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La guía definitiva sobre las causas de fallo de los rodamientos
Los rodamientos combinan piezas giratorias (ejes) y piezas estacionarias (carcasas de rodamientos) con una fricción mínima. Precisamente gracias a la función de los cojinetes, diversos equipos giratorios, como automóviles, aviones, generadores, transportadores y motores, pueden funcionar sin problemas. Con el rápido desarrollo del progreso científico y tecnológico, los clientes tienen requisitos cada vez más altos para la calidad de los productos de rodamientos. Es importante que los fabricantes de rodamientos proporcionen rodamientos de alta calidad que cumplan con los estándares y los requisitos de rendimiento, pero incluso es importante usarlos correctamente. Basado en muchos años de trabajo en tecnología de fabricación de rodamientos, Aubearing a menudo encuentra el problema de que el rodamiento está calificado después de las pruebas, pero se atasca después de la instalación o falla la rotación temprana durante el uso. Los síntomas principales incluyen una sensación de atascamiento rotacional, descamación severa de la superficie de trabajo, desgaste severo e incluso distorsión y fractura de la superficie de trabajo. jaula. El análisis de los resultados de las fallas muestra que no hay muchos problemas de calidad relacionados con el rodamiento en sí, y la mayoría de ellos son causados por una instalación y uso inadecuados. Por esta razón, rodamiento cree que es necesario revisar los modos de falla comunes de los rodamientos y brindar sugerencias constructivas para mejorar aún más la vida útil de los rodamientos.
Conocimientos básicos de rodamientos.
Los rodamientos son componentes de alta precisión fabricados con acero para rodamientos de alta dureza (AISI52100). Actualmente, los rodamientos utilizan elementos rodantes cerámicos. Los rodamientos constan de anillos interiores y exteriores, bolas o rodillos y jaulas. Algunos rodamientos también tienen sellos o cubiertas antipolvo. Estos rodamientos sellados vienen precargados con grasa en fábrica. El aceite o grasa lubricante es fundamental para el espesor de la película lubricante que debe establecerse para separar los elementos rodantes y las pistas de rodadura. Se deben seleccionar rodamientos adecuados para el equipo e instalarlos correctamente para garantizar que estén bien lubricados y libres de contaminación.
Causas de falla del rodamiento
Al buscar signos de daño, es importante comprender adecuadamente la geometría interna del rodamiento y cómo funciona. Comparar las trazas de carga en la pista de rodamientos dañados retirados del equipo con rodamientos que funcionan bien puede ayudar a comprender la causa del daño en los rodamientos. También es importante protegerse contra los rodamientos falsificados, ya que los rodamientos falsificados suelen tener una vida útil mucho más corta que los rodamientos fabricados por fabricantes de rodamientos de buena reputación. Si la máquina se sobrecarga, se utiliza o se mantiene incorrectamente, los rodamientos se verán afectados y el 34% de las fallas prematuras de los rodamientos se deben a fatiga. Porque los rodamientos darán una "alerta temprana" cuando se les dé un mantenimiento inadecuado o se les aplique demasiada tensión.
Fatiga de contacto
La falla por fatiga de contacto se refiere a la falla causada por tensiones alternas en la superficie de trabajo del rodamiento. El desconchado por fatiga de contacto se produce en la superficie de trabajo del rodamiento y suele ir acompañado de grietas por fatiga. Primero ocurre a partir del esfuerzo cortante alterno máximo debajo de la superficie de contacto, y luego se expande hacia la superficie para formar diferentes formas de desconchado, como picaduras o desconchado por picaduras. El pelado en pequeñas hojuelas se llama pelado superficial. Debido a la expansión gradual de la superficie pelada, a menudo se extiende a capas profundas, formando una peladura profunda. El desconchado profundo es una fuente de fatiga de falla por fatiga de contacto.
Fallo de desgaste
La falla por desgaste se refiere a la falla causada por la fricción deslizante relativa entre superficies que causa el desgaste continuo del metal en la superficie de trabajo. El desgaste continuo causará daños graduales a las piezas del rodamiento, lo que eventualmente provocará una pérdida de precisión dimensional del rodamiento y otros problemas relacionados. El desgaste puede afectar los cambios de forma, aumentar el espacio libre de montaje y cambiar la topografía de la superficie de trabajo. Puede afectar al lubricante o contaminarlo hasta cierto punto, provocando que la función de lubricación se pierda por completo, provocando que el rodamiento pierda precisión de rotación o incluso no funcione con normalidad. La falla por desgaste es uno de los modos de falla comunes de varios tipos de rodamientos. Según la forma de desgaste, generalmente se puede dividir en el desgaste abrasivo y el desgaste adhesivo más comunes.
El desgaste abrasivo se refiere al desgaste causado por la compresión de partículas extrañas duras o materia extraña dura o residuos de desgaste en la superficie metálica entre las superficies de trabajo del rodamiento y el movimiento relativo de las superficies de contacto, lo que a menudo causa rayones en forma de surcos en la superficie de trabajo. superficie del rodamiento. Las partículas duras o materias extrañas pueden provenir del interior del host o de otras partes adyacentes del sistema host y el medio lubricante las envía al rodamiento. El desgaste adhesivo se refiere a la tensión desigual en la superficie de fricción debido a protuberancias microscópicas o materias extrañas en la superficie de fricción. Cuando las condiciones de lubricación se deterioran seriamente, se genera calor de fricción local, lo que fácilmente puede causar deformación local de la superficie de fricción y microsoldadura por fricción. Grave La superficie del metal puede estar parcialmente derretida y la fuerza sobre la superficie de contacto arrancará el punto de soldadura por fricción local de la matriz y aumentará la deformación plástica. Este ciclo de adhesión-desgarro-adhesión constituye un desgaste adhesivo. En términos generales, el desgaste adhesivo leve se denomina abrasión y el desgaste adhesivo severo se denomina oclusión.
Fracaso por fractura
Las principales razones de las roturas de los rodamientos son los defectos de diseño y la sobrecarga. Cuando la carga aplicada excede el límite de resistencia del material y provoca que la pieza se rompa, se denomina fractura por sobrecarga. La razón principal de la sobrecarga es una falla repentina del host o una instalación incorrecta. Defectos como microfisuras, cavidades por contracción, burbujas, materias extrañas de gran tamaño, tejido sobrecalentado y quemaduras locales en las piezas del rodamiento también pueden causar fracturas en los defectos durante una sobrecarga por impacto o una vibración severa, lo que se denomina fractura por defecto. Cabe señalar que durante el proceso de fabricación de rodamientos, se pueden utilizar instrumentos para analizar correctamente si existen los defectos mencionados anteriormente durante la reinspección en fábrica de las materias primas, el control de calidad del forjado y tratamiento térmico y el control del proceso de mecanizado. En el futuro todavía habrá que reforzar el control. Pero, en términos generales, la mayoría de las fallas comunes por fractura de rodamientos son fallas por sobrecarga.
Fallo en el cambio de autorización
Cuando el rodamiento está funcionando, debido a la influencia de factores externos o internos, la holgura del ajuste original cambia, la precisión disminuye e incluso provoca un "agarre", lo que se denomina falla por cambio de holgura. Los factores externos como interferencia excesiva, instalación inadecuada, expansión causada por aumento de temperatura, sobrecarga instantánea, etc., y factores internos como austenita retenida y tensión residual en un estado inestable son las principales razones del fracaso del cambio de espacio libre.
Montaje inadecuado
El 16% de los fallos prematuros de diversos rodamientos se deben a un montaje inadecuado (normalmente por fuerza excesiva…) y al uso incorrecto de las herramientas de montaje. Algunos equipos requieren métodos mecánicos, hidráulicos o de calefacción para una instalación y desmontaje correctos y eficientes. SKF ofrece una gama completa de herramientas y equipos basados en una variedad de tecnologías de servicios de ingeniería profesionales para hacer estos trabajos más fáciles, rápidos y rentables. El montaje profesional utilizando herramientas y técnicas especializadas es otra solución para maximizar el tiempo de actividad de la máquina.
Lubricación inadecuada
Aunque se pueden instalar una variedad de rodamientos sellados “sin mantenimiento”, el 36 % de las fallas prematuras de los rodamientos se deben a una aplicación técnica incorrecta y al uso inadecuado de grasa. Cualquier rodamiento mal lubricado inevitablemente fallará prematuramente antes de su vida útil normal. Dado que los rodamientos suelen ser las piezas más difíciles de montar y desmontar de los equipos mecánicos, pueden surgir problemas si no se lubrican con regularidad. Cuando el mantenimiento manual no sea posible, SKF puede desarrollar un sistema de lubricación completamente automático para lograr resultados de lubricación óptimos. Una lubricación eficaz utilizando grasa, herramientas y tecnología SKF según sea necesario ayudará a reducir significativamente el tiempo de inactividad
Contaminar
Los rodamientos son piezas de precisión. Si los rodamientos y la grasa están contaminados, no funcionarán eficazmente. Además, dado que los rodamientos sellados engrasados y libres de mantenimiento representan solo un pequeño porcentaje de todos los rodamientos en uso, al menos el 14 % de todas las fallas prematuras de los rodamientos se deben a problemas de contaminación. SKF tiene excelentes capacidades de diseño y fabricación de rodamientos y puede proporcionar soluciones de sellado para una variedad de entornos de trabajo hostiles.
Método de análisis de fallas de rodamientos.
En el proceso de análisis de fallas de rodamientos, a menudo se encuentran muchos fenómenos complicados. Varios resultados experimentales pueden ser contradictorios o poco claros. Esto requiere experimentos y demostraciones repetidas para obtener evidencia o contraevidencia suficientes. Sólo utilizando métodos, procedimientos y pasos de análisis correctos podemos encontrar la causa real del fallo. En términos generales, el análisis de fallas de rodamientos se puede dividir aproximadamente en los siguientes tres pasos: recopilación de objetos fallidos y datos de antecedentes, inspección macroscópica y análisis microscópico de objetos fallidos.
Colección de objetos no válidos y materiales de fondo.
Recoge tantas partes y fragmentos de cosas fallidas como sea posible. Comprender completamente las condiciones de trabajo, el proceso de uso y la calidad de fabricación de los rodamientos averiados. Los contenidos específicos incluyen:
(1) La carga, velocidad de rotación, condiciones de trabajo del motor principal y otras condiciones de trabajo de diseño del rodamiento.
(2) Condiciones de falla de los rodamientos y otras piezas relacionadas, y tipos de fallas de los rodamientos.
(3) Registros de instalación y operación de rodamientos. ¿Hay alguna operación anormal durante la operación y uso?
(4) Si la carga real soportada por el rodamiento durante el funcionamiento cumple con el diseño original.
(5) La velocidad de rotación real del rodamiento y la frecuencia de diferentes velocidades de rotación.
(6) Si hay un aumento brusco de temperatura o humo, ruido y vibración durante la falla.
(7) Si hay medios corrosivos en el entorno de trabajo y si hay algún color especial de oxidación en la superficie u otro color de contaminación entre el cojinete y el muñón.
(8) Registros de instalación de rodamientos (incluida la reinspección de las tolerancias dimensionales de los rodamientos antes de la instalación), la holgura original del rodamiento, las condiciones de ensamblaje y alineación, la rigidez del asiento del rodamiento y la base de la máquina, y si hay alguna anomalía en la instalación.
(9) Si hay expansión térmica y cambios en la transmisión de potencia durante la operación del rodamiento.
(10) Condiciones de lubricación de los rodamientos, incluida la marca del lubricante, composición, color, viscosidad, contenido de impurezas, filtración, estado de reemplazo y suministro, etc., y recolección de sus sedimentos.
(11) Si la selección del material del rodamiento es correcta y si la calidad del material cumple con las normas pertinentes o los requisitos del dibujo.
(12) Si el proceso de fabricación del rodamiento es normal, si hay deformación plástica en la superficie y si hay quemaduras por pulido en la superficie.
(13) Registros de reparación y mantenimiento de rodamientos averiados.
(14) Condiciones de falla de rodamientos del mismo lote o tipo.
En el trabajo real de recopilación de materiales de referencia, es difícil cumplir con todos los requisitos anteriores. Sin embargo, la información recopilada será la más propicia para obtener conclusiones analíticas correctas.
Inspección macroscópica
La inspección macroscópica de rodamientos averiados (incluida la medición de la tolerancia dimensional y la inspección y análisis del estado de la superficie) es el paso más importante en el análisis de fallas. La inspección de la apariencia general puede proporcionar una descripción general de la falla del rodamiento y las características de las piezas dañadas, estimar la causa de la falla, observar el tamaño, la forma, la ubicación, la cantidad y las características de los defectos e interceptar las piezas apropiadas para una inspección microscópica adicional. y análisis. Los contenidos de la macroinspección incluyen:
(1) Cambios en apariencia y tamaño (incluidos análisis de medición de vibraciones, análisis de funciones dinámicas y análisis de redondez de pistas de rodadura).
(2) Cambios en el despacho.
(3) Si existe un fenómeno de corrosión, dónde está, qué tipo de corrosión es y si está directamente relacionada con la falla.
(4) Si existen grietas, la forma de las grietas y las propiedades de la fractura.
(5) Qué tipo de desgaste es y en qué medida contribuye al fallo.
(6) Observe la decoloración y ubicación de la superficie de trabajo de cada pieza del rodamiento para determinar su condición de lubricación y el efecto de la temperatura de la superficie.
(7) Observe principalmente el área característica de falla para detectar desgaste anormal, incrustación de partículas extrañas, grietas, rayones y otros defectos.
(8) El método de decapado en frío o el método de decapado en caliente se utiliza para comprobar si hay puntos blandos, capas descarburadas y quemaduras en la superficie original de las piezas del rodamiento, especialmente quemaduras por pulido superficial.
(9) Utilice un instrumento de medición de tensión por rayos X para medir los cambios de tensión del rodamiento antes y después de la operación.
Los resultados de la inspección macroscópica a veces pueden determinar básicamente la forma y la causa de la falla, pero para determinar más a fondo la naturaleza de la falla, se deben obtener pruebas y realizar un análisis microscópico.
Análisis microscópico
El análisis microscópico de rodamientos defectuosos incluye análisis metalográfico óptico, análisis de microscopio electrónico, análisis de espectroscopia de energía electrónica y de sonda, etc. Se basa principalmente en los cambios microestructurales en el área característica de falla y el análisis de fuentes de fatiga y fuentes de grietas para proporcionar criterios suficientes o contraevidencia para el análisis de fallas. Los métodos más utilizados y comunes en el análisis microscópico son el análisis metalográfico óptico y la detección de la dureza de la superficie. El contenido del análisis debe incluir:
(1) Si la calidad del material cumple con los estándares y requisitos de diseño relevantes.
(2) Si la estructura básica y la calidad del tratamiento térmico de las piezas del rodamiento cumplen con los requisitos pertinentes.
(3) Si hay una capa de descarburación, troostita y otras capas de deterioro del procesamiento de la superficie en la estructura de la superficie.
(4) Mida la profundidad de la capa de refuerzo de la superficie, como la capa carburada, y la estructura de cada capa del metal multicapa, la forma y profundidad de la picadura o grieta de corrosión, y determine la causa y naturaleza de la grieta en función de de la forma de la grieta y de las características estructurales de ambos lados.
(5) Determinar el grado de deformación, aumento de temperatura, tipo de material y proceso en función del tamaño del grano, deformación estructural, transformación de fase local, recristalización, agregación de fases, etc.
(6) Mida la dureza básica, la uniformidad de la dureza y los cambios de dureza en las áreas características de falla.
(7) Observación y análisis de fracturas. Se realizaron análisis y mediciones cualitativas para observar la superficie de la fractura mediante microscopía electrónica de barrido.
(8) Los microscopios electrónicos, las sondas y la espectroscopia de energía electrónica pueden medir los componentes de la superficie de la fractura y descubrir la naturaleza de la superficie de la fractura y la causa de la fractura en el análisis de las fuentes de fatiga y las fuentes de grietas.
Los tres pasos del método general de análisis de fallas de rodamientos presentado anteriormente son un proceso de análisis en profundidad y paso a paso desde el exterior hacia el interior. El contenido incluido en cada paso debe seleccionarse en función del tipo y las características de la falla del rodamiento y las circunstancias específicas, pero los pasos de análisis son indispensables. Además, durante todo el proceso de análisis, los resultados del análisis siempre deben estar vinculados a los muchos factores que afectan la falla del rodamiento y considerarse de manera integral.
Modos de falla comunes y contramedidas de los rodamientos.
1. Pelar en la posición extrema de un lado del canal. El pelado en la posición extrema en un lado del canal se manifiesta principalmente en anillos de desconchado severos en la unión del canal y la nervadura. La causa es que el rodamiento no está instalado en su lugar o hay una sobrecarga axial repentina durante el funcionamiento. Las contramedidas que se deben tomar son garantizar que el rodamiento esté instalado en su lugar o cambiar el ajuste del aro exterior del rodamiento del lado libre a un ajuste con holgura, de modo que el rodamiento pueda compensarse cuando está sobrecargado.
2. El canal se despega en posición simétrica en dirección circunferencial. El anillo interior se despega en una posición simétrica alrededor de la circunferencia, mientras que el anillo exterior se despega en una posición circunferencialmente simétrica (es decir, la dirección del eje corto de la elipse). La razón principal de esto es que el agujero del caparazón es elíptico. Estructura de orificio de carcasa sobredimensionada o dividida en dos mitades, lo cual es particularmente obvio en los cojinetes del árbol de levas de las motocicletas. Cuando se presiona el rodamiento en el orificio de la carcasa con una elipse más grande o se aprietan las dos mitades de la carcasa separada, el anillo exterior del rodamiento se vuelve elíptico y el juego en la dirección del eje corto se reduce significativamente o incluso es negativo. Bajo la acción de la carga, el aro interior del rodamiento girará y producirá marcas de desprendimiento circunferenciales, mientras que el aro exterior solo producirá marcas de desprendimiento en una posición simétrica en la dirección del eje corto. Ésta es la razón principal del fallo prematuro del rodamiento. La inspección de las piezas defectuosas del rodamiento muestra que la redondez del diámetro exterior del rodamiento ha cambiado de 0.8 μm controlada por el proceso original a 27 μm. Este valor es mucho mayor que el valor del juego radial. Por lo tanto, se puede determinar que el rodamiento está funcionando bajo una deformación severa y un juego negativo, y es fácil causar un desgaste y pelado anormal y rápido en la superficie de trabajo en la etapa inicial. Las contramedidas tomadas son para mejorar la precisión del procesamiento del orificio de la carcasa o evitar el uso de la estructura de separación de dos mitades del orificio de la carcasa tanto como sea posible.
3. Pelado inclinado de la pista de rodadura. Aparece un anillo de pelado inclinado en la superficie de trabajo del rodamiento, lo que indica que el rodamiento está funcionando en un estado inclinado. Cuando el ángulo de inclinación alcanza o excede un estado crítico, puede ocurrir un desgaste y descamación rápidos y anormales. Las razones principales son una instalación deficiente, desviación del eje, baja precisión del muñón y del orificio de la carcasa, etc. Se toman contramedidas para garantizar la calidad de la instalación del rodamiento y mejorar la precisión de la desviación axial del hombro del eje y del hombro del orificio.
4. Rotura de virola. La falla por rotura de la férula es generalmente rara y a menudo es causada por una sobrecarga repentina. Las causas son complejas, como defectos de la materia prima del rodamiento (burbujas, agujeros de contracción), defectos de forja (sobrequemado), defectos de tratamiento térmico (sobrecalentamiento), defectos de procesamiento (quemaduras locales o microfisuras superficiales), defectos del huésped (instalación deficiente, lubricación deficiente, Sobrecarga instantánea), etc. Una vez sobrecargado, la carga de impacto o la vibración severa pueden causar que la férula se rompa. Se toman contramedidas para evitar cargas de impacto por sobrecarga, seleccionar la interferencia adecuada, mejorar la precisión de la instalación, mejorar las condiciones de uso y fortalecer el control de calidad en el proceso de fabricación de rodamientos.
5. Fractura de jaula. La fractura de jaula es un modo de falla anormal esporádico. Las principales razones son las siguientes:
a. Carga anormal en la jaula. Si la instalación no está en su lugar, está inclinada o la interferencia es demasiado grande, fácilmente provocará una reducción del espacio libre, agravamiento de la fricción y generación de calor, ablandamiento de la superficie y descamación anormal prematura. A medida que el pelado se expande, la materia extraña del pelado entrará en las cavidades de la jaula, provocando la retención. El funcionamiento de la jaula se bloquea y se generan cargas adicionales, lo que agrava el desgaste de la jaula. Este empeoramiento de la circulación puede provocar que la jaula se rompa.
b. Una lubricación deficiente significa principalmente que el rodamiento funciona en un estado pobre en aceite, lo que es propenso al desgaste adhesivo, deteriorando la condición de la superficie de trabajo, y los desgarros causados por el desgaste adhesivo pueden ingresar fácilmente a la jaula, provocando que la jaula genere anormalidades. cargas y posiblemente causar que la jaula se rompa.
C. La intrusión de materia extraña es un modo común de falla por fractura de jaula. Debido a la intrusión de materias extrañas duras, el desgaste de la jaula se agrava y se generan cargas adicionales anormales, que también pueden causar el jaula para romper.
d. El fenómeno de fluencia es también una de las causas de la fractura de la jaula. El llamado fenómeno de fluencia se refiere al fenómeno de deslizamiento de las férulas. Cuando la interferencia de la superficie de contacto es insuficiente, el punto de carga se mueve en la dirección periférica debido al deslizamiento, lo que hace que el casquillo se desvíe en la dirección circunferencial con respecto al eje o la carcasa. Una vez que se produce la fluencia, la superficie de contacto se desgastará significativamente y el polvo de desgaste puede ingresar al interior del rodamiento, causando un desgaste anormal (desprendimiento de la pista), desgaste de la jaula y carga adicional, que incluso puede causar que la jaula se rompa.
mi. Los defectos del material de la jaula (como grietas, grandes inclusiones de metales extraños, cavidades de contracción, burbujas de aire) y defectos de remachado (falta de clavos, clavos, espacios entre las dos mitades de la jaula, daños graves al remachado), etc., pueden provocar que la jaula se rompa. . La contramedida es controlar estrictamente el proceso de fabricación.
Conclusión
En resumen, a partir de los mecanismos de falla comunes y los modos de falla de los rodamientos se puede ver que, aunque los rodamientos son bases estructurales precisas y confiables, el uso inadecuado también puede causar fallas tempranas. En términos generales, si los rodamientos se utilizan correctamente, se pueden utilizar hasta su vida útil. La falla temprana de los rodamientos se debe principalmente a factores como la precisión de fabricación de las piezas acopladas del host, la calidad de la instalación, las condiciones de uso, el efecto de lubricación, la intrusión de materias extrañas externas, el impacto térmico y la falla repentina del host. Por tanto, el uso correcto y razonable de los rodamientos es un proyecto sistemático. En el proceso de diseño, fabricación e instalación de la estructura de soporte, tomar las medidas correspondientes para los eslabones que causan fallas tempranas puede mejorar efectivamente la vida útil de los cojinetes y del motor principal. Esta es la fabricación. La fábrica y el cliente deben asumir responsabilidades conjuntas.