Введение

Ложное защемление – это повреждение подшипника, вызванное фреттингом, с коррозией или без нее, которое приводит к отпечаткам, похожим на защемление, но обусловленным иным механизмом. Ложное защемление может возникать в подшипниках, работающих при небольших колебаниях или вибрациях. Основная причина ложного защемления заключается в том, что конструкция подшипника не предусматривает перераспределения смазки без значительного вращательного движения всех поверхностей качения. Смазка вытесняется из нагруженной зоны при небольших колебательных движениях и вибрациях, когда поверхности подшипника совершают незначительные перемещения. Без смазки износ увеличивается при повторных колебаниях. Образующиеся частицы износа могут окисляться и формировать абразивные соединения, что дополнительно ускоряет износ.

Механизм действия

При нормальной работе подшипник качения имеет ролики и обоймы, разделенные тонким слоем смазки, например, смазки или масла. Хотя эти смазочные материалы обычно выглядят как жидкости (а не твердые вещества), под высоким давлением они ведут себя как твердые тела и предотвращают контакт между подшипником и обоймой. Если смазка удалена, ролики и обоймы могут соприкасаться непосредственно. Несмотря на то, что подшипники и обоймы кажутся гладкими невооруженным глазом, на микроскопическом уровне они шероховаты. Таким образом, высшие точки каждой поверхности могут соприкасаться, а "впадины" – нет. Нагрузка на подшипник распределяется, следовательно, по гораздо меньшей площади, что увеличивает контактное напряжение и приводит к отрыву частиц с каждой поверхности или к сварке под давлением, после чего они отрываются при вращении подшипника. Отделившиеся частицы также называются продуктами износа. Продукты износа вредны, поскольку они относительно велики по сравнению с шероховатостью поверхности и, следовательно, создают больше областей высокого контактного напряжения. Более того, сталь в обычных подшипниках может окисляться (ржаветь), образуя более абразивные соединения, которые ускоряют износ.

Моделирование ложного прицеливания

Моделирование ложного брейнлинга возможно с помощью метода конечных элементов. Для моделирования определяются относительные перемещения (проскальзывание) между элементом качения и дорожкой качения, а также давление в зоне контакта качения. Для сравнения результатов моделирования и экспериментов используется плотность работы трения, которая является произведением коэффициента трения, проскальзывания и локального давления. Результаты моделирования могут быть использованы для определения критических параметров эксплуатации или для объяснения механизмов повреждений. Физическое моделирование механизма ложного брейнлинга было стандартизировано с 1980-х годов на испытательном стенде Fafnir Bearing, где два комплекта упорных шариковых подшипников сжимаются фиксированной нагрузкой, а подшипники совершают колебательные движения при помощи эксцентрикового рычага в стандартизированных условиях. Это привело к разработке стандарта ASTM D4170. Несмотря на то, что это старый метод, он до сих пор является основным методом контроля качества смазок, предназначенных для предотвращения повреждений от ложного брейнлинга.

Примеры

Ложный бринлинг был впервые описан Алменом в 1937 году. Алмен обнаружил, что подшипники колес повреждались до передачи клиентам. Более того, он установил, что подшипники повреждаются сильнее при транспортировке автомобилей на большие расстояния, и что сезон транспортировки также оказывал влияние. Причиной повреждений были микроколебания, возникающие в процессе транспортировки. Эти небольшие колебания приводят к усталостным трещинам, за которыми следует высвобождение частиц, которые впоследствии начинают абразивно повреждать контактную область между шариком и обоймой подшипника, вызывая типичное износостойкое повреждение. Поскольку повреждение было внешне похоже на бринлинг, оно получило название «ложный бринлинг». Хотя проблема с доставкой автомобилей была решена, существует множество современных примеров. Серьезной проблемой при техническом обслуживании являются поворотные подшипники ветровых турбин, для которых потребовалось разработать специальные смазки, практически исключающие повреждения от ложного бринлинга. Подобные повреждения могут возникать и в электрических и электронных контактах, подвергающихся вибрациям во время эксплуатации, например, в авиационных и автомобильных разъемах, а также в отсеках для батарей пультов дистанционного управления. Хотя повреждения в этих областях могут быть не такими серьезными, как ложный бринлинг в подшипниках, механизмы повреждения схожи и приводят к образованию частиц в контакте, которые могут существенно влиять на электрическое соединение. Кроме того, генераторы или насосы могут выходить из строя или требовать обслуживания из-за этого повреждения, поэтому часто предусматривается наличие запасного агрегата, который большую часть времени находится в выключенном состоянии, но приводится в действие при необходимости. Удивительно, но вибрация от работающего агрегата может привести к выходу из строя подшипника в выключенном агрегате. При включении этого агрегата подшипники могут издавать шум из-за повреждений и полностью выйти из строя в течение нескольких дней или недель, даже если сам агрегат и его подшипники в остальном новые. Распространенные решения включают в себя: размещение запасного агрегата на расстоянии от работающего и вибрирующего; регулярное (например, еженедельное) ручное вращение валов запасных агрегатов; или регулярную смену агрегатов, чтобы оба работали циклически (например, еженедельно). До недавнего времени велосипедные рулевые колонки часто подвергались ложному бринлингу при положении руля «прямо вперед» из-за небольших перемещений, вызванных изгибом вилки. Современные качественные рулевые колонки оснащаются скользящим подшипником для компенсации этого изгиба, оставляя шариковую обойму для обеспечения чистого вращательного движения. Подшипники современных ветровых турбин часто подвержены ложному бринлингу. Особенно часто ложный бринлинг наблюдается в поворотных подшипниках, работающих в условиях колебаний.