Дефектовка подшипников

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет» Чебоксарский политехнический институт (филиал)

Кафедра Автомобили и автомобильное хозяйство

Отчет

по дисциплине Основы технологии производства и ремонта автомобилей

на тему: Дефектовка подшипников

Выполнил:

Овчинников А.А.

Проверил:

Табаков П. А.

Чебоксары 2014



1. ОСНОВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ ПОДШИПНИКОВ

Подшипники - это технические устройства, являющиеся частью опор вращающихся осей и валов. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на раму, корпус или иные части конструкции. При этом они должны также удерживать вал в пространстве, обеспечивать вращение, качание или линейное перемещение с минимальными энергопотерями. От качества подшипников в значительной мере зависит коэффициент полезного действия, работоспособность и долговечность машины.

Подшипники выполняют функции опор осей и валов



Подшипник линейного перемещения

В настоящее время широко находят применение подшипники:

· контактные (имеющие трущиеся поверхности) - подшипники качения и скольжения;

· бесконтактные (не имеющие трущихся поверхностей) - магнитные подшипники.

По виду трения различают:

· подшипники скольжения, в которых опорная поверхность оси или вала скользит по рабочей поверхности подшипника;

· подшипники качения, в которых используется трение качения благодаря установке шариков или роликов между подвижным и неподвижным кольцами подшипника.

2. ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

Принципиальная схема опоры с подшипником скольжения

Подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется вкладыш или втулка из антифрикционного материала (часто используются цветные металлы), и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, который позволяет свободно вращаться валу. Для успешной работы подшипника зазор предварительно рассчитывается.



Примеры смазочных канавок в подшипниках скольжения

В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения бывает:

· жидкостным, когда поверхности вала и подшипника разделены слоем жидкого смазочного материала, непосредственного контакта между этими поверхностями либо нет, либо он происходит на отдельных участках;

· граничным - поверхности вала и подшипника соприкасаются полностью или на участках большой протяженности, причем смазочный материал в виде тонкой пленки;

· сухим - непосредственный контакт поверхностей вала и подшипника по всей длине или на участках большой протяженности, жидкостной или газообразный смазочный материал отсутствует;

· газовое - поверхности вала и подшипника разделены слоем газа, трение минимально.

Виды смазки подшипников скольжения

Основные виды смазки	Смазочные материалы и материалы для создания смазочных покрытий. Варианты смазки
Сухая	- В наноструктурном состоянии: С, BN, MoS2 и WS2; - в виде нанокомпозиционных покрытий: WC/C, MoS2 /C, WS2/C, TiC/C и наноалмаза; - в виде алмазных и алмазоподобных углеродистых покрытий: пленок из алмаза, гидрогенизированного углерода (a-C:H), аморфного углерода (a-С), нитрида углерода (C3N4) и нитрида бора (BN); - в виде твердых и сверхтвердых покрытий из VC, B4C, Al2O3, SiC, Si3O4 , TiC, TiN,TiCN, AIN и BN, - в виде чешуйчатых пленок из MoS2 и графита; - в виде неметаллических пленок из диоксида титана, фтористого кальция, стекла, оксида свинца, оксида цинка и оксида олово, - в виде пленки из мягких металлов: свинца, золото, серебра, индия, меди и цинка, - в виде самосмазывающихся композитов из нанотрубок, полимеров, углерода, графита и металлокерамики, - в виде чешуйчатых пленок из углеродных составов: фторированного графита и фторид графита; - углерод; - полимеры: PTFE, нейлон и полиэтилен, - жиры, мыло, воск (стеариновая кислота), - керамика и металлокерамика.
Жидкостная	- Гидродинамическая смазка: толстослойная и эластогидродинамическая; - гидростатическая смазка; - смазка под высоким давлением.
Тонкопленочная	- Смешанная смазка (полужидкостная); - граничная смазка.
Газовая	Газодинамическая смазка



а - внешний вид,

б - типичный шарнирный подшипник с поверхностью скольжения типа "металл-металл",

в - типичный шарнирный подшипник с самосмазывающейся поверхностью,

г - благодаря возможности самоустановки и восприятия больших нагрузок шарнирные подшипники находят применение в узлах тяжелой техники (например, в гидроцилиндре экскаватора)

Шарнирные подшипники скольжения - одни из немногих типов подшипников скольжения, которые стандартизированы и выпускаются промышленностью серийно

Подшипники скольжения имеют следующие преимущества:

· допускают высокую скорость вращения;

· позволяют работать в воде, при вибрационных и ударных нагрузках;

· экономичны при больших диаметрах валов;

· возможность установки на валах, где подшипник должен быть разъемным (для коленчатых валов);

· допускают регулирование различного зазора и, следовательно, точную установку геометрической оси вала.



а - двигатель шпинделя HDD c подшипником качения,

б - двигатель шпинделя HDD c гидродинамическим подшипником скольжения,

в - расположение гидродинамического подшипника скольжения в HDD (Hard Disk Drive)

Использование гидродинамических подшипников скольжения вместо подшипников качения в компьютерных HDD (Hard Disk Drive) дает возможность регулировать скорость вращения шпинделей в широком диапазоне (до 20 000 об/мин), уменьшить шум и влияние вибраций на работу устройств, тем самым позволив увеличить скорость передачи данных, обеспечить сохранность записанной информации и срок службы устройства в целом (до 10 лет), а также - создать более компактные HDD (0,8-дюймовые)

Сравнение типов подшипников используемых в шпинделях HDD (Hard Disk Drive)

Требования к HDD	Требования к подшипнику	Подшипник качения	Гидродинамический подшипник	Типичное применение
			из твердого металла	из пористого материала*
Большой объем хранения данных	Однократные биения	o**	+	+	Персональный компьютер, сервер
	Высокие скорости вращения	o	+	+	Сервер
Низкий уровень шума	Низкий уровень шума	+	++	++	Пользовательский компьютер (нетбуки, SOHO)
Низкое потребление тока	Низкий крутящий момент	+	+	+	Мобильные компьютеры (ноутбуки)
Устойчивость к ударам	Устойчивость к ударам	+	++	++	Мобильные компьютеры (ноутбуки)
Безотказность	Устойчивость к заклиниванию	++	о	+	Все компьютеры
Жесткость	Жесткость	++	о	о	Сервер

Примечание:

* - данные приведены для NTN BEARPHITE;

** - обозначения: ++ - очень хорошо, + - хорошо, о - посредственно.

Недостатки подшипников скольжения:

· высокие потери на трение и, следовательно, пониженный коэффициент полезного действия (0,95... 0,98);

· необходимость в непрерывном смазывании;

· неравномерный износ подшипника и цапфы;

· применение для изготовления подшипников дорогостоящих материалов;

· относительно высокая трудоемкость изготовления.

3. ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

Принципиальная схема опоры с подшипником качения

Подшипники качения работают преимущественно при трении качения и состоят из двух колец, тел качения, сепаратора, отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. 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.

а - с шариковыми телами качения, б - с короткими цилиндрическими роликами, в - с длинными цилиндрическими или игольчатыми роликами, г - с коническими роликами,

д - с бочкообразными роликами

Примечание: приведены только некоторые виды тел качения

В подшипниках качения применяются тела качения различных форм

В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жесткости,применяются так называемые совмещенные опоры: дорожки качения выполняются непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали. Некоторые подшипники качения изготовляют без сепаратора. Такие подшипники имеют большое число тел качения и, следовательно, большую грузоподъемность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.



Для сокращения радиальных размеров и массы используются “безобоемные” подшипники

Сравнение подшипников качения по эксплуатационным характеристикам

Тип подшипника	Нагрузка	Высокая частота вращения	Восприятие перекоса
	радиальная	осевая	комбинированная
Шариковый радиальный	+*	+	+	+++	о
Шариковый радиальный двухрядный сферический	+	о	о	++	+++
Радиально-упорный однорядный шариковый	+	+	++	++	о
Радиально-упорные шариковые двухрядный и однорядный сдвоенный ("спина к спине")	++	+	++	+	x
Шариковый с четырехточечным контактом	о	+	+	++	х
С коротким цилиндрическими роликами без бортов на одном из колец	+++	х	х	+++	х
С коротким цилиндрическими роликами с бортами на противоположных сторонах наружного и внутреннего колец	+++	о	о	+++	х
Радиальный игольчатый	+++	х	х	о	х
Сферический роликовый	+++	+	+++	+	+++
Конический роликовый	++	++	++	+	о
Упорный шариковый	о	+	о	+	х
Упорный с коническими роликами	о	++	о	о	х
Упорно-радиальный роликовый сферический	о	+++	++	+	+++

Примечание:

* - обозначения: +++ - очень хорошо, ++ - хорошо, + - удовлетворительно, о - плохо, х - непригодно.

По сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества:

· значительно меньше потери на трение, а, следовательно, более высокий КПД (до 0,995) и меньший нагрев;

· в 10...20 раз меньше момент трения при пуске;

· экономия дефицитных цветных материалов, которые чаще всего используются при изготовлении подшипников скольжения;

· меньшие габаритные размеры в осевом направлении;

· простота обслуживания и замены;

· меньше расход смазочного материала;

· невысокая стоимость вследствие массового производства стандартных подшипников;

· простота ремонта машины вследствие взаимозаменяемости подшипников.



а - повреждение внутреннего кольца сферического роликового подшипника, вызванное чрезмерным натягом при посадке;

б - фреттинг-коррозия внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием вибрации;

в - повреждение внутреннего кольца радиального шарикового подшипника, вызванное действием чрезмерной осевой нагрузки;

г - повреждение внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием чрезмерной радиальной нагрузки;

д - следы ржавчины на поверхности ролика сферического роликового подшипника, вызванные попаданием воды внутрь подшипника;

e - повреждение сепаратора роликового конического подшипника, вызываемое действием больших нагрузок и/или вибраций, и/или неправильным монтажом, и/или смазыванием, и/или работой на высоких частотах вращения

Повреждения подшипников качения

Недостатками подшипников качения являются:

· ограниченная возможность применения при очень больших нагрузках и высоких скоростях;

· непригодность для работы при значительных ударных и вибрационных нагрузках из-за высоких контактных напряжений и плохой способности демпфировать колебания;

· значительные габаритные размеры в радиальном направлении и масса;

· шум во время работы, обусловленный погрешностями форм;

· сложность установки и монтажа подшипниковых узлов;

· повышенная чувствительность к неточности установки;

· высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников.

4. МАГНИТНЫЕ ПОДШИПНИКИ

Магнитный подшипник

Принцип работы магнитного подшипника (подвеса) основан на использовании левитации, создаваемой электрическими и магнитными полями. Магнитные подшипники позволяют без физического контакта осуществлять подвес вращающегося вала и его относительное вращение без трения и износа.

Детская игрушка Левитрон наглядно демонстрирует, на что способны электромагнитные поля

Электрические и магнитные подвесы, в зависимости от принципа действия, принято разбивать на девять типов:

· электростатические;

· на постоянных магнитах;

· активные магнитные;

· LC- резонансные;

· индукционные;

· кондукционные;

· диамагнитные;

· сверхпроводящие;

· магнитогидродинамические.



Принципиальная схема типичной системы на основе активного магнитного подшипника (АМП)

Наибольшую популярность в настоящее время получили активные магнитные подшипники. Активный магнитный подшипник (АМП) - это управляемое мехатронное устройство, в котором стабилизация положения ротора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов, ток в которых регулируется системой автоматического управления по сигналам датчиков перемещений ротора. Полный неконтактный подвес ротора может быть осуществлен с помощью либо двух радиальных и одного осевого АМП, либо двух конических АМП. Поэтому система магнитного подвеса ротора включает в себя как сами подшипники, встроенные в корпус машины, так и электронный блок управления, соединенный проводами с обмотками электромагнитов и датчиками. В системе управления может использоваться как аналоговая, так и более современная цифровая обработка сигналов.

Принципиальная схема управления типичной системы на основе активного магнитного подшипника

Основными преимуществами АМП являются:

· относительно высокая грузоподъемность;

· высокая механическая прочность;

· возможность осуществления устойчивой неконтактной подвески тела;

· возможность изменения жесткости и демпфирования в широких пределах;

возможность использования при высоких скоростях вращения, в вакууме, высоких и низких температурах, стерильных технологиях...

а - схема компрессора с подшипниками качения,

б - схема компрессора с магнитными подшипниками

Применение магнитных подшипников дает возможность сделать конструкцию более жесткой, что,например, позволяет уменьшить динамический прогиб вала при высоких частотах вращения

В настоящие время для АМП идет создание международного стандарта, для чего был создан специальный комитет ISO TC108/SC2/WG7.

АМП могут эффективно применяться в следующем оборудовании:

· турбокомпрессоры и турбовентиляторы;

· турбомолекулярные насосы;

· электрошпиндели (фрезерные, сверлильные, шлифовальные);

· турбодетандеры;

· газовые турбины и турбоэлектрические агрегаты;

· инерционные накопители энергии.



Однако АМП требуют сложную и дорогостоящую аппаратуру управления, внешнего источника электроэнергии, что снижает эффективность и надежность всей системы.Поэтому идут активные работы по созданию пассивных магнитных подшипников (ПМП), которые не требуют сложных систем регулирования: например, на основе высокоэнергетических постоянных магнитов NdFeB (неодим-жедезо-бор).

Пассивный магнитный подшипник на основе высокоэнергетических постоянных магнитов

Опора с упорным подшипником называется подпятником.

Основные параметры подшипников:

· Максимальные динамическая и статическая нагрузка (радиальная и осевая).

· Максимальная скорость (оборотов в минуту для радиальных подшипников).

· Посадочные размеры.

· Класс точности подшипников.

· Требования к смазке.

· Ресурс подшипника до появления признаков усталости, в оборотах.

· Шумы подшипника

· Вибрации подшипника

Нагружающие подшипник силы подразделяют на:

· радиальную, действующую в направлении, перпендикулярном оси подшипника;

· осевую, действующую в направлении, параллельном оси подшипника.

Дефекты подшипников. Оценка их технического состояния

Демонтированные с тракторов подшипники тщательно промывают в смеси бензина с минеральным маслом (6-8%).

Подшипник погружают в емкость (например, ведро) со смесью и, придерживая одной рукой внутреннее кольцо, другой вращают наружное до тех пор, пока дорожки тела качения и сепаратор не будут очищены от грязи.

В ремонтных мастерских рекомендуется организовать специализированное место для промывки подшипников качения. Оно должно быть оснащено двумя промывочными ваннами: одна для предварительной, другая для окончательной промывки. Хорошие результаты дает промывка горячим (до 89-90° С) минеральным маслом. Однако для применения этого способа мойки необходимо иметь специальные ванны с электрическим, водяным или паровым подогревом. Ванны изготовляют обычно из уголка и листовой стали (рис. 57).

Рис. 57. Ванна для нагрева и промывки подшипников качения.



Ванна для нагрева и промывки подшипников каче¬ния

Нагревательные приборы в виде труб помещаются на некотором расстоянии от дна. Над нагревательными элементами устанавливается съемная сетка, предохраняющая подшипники от контакта с нагревательными приборами. Подшипники подвешиваются на крючках или укладываются в кассеты. Заполняется ванна на 3/4 объема и очищается в зависимости от степени загрязнения, но не реже одного раза в месяц. Чтобы предохранить масло от загрязнения и для быстрого тушения огня при воспламенении ванна должна закрываться крышкой. Для отвода выделяющихся паров и газов необходима вентиляция. Окончательно перед дефектовкой подшипники промывают в чистом бензине или дизельном масле.

Дефектовка подшипников качения производится в следующей последовательности: наружный осмотр, проверка на шум и легкость вращения, измерение радиального зазора. При наружном осмотре по внешним признакам определяют, годен ли подшипник для дальнейшей работы.

При осмотре подшипник медленно вращают, располагая его так, чтобы свет падал на осматриваемую поверхность. Сомнительные места осматривают при помощи лупы.

Осмотром выявляется наличие трещин, усталостных и объемных разрушений деталей, забоин, вмятин, коррозии, износа и т. д.

Признаки, по которым подшипник считается непригодным к дальнейшей работе, зависят не только от вида неисправности, но и от предъявляемых к данному узлу требований. Например, увеличенный зазор подшипника, установленного в поддерживающем ролике гусеничного трактора, не оказывает такого влияния на работоспособность узла, как аналогичный зазор такого же типа подшипника, усталостного в коробке передач. подшипник смазка скольжение вибрация

Подшипники, пригодные к дальнейшей работе, не должны иметь трещин или выкрашивания металла на кольцах и телах качения, цветов побежалости, выбоин и отпечатков (лунок) на беговых дорожках колец, глубокой коррозии, шелушения металла, чешуйчатых отслоений, раковин, глубоких рисок и забоин на беговых дорожках колец и телах качения, надломов, сквозных трещин на сепараторе.

Отсутствие или ослабление заклепок сепараторов, забоины и вмятины на сепараторах, препятствующие плавному вращению подшипников, неравномерный износ беговых дорожек, образование «елки» в упорных и радиально-упорных подшипниках, заметная на глаз и на ощупь ступенчатая выработка рабочей поверхности колец не допускаются.

Допускаются царапины, риски на посадочных поверхностях наружных и внутренних колец подшипников, матовая поверхность беговых дорожек колец и тел качения. Следы коррозии на кольцах, телах качения и сепараторах должны быть зачищены

Годные по результатам наружного осмотра подшипники при вращении должны иметь ровный, без заедания ход, сопровождающийся незначительным шумом. Неравномерность вращения подшипника определяется в основном по отдаче в руку. Рывки указывают на наличие в подшипниках механических или абразивных частиц, стуки - на вмятины и коррозионные раковины на телах и дорожках качения, на большой износ сепараторов.

При торможении, заедании подшипник следует еще раз промыть и повторить проверку. Если при повторной проверке дефект не исчезает, подшипник бракуют.

Все подшипники, прошедшие контроль наружным осмотром, проверку на шум и легкость вращения, подвергают последующему контролю путем замеров.

Замерами проверяют радиальный зазор (для подшипников нерегулируемых типов) и размеры посадочных мест. Замеры проводят в помещении при температуре воздуха 18--20° С. При этом используется следующий измерительный инструмент: штангенциркуль с отсчетом по нониусу 0,02; микрометры с ценой делений 0,01 мм; нутрометры индикаторные с точностью до 0,01 мм и др.

Радиальные зазоры в шариковых и роликовых радиальных подшипниках замеряют при помощи прибора КИ-1223, который состоит из плиты / (рис. 58) с направляющими 9 и моста 2.

Рис. 58. Прибор КИ-1223 для измерения радиального зазора в подшипниках качения: 1 -- плита; 2-- мост; 3 -- конус; 4 -- втулка; 5 -- винт; 6-- головка; 7 -- индикатор; в --винтовой зажим; 9 --направляющие; 10 -- каретка; 11 -- планка; 12-- винт; 13 -- прямоугольный паз.

Прибор для измерения радиального зазора в подшипниках качения

В направляющих перемещается каретка 10 с индикатором часового типа 7 и винтовым зажимом 8. Индикатор закреплен в каретке планкой 11 и винтом12. В центре моста запрессована втулка 4с трапецеидальной резьбой, в которой перемещается винт 5.На конце винта закреплен конус 3,посредством которого подшипник прижимается к плите.

При помощи прибора можно измерять зазоры в подшипниках с диаметром внутренних колец от 17 до 110 мм, то есть практически у всех подшипников тракторов. Принцип работы прибора основан на том, что по показанию индикатора определяют величину зазора между внутренним и наружным кольцами шарикоподшипника.

Проверяемый подшипник укладывают торцовой частью на плиту / и прижимают к ней конусом 3. После этого каретку 10 с индикатором перемещают до соприкосновения его ножки с наружной обоймой подшипника. Стрелка индикатора должна быть повернута на 1--2 оборота. В таком положении каретка закрепляется на плите винтовым прижимом, который должен быть отвернут при перемещении каретки.

Чтобы определить радиальный зазор в подшипниках, необходимо наружное кольцо переместить вдоль оси ножки индикатора сначала в одну, а потом в противоположную стороны. По отклонению стрелки индикатора определяют величину радиального зазора в подшипнике. Для более точного определения зазора необходимо провести повторную проверку, провернув наружное кольцо подшипника на 90°.

При дефектовке роликовых конических подшипников следует помнить, что ролики из-за наружного кольца не должны выступать.

При помощи щупа можно измерять зазоры непосредственно на рабочем месте в роликовых и игольчатых подшипниках.

При оценке технического состояния проверяемого подшипника сравнивают результаты замера величины радиального зазора или других размеров с техническими условиями на дефектовку данного подшипника.

Требования на дефектовку подшипников качения при текущем или капитальном ремонте приводятся в технической документации, разрабатываемой и издаваемой ГОСНИТИ [22, 23, 29, 31, 32, 33 и др.]

Эти требования, разработанные для конкретных подшипников с учетом места их установки, включают в себя допустимые диаметры внутренних и наружных колец, а также величины радиальных зазоров.

Выбракованные подшипники сдают в ремонт на ремонтно-подшипниковые заводы. Сбор подшипников для ремонта является обязательным для всех эксплуатирующих и ремонтных предприятий, так как необходимо более полно использовать высококачественную легированную сталь.

У подшипников, предназначенных для отправки на ремонтно-подшипниковые заводы, допускаются: износ беговых дорожек колец; износ тел качения и да* же их отсутствие; повреждение или отсутствие сепаратора; повреждения на одном из колец (используется второе кольцо); неглубокие следы коррозии на поверхностях колец.

Не подлежат ремонту подшипники с трещинами на обоих кольцах и с глубокой коррозией на беговых дорожках.

На ремонтно-подшипниковых заводах шлифуют беговые дорожки колец подшипников, зачищают посадочные места, ставят новые комплекты тел качения, увеличенных по диаметру, меняют сепараторы. Поэтому важно не допускать работы подшипников до такой степени, чтобы они оказались лишь годными для сдачи в металлолом, и необходимо обеспечивать правильный их демонтаж. Следует в каждом хозяйстве и на каждом предприятии выделить ответственное лицо за сбор отработанных подшипников.

Обнаружение дефектов подшипников качения

Для большого числа высокопроизводительных вращающихся машин, работающих на высоких частотах вращения, используются подшипники качения. Такие машины часто работают продолжительное время в неблагоприятных условиях и, когда их подшипники выходят из строя, стоимость простоя может быть очень высокой.
Контроль, анализ и решение проблем, связанных с подшипниками, имеют в современной промышленности большое значение. Без использования хорошо налаженной системы технического обслуживания, основанной на прогнозировании состояния, трудно бороться с проблемами вибрации и работоспособности подшипников.

Целью данной статьи является описание дефектов подшипников качения, рекомендуемые методы анализа вибрации, а также возможные способы по минимизации времени простоя машин с использованием системы прогнозного обслуживания.

Типичные отказы подшипников и их причина

Производство подшипников качения осуществляется в условиях жестких требований к их качеству. Это одни из наиболее точных устройств, выпускаемых в машиностроении. При идеальных рабочих условиях подшипники могут непрерывно эксплуатироваться в течение многих лет. Вследствие того, что рабочие условия редко бывают идеальными, подшипники никогда не реализуют своих потенциальных возможностей с точки зрения ресурса. Срок службы подшипников качения зависит от условий их производства, хранения, обслуживания, установки, нагрузки и условий работы. В таблице 1 даны некоторые типы неисправностей подшипников и причины их вызывающие. Подробно они описываются в последующих главах.

Таблица 1. Типы неисправностей подшипников и причины их вызывающие.

Причина	Эффект	№рис.
Чрезмерная нагрузка	Поверхностное растрескивание ПерегревТекучесть металла	16 17
Нагрузка от дисбаланса	Повреждение дорожек качения
Расцентровка	Натиры дорожек качения Поверхностное растрескивание Повреждение сепаратора	16 17
Дефекты насадки подшипника на вал	Растрескивание и выкрашивание материала подшипника	2
Неправильная установка	Растрескивание и выкрашивание Повреждение при сборке	2 12

Диагностирование неисправностей подшипников

Подшипники качения, имеющие повреждения на дорожках, телах качения или сепараторе генерируют силы, которые передаются на внешний корпус подшипника и окружающую его конструкцию. Эти силы могут быть по своей природе периодическими, непериодическими или случайными и часто проявляются на высоких частотах вибрации.

Дефекты подшипника проявляются на характерных частотах, одни из которых связаны с его геометрическими параметрами, а другие являются чисто случайными. Например, вибрационные характеристики, показанные на рис.18 были сняты на машине с неисправным шариковым подшипником. Как видно на графике, в спектре ускорения проявляются высокочастотные составляющие.

График зависимости энергии импульсов (gSE) от времени показывает, насколько высокочастотные вибрации подшипника нерегулярны или случайны по своей природе. Подобные графики, полученные с помощью виброанализатора, позволяют оценить флуктуацию или "скачки". амплитуды и частоты. Объяснить подобные явления можно, исследуя силы, генерируемые дефектами подшипника.

Подшипник с дефектами может генерировать вибрацию на 4-х типах частот: - на роторных частотах, кратных частоте вращения (частоты кинематического возбуждения);

-на собственных частотах;

- на суммарных и разностных частотах;

- на случайных частотах.

Ниже все они рассматриваются более подробно.

Рис. 18. Вибропараметры поврежденного подшипника: а) зависимость энергии пиков от времени;

б) спектр виброускорения.

Роторные частоты

Неисправный подшипник генерирует вибрацию на следующих основных частотах, кратных частоте вращения:

- 1-я - частота вращения сепаратора;

- 2-я- частота вращения тела качения;

-3-я-частота перекатывания тел качения по внешнему кольцу;

-4-я-частота перекатывания тел качения по наружному кольцу.

Эти частоты можно вычислить, исходя из геометрических размеров элементов подшипника (диаметры тел и дорожек качения), а также количества тел качения, как показано на рис.19.

Вычисленные частоты не всегда точно совпадают с измеренными из-за проскальзывания шарика и несоответствия между реальным путем движения шарика и измеренным диаметром, который использовался в вычислениях.

Если Вы не знаете точно размеры подшипника, Вы можете по крайней мере оценить частоты перекатывания шарика по внутренней и внешней дорожкам.. Как правило, частота перекатывания по внутренней дорожки примерно равна 60 % от частоты вращения умноженной на число тел качения.

Предположим, что подшипник имеет 12 шариков и используется в машине, имеющей частоту вращения 3600 об/мин. Тогда для него, исходя из указанного правила, кратность частоты перекатывания по внутреннему кольцу от частоты вращения будет составлять 12х0,6=7,2, а сама частота равна 7.2ґ3600=25920 об/мин.

Что касается внешнего кольца, примерно 40% шариков проходят через заданную точку за каждый оборот вала. Оценочное значение частоты перекатывания шарика по внешнему кольцу для 12-ти шариков и частоты 3600 об/мин будет определяться как 0,4ґ12ґ(частота вращения) и составит 17280 об/мин.

Необходимо помнить, что подобные вычисления являются приближенными. Реальные частоты перекатывания могут значительно отличаться в зависимости от конфигурации подшипника.

В любом случае, знание частоты вращения шарика и частоты перекатывания часто полезно для анализа вибрации, возникающей в подшипнике, и для получения дополнительной информации о причине отказа. Например, если в подшипнике (с вращающимся внутренним кольцом) возник дефект на внутреннем кольце вследствие большого дисбаланса, при этом, в качестве первого признака его проявления в спектре вибрации скорее всего проявится частота перекатывания по внутреннему кольцу. Это связано с тем, что дисбаланс вызывает локальный дефект на кольце. Причина этого в том, что силы дисбаланса нагружают подшипник в ограниченной зоне кольца, где сила максимальна. При этом внешнее кольцо может разрушаться по всей длине окружности, пример такого разрушения приведен рис.20.

В противоположность сказанному, подшипник, подверженный действию внешних вибраций или в случае несоосности, вероятнее всего начнет разрушаться от внешнего кольца. Это значит, что частота перекатывания по внешнему кольцу первой проявит себя увеличением амплитуды по мере развития неисправности. Обратите внимание на вид дорожки, показанной на рис.21, она вызвана несоосностью.

При разрушении тел качения в результате неправильной смазки, перегрева или электрических повреждений (рис.22), первыми в спектрах вибрации увеличиваются кратности, соответствующие частоте вращения тел качения, а не частоте перекатывания.

В некоторых случаях интересующие нас подшипниковые частоты можно обнаружить только путем тщательного анализа вибрации. Однако, в случае присутствия нескольких дефектов, разделить частоты, присущие тем или иным дефектам сложно. В этом случае требуется применение синхронного анализа для подавления паразитных составляющих.

Собственныечастоты

Дополнительно к описанным частотам, ударное взаимодействие между телами и дорожками качения подшипника возбуждает колебания элементов машины и элементов подшипника на собственных частотах. Каждый элемент при ударном воздействии возбуждается на своей собственной частоте. Дефекты подшипника воздействуют ударными импульсами на различные части подшипника, заставляя их вибрировать по собственным формам колебаний.

Проявление собственных частот элементов подшипника достаточно тесно связано с роторными частотами. Но в отличие от частот кратных частоте вращения, вибрация на собственных частотах почти всегда порождается несколькими различными элементами подшипника, которые генерируют несколько различных частот различной амплитуды. Амплитуда на собственных частотах имеет тенденцию случайно флуктуировать.

Дефект сепаратора или шарика:

Fcage= [Di/(Di +Do)] x RPM

Дефект шарика:

Fball= [(Do/Db) x Di/(Di + Do)] x RPM

Дефект внутреннего кольца:

Finner= [Do/(Di+Do)] x M x RPM

Дефект внешнего кольца:

Fouter= [Di/(Do+Di)] x M x RPM

Где: Di - диаметр внутреннего кольца

Do - диаметр внешнего кольца

Db - диаметр шарика

М- число тел качения

RPM- частота вращения вала

F - частота проявления дефекта.

Суммарные и разностные частоты

Одиночный дефект на внутреннем или внешнем кольце подшипника генерирует вибрацию на частоте перекатывания тела качения. В процессе развития неисправности размер области повреждения растет, внося свой вклад в развитие новых дефектов. Следовательно, будет наблюдаться увеличение числа частот и ширины спектра. Эти частоты будут модулироваться силами дисбаланса на частоте вращения вала или другими силами. В результате модулирования в спектре будет проявляться большое числосуммарно-разностные частоты.

Например, предположим, что машина работает на частоте вращения 3600 об/мин и вычисленная кратность частоты перекатывания шарика для дефекта на внутреннем кольце равна 25292 циклов/мин. В спектре будут проявляются обе эти частоты, но кроме них, также будут проявляться суммарная (3600+25292 = 28892 циклов/мин) и разностная частоты (25292-3600 = 21692 циклов/мин). Как показано на рис.23, эффект модуляции проявляется в возникновении достаточно широкого спектра частот.

Рис.23. Примеры проявления суммарных и разностных частот.

Случайная высокочастотная вибрация

Когда повреждения подшипника связаны с усталостью, истиранием или другими подобными эффектами, порождаемые вибрации обычно являются случайными и высокочастотными. В спектрах таких вибраций нет заметных максимумов и сам сигнал является непериодическим, как в случае дискретного точечного выкрашивания дорожки качения. Уровень случайных вибраций также меняется случайным образом (см. рис.24). Как следует из рассмотрения рис.24, на котором изображено изменение сигнала во времени, уровень вибрации изменяется случайным образом. Случайные вибрации могут быть как широкополосными так и узкополосными. Исследование амплитудных и частотных характеристик случайных вибраций часто вляется полезным для понимания ее причин и серьезности дефектов.

Хотя изменение уровня случайной вибрации во времени непредсказуемо, амплитуду этой вибрации можно измерить и оценить. Чем больше амплитуда этой вибрации, тем серьезнее дефект. Серьезность дефекта можно оценить с помощью измерений энергии импульсов (gSP), применение которой рассмотрено в следующем разделе.

Рис.24. Зависимость амплитуды случайной вибрации от времени.

Измерение энергии импульсов (gSP)

Энергия импульсов определяется как "энергия вибрации, которая генерируется короткими ударными силовыми импульсами, импульсами при взаимодействии металл- металл, случайными вибрационными импульсами, распространяющимися по конструкции. Далее обсуждается, как измерения gSP могут быть использованы для оценки состояния подшипников качения.

Подшипники являются одними из наиболее точных узлов машины, поэтому их вибрации, когда подшипник правильно изготовлен малы по сравнению с вибрацией остальных узлов машины. На начальной стадии развития неисправности в подшипнике уровень его вибрации очень мал по сравнению с вибрацией других частей машины.

Общий уровень вибрации (нефильтрованный уровень виброскорости или ускорения), измеренный на корпусе машины, не позволяет оценить состояние подшипника до тех пор пока его неисправность не достигнет критической степени развития. Поэтому измерение общего уровня вибрации для контроля состояния подшипников является не эффективным.

Эффективным для этих целей является измерение энергии импульсов, которая измеряется в высокочастотной области и более чувствительна к изменению состояния подшипника, чем общий уровень вибрации. На рис.25 показан виброметр фирмы IRD модели 810, который обеспечивает измерение вибросмещения, виброскорости, виброускорения, а также уровня энергии импульсов, характеризующей неисправности подшипников и зубчатых передач.

Рис.25. Виброметр модели 810 фирмы IRD.

Как показано на рис.26, дефекты дорожек и тел качения вызывают импульсные ударные воздействия на различные элементы подшипника. Эти воздействия, в свою очередь, возбуждают резонансные частоты различных элементов подшипника. Целый ряд приборов фирмы IRD позволяет измерять эти характеристики, обеспечивая получение информации о состоянии подшипника.

Рис.26. Пример сигнала энергии импульсов для поврежденного подшипника.

Акселерометр модели 970 фирмы IRD, установленный на шпильке на корпусе машины, имеет собственную частоту примерно 27000 Гц или 1620000 об/мин. Эта частота значительно выше частоты вибрации, возникающей из-за несоосности, дисбаланса, электричества, аэродинамических и гидравлических сил. В результате, единственными источниками вибрации, которые возбуждают собственные частоты акселерометра являются ударные силы, генерируемые неисправным подшипником или зубчатой передачей.

Для измерения энергии импульсов необходим фильтр высоких частот, отсекающий частоты ниже 5000 Гц (300000 об/мин), поэтому увеличение вибрации из-за дисбаланса и несоосности не вызывает увеличение энергии импульсов. При работе в режиме измерения энергии импульсов приборы фирмы IRD настроены таким образом, что они фиксируют только случайную вибрацию импульсного и ударного происхождения.

На рис.27 показан акселерометр, установленный на поверхности машины. Энергия импульсов, генерируемая подшипником, различными путями передается на внешнюю поверхность машины. Сигнал с акселерометра поступает на специальный блок обработки сигнала в приборе для измерения энергии импульсов, который преобразует поступающий сигнал таким образом, что выделяется только та его часть, которая связана с неисправностью подшипника. Единицы измерения энергии импульсов- gSE.

Рис.27. Возбуждение неисправным подшипником энергии импульсов (gSE).

Наблюдение за осциллограммой вибрационного сигнала также может оказаться полезным для обнаружения определенных частот вибрации подшипника. На рис.28 показан сигнал подшипника, имеющего дефект на внутренней дорожке. При прохождении тел качения через этот дефект генерируются пики, которые ясно видимые на дисплее. Период этих колебаний можно приблизительно оценить по шкале нанесенной на экран осциллографа и затем его можно с вычисленным для конкретизации дефекта.

Вибросигнал меняется по амплитуде, так как дефект на внутреннем кольце вращается вместе с валом и, следовательно, постоянно меняет свое положение относительно установленного вибродатчика. Подобные изменения амплитуды могут выглядеть или как регулярная амплитудная модуляция синусоидальных колебаний, или как случайные изменения амплитуды.



Рис.28. Сигнал подшипника, имеющего дефект на внутренней дорожке.

Допустимый радиальный зазор не должен превышать значения 0,26 мкм. Следовательно мы анализируем результаты измерений, делаем выводы и заносим их в вышепостроенную таблицу.

Размещено на Allbest.ru

...