Лекция 9

НАДЕЖНОСТЬ ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Ненормальная работа подшипникового узла обнаруживается по чрезмерному повышению температуры, шума, утечке смазки, повышенному сопротивлению при вращении и увеличению момента трогания. Причины, приводящие к этому, весьма разнообразны как по своей физической природе, так и по степени их влияния на конечный результат. Рассмотрим условия работы подшипников и подшипниковых узлов, факторы, влияющие на их работоспособность, а также пути повышения надежности.

Физико-химические свойства поверхностного слоя металла зависят от величины контактных напряжений, рабочей температуры, остаточных напряжений, микротвердости, степени пластической деформации металла в поверхностном слое. Контактируемые детали подшипников воспринимают значительные удельные давления при развитии значительных температур и возникновении пластических деформаций металла в поверхностных слоях.

На основании аналитических и экспериментальных исследований установлено, что для большинства случаев упругого контакта деталей с каким-то материалом наиболее напряженными являются две зоны: на кромке поверхностного слоя и максимальных касательных напряжений, располагающихся на некоторой глубине под поверхностью. При нормальных условиях трения должно соблюдаться равенство

(9.1)

где А – внешняя нагрузка;S_ф, – площадь фактического контакта;– предел текучести материала.

В процессе шлифования поверхностного слоя металла происходит его пластическая деформация, которая, создавая остаточные напряжения в микрообъемах, определяет степень упрочнения этого слоя. В связи с этим приходится сталкиваться с заметными колебаниями износоустойчивости шлифованной по­верхности. В процессе приработки происходит упрочнение поверхности, достига­ются для данных условий трения оптимальные формы и размеры поверхностей, происходят структурные изменения за счет тепловых воздействий, пластических Деформаций и химического воздействия окружающей среды. Следовательно, обязательным условием надежной работы подшипников является обкатка на эксплуатационных режимах.

В закаленных низко от пущенных сталях всегда сохраняется некоторое количество остаточного аустенита. Считается, что в процессе циклического приложения контактных нагрузок первичная деформация будет протекать именно в зер­нах остаточного аустенита. Первичные трещины в объемах остаточного аустенита, действуя как концентраторы напряжений, способствуют ускоренному разрушению деталей подшипника.

При взаимном обкатывании деталей подшипников под нагрузкой возникают:

- общие напряжения и деформации, охватывающие весь объем металла кольца и изменяющиеся во времени в связи с перемещением деталей, передающих нагрузку;

- местные контактные напряжения и деформации; упругие и пластические деформации металла в поверхностном слое, связанные с наличием неровностей на дорожках и телах качения;

- физико-химические процессы, протекающие во внешних слоях и связанные с взаимодействием металла рабочей поверхности с оксидными пленками, смазкой или газовой средой в условиях высоких давлений и температур в зоне контакта.

Характерно, что допускаемая подшипником нагрузка при неподвижном состоянии ниже, чем при вращении, так как следы взаимного вдавливания деталей: могут мешать дальнейшей работе подшипников. Остаточные же деформации, образующиеся при вращении кольца, обычно приводят только к увеличению зазора и мало изменяют условия работы деталей подшипников.

Следует различать два вида пластических деформаций: мелкие пластические деформации, связанные с наличием неровностей, проникающих на небольшую глубину (в случае недостатка смазки и наличия больших удельных давлений они вызывают значительный касательные усилия, что приводит к пластическому смещению целых участков поверхности с разрывами и надирами), и пластические деформации, проникающие на значительную глубину под общим воздействием контактных напряжений.

На износостойкость и долговечность деталей подшипников оказывают влияние структурные особенности металла, химическая комбинация материала и смазки, коррозия, тепловое воздействие, состояние поверхностного слоя и механические нагрузки на поверхности и в теле качения.

Преобладающим видом износа подшипника, вызванного контактной усталостью рабочих поверхностей, является выкрашивание из них металла в виде мелких точек, а также отслоение частичек металла. Наибольшее практическое подтверждение получила следующая гипотеза, объясняющая природу этого явления.

Под действием скалывающих и нормальных растягивающих напряжений на рабочей поверхности образуются трещины, после чего наступает усталостное выкрашивание из-за расклинивания образовавшихся трещин смазкой.

При использовании смазки с высокой вязкостью процесс усталостного выкрашивания замедляется. Помимо указанного существуют еще два вида износа – абразивный и коррозионный.

Абразивный износ возникает из-за наличия в зоне контакта посторонних частиц. Такой износ возникает, например, в незащищенных подшипниковых узлах или под действием пульсирующих толчков тел качения и их автоколебаний в пределах имеющихся зазоров, например износ гнезд сепараторов.

Износ в результате коррозии. В результате действии коррозии –самостоятельного или в сочетании с трением – поверхности приобретают шероховатость. Существует так называемое ложное бринеллирование колец телами качения, которое представляет собой контактно-коррозионный процесс, сочетающийся с местными абразивными эффектами и характеризующийся возникновением лунок с шагом, соответствующим расстоянию между телами качения. Лунки возникают в результате пульсирующего контакта без вращения подшипника или при периодическом смещении его на очень малый угол. В условиях возникающего в узких щелевидных зазорах между телами качения и кольцами эффекта коррозии под влиянием отгона смазки при интенсивных колебаниях (такой эффект имеет еще наименование фреттинг) происходит быстрое окисление металла с образованием абразивно действующих частиц окислов в зоне контакта. Такое явление наблюдается при работе подшипников в условиях вибрации, перекосов и частых толчков.

Аварийные поломки подшипников возникают под действием перегрузок, перекосов и грубых технологических дефектов изготовления, Прохождение электрического тока через подшипники (так называемых подшипниковых токов) часто приводит к их заклиниванию.