессивная и неаккуратная манера вождения
Если водитель ездит неаккуратно, а именно, проходит дорожные ямы и ухабы на высоких скоростях, это также влияет на скорость износа данного узла, хотя в таком случае быстрее сломается что-нибудь другое (например, амортизаторы).
Нарушение правил монтажа
Еще можно выделить такую причину, как неправильная запрессовка. Эта причина является вторичной. К примеру, в процессе ремонта можно неверно запрессовать новый подшипник, допустим, наискось. По этой причине уже через несколько тысяч километров гудит новый подшипник ступицы, а владелец автомобиля опять должен его заменить.
Еще одна причина, которую можно отнести к неправильному монтажу, - это чрезмерная затяжка. В большинстве случаев это происходит на отечественных автомобилях. Узел в процессе замены перетягивали, в результате чего он перегревался, что не лучшим образом сказывается на ресурсе, а затем ломался. При установке необходимо не забывать об усилии закручивания.
Типовые симптомы
Это самое интересное. Для того чтобы определить поломку узла, существует несколько способов. На самой начальной стадии поведение подшипника можно проигнорировать, на этом этапе слышится легкий гул, гудение, небольшие постукивания. Также один из первых симптомов - это гул при повороте (на самых начальных этапах поломки). Часто этот звук путают с шумом покрышек. Однако, со временем звук можно сравнить с реактивным самолетом. Косвенным признаком можно считать полное исчезновение любых шумов в момент поворота, но когда автомобиль движется по прямой, все возвращается.
Когда подшипник начинает выходить из строя, то водитель может услышать некий хруст в процессе движения. В механизме подшипника используются сферические элементы - эти звуки издают именно они. По указанным выше причинам эти детали разбили свою обойму и располагаются теперь неравномерно. Перепутать этот звук с чем-то другим невозможно, в салоне автомобиля он отлично слышится. Это самый первый сигнал о необходимости замены, с которой не стоит затягивать. Второй симптом - это вибрация. Если узел уже сильно изношен, при движении будут ощущаться вибрации на кузове и рулевом колесе. Вибрация сообщает владельцу автомобиля о том, что обойма уже практически разрушена, в любой момент колесо может заклинить. Здесь необходима срочная замена. Если автомобиль уходит в сторону, это говорит о том, что механизм не может работать нормально. При работе подшипник немного подклинивает.
Гудит подшипник ступицы: можно ли ездить?
Некоторые автовладельцы с неисправными подшипниками не просто ездят, но и разгоняют автомобили до 100 и выше км/ч - это очень опасно. Не стоит забывать, что ступичный подшипник - это элемент, который отвечает за возможность вращения колеса.
Если данный узел разбит, его в любой момент может заклинить, а это очень серьезно. Часто из-за этого случаются аварийные ситуации со смертельными исходами. Клин - это резкая остановка одного из передних колес, если разрушен передний ступичный подшипник.
На скорости в 100 км/ч автомобиль в самом лучшем случае улетит на обочину дороги, а может выбросить его и на встречную полосу. Также часто автомобили переворачиваются. Стоит помнить, что ступичный подшипник - это ключевой узел. Если гудит подшипник ступицы, можно ли ездить? Можно, однако не быстро, до 40 км/ч.
Способы диагностики
Чтобы не случилось серьезных проблем, поломку следует найти и устранить уже на самых ранних стадиях.
Наиболее простой способ диагностики - это слух. Если механизм находится в изношенном состоянии, то в процессе работы он издает звук, похожий на звук летящего самолета или же запуск снаряда, однако конкретный вариант будет зависеть от вида подшипника, размеров и от того, где он установлен.
Диагностируем на практике
Процесс должен происходить следующим образом: на небольшой скорости, примерно 50 км/ч, подшипник будет издавать сильный гул, интенсивность которого достигнет максимума на скоростях от 60 до 65 км/ч. Затем при выполнении поворота налево гул исчезнет, а если повернуть направо, то сохранится. В этом случае, скорее всего, неисправен левый узел. Вот как понять, какой подшипник ступицы гудит. Нужно просто слушать.
Неисправности в ступичных подшипниках, как уже было замечено, сопровождаются шумом со стороны колес, вибрациями на педали тормоза, различными посторонними звуками в механизмах подвески. Передние ступичные подшипники могут издавать стуки от сильных люфтов в подшипниках, а гул - из-за изношенной беговой дорожки, роликов и сепараторов.
Диагностика на подъемнике или при помощи домкрата
Есть и другой способ, как определить, какой подшипник ступицы гудит. В этом случае необходимо выполнить осмотр машины на подъемнике. Выявляют поломку по тому, как плавно и равномерно вращается колесо. Также смотрят на люфт в вертикальной плоскости. Для того чтобы определить неисправность, руками берутся за нижнюю и верхнюю точку колеса и качают его. Допускается лишь небольшой люфт на передних колесах с типом подвески "МакФерсон". На заднем колесе, а также на переднем, где люфтов быть не должно.
Как проверить, какой подшипник ступицы гудит? Вот что советуют опытные автомеханики. Если есть характерный шум, но точно выявить происхождение не получается, необходимо домкратом поднять колеса, которые расположены на одной оси, и вращать каждое из них. Если одно из колес при вращении шумит больше другого, то в самом скором времени установленные на нем подшипники выйдут из строя.
Движение «змейкой»
Как определить, какой подшипник ступицы гудит? Этот способ подразумевает небольшой разгон до 40-60 км/ч. Далее нужно покачать рулем в левую сторону - проехать небольшую змейку. При этом внимательно слушать звуки. Если шум усиливается при левом повороте, значит, сломан правый подшипник спереди, соответственно, если звук усиливается при повороте вправо, тогда стоит менять левый.
Об эксплуатации ступичных подшипников
Срок службы этого элемента уменьшится, если неверно подобран вылет колесных дисков.
Здесь увеличивается нагрузка на излом от воздействия массы машины. Кроме того, к преждевременному износу приводят шины с неверным радиусом: в этом случае растет сила, которая действует на механизм при боковом ускорении. Этот фактор можно часто наблюдать на больших внедорожниках, где колеса достаточно крупные.
Также у подшипника сокращается срок эксплуатации, если он установлен в автомобиле с неисправностями амортизаторов: здесь наблюдаются более высокие ударные нагрузки. Тормозная система, которая повреждена, отдает избыток тепла в подшипник. Неверные могут привести к перераспределению нагрузки.
Гудит подшипник ступицы: сколько можно проехать?
Новички среди автомобилистов часто задают этот вопрос. Нужно сказать, что расстояние это зависит от качества дорог. В некоторых местах дорожное покрытие запросто угробит даже внедорожника. Поэтому лишний раз не стоит рисковать, человеческая жизнь одна.
Профессиональные автомеханики утверждают, что ездить все-таки можно, однако допускается это до тех пор, пока гул еще еле-еле слышен. Разрешается движение только на небольших скоростях. При этом нужно объезжать и небольшие ямы и выбоины. Даже водители, которые любят рисковать, уверены, что с такими симптомами более 200 км проезжать опасно.
Теперь вы знаете, как определить, какой подшипник ступицы гудит. Эти советы должны помочь начинающим автомобилистам, которые только-только сели за руль транспорта.
При работе машин изменяются размеры деталей, структура материала, появляются внешние и внутренние, видимые и скрытые дефекты, от чего падает мощность машин. В этом случае говорят, что машина изнашивается.
Изнашивание - это разрушение и отделение материала от поверхности де-
тали и (или) накопление остаточной деформации при тре-
нии, проявляющейся в постепенном изменении размеров и
(или) формы.
Результат изнашивания называется износом . Он выражается в линейных и массовых единицах или в снижении физико-механических свойств детали: прочности, упругости и др.
Различают:
● местный - называется износ на отдельном участке поверхности
● допускаемый - износ, при котором деталь сохраняет работоспо-
собность;
● и предельный износы деталей - износ соответствует предельному
состоянию детали, при котором дальнейшая работа тех-
нически невозможна или экономически нецелесообразна.
Кроме того, износы деталей, встречающиеся при эксплуатации машин, различаются:
По причинам возникновения;
Характеру их нарастания;
И результатам проявления.
Поэтому износы разделяют:
▪ на медленно нарастающие (естественные ) - являются следст
виием длительной работы сил трения, воздействия вы-
соких температур и других факторов при нормальных ус-
ловиях работы машины и при выполнении в установлен-
ные сроки мероприятий по техническому обслуживанию.
Эти износы составляют группу постепенных отказов и характеризуют долговечность узла и механизма, а следовательно, и машины в целом.
▪ и быстро развивающиеся (аварийны е) - проявляются иногда даже
после непродолжительной работы машины.
Они свидетельствуют о дефектах ее изготовления, о некачественном техническом обслуживании, а также объясняются проявлением случайных обстоятельств при использовании машин и составляют группу внезапных отказов, определяющих надежность машин.
Изнашивание большинства деталей машин при эксплуатации, как показывают исследования, может быть представлено (в упрощенном виде) в виде кривой ABCD (рис. 1). На кривой видны три участка . Участок АВ изображает интенсивное изнашивание деталей в процессе приработки. Участок ВС характеризует постепенное изнашивание в процессе работы машины. Участок CD соответствует интенсивному изнашиванию, при котором дальнейшая эксплуатация может закончиться аварией.
Рис.1. Кривая изнашивания сопряжения деталей.
Валы и оси поддерживаются специальными деталями, которые являются опорами. Название "подшипник " происходит от слова "шип" (англ. shaft, нем. zappen, голл. shiffen – вал ). Так раньше называли хвостовики и шейки вала, где, собственно говоря, подшипники и устанавливаются.
Опоры валов и осей, на которые они опираются своими цапфами, называются подшипниками ;
Опоры, воспринимающие осевую нагрузку от пяты вала, называются подпятниками .
Назначение подшипника состоит в том, что он должен обеспечить надёжное и точное соединение вращающейся (вал, ось) детали и неподвижного корпуса. Следовательно, главная особенность работы подшипника – трение сопряжённых деталей.
Подши́пник - это техническое устройство, предназначенное для использо-
вания в качестве опоры движущихся деталей механизма с це-
лью фиксации их положения относительно неподвижных де-
талей, восприятия и передачи нагрузки на другие части конст-
рукции, обеспечения вращения, качания или линейного пере-
мещения (для линейных подшипников) и снижения трения.
Основные типы подшипников . По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов:
Подшипники качения;
Подшипники скольжения;
Газостатические подшипники;
Газодинамические подшипники;
Гидростатические подшипники;
Гидродинамические подшипники;
Магнитные подшипники.
В зависимости от принципа действия подшипники делят на два основных вида:
I - подшипники качения - в качестве основного узла, уменьшающего
трение выступают тела качения (шарики или ролики);
II - и подшипники скольжения - тела качения отсутствуют и трение
уменьшается за счет гладких, как правило смазываемых поверхно-
Подшипники качения. Подшипники качения – те, у которых потери на трение во много раз меньше за счёт установки между опорными поверхностями цапфы и подшипника шариков или роликов, т.е. скольжение заменяется трением качения.
Трением качения называется трение, проявляющееся при перекатывании круглого тела по поверхности.
Основными частями подшипника качения являются:
Наружное кольцо;
Внутреннее кольцо;
Тело качения (шарик или ролик);
Сепаратор, фиксирующий положение тел качения.
Это могут быть или шарики, или ролики (короткие толстые либо длинные иглообразные), или конические ролики, или бочкообразные, или даже спиралевидные пружины. Обычно подшипник выполняется как самостоятельная сборочная единица, состоящая из наружного и внутреннего.
Рис.3. Принципиальная схема опоры с подшипником качения.
По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба – дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.
Тела качения во избежание ненужного контакта друг с другом и равномерного распределения по окружности заключены в специальную кольцеобразную обойму – сепаратор (лат. Separatum – разделять).
Классификация подшипников качения осуществляется на основе следующих признаков:
А). По виду тел качения :
Шариковые;
Роликовые.
Б). По типу воспринимаемой нагрузки :
Радиальные;
Радиально-упорные;
Упорно-радиальные;
Упорные;
Линейные.
В). По числу рядов тел качения :
Однорядные;
Двухрядные;
Многорядные.
Г). По способности компенсировать перекосы валов :
Самоустанавливающиеся;
Несамоустанавливающиеся.
Достоинства подшипников качения:
Низкое трение, низкий нагрева, следовательно, более высокий КПД (до 0,995) ;
В 10...20 раз меньше момент трения при пуске по сравнению с подшипниками
скольжения;
Простота обслуживания и замены;
Экономия смазки;
Высокий уровень стандартизации (комплектной взаимозаменяемостью в миро-
вом масштабе);
Экономия дорогих антифрикционных материалов;
Малой чувствительностью к недостатку смазки;
Простота ремонта машины вследствие взаимозаменяемости подшипников;
Относительной дешевизной, благодаря массовому характеру производства.
колец, между которыми и помещены тела качения.
Недостатки подшипников качения:
Высокие габариты (особенно радиальные) и вес;
Высокие требования к оптимизации выбора типоразмера;
Слабая виброзащита, более того, подшипники сами являются генераторами ви-
брации за счёт даже очень малой неизбежной разноразмерности тел качения;
Шум во время работы, обусловленный погрешностями форм;
Повышенная чувствительность к неточности установки;
Сложность установки и монтажа подшипниковых узлов;
Слабая сопротивляемость ударной нагрузке;
Невозможность работы на сверхвысоких скоростях (свыше 50000 об/мин ),
вследствие прогрессивного возрастания центробежных сил инерции;
Плохую работу в загрязненной среде;
Высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам
Все хорошо знают, что вращение на ведущие колеса осуществляется за счет передачи момента вращения с двигателя, через коробку передач. А что обеспечивает плавность, равномерность и стабильность вращения колеса вокруг своей оси? Это – ступичный подшипник. Именно эта деталь позволяет колесу вращаться с нужной скоростью, плавно и без отклонений или замедлений.
Соответственно, если ступичный подшипник изнашивается, вращение колеса становится неравномерным. Это опасно уже само по себе. Но заканчивается подобная эпопея, если конечно подшипник вовремя не заменили, вообще заклиниванием колеса. Ну а чем чревата резкая остановка одного из колес на скорости, думается, представит себе каждый. Все это сказано лишь с тем, чтобы при первых признаках износа ступичного, вы сразу же его меняли.
Итак, в этой статье мы рассмотрим основные признаки неисправности ступичного подшипника, а так же причины, приводящие к его преждевременному износу.
Ступичный подшипник внутри ступицы
В принципе, если речь идет о действительно качественных ступичных подшипниках, то изготавливаются они из материалов, способных выдержать просто сумасшедшие нагрузки. Благодаря этому, ступичные ходят по 120 и более тысяч километров пробега. Но иногда, этот срок сокращается и причем, существенно. Перечислим основные причины сокращения срока службы, подшипника ступицы:
- частые попадания колеса в ямы на высокой скорости;
- потеря смазочной жидкости;
- неправильная затяжка при замене;
- кривая запрессовка при замене;
И так, если автомобиль попадает в яму колесом, да еще и на высокой скорости, ступичные подшипники, как собственно и вся подвеска, испытывают огромные нагрузки, чтобы не сказать перегрузки. И если такое случается часто, ступичные могут умирать раньше положенного срока. Аккуратная езда существенно продляет срок службы очень многих и очень разных частей автомобиля, и ступичного подшипника в том числе.
Если повреждены защитные пыльники, то из внутренней части подшипника вытекает смазка и подшипник умирает. Поэтому, при замене ступичных, нужно следить чтобы защитные элементы были установлены правильно и не повреждались в процессе установки.
Что касается неправильной затяжки, то это причина, которая относится к компетенции специалистов, осуществляющих замену ступичных подшипников. Если затянуть подшипник очень сильно, он может перегреваться, что негативно сказывается на его ресурсе.
Ну а перекосы при запрессовке ступичного подшипника приводят к тому, что нагрузки, которые воспринимает подшипник, распределяются неравномерно. А это, приводит к неравномерному износу.
Следует отметить, что два последних фактора, снижающих срок службы ступичного подшипника, относятся к работе слесарей, которые производят замену. А потому, доверяйте такую работу, как и любимое авто вообще, только надежным и проверенным профессионалам. Тем более что если вы водите машину аккуратно, и не проверяете ее на прочность жестко и регулярно, осуществлять замену ступичных подшипников, вам придется не часто.
Симптомы неисправности ступичного подшипника
Первым признаком, свидетельствующим о неисправности ступичного подшипника, является характерный такой звук. Это отчетливый хруст, стук или скрежет в области колеса. Вы услышите его и в автомобиле и снаружи, когда машина проезжает мимо.
Еще одним признаком неисправности ступичного подшипника является вибрация, которая передается и на руль и на всю машину. Поэтому, пропустить этот симптом, тоже вряд ли получится.
Если автомобиль ведет в первую или левую сторону, это так же может быть результатом проблем со ступичным подшипником. Суть в том, что когда одно колесо подклинивает, прямолинейное движение, увы, невозможно. В таких случаях, нужно менять подшипник, безотлагательно.
Как определить неисправность ступичного подшипника
В принципе, сами симптомы износа ступичного подшипника, достаточно красноречивы и позволяют с высокой точностью предполагать источник неполадок. Тем не менее, можно проверить состояние подшипника, практически стопроцентно. Для этого, нужно поддомкратить машину, поставить под нее подпорки, после чего покачать колесо в вертикальной плоскости. Если вы ощущаете люфт, подшипник ступицы нужно менять. Можно так же повращать колесо и если с подшипником непорядок, вы услышите специфические шумы или почувствуете неравномерность вращения.
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.
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.