Почему подшипники качения шариковые и роликовые нагреваются меньше чем подшипники скольжения
Причины поломки шариковых подшипников
Принцип работы подшипника
Подшипник или подшипниковый узел состоит из нескольких деталей. Это два кольца, наружное и внутреннее, тела качения, в данном случае это шарики и сепаратор, который разделят шарики между собой. Есть подшипники и без сепаратора, но они используются меньше, для ненагруженных соединений. При вращении вала нагрузка поступает на внутреннее кольцо, далее на шарики, которые вращаясь вместе с сепаратором, передают её на наружное кольцо. Причем нагрузку получает и передает каждый шарик в отдельности. Подшипник фиксирует вал или узел в пространстве и обеспечивает ему вращение с наименьшими потерями на сопротивление. При этом он передает полученную нагрузку на другие части механизма или конструкции.
Во время своей работы подшипник испытывает такие нагрузки: и осевую нагрузку и радиальную. Сами шарики получают во время работы нагрузку на сдвиг и на сжатие, которая в результате неправильной работы приводит в дальнейшем к их деформации и разрушению. Для нормальной работы деталей подшипник наполняется смазкой, которая должна быть соответственно качественной. Когда подшипник имеет крышку или уплотнение, которые предотвращает подшипник от утечки масла и от попадания загрязнений, он служит долго.
Выбирают подшипники по следующим характеристикам:
Какие причины разрушения сепаратора подшипника.
При разрушении сепаратора диагностировать причину иногда бывает трудно, так как обычно повреждается не только сепаратор, но и шарики и кольца. Но есть ряд причин, при которых повреждается именно сепаратор. Это в первую очередь, усиленная вибрация, частота вращения подшипника большая, чем предусмотрено при его производстве, большой износ в процессе неправильной эксплуатации и заклинивание вследствие изменения геометрии шариков.
Сепаратор рассыпался как старый пластик
Если вибрации превышают допустимые значения, в теле сепаратора появляются усталостные разрушения в виде трещин, которые приводят к полному разрушению сепаратора, как на фото. Главной разрушающей силой выступает сила инерции. Она же разрушает сепаратор в подшипнике, который работает с более высокой скоростью, чем это заложено.
Так как сепаратор всегда изготавливается из материала, который мягче чем кольца и шарики, при неправильной эксплуатации он быстрее изнашивается. Увеличивается размер карманов для шариков, что приводит к изменению кинематической силы и разрушению сепаратора. Причина всего этого – недостаточность смазки и попадание частиц пыли, выступающих в роли абразива.
Иногда сепаратор разрушается из –за того, что грязь и частицы сколов шариков приводят к заклиниванию последних.
Выход из строя шариков, причины
Чаще всего шарики выходят из строя из за деформации, которая, чаще всего, происходит из-за перегрева шариков во время работы и затем медленного остывания. Это приводит у отпуску поверхностного закаленного слоя. Шарики не могут выдерживать нагрузку, на них могут появляться трещины, сколы. Может проявляться в виде деформации, шарики становятся овальной формы, получается заклинивание и разрушение остальных деталей подшипника.
Шарики в процессе изготовления перед полировкой проходят процесс термообработки, то есть цементации верхнего слоя. Поэтому очень важно, что бы выдерживался тот режим работы, на который они рассчитывался.
Деформированные и срезанные во время эксплуатации шарики
Перегрев может происходить за счет недостаточного количества смазки или её полного отсутствия, попадания внутрь грязи, которая выступает в роли абразива, вследствие неправильного режима работы, ударов или повышенной вибрации.
Выход из строя колец подшипника, причины
Очень часто кольца подшипника выходят из строя из –за усталостных разрушений. Они происходят по причине неподходящей смазки. Смазка должна быть достаточно вязкой и покрывать дорожки качения сплошным слоем. Поверхность при этом начинает перегреваться, появляются трещины, чем дальше, тем больше глубина трещин, следовательно, подшипник перестает работать.
Влияет на кольца и попадание пыли и грязи, которые также выступают как абразив и приводят к перегреву верхнего слоя и его разрушения. Это чаще всего случается с подшипниками, которые находятся в контакте с грязью, с агрессивными средами, при этом не имеющие защитной крышки или уплотнения. Такие разрушения называют ещё атмосферными.
Износ дорожек кольца подшипника
Например, это могут быть ступичные подшипники, с заменой которых сталкивался каждый автовладелец.
Поломки внутреннего кольца в подшипнике ступицы
Также причиной поломки может быть неправильная посадка подшипника на вал. Это может быть как посадка с большим натягом, так и очень слабая. Она называется фреттинг-коррозия и влияет на состояние внутреннего кольца подшипника. Неправильная посадка может вызывать бриннелирование поверхности колец, то есть выемки могут следовать одна за другой. Это случается, опять таки, при неправильной установке подшипника или сильных механических ударов по узлу с подшипником. Поэтому, при установке, например, того же подшипника ступицей удары по нему недопустимы, только давление.
По поводу поломки ступичного подшипника можно почитать в статье, перейдя по ссылке:
Может быть, лучшим вариантом использовать подшипники, которые имеют большее сопротивление к нагрузкам.
Другой вид выемок, которые представляют не только частые выбоинки, но их сдвиг, возникают в том случае, если узел с подшипником подвергается постоянной вибрации даже при внерабочем состоянии.
Также они могут получиться, если в подшипник попали твердые частицы, которые поцарапали поверхностный слой. Вокруг этих царапин возникают напряжения, которые в дальнейшем приводят к трещинам и выбоинкам.
Повреждения в подшипнике могут возникнуть вплоть до полного его разрушения в том случае, если через него проходит электрический ток. Это чаще всего происходит при плохой изоляции. Очень часто во время сварки сам узел или сварочное оборудование не имеют заземления.
Влияет на стойкость колец и дисбаланс ротора. Если работа ротора ведётся на высоких скоростях, необходима его балансировка, иначе на внутреннем кольце появится выработка, обычно с одной стороны.
Несоосность между внешним кольцом и валом, на который он насажен, между валом и корпусом подшипника приводят также к сколам на поверхности, усталостности на поверхности.
Конечно, не нужно выпускать из внимания и заводской брак. Он может быть проявлен как в самом подшипнике, так и при его установке в узел, когда инструмент (ролики) оставляют вмятины на кольце.
Также брак может быть при изготовлении самого подшипника. Это или брак в металле или брак сборки узла. Также неправильное применение подшипника может быть причиной его разрушения. Каждый подшипник имеет свой режим работы, на который он рассчитан при выпуске и его нарушение приводит к поломке.
Конечно, при выпуске подшипники имеют свой ресурс, который обычно выдерживается, если соблюдаются определённые условия его эксплуатации.
Также важно следить за качеством и количеством смазки в подшипнике. Если есть возможность, подшипник вынимается, очищается от грязи, промывается. Затем добавляется смазка.
Практически без смазки подшипник не работает. Его принцип работы основан на беспрепятственном вращении всех его частей.
Применение уплотнителя или применение подшипника с крышкой дает дополнительный срок службы подшипника. Иногда расходы на замену подшипника или простой оборудования обойдутся дороже самого подшипника хорошего качества.
Причины и методы устранения перегрева подшипниковых узлов
В устройствах, конструкции которых предусматривают использование подшипниковых узлов, нередко наблюдается проблема перегрева. Обычно она вызвана ухудшением либо загрязнением смазки приборов, однако причин тому может быть множество. Стоит помнить, что нормальной температурой подшипника считается показатель не выше 65°С или примерно на 30° больше температуры окружающей среды.
Небольшой перегрев подшипника возможен сразу после замены или наполнения смазкой. Происходит это из-за повышенного сопротивления добавленного смазочного материала, который в самом начале работы начинает принимать свое нормальное состояние внутри подшипника.
Почему нельзя перегревать подшипник
Превышение допустимых температур может привести к возникновению следующих неисправностей:
В результате, с высокой степенью вероятности, подшипник сломается.
Основные признаки перегрева
Понять, что температура подшипника превысила рекомендуемую, возможно по посторонним шумам, которые возникают при его работе. Визуально на это указывает изменение цвета элементов конструкции подшипника, которое может происходить в диапазоне от золотистого до синего в различной тональности. В экстремальных случаях наблюдается деформация подшипника – разрушаются уплотнения и/или сепаратор, в первую очередь, полимерные.
Смазка может потерять нужные свойства. Высокие температуры приводят к снижению вязкости последней и вытеканию из внутренних полостей. Значительное превышение температурного режима может стать причиной синерезиса (расслоения) консистентной смазки. В этом случае базовое масло (жидкая фракция) вытекает. Во внутренней полости остается только загуститель (сухое мыло). В результате подшипник клинит.
Причины и методы устранения перегрева
| Избыток/ недостаток смазки в подшипнике | Уровень смазки в подшипнике должен быть чуть меньше середины нижнего тела качения. Корпус же должен быть наполнен смазкой от 1/3 до 1/2 свободного объема. |
| Загрязнение смазки твердыми частицами, ее обводнение или окисление | Часто случается из-за повреждения сальника. Решение этой проблемы очевидно – срочная замена смазки для подшипников. И, по возможности, устранение попадания твердых частиц. |
| Ошибки в установке подшипника | Это может быть недостаточные осевые и радиальные зазоры у подшипника, чрезмерный натяг при посадке, перекос колец из-за осевых отклонений при монтаже, повреждение рабочей поверхности тел качения и т.д. Из-за неправильной установки подшипника эксплуатационная нагрузка на его рабочие поверхности приходится под неправильными углами. Это и приводит к чрезмерному нагреву рабочих поверхностей детали и сокращению сроков эксплуатации. Устранение проблемы – демонтаж и установка согласно нормативам. |
| Чрезмерная нагрузка на подшипник | Это может произойти из-за нарушения балансировки вращающихся деталей, например, вала. |
| Разрушение или износ деталей | В данном случае поможет только замена подшипника новым. |
| Загрязнение подшипника в период установки или эксплуатации | Устранение: демонтировать подшипник, промыть его или хорошо очистить детали и снова установить. |
| Неправильный подбор подшипника | Решение этой проблемы заключается в замене на другую модель из каталога подшипников, которая будет соответствовать нормативам. |
Чтобы предотвратить перегрев подшипника, стоит осуществлять периодическое промывание системы смазки (в рамках ТО), мониторинг температурного режима, систематический контроль организации смазки, обеспечение бесперебойного функционирования системы теплоотведения (принудительного и естественного охлаждения). А также проводить проверку корректности выполнения монтажа и положения изделия, монтаж высокотемпературных подшипников.
Не мене важно – использовать качественные узлы, которые смогут работать без перебоев. Купить подшипники в Минске в розницу можно в магазине «Клинотекс».
Маркировки и стандарты подшипников для роликовых коньков: отличия и назначение
Какие бывают виды маркировок, зачем они нужны и как правильно выбрать подшипники для роликов.
Подшипники — это сердце роликовых коньков. При этом совершенно не имеет значения, про ролики какого типа идёт речь.
Именно подшипник заставляет колёса вращаться, благодаря чему последние позволяют роликам развивать желаемую скорость. Качество подшипников напрямую влияет на результаты роллеров на соревнованиях и марафонах, а также сказывается на комфорте в любительском катании.
Это большое и ёмкое руководство позволит не только понять различия, но и легко определить тип детали, подходящий именно для вашего стиля и уровня катания.
Стандарты (марки) подшипников
Все подшипники делятся на 2 стандарта (марки): 608 и 688. Их также называют размером.
Классические роликовые коньки и ролики квады обычно оснащаются подшипниками 608 стандарта, которые просты в обслуживании и позволяют долго держать высокую скорость при катании.
Подшипники 688 стандарта также хорошо разгоняются и держат скорость, но более чувствительны к грязи, пыли, воде, поэтому требуют более аккуратного обслуживания.
Маркировки подшипников ABEC
В производстве роликовых коньков (а также скейтбордов и самокатов) подшипники принято маркировать обозначением «ABEC» с добавлением нечётной цифры от 1 до 9.
Сама аббревиатура ABEC расшифровывается довольно необычно как Annular Bearing Engineering Council или «Комитет по разработке подшипников», а цифра характеризует точность допуска при производстве. При этом, чем меньше цифра, тем ниже допуск (не скорость!), а соответственно, и стоимость детали.
Чем отличаются маркировки (классы)?
Оценка скорости вращения подшипника по классу — самое большое заблуждение покупателей. Многие считаю: чем выше цифра в маркировке, тем быстрее будут ехать ролики. Но это не так.
Маркировка определяет, насколько точно изготовлен подшипник. И чем цифра больше, тем «ювелирнее» и идеальнее выполнена деталь.
Класс будет влиять на накат роликов (продолжительность качения без дополнительного толчка) и долговечность, но никак не на скорость. Кроме того, маркировка определяет, для какого стиля катания подойдёт деталь.
От чего же зависит скорость?
Мы уже выяснили, что цифра в маркировке – не показатель скорости. Так подшипники ABEC 9 по умолчанию могут быть не самыми быстрыми, но обеспечат более продолжительный крутящий момент.
А повлиять на скорость могут следующие факторы:
Более пластичная и густая смазка замедляет скорость вращения, но при этом увеличивает ресурс использования.
И наоборот, жидкая смазка позволяет в первое время лучше разгоняться, но быстро испаряется, вытекает и требует для подшипников очень частого обслуживания. К тому же использование последней совершенно нецелесообразно для роликов из серии «фитнес».
Подшипники любой маркировки (при условии отсутствия брака) в первое время после покупки будут исправно выполнять свою функцию. Но в зависимости от «пробега» и условий катания – постепенно ухудшат характеристики.
Нагрузка и продолжительность катания со временем потребуют обновления смазки, а неизбежное попадания пыли, песка и грязи – своевременную прочистку и возможно даже замену детали.
Отличия маркировок ABEC
Как мы уже упомянули выше, по маркировке можно подбирать запчасти в зависимости от стиля катания. Кроме этого, стоит пояснить назначение и других моделей подшипников от популярного производителя Powerslide, которые вызывают больше всего вопросов.
Самые популярные маркировки: ABEC 1, ABEC 3, ABEC 5, ABEC 7, ABEC 9:
Помимо маркировки ABEC существуют и другие классы точности:
Соответствие данных классов и ABEC представлено в таблице ниже:
Другие типы подшипников от Wicked
Сопутствующий бренд компании Powerslide — Wicked — выпускает также подшипники для роликовых коньков типа Rustproof, Twincam ILQ9, Swiss и др.
В отличие от ABEC, который является утверждённым промышленным показателем, ILQ не является стандартом, определяющим качество подшипника, а просто относится к названию, используемому в подшипниках Twincam в маркетинговый целях.
Twincam имеют схожую с ABEC маркировку и хорошее качество. Подшипники «Pro» имеют нейлоновую обойму и, как правило, используются спидскейтерами, а то время, как в «Classic» обойма из стали, что больше подходит для катания по городу и фристайла;
Основываясь на комментариях самого производителя, из всех перечисленных «немаркированных» моделей самыми быстрыми на сегодняшний день являются подшипники Swiss, за которыми идут ILQ Pro, ILQ Classic, а завершает рейтинг Rustproof SUS.
Используемые технологии и материалы
Большинство керамических подшипников являются гибридными, где шарики из керамики сочетаются со стальным внешним и внутренним кольцом, а также дорожкой качения. Полностью керамические варианты встречаются довольно редко из-за их высокой стоимости.
Профессиональные керамические подшипники изготавливаются из нитрида кремния (Si2N4), обычно имеют чёрный цвет, примерно на 30% прочнее, чем стальные подшипники, более округлые и гладкие с универсальной формой, которая гарантирует значительное снижение трения.
Такие подшипники используются преимущественно для катания в мокрую погоду (например, для внедорожных роликов или на скоростных забегах и марафонах).
Самый популярный материал для внутреннего и внешнего кольца, а также шариков и дорожки качения в подшипнике — это хромированная сталь серии 52100. Благодаря специальной термической обработке и гладкой поверхности, каждая составляющая обеспечивает высокое сопротивление показателю усталости подшипника, а также быстрое и тихое качение.
Подшипники из углеродистой стали не выдерживают высоких нагрузок на больших скоростях, а также не устойчивы к коррозии. Сильное трение между шариками и дорожкой качения существенно снижает скорость и производительность. Такие изделия имеют низкую стоимость и, как правило, используются в бюджетных моделях роликов для начинающих.
Внешнее и внутреннее кольцо вместе с дорожкой качения состоят из более прочной хромированной стали, а шарики выполнены из углеродистой. Такая подшипники обеспечивают более комфортное и гладкое качение, нежели модели, сделанные полностью из углеродистой стали.
Уплотнители в подшипниках
Уплотнитель необходим для:
Для повышения точности и предотвращения дополнительного истирания важно, чтобы уплотнитель не допускал излишнего радиального смещения. Для этого уплотнитель направляется либо шариками, либо одним из колец.
Виды уплотнителей в подшипниках:
Имеют недостатки в виде большого веса, риска деформации защитного покрытия при ударах, коррозии углеродистой стали.
Такие полимерные материалы, как полиэтилен (PE), применяются вместе с подшипниками из нержавеющей стали, в то время как полиэфирный эфир кетон (PEEK) чаще всего применяется с керамическими подшипниками.
Пластиковая коронка закрывает шариковую направляющую. В отличие от стального, пластиковый уплотнитель имеет более высокие показатели скольжения и вызывает резкие температурные колебания рабочего крутящего момента. Это позволяет увеличить максимальную скорость на 60% с низким уровнем шума.
Недостатки, перечисленные для стальных фиксаторов, наоборот, являются преимуществами для пластиковых.
Подшипники с таким уплотнителем покрыты с двух сторон несъёмным уплотнителем, который не соприкасается с металлом и закреплён на внешнем кольце методом прессования. Уплотнитель не снимается после заводской сборки. Это означает, что вы не сможете разбирать подшипники, а только проводить базовое обслуживание в виде чистки внешнего кольца и протирания от влаги после катания в мокрую погоду.
Аббревиатура Z в суффиксе обозначает наличие одной защитной шайбы, а ZZ (или Z2) – две.
Используются в роликах низкого ценового сегмента.
Преимущества крепления C-ring: не создаёт излишнего трения и нагревания, не допускает протечки смазки (в ZZS-версии), не требуют частого обслуживания.
Недостатки: слабая защита от попадания пыли и воды (особенно в версии ZZ).
Уплотнитель имеет очень тонкую кромку, которая не соприкасаются с внутренним кольцом, что обеспечивает более высокую защиту, чем в ZZ и ZZS. Важно использовать правильные чистящие материалы, т.к. различные виды смазок и химических элементов часто вступают в реакцию с каучуком.
В таких подшипниках каучуковый уплотнитель соприкасается с внутренним кольцом, что, в отличие от металлического экрана, повышает защиту от попадания внутрь детали грязи и воды. С другой стороны, это увеличивает трение и снижает возможность развивать высокую скорость.
Уплотнитель соединяется с внутренним кольцом с помощью канавок, что повышает герметичность и препятствует проникновению и скоплению внутри грязи и влаги, а также снижает частоту обслуживания детали без влияния на крутящий момент.
Такой тип уплотнителя чаще всего применяется в подшипниках из нержавеющей стали, которые пригодны для катания в мокрую погоду.
Подшипники закрытого и полузакрытого типа
Исходя из названия, можно догадаться, что закрытые подшипники оснащены уплотнителем с двух сторон, а полузакрытый — только с одной.
Важно, чтобы в полузакрытом подшипнике открытая сторона была направлена на внутреннюю часть колеса для защиты от попадания грязи и влаги.
Преимущества полузакрытых подшипников: более лёгкие в весе и обслуживании. Недостатки: не защищены от грязи и воды, быстрое испарение смазки, более частое обслуживание.
Смазки для подшипников
Смазка образует тонкую плёнку между точками соприкосновения элементов подшипника (шариками и дорожкой качения) для предотвращения трения, нагревания и появления коррозии.
Смазочный материал влияет на максимальную скорость, температуру нагревания, уровень крутящего момента, шума и долговечность детали.
Типы смазок для подшипников:
На рынке доступно большое количество видов синтетических масел. И каждый профессиональный спидскейтер имеет свой секретный «козырь в рукаве», делающий его подшипники быстрее. А некоторые роллеры и вовсе не используют никаких смазок.
Минеральная и синтетическая смазки отличаются вязкостью. И чем она ниже, тем более жидкой будет материал: его будет легче наносить на подшипник, сила трения уменьшается, скорость увеличивается, но быстрое испарение потребует более частого обслуживания.
Не используется для езды на большой скорости, но лучше всего подходит для катания во влажную погоду.
Чрезмерное количество такой смазки в подшипнике снижает его производительность и приводит к повышенному сопротивлению. Свободное место в подшипнике необходимо для высвобождения тепла между шариками и дорожкой качения.
Обслуживание подшипников
Первый признак необходимости провести диагностику подшипников — звук или медленное вращение. Регулярное обслуживание деталей, как минимум, сохранит деньги.
Для этого необходимо:
Нет какого-то общего совета, с какой периодичностью необходимо проводить обслуживание подшипников, как и нет идеальной диапазона для мытья автомобиля.
Каждый роллер индивидуален. Главное — не забывать протирать и высушивать колёса после каждого катания в мокрую погоду, а при малейшем дискомфорте или подозрении, что с подшипниками что-то не так, уделить этому пристальное внимание самостоятельно или с помощью специалиста.