Дефектация подшипников качения

При рядовой эксплуатации машин в сельскохозяйственном производстве наблюдаются внезапные и постепенные отказы подшипниковых узлов. При этом подшипник частично или полностью утрачивает работоспособность, т.е. не удовлетворяет хотя бы одному из предъявленных требований в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций. Необходимо своевременно предупреждать отказы подшипников качения. При эксплуатации неисправного подшипника через короткий срок выходят из строя многие детали узла, в том числе и корпус, рождая технологические сложности при восстановлении, удорожая стоимость ремонта. Поэтому очень важно знать основные виды повреждений и методы обнаружения.

При работе любых узлов трения на рабочих поверхностях протекают различные процессы изнашивания. В зависимости от нагрузки, скорости вращения, наличия смазочного материала и абразивных частиц в нём на поверхностях беговых дорожек и тел качения могут развиться окислительное и абразивное изнашивание, усталостное выкрашивание, приводящее к ускоренному увеличению зазоров, пластической деформации (смятию) и т.д.

В практике эксплуатации тракторов, автомобилей, сельскохозяйственных машин подшипники качения, как правило, выходят из строя из-за комбинации различных видов изнашивания. Н рисунке 7.1. показаны характерные виды и формы изнашивания рабочих поверхностей.

	а – окислительное изнашивание наружного кольца конического роликоподшипника; б – коррозия деталей подшипников, работающих во влажной среде и при резких перепадах температур; в – усталостное изнашивание дорожки качения наружного кольца подшипника; е – изнашивание беговой дорожки кольца при вибрации и перекосах; д – коррозионно-окислительное изнашивание кольца подшипника; ж – основидно-усталостное изнашивание (питтинг) тел качения при повышенных нагрузках; з – абразивно-окислительное изнашивание дорожки качения кольца; и – сколы борта наружного кольца; к – изнашивание сепаратора при трении скольжения о поверхность наружного кольца. Рисунок 7.1.- Виды изнашивания подшипников качения и их деталей		Рисунок 7.1. Виды изнашивания подшипников качения и их деталей: а – окислительное изнашивание наружного кольца конического роликоподшипника; б – коррозия деталей подшипников, работающих во влажной среде и при резких перепадах температур; в – усталостное изнашивание дорожки качения наружного кольца подшипника; е – изнашивание беговой дорожки кольца при вибрации и перекосах; д – коррозионно-окислительное изнашивание кольца подшипника; ж – основидно-усталостное изнашивание (питтинг) тел качения при повышенных нагрузках; з – абразивно-окислительное изнашивание дорожки качения кольца; и – сколы борта наружного кольца; к – изнашивание сепаратора при трении скольжения о поверхность наружного кольца.

Техническое состояние подшипников качения выявляют внешним осмотром, проверкой на шум и лёгкость вращения, измерением радиального зазора (радиальных) и монтажной сборочной высоты (конических) подшипников, диаметров колец (при наличии следов сдвига, ослабления посадки обойм относительно корпуса или вала).

Подшипники выбраковывают, если они имеют:

Ø Трещины или следы выкрашивания металла на кольцах или телах качения;

Ø Чешуйчатое отслоение металла;

Ø Глубокие коррозионные раковины;

Ø Глубокие риски;

Ø Забоины;

Ø Сквозные трещины на сепараторе;

Ø Ослабленные заклёпки на сепараторе;

Ø Забоины и вмятины на сепараторе, препятствующие плавному вращению подшипника;

Ø Неравномерный износ беговых дорожек;

Ø Выступание роликов за наружное кольцо конического подшипника (в сборе);

Ø Заметную на глаз и ощупь ступенчатую выработку рабочей поверхности колец.

Допускаются царапины и риски на посадочных поверхностях наружных и внутренних колец, забоины и вмятины, не препятствующие плавному вращению подшипника, а так же матовая поверхность беговых дорожек и тел качения.

Перед проверкой на лёгкость вращения подшипник погружают в керосин или дизельное топливо (возможен бензин с добавкой 10% моторного масла), а затем снаружи протирают чистой ветошью.

а-мелкие ямки усталостного разрушения и макроструктура, характеризующая начальную стадию разрушения поверхности; б- поверхность после интенсивного усталостного изнашивания, сопровождающегося выкрашиванием материала и макроструктура, характеризующая стадию интенсивного разрушения поверхности. Рисунок 7.2.- Особенности разрушения беговой дорожки шарикового подшипника в результате усталостного изнашивания.

Рисунок 7.3.- Поверхность внутреннего кольца конического подшипника, подвергшаяся фреттинг-коррозии..

При проверке вращают наружное кольцо, удерживая от перемещения внутреннее. Исправный подшипник должен вращаться легко, без заеданий, издавая глухой шипящий звук. Резкий металлический, дребезжащий звук, стуки, щелчки свидетельствуют о повреждении подшипника.

У шарикоподшипников, признанных годными при осмотре и вращении, замеряют радиальный зазор на приборе КИ-1223 или КИ-0512 (Рисунок 7.5.). В трёх плоскостях через 120° и сравнивают с техническими требованиями (Приложение 1).

У конических роликовых подшипников контролируют монтажную высоту при помощи штангенглубиномера. Схема контроля показана на рисунке 7.4.

Рисунок 7.4.- Контроль монтажной высоты при помощи штангенглубиномера.

	1–плита; 2–мост; 3–конус; 4–втулка; 5–винт; 6-головка; 7-индикатор; 8-винтовой зажим; 9-направляющие; 10-каретка; 11-планка; 12-винт; 13-прямоугольный паз. Рисунок 7.5.- Прибор КИ-1223 для измерения радиального зазора в подшипниках качения		а- измерение неравномерного износа дорожек качения колец в подшипниках; б- измерение радиального зазора в подшипниках. Рисунок 7.6.- Прибор для контроля подшипников качения 70-8019-1501

При отсутствии указанных приборов можно использовать штангенциркуль, определяя разность замеров. В двух диаметрально противоположных направлениях, при прижатом к одной стороне внутреннем кольце подшипника.

Таблица 7.1.-Результаты контроля подшипников качения.

Номер подшипника по каталогу	Внешние признаки нарушения работоспособности	Величина радиального зазора	Монтажная высота конического подшипника	ЗАКЛЮЧЕНИЕ (годный или браковать)
			Ср.

Диаметр колец следует измерить при помощи микрометров и нутромеров только в тех случаях, когда имеются следы сдвига колец относительно вала или корпуса (светлые, блестящие, глянцевые пятна или риски на посадочных поверхностях), а также при наличии коррозии, прижогов и чернот.

8. ДЕФЕКТАЦИЯ ШЕСТЕРЁН, ШЛИЦЕВЫХ И ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Различают следующие дефекты в цилиндрических и конических зубчатых зацеплениях:

Ø Износ зубьев по толщине;

Ø Выкрашивание металла на рабочей поверхности зубьев;

Ø Сколы и износ торцов шестерён;

Ø Микротрещины у основания зуба;

Ø Износ зубьев по длине.

При твёрдости материала шестерён более НRC45 преобладает выкрашивание (точечное или равномерно распределённое), при твёрдости менее НRC40…45 поверхностный износ проявляется в виде пластической деформации, «течения металла», перераспределения его из зоны сосредоточенного контакта на вершину зуба и на его края (рисунок 8.3 и 8.4).

Состояние рабочих поверхностей зубьев шестерён контролирует внешним осмотром и при помощи измерительного инструмента. Величину износа зубьев по толщине измеряют штангензубомером (рисунок. 8.1) и сравнивают с техническими требованиями (Приложение 2), а износ посадочных мест шлицевых и шпоночных пазов - штангенциркулем или калибром.

	Рисунок 8.1.-Штангензубомер
		Рисунок 8.2. Схема измерения тангенцальным зубомером (а) и устройство зубомера (Б)

Тангенциальный зубомер или зубомер смещения (см. рис. 8.2) применяют для определения смещения исходного контура и длины постоянной хорды зуба. Зубомер состоит из корпуса, закрепленного в нем индикатора часового типа 2, измерительных губок 4, 6 и винта З, который свинчивает обе губки, помещенные в пазах корпуса. На одной половине винта нарезана правая, на другой — левая резьба. Благодаря этому губки при вращении винта перемещаются по пазам корпуса навстречу одна другой или в разные стороны, но всегда располагаются симметрично относительно оси индикатора. В нужном положении губки фиксируются винтами 1. Измерительные плоскости губок наклонены по отношению к вертикальной оси под углом 20 град. и совместно с касательной к окружности выступов воспроизводят номинальный исходный контур зуба. Настройка зубомера заключается в том, что по точному ролику 5 или по эталонным призмам измерительные плоскости губок и измерительный наконечник З (см. рис. 7,а) индикатора устанавливают по размерам $ и соответствующим размерам номинального контура проверяемого зуба, показанного на рисунке сплошной линией. Для контроля зубьев зубомер устанавливают на зубья проверяемого зубчатого колеса так, чтобы его измерительные плоскости касались боковых поверхностей реального контура зуба и по показаниям стрелки индикатора определяют смещение исходного контура.

Состояние рабочих поверхностей зубьев шестерен определяют осмотром, а износ зубьев, шлицевых или шпоночных пазов измеряют универсальным инструментом (зубомером, штангенциркулем), шаблонами или калибрами. При дефектации шестерен по толщине зуба износу внутренней поверхности втулок, шлицевых и шпоночных пазов можно пользоваться данными, приведенными в таблицах. Не допускаются к сборке шестерни со сквозными трещинами на зубьях и забоинами на их торцах, с неравномерным износом зубьев (более 0,05 мм на длине 10 мм (проверять только у непостоянно замкнутых шестерен).

Толщину зуба цилиндрических шестерен определяют как среднеарифметический результат измерения трех зубьев, расположенных под углом 120°.

Толщину зубьев конических шестерен определяют аналогичным образом, но измерения ведут на расстоянии 5 мм от торца большого диаметра.

Толщина зуба во многом определяет прочность зубчатой передачи. В процессе эксплуатации зубья изнашиваются, толщина их уменьшается, а это приводит к увеличению бокового зазора в зацеплении, усилению напряжения уменьшению прочности зуба, увеличению динамического эффекта при передаче нагрузки (крутящего момента), снижению к.п.д. передачи и нарушению теплового баланса зубчатой пары.

Поскольку все эти дефекты передачи достигают своих предельных значений не одновременно, установить единый критерий предельного износа зубьев по толщине не представляется возможным.

Данные эксплуатации и ремонта зубчатых передач позволяют считать, что предельный износ зубьев по толщине следует принимать равным 8-18% толщины зуба по постоянной хорде. В соответствии с этим составлена таблица 8.1. допустимого износа зубьев по толщине в зависимости от скорости реверсирования.

.

Таблица 8.1. - Требования к дефектации шестерён и зубчатых колёс

Окружная скорость зубчатого колеса, м/с	Допустимый износ зубьев по толщине, % (по постоянной хорде)
При передаче мощности в одном направлении	При передачи мощности с частым реверсированием
До 2	12	10
От 2 до 5	10	8
Св. 5	7	6

ДЕФЕКТАЦИЯ ШЛИЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

В сельскохозяйственных машинах в основном применяются шлицевые соединении с прямоточными профилями зубьев (шлицев). В процессе эксплуатации в шлицевых соединениях увеличивается боковой зазор, что вызывает возникновению дополнительных ударных нагрузок, отражаются на работе зубчатых колес, подшипников и др.

Основными дефектами соединений являются износ шлицев по толщине, износ впадин по ширине и непараллельность шлицев по отношению оси вала.

Ширина шлицев, мм	Допустимый зазор в шлицевых соединениях, мм
При работе с нереверсированием	При работе с реверсированием
Неподвижные соединения	Подвижные соединения
До 8	0,5	0,65	0,4
10 - 16	0,65 / 0,9	0,9 / 1,25	0,5 / 0,65

Исследования показали, что зазор в прямоточном шлицевом соединении образуется под воздействием ударной нагрузки в результате смятия шлицев, значения допустимых зазоров приводятся в таблице 8.2.

Таблица 8.2. -Требования к дефектации шлицевых соединений.

Таблица 8.3.-Результаты дефектации шестерён

Наименование шестерни	Внешние признаки нарушения работоспособности	Толщина зуба, мм	ЗАКЛЮЧЕНИЕ (годная или браковать)
			Ср.

На каждую шестерню техническими требованиями установлены высота замера штангензубомером и допускаемая толщина зуба. При измерении шаблоном шестерня считается годной, если шаблон касается профиля зуба с зазором при вершине. Шестерня подлежит выбраковке, если шаблон ложится на вершину зуба и не касается его профиля.

Шлицевые соединения с прямобочным профилем могут иметь следующие дефекты: забоины, сколы, заусеницы на зубьях вала и отверстия, скручивание шлицов, износ сопрягаемых центрируемых поверхностей, износ зубьев вала по толщине, износ впадин по ширине.

ДЕФЕКТАЦИЯ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Шпоночные соединения могут иметь следующие дефекты: износ шпоночного паза по ширине, смятие и забоины на его боковых поверхностях, износ, смятие и забоины на боковых поверхностях самой шпонки.

Опыт эксплуатации показывает, что основными дефектами шпоночных соединений в сельскохозяйственных машинах являются: износ шпоночного паза по ширине; смятие, выбоины на боковых поверхностях шпоночного паза или шпонки. В картах на дефектацию отражаются только дефекты шпоночных пазов; износ боковых поверхностей шпонок не определяется. Основным дефектом, по которому следует устанавливать допустимые размеры и зазоры, служит износ шпоночного паза по ширине для вала и охватываемой детали. Значения допустимых боковых зазоров между пазом и шпонкой в зависимости от типа соединения приведены в таблице 8.4.

Таблица 8.4.-Требования к дефектации шпоночных соединений

Вид соединения	Допустимый зазор в шпоночном соединениях, мм
Неподвижные соединения	Подвижные соединения
Вал-шпонка призматическая и сегментная	0,1-0,2	0,3
Отверстие-шпонка призматическая и сегментная	0,3-0,4	0,5
Вал-шпонка клиновая	0,5	-
Отверстие-шпонка клиновая	0,5	-

Соотношения допустимых зазоров в шпоночных соединениях картофелеуборочных, посевных, посадочных в почвообрабатывающих сельскохозяйственных машин с допустимыми размерами шпоночного паза по ширине характеризуется следующими данными: