Діагностика пошкодження підшипника кочення: втомне викришування, знос, корозія чи електрична ерозія — і про що каже кожен тип пошкодження

Спочатку виключіть електричну ерозію, перш ніж звинувачувати втому

На двигуні з інверторним приводом регулярний візерунок «флейтингу» або пральної дошки по колу доріжки кочення — це електрична ерозія, а не втома¹⁵. Механізм — паразитний валовий струм: струм пробиває тонку мастильну плівку та утворює мікрократери на доріжці кочення, і кратери поступово переходять у флейтинговий візерунок¹⁴.

Саме тому доріжка з флейтингом продовжує виходити з ладу після кожного виправлення змащування й центрування — шлях струму нікуди не зник, і лише його розрив зупиняє повторення^15,21.

Один постачальник повідомляє, що паразитні валові струми понад 1.5 В пробивають мастильну плівку та спричиняють мікрократери¹⁴; ставтеся до цього як до значення, про яке повідомило одне джерело, а не як до порогу для скринінгу, і запитайте у свого постачальника приводу чи двигуна, які докази щодо струму вони можуть надати.

Те саме пошкодження можна прочитати як викришування, якщо взагалі не враховувати привід, тому перевірте тип двигуна та схему приводу, перш ніж зупинитися на діагнозі «втома»¹⁵.

Чи є викришування втомою в кінці ресурсу чи передчасною втомою?

Ямкове викришування або відшарування на доріжках кочення та тілах кочення — це втома: циклічні напруження з часом зрештою видаляють матеріал, і це очікується при розрахунковому ресурсі^15,21. Діагностичне питання полягає не в тому, чи сталося викришування, а в тому, чи сталося воно рано — передчасне викришування вказує на перевантаження, а не на дефектний підшипник²¹.

Перш ніж прийняти пояснення про перевантаження, подивіться на розподіл зносу: втомне викришування — це ямки на доріжці від циклічних напружень, тоді як знос від перекосу є важчим з одного боку доріжки¹⁵. Одностороння зношена смуга веде вас до центрування вала й корпусу, а не до навантажувальної здатності.

Якщо візерунок — рівномірні ямки, а напрацювання менше за розрахунковий ресурс, наступне, що треба перевірити, — шлях навантаження^15,21.

Корозія або абразивний знос: дві деградовані поверхні, два різні виправлення

Корозія проявляється як червонувато-коричневі ямки або іржа на доріжці кочення чи кульках, і походить від проникнення вологи, відмови манжет, поганого зберігання або неправильного мастила^15,21. Абразивний знос виглядає інакше: тьмяна зношена поверхня на доріжках кочення та тілах кочення, спричинена забрудненим мастилом, що несе абразивні частинки²¹.

Хоча обидві проблеми проявляються як деградована доріжка, вони потребують різних виправлень. Корозія веде до умов зберігання й ущільнення; абразивний знос — до чистоти мастила та фільтрації або частішої заміни мастила²¹.

Забруднення описано як провідна причина передчасного зносу, тому якщо поверхня тьмяна, а не іржава, підозрюйте мастило та його середовище¹⁹.

Спочатку виключіть пошкодження від монтажу та стаціонарної вібрації

Вм'ятини утворюються ще до того, як підшипник починає працювати, тому виключіть їх, перш ніж приписувати будь-яку позначку експлуатаційній першопричині. Монтаж ударами молотка замість посадки під пресом залишає вм'ятини від бринелі під випадковими кутами¹⁵.

Вібрація під час зберігання або транспортування нерухомого підшипника залишає еліптичні вм'ятини з кроком кульок — хибне бринелювання¹⁵. Геометрія візерунка розрізняє ці два випадки: випадкові кути вказують на спосіб монтажу, еліпси з кроком кульок — на те, як підшипник зберігали або переміщували¹⁵.

Якщо ви знайшли будь-який з цих візерунків, коригувальна дія лежить у вашій процедурі монтажу чи на складі, а не в експлуатаційних умовах.

Підтвердіть тип відмови за допомогою моніторингу, який підтримують джерела

Аналіз вібрації та термографія можуть виявити проблему, що розвивається, до настання простою, тому використовуйте їх для підтвердження тенденції, а не для називання типу відмови за одним зчитуванням¹⁰.

Підшипник із температурою понад 300°F у стані зупинки, ймовірно, перебуває на останній стадії відмови, і час на реакцію може вимірюватися годинами, а не днями — у цей момент зосередьтеся на обмеженні вторинних пошкоджень вала й корпусу⁵.

• ✓Перевірте, чи машина має інверторний привод, перш ніж прийняти діагноз «втома» [S15]
• ✓Порівняйте спостережуване напрацювання з розрахунковим ресурсом L10 для фактичного навантаження [S10]
• ✓Подивіться на розподіл зносу: рівномірні ямки проти одностороннього зносу [S15]
• ✓Перевірте колір і текстуру поверхні доріжки кочення: іржа проти тьмяного зношеного металу [S21]
• ✓Шукайте еліптичні вм'ятини з кроком кульок проти вм'ятин від бринелі під випадковими кутами [S15]
• ✓Відстежуйте температуру й вібрацію підшипника; зміна важлива не менше за абсолютне значення [S5]

Підберіть коригувальну дію до знайденого механізму

Кожен діагноз передбачає інше виправлення. При електричному пошкодженні ямками рекомендуються ізольовані підшипники або заземлювальні кільця вала, щоб запобігти повторенню²¹.

При пошкодженні від змащування змінною є сам режим: як надлишкове, так і недостатнє змащування може спричинити відмову, тому виправляйте кількість і тип, а не просто додавайте мастило¹⁹.

Там, де висока температура, висока частота обертання або сильне забруднення роблять пластичне мастило неефективним, рідинне мастило може відводити тепло та вимивати забруднення, і перехід від пластичного до рідинного мастила — напрям, на який вказують ці умови².

Мастило, що втрачає в'язкість у таких умовах, допускає контакт металу з металом і зрештою заїдання — саме цей механізм стоїть за візерунком висихання². При втомі та зносі від перекосу виправлення лежить у шляху навантаження та центруванні, а не в мастилі¹⁵.

Чи ресурс справді був коротким? Використайте залежність «навантаження — ресурс»

Ресурс L10 пов'язаний з навантаженням кубічною залежністю: подвоєння еквівалентного динамічного навантаження скорочує розрахунковий ресурс приблизно до однієї восьмої^11,12. Формула: L10 = (C/P)³ × 1,000,000 обертів, де C — базове динамічне навантаження, а P — еквівалентне динамічне навантаження¹².

Тому невелике перевантаження дає великий дефіцит ресурсу, а передчасне викришування є доказом про навантаження, а не про виготовлення підшипника¹¹.

Наведені значення L10 дають орієнтир для порівняння: один постачальник наводить 30,000–100,000 годин для конічних роликових підшипників за належного змащування, центрування та нормального навантаження, а інший — 40,000–100,000 годин як теоретичне значення, яке часто вказують для підшипників двигунів^10,14.

Обидва — опубліковані постачальниками діапазони, тому використовуйте їх як перевірку здорового глузду щодо того, чи був спостережуваний ресурс коротким, а не як гарантований ресурс для вашого застосування.

Яка частка відмови належить самому підшипнику?

Джерела суперечать щодо того, чи відмови переважно зумовлені застосуванням чи самим підшипником, і ця розбіжність не вирішена^14,15. У загальних рисах узгоджено матеріальну сторону: наскрізно загартована GCr15/AISI 52100 досягає HRC60+ з високою зносостійкістю та втомною міцністю, тому це поширена підшипникова сталь^1,6.

Не менш актуально те, чого шкала ABEC не контролює, коли ви вирішуєте, чи змінювати підшипник: вона не охоплює склад матеріалу, термічну обробку, якість сепаратора, шорсткість поверхні, внутрішній зазор або якість змащування²². Тому вищий клас точності — не шлях до довшого ресурсу при першопричині у змащуванні чи забрудненні.

Якщо ваш діагноз вказує на застосування, зміна класу підшипника цього не виправить.

Значення часток відмов, які джерела вказують по-різному

Два джерела дають різні відповіді на одне й те саме питання — яка частка відмов спричинена застосуванням, а яка підшипником. Обидва значення походять зі сторінок рівня постачальників, тому жодне з них не слід цитувати у звіті як галузеву статистику без перевірки основи за ним.

Чого джерела не встановлюють

• Жодне джерело не дає морфології на рівні збільшення, щоб відділити втомлене викришування від зношування, корозії та електричної ерозії — для цього потрібна лабораторія або спеціалізоване джерело.
• Жодне джерело не розглядає магнітопорошковий контроль, капілярний контроль, частотний аналіз BPFO/BPFI/BSF/FTF, ударні імпульси, вимірювання електричного струму або аналіз мастила як методи діагностики цих видів пошкоджень.
• Жодне джерело не кількісно визначає швидкість зношування, швидкість корозії або криві часу до відмови за різних умов експлуатації.
• Жодне джерело не описує зміст ISO 15243 чи термінологію ANSI/ABMA щодо видів пошкоджень, тож жодне з них не можна використати тут для класифікації пошкодження.
• Жодне джерело не розглядає корозійностійкі матеріали чи покриття, конкретні типи модернізації ущільнень, процедури виправлення співвісності або перегляд процедури монтажу як коригувальні заходи.
• Жодне джерело не розглядає вібрацію як першопричину втомленого викришування або надмірну температуру як окрему причину понад висихання мастила.
• Жодне джерело не розглядає вибір типу ущільнення чи захисної шайби, а також вибір внутрішнього зазору як проєктні чинники запобігання відмовам.
• Жодне джерело не дає вичерпного розподілу першопричин для всіх видів пошкоджень.