Дефекты подшипников. Оценка их технического состояния

В фирменных инструкциях по эксплуатации дизелей обычно приводятся данные по отбраковке вкладышей подшипников. При отсутствии таких данных можно пользоваться следующими рекомендациями.

Дефекты вкладышей подшипников чаще всего свидетельствуют о каких-либо дефектах в дизеле, а не о плохом состоянии самих вкладышей. Если вкладыш проработал значительное время, то на нем могут быть обнаружены признаки различных дефектов, в период приработки нового вкладыша можно обнаружить конкретный дефект в чистом виде. Все дефекты вкладышей подшипников можно условно разделить на следующие группы: износ, усталость, коррозия, риски и царапины, эрозия и кавитация; фреттинг-коррозия и питтинг, полное разрушение.

Физической первопричиной износа является нарушение гидродинамической масляной пленки и работа подшипника в режиме полусухого трения. Полусухое трение возникает при повышенных нагрузках на подшипник, недостатке масла или его высокой температуре, повышенной шероховатости шейки. Полусухое трение неизбежно при пуске дизеля и во время его остановки.

Рассмотрим наиболее характерные признаки износа рабочего слоя тонкостенных вкладышей подшипников:

Вид 1.

1 — износ рабочего слоя по всей ширине подшипника в зоне максимальной нагрузки. Если изнашивание происходило в течение длительного времени, то это нормальный процесс, если же за короткое время на всех подшипниках, то возможными причинами могут быть: несоосность подшипника и шейки вала, недостаток масла или его высокая температура, шероховатость шеек вала. Вкладыш не является дефектным, если не обнажен разделительный слой;

Вид 2.

2 — на новом вкладыше через короткое время следы приработки в середине подшипника вследствие отклонения в форме шейки вала или постели подшипника;

Вид 3.

3 — на верхнем и нижнем вкладышах с разных сторон односторонний след приработки, блестящий на фоне матово-серой поверхности рабочего слоя. Причина: несоосность шейки вала и постели подшипника. При незначительной несоосности след приработки должен постепенно сместиться к середине подшипника, а блеск по краям — исчезнуть;

Вид 4.

4 — односторонний износ гальванического рабочего слоя на всю глубину вследствие чрезмерного перекоса осей вала и постели подшипника;

Вид 5.

5 — односторонний износ на верхнем и нижнем вкладышах вследствие конусности шейки, погрешностей при выполнении ее галтелей, колебаний концевой шейки. На промежуточных подшипниках односторонний износ недопустим, требуется шейки калибровать. На концевых подшипниках односторонний износ допускается, если раскепы кривошипов находятся в допустимых пределах;

Вид 6.

6 — двусторонний след приработки на обоих вкладышах вследствие кромочных нагрузок с обеих сторон подшипника при неправильной форме шейки вала или постели. После ее исправления вкладыши можно использовать, если нет полного износа рабочего слоя на их краях;

Вид 7.

7 — локальный след приработки через непродолжительное время вследствие неточности формы шейки или вкладыша. Вкладыш не является дефектным, если с течением времени след приработки исчезает;

Вид 8.

8 — местный износ в виде резко очерченного блестящего пятна через непродолжительное время работы. Причина — наличие инородной частицы между постелью и вкладышем или чрезмерное выступание фиксирующего штифта. На спинке вкладыша в таких случаях обычно имеется отпечаток. Если местное возвышение меньше толщины рабочего слоя, то с течением времени блеск исчезнет, если больше — есть опасность задира шейки и необходимо устранить причины местного давления на спинку вкладыша;

Вид 9.

9 — односторонний износ в районе разъема на обоих вкладышах с разных бортов из-за смещения крышки подшипника. В районе разъема кромки вкладыша снимают масляную пленку и есть опасность задира шейки. Дефект сборки должен быть немедленно устранен, а вкладыши с большим износом заменены;

Вид 10.

10 — двусторонний износ в районе разъема из-за недостаточного зазора. Необходимо проверить зазор и размеры постели подшипника. Вкладыши с большим износом заменить;

Вид 11.

11 — полосообразный износ посредине вкладыша вследствие наработки на шейке вала или недостаточного скругления кромок смазочного отверстия. Необходимо устранить дефект шейки, а вкладыши с большим износом заменить;

Вид 12.

12 — следы приработки по краям смазочной канавки в случае неточности изготовления вкладыша. Необходимо устранить натир по краям канавки во избежание нарушения подвода масла;

Вид 13.

13 — диагонально расположенные следы приработки или износ рабочего слоя вследствие неравномерной затяжки подшипника или неравномерного «развала» вкладыша. Вкладыши с большим износом или неодинаковым по ширине развалом подлежат замене;

Вид 14.

14 — наволакивание металла рабочего слоя по направлению вращения шейки. Металл «размазан», особенно в середине нагруженной зоны. Спинка вкладыша обычно имеет черный цвет от нагара масла или цвета побежалости. Развал вкладыша отсутствует или имеет отрицательное значение (края загнуты внутрь). Причина — работа в режиме полусухого трения из-за недостаточного прокачивания дизеля маслом перед пуском, высокой температуры масла или повышенной шероховатости шейки вала. Дефекты шейки необходимо устранить, а вкладыш заменить.

Под усталостью рабочего слоя вкладыша (баббитового, бронзового, алюминиевого, гальванического) понимается возникновение в нем трещин по любой причине. По мере увеличения количества и длины трещин на поверхности подшипника вначале образуется сетка «булыжник». Затем происходит вымывание отдельных отставших кусочков металла, эрозионное расширение трещин и на поверхности образуются каналы, напоминающие следы жука-короеда (эффект «короеда»).

Наиболее часто трещины возникают в баббитах с относительно небольшим пределом усталости. Предел усталости свинцовистых бронз значительно выше, и трещины в бронзовой заливке по этой причине не возникают. Причиной образования трещин и «короеда» в заливке из свинцовистой бронзы являются локальные перегревы вкладыша подшипника. При повышении температуры достигается предел текучести свинца, и он выдавливается из сплава на поверхность рабочего слоя. Шейка подшипника начинает работать по чистому свинцу, и температура снижается. По мере изнашивания и уноса свинца с поверхности вкладыша обнажаются кристаллы меди, в режиме полусухого трения вновь повышается температура, и процесс повторяется. После определенного числа циклов содержание свинца в поверхностном слое бронзы значительно снижается, а между кристаллами меди образуются микропоры. При высоких нагрузках эти поры сжимаются, происходит пластическая деформация кристаллов меди с образованием микротрещин, которые постепенно развиваются в видимые трещины.

У многослойных вкладышей без разделительного слоя никеля возможны отслоение и выкрашивание гальванического рабочего слоя. Причиной может быть и чистая усталость материала, но чаще всего это происходит вследствие диффузии олова из гальванического слоя в бронзу с образованием медно-оловянистых кристаллов, которые снижают прочность соединения гальванического слоя и бронзы (скорость диффузии резко возрастает с повышением температуры вкладыша подшипника).

Рассмотрим характерные примеры образования трещин в рабочем слое вкладыша подшипника:

Вид 15.

Вид 16.

Вид 17.

Вид 18.

15 — редкие незамкнутые трещины в рабочем слое. Причины — превышение усталостной прочности баббита или гальванического слоя, перегрев рабочего слоя из бронзы. За подшипником требуется регулярный контроль, так как со временем трещины могут приобрести состояние «булыжника» (вид 16) или «короеда» (вид 17). В этих случаях, а также при отслоении гальванического слоя (вид 18) вкладыши подлежат замене;

Вид 19.

19 — усталостные трещины вследствие отсутствия опоры для вкладыша в районах смазочных отверстий и канавки в постели подшипника; на спинке вкладыша виден характерный отпечаток; вкладыш подлежит замене;

Вид 20.

20 — трещины типа «булыжник» и «короед» в районе разъема. Причина — дефект монтажа (сдвиг крышки подшипника, слабая или неравномерная затяжка болтов), вызывающий циклические деформации вкладыша в этом районе. На спинке вкладыша в соответствующем месте может наблюдаться фреттинг-коррозия. Вкладыш желательно заменить.

Химическая коррозия рабочего слоя вкладыша подшипника вызывается наличием в масле кислот, щелочей, воды и солей. В результате окисления и вымывания свинца из сплава поверхностный слой баббита становится рыхлым и пористым (легко снимается ногтем), несущая способность подшипника резко снижается и возрастает изнашивание. При корродировании свинцовистой бронзы в поверхностном слое остаются кристаллы меди и его структура становится такой же, как при усталости материала. Поэтому установить истинную причину дефекта можно только с помощью специальных металлографических исследований.

Многослойные вкладыши подшипников с гальваническим рабочим слоем при нормальных условиях эксплуатации обычно не корродируют (благодаря добавлению в сплав олова или индия). Коррозия возникает при повышенной температуре масла; по краям области изнашивания появляются темные пятна с шероховатой или слегка пористой поверхностью. Затем вследствие износа пятна снимаются и появляется блестящий слой; в этом случае наблюдается повышенное изнашивание, хотя первопричиной является коррозия. Для предотвращения коррозии подшипников необходим регулярный контроль качества смазочного масла.

Вид 21.

Характерный пример химической коррозии рабочего слоя вкладыша подшипника показан на вид 21.

Вкладыши подшипников дизель-генераторов иногда подвергаются электрокоррозии из-за наличия разности потенциалов (не менее 0,03 В) между валом и подшипником и возникновения блуждающих токов при недостаточном заземлении подшипника. При этом на рабочей поверхности вкладыша появляются шероховатые пятна в виде шрамов и рубцов, расположенных под некоторым углом к направлению вращения вала (вид 22).

Вид 22.

Риски и царапины обычно возникают при загрязнении масла. Частицы загрязнений размерами меньше масляного зазора и твердостью, меньшей твердости рабочего слоя вкладыша, потоком масла уносятся через зазор и на состояние подшипника заметного влияния не оказывают.

Частицы размерами больше масляного зазора и твердостью, равной или большей твердости рабочего слоя, увлекаются вращающейся шейкой и царапают трущиеся поверхности до тех пор, пока не вдавятся в рабочий слой подшипника. Риски и царапины могут также образоваться вследствие коррозии шейки вала, когда здесь образуются язвины с острыми кромками.

Вид 23.

На вид 23 показаны круговые риски и царапины, вызванные частицами загрязнений в масле. Риски иногда заканчиваются блестящим светлым кольцом вокруг черной точки; края рисок также могут иметь блестящие светлые полосы. Точка в светлом кольце в конце риски — это место внедрения инородной частицы. При вдавливании частицы в рабочий слой по краям металл вытесняется, а затем сглаживается шейкой вала; эти сглаженные края и выглядят в виде блестящего кольца. Вкладыш подлежит замене, если ширина рисок превышает 1 мм и они достигли слоя бронзы или алюминиевого сплава.

Вид 24.

Стреловидные повреждения рабочего слоя являются следствием внедрения в рабочую поверхность вкладыша частиц азотированной шейки вала (вид 24). Вкладыш необходимо заменить, а шейку отполировать.

Вид 25.

Эрозия и кавитация (вид 25) часто проявляются совместно, и бывает трудно определить, какой из этих процессов привел к повреждению рабочего слоя подшипника. Эрозия возникает при высокой скорости масла и наличии в нем мельчайших твердых частиц; в местах изменения направления потока масла частицы ударяются о поверхность рабочего слоя и выкрошивают (откалывают) частицы металла этого слоя. Кавитация вызывается резким изменением давления в потоке масла.

Вид 26.

Вид 27.

Вид 28.

Если площадь вымываний составляет не более 10 % поверхности и они расположены вне нагруженной зоны, то вкладыш можно оставить в работе. Эрозионные повреждения в виде кустообразных канавок с резко очерченными кромками показаны на вид 26, кавитационно-эрозионные повреждения вкладыша из-за повышенной вибрации коленчатого вала — вид 27, а из-за резкого повышения давления сгорания — вид 28.

Сущность фреттинг-коррозии заключается в следующем. Если две прижатые друг к другу металлические поверхности имеют незначительные взаимные перемещения, то в них возникают знакопеременные напряжения сдвига (в дополнение к напряжениям сжатия) и при достижении ими предельных значений происходит перенос более мягкого металла на более твердый.

Питтинг подобен фреттинг-коррозии, но две поверхности находятся под воздействием переменной нагрузки сжатия (например, вследствие вибрации). При питтинге на поверхностях появляются следы уноса металла в виде оспин. Для предотвращения коррозии при хранении на спинки вкладышей часто наносят слой чистого олова или оловянисто-свинцового сплава. Такой слой одновременно способствует уменьшению фреттинг-коррозии.

Вид 29.

На вид 29 показана характерная картина фреттинг-коррозии спинки вкладыша: оспообразные вырывы металла на спинке и налипание частиц металла постели. Причины — малый натяг вкладыша в постели подшипника или недостаточная затяжка болтов. Причиной фреттинг-коррозии в районе разъема подшипника может быть отсутствие развала вкладыша или смещение крышки подшипника при монтаже. Вкладыш подлежит замене, если зона фреттинг-коррозии превышает 5 % площади спинки вкладыша.

Вид 30.

Вид 31.

На вид 30 показан питтинг на поверхностях разъема вкладыша (из-за его малого натяга в постели или недостаточного затяга болтов), а вид 31 — на рабочей поверхности вкладыша (из-за вибрации коленчатого вала).