Pochopení poškození ložiska – příčiny, závadový režim a prevence
Valivá ložiska jsou robustní a spolehlivé součásti ve strojírenství a při výrobě strojů na zakázku. Za určitých podmínek však může dojít k poškození těchto široce používaných prvků stroje, což je obvykle důsledkem neobvyklého chování během provozu. V nejhorším případě může poškození ložiska vést k úplnému selhání valivých ložisek, což může vést k nežádoucím prostojům. Proto je důležité včas odhalit první známky poškození valivých ložisek a napravit jejich příčiny. V tomto článku hovoříme o příznacích poškození ložiska, jeho příčinách a typických způsobech selhání.
Jak dochází k poškození ložisek?
Poškození ložisek může být způsobeno různými příčinami, z nichž některé jsou způsobeny opotřebením a nesprávnou sestavou. K poškození ložiska však často dochází v důsledku nesprávné konstrukce během fáze návrhu, což může vést k přetížení ložiska. Kromě vadné instalace a přetížení jsou typické důvody, proč ložiska selžou, kontaminace a nedostatečné nebo dokonce chybějící mazání.
V každém případě je nutné provést hloubkovou kontrolu příčin poškození ložiska, aby byla zajištěna životnost a bezpečnost aplikace. Poškozená ložiska by se neměla kontrolovat zcela izolovaná. Okolní součásti mohou být negativně ovlivněny narušeným provozním chováním ložiska nebo mohou být dokonce považovány za možnou příčinu poškození ložiska.
Jaké příznaky lze použít k identifikaci poškození ložisek?
Poškození ložisek lze obvykle rozpoznat tím, že se provozní chování postupně mění. V závislosti na provozním prostředí a aplikaci lze poškození ložisek zaznamenat podle různých příznaků.
Velmi často může být poškození ložiska detekováno neobvyklým provozním hlukem. Znečištění, vítězství nebo nerovnoměrné zvuky jsou jasným důkazem poškození. Hluk ložiska je často způsoben nedostatečným nebo nevhodným mazáním. Ale nadměrné zatížení a chyby při instalaci ložisek mohou být rovněž důvodem pro hluk ložisek.
Jsou-li ložiska přístupná nebo viditelná zvenčí, poškození lze zjistit rovněž nerovnoměrným provozem ložiska. Nerovnoměrný nebo nepřesný provoz může být způsoben nárazy, vibracemi, ale rovněž nečistotami. Dalším příznakem poškození ložiska jsou nadměrné teploty. Nadměrná teplota v ložisku může být obecně způsobena zvýšeným třením. Příliš nízké nebo vysoké množství maziva, přetížení nebo chyby při instalaci však mohou rovněž zvýšit teplotu ložiska.
V zásadě by měla být při běžných kontrolách zkontrolována ložiska, zda se nevyskytují tyto příznaky, aby se předešlo poškození valivých ložisek a aby se předešlo jakýmkoli výsledným prostojům aplikace.
Jaké jsou typické režimy selhání?
Každý typ poškození má své vlastní charakteristické vlastnosti a režimy selhání. Na základě způsobů selhání lze vyvodit závěry o příčinách vady a lze zahájit vhodná protiopatření. Typické poškození ložisek zahrnuje například opotřebení, korozi, promáčknutí, leštění a průtok proudu. Poškozená nebo vadná ložiska mají často kombinaci různých poškození.
V následujícím textu jsou některé z nejběžnějších režimů selhání, jejich charakteristiky a možné příčiny podrobněji prozkoumány a zvýrazněny příklady.
Poškození ložiska v důsledku opotřebení
Opotřebení zahrnuje mimo jiné poškození povrchu způsobené kluzným třením na tělech válečků, površích čepů nebo čelních stranách. V případě valivých ložisek nedochází za normálních okolností k téměř žádnému viditelnému opotřebení. Pokud se však ložisko dostane do kontaktu s cizími částicemi nebo je nedostatečné mazání, může dojít k opotřebení. Vibrace na stacionárních ložiscích mohou rovněž způsobit opotřebení.
Malé částice, jako je abraze kovů, mohou způsobit opotřebení na závodních drahách, valivých tělesech a kleci ložiska, což zase způsobí, že povrchy budou vypadat matně. Granulace a typ částic určují stupeň zmatnění. Například nazelenalá změna barvy maziva ložiska může indikovat oděr mosazné klece. Dalšími známkami opotřebení mohou být malé vroubky na závodních cestách. Důvodem je mimo jiné nedostatečná čistota během instalace, neúčinná těsnění nebo znečištěná maziva.
Pokud je přítomno příliš málo maziva nebo pokud mazivo ztrácí svou mazací schopnost, nemůže se vytvořit dostatečně životaschopný mazací film. To vede ke kontaktu kov na kov mezi valivými tělesy a oběžnými drahami. Když je mazivo zcela spotřebováno, teplota výrazně stoupá. Výsledkem je, že kalená valivá ložisková ocel ztrácí svou tvrdost a povrchy se zbarví. V extrémních případech může teplota stoupat tak vysoko, že ložisko se zasekne. Pokud mazací film chybí a dochází ke kontaktu kov na kov mezi valivými tělesy a kolejnicemi, mohou vibrace způsobit malé pohyby mezi valivými tělesy a oběžnými kroužky. To může vést k odlamování malých částic z povrchu. Postupem času tak vznikají prohlubně, ve kterých se v důsledku oxidace odloučených částic často tvoří rez.
Poškození ložisek v důsledku prohlubní v oběžných drahách
Vrypy nebo důlky na povrchu ložisek vznikají při vysokém zatížení stacionárního ložiska nebo při vniknutí cizích předmětů do ložiska. Prohlubně však mohou vzniknout také přetížením způsobeným nesprávnou instalací.
Pokud cizí částice proniknou do ložiska a jsou valivými tělesy zaválcovány do oběžných drah, mohou vzniknout otlaky. Cizí předměty a jiné částice nečistot mohou zůstat v ložisku z důvodu nedostatečného počátečního čištění nebo nedostatečného čištění po pracovních procesech. Pokud jsou ložiska delší dobu zatížena a vystavena vibracím, mohou se na nich vytvořit tzv. volnoběžky. Pro volnoběžky jsou typické rovnoměrné otisky rozmístěné po dráze ve vzdálenosti valivých těles. Špičková zatížení způsobená rázy nebo statickým přetížením mohou také vést k prohlubním v oběžných drahách a projevují se také jako vrypy ve vzdálenosti valivých těles. Závadové režimy jsou často důsledkem nadměrné síly působící na jeden z prstenců oběžné dráhy během montáže a demontáže.
Vzhledem k tomu, že obrysy zářezů jsou při každém převrácení po vtlačení cizích těles vystaveny velkému namáhání, může dojít k tzv. proražení. Ty se mohou šířit po celé dráze ve tvaru písmene V ve směru valení. Čím silnější je vymezení obrysu otisku (např. u tvrdých minerálů) a čím vyšší je zatížení, tím vyšší je pravděpodobnost dalších výlomů a selhání ložiska.
Poškození ložiska korozí
Koroze je jedním z nejzávažnějších režimů selhání ložisek. Dochází k němu v provozních podmínkách, kdy se vlhkost nebo agresivní média dostanou do kontaktu s ložiskem a mazivo již nemůže chránit povrchy ložisek.
Koroze způsobená vlhkostí (kůrou) se tvoří nerovnoměrně rozmístěné napříč ložiskem ve formě hnědých jizev z rzi. Prodloužené prostoje rovněž často vedou k vadám rzi na vzdálenosti valivých prvků. Ke korozi v důsledku vlhkosti dochází v důsledku nesprávného skladování, kondenzace v důsledku kolísání teploty, ale rovněž v důsledku nedostatečného utěsnění a vadných krycích kotoučů.
Kromě vlhkosti mohou agresivní média rovněž způsobit poškození ložisek korozí. Proto je důležité vzít v úvahu provozní materiály, které přicházejí do styku s ložiskem během návrhu, a provádět údržbu pouze se schválenými čisticími prostředky. Barva defektů je obvykle odlišná a je způsobena chybami těsnění nebo kontaktem s agresivními chemikáliemi nebo nevhodnými mazivy.
Jiné typy poškození ložisek
U valivých ložisek v prostředích s přenosem proudu (např. v elektromotorech nebo během svařování) může proud proudící skrze ložisko vést k poškození tepelného materiálu. Takové způsoby selhání se obvykle projevují jako krátery nebo škrábání na ložisku a jsou vytvořeny v kontaktních bodech pojízdných partnerů. Tato forma poškození ložiska může přesahovat celý povrch ložiska.
Poškození ložisek v důsledku nesprávného mazání je častým problémem, který může významně narušit výkon a životnost ložisek. Příliš mnoho maziva může být stejně škodlivé jako příliš málo. Přeplnění vede ke zvýšenému odporu ložiska, což zase vede k nadměrnému vytváření tepla. Toto teplo může narušit mazivo a způsobit poškození ložiskových komponent. Naopak nedostatek maziva vede ke zvýšenému tření mezi pohyblivými částmi ložiska. Vede to k nadměrnému opotřebení, zvýšenému vytváření tepla a nakonec k předčasnému selhání ložiska. Voda, prach a jiné nečistoty mohou kontaminovat maziva a snížit jejich mazivost. Kromě toho maziva časem ztrácejí svou účinnost. Stará maziva mohou ztratit své mazací vlastnosti, což může vést ke zvýšenému opotřebení a selhání ložisek.
Zátěže v montážní orientaci ovlivňují závodní dráhu, pokud je zřejmé nerovnoměrné opotřebení. Typ stresu, který je zde přítomen, je rozhodující. Radiální namáhání kuličkového ložiska, jako je mezera ložiska, která je příliš úzce dimenzovaná, se může projevit zobrazením obvodových stop na obou kroužcích ložiska. Závadové režimy kuličkových ložisek způsobené oválným namáháním jsou naproti tomu patrné z vyššího opotřebení protilehlých pojezdových ploch, zatímco u dílů mezi nimi je opotřebení výrazně nižší. Příkladem by byl vnější prstenec namáhaný radiálním kompresním zatížením. Příčiny namáhání se často vyskytují při deformaci ložisek nebo okolních komponent. Příčinou namáhání může být rovněž nevhodný výběr ložiska s ohledem na působící síly aplikace.
Jak můžete zabránit poškození ložisek?
Obecně pečlivě vybraná valivá ložiska dosahují očekávané životnosti. Často však chyby, kterým lze předejít, vedou k předčasnému opotřebení těchto ložisek. Tyto předčasné defekty obvykle nejsou důsledkem únavy materiálu, ale jsou způsobeny řadou defektů:
- Chyba sestavy
- Vadné zacházení
- Nedostatečné mazání
- Vniknutí cizích těles
- Nadměrný rozvoj tepla.
Aby bylo možné přijmout účinná opatření proti takovým selháním, je nutné provést důkladné vyšetření režimu selhání, typu selhání a možných příčin. To vyžaduje přesnou znalost všech relevantních podmínek před selháním a po selhání, včetně konkrétních aplikací, provozních podmínek a prostředí. Úspěšná protiopatření mohou v budoucnu z velké části předcházet podobným problémům.
Proto by při výběru ložisek a stanovení specifikací měla být brána v úvahu možná rizika poškození a selhání ložisek. Například v případě pochybností by měla být upřednostňována neprovozovatelná (trvale mazaná) ložiska před znovu promazanými ložisky. Kromě toho by měl materiál ložiska a mazivo odpovídat kapacitě ložiska, statickému a dynamickému zatížení, očekávaným teplotám a okolním médiím, která jsou v kontaktu s ložiskem.
MISUMI nabízí komplexní výběr vysoce kvalitních individuálně konfigurovatelných valivých ložisek. Kromě toho je zapotřebí vždy dodržovat specifikace výrobce ložisek a dodavatele maziva. Správná montáž a pravidelná kontrola a údržba vám pomohou udržovat valivá ložiska po dlouhou dobu životnosti a vysokou úroveň bezpečnosti vaší aplikace.
V moderním řízení výroby lze monitorování umístění ložisek provádět rovněž sledováním hluku (mikrofon), frekvenční analýzou nebo analýzou vibrací. Princip funkce je založen na stanovení nadměrných emisí hluku nebo na zkoumání četností poškození specifických pro kuličková ložiska, které naznačují poškození dotčených ložisek. Tyto systémy jsou k dispozici pro lékaře a jsou přímo integrovány do řízení výroby. V rámci údržby nebo preventivní údržby je však rovněž možné použít vhodné testy nezávisle na kontrole výroby. MISUMI nabízí pro monitorování následující měřicí přístroje: Vibrometr a průmyslové zábleskové světlo (monitoruje vibrace za chodu).
