Suivez-moi sur:
Le guide ultime des causes de défaillance des roulements
Les roulements combinent des pièces rotatives (arbres) et des pièces fixes (boîtiers de roulement) avec un minimum de friction. C’est précisément grâce au rôle des roulements que divers équipements rotatifs tels que les voitures, les avions, les générateurs, les convoyeurs et les moteurs peuvent fonctionner sans problème. Avec le développement rapide des progrès scientifiques et technologiques, les clients ont des exigences de plus en plus élevées en matière de qualité des produits de roulements. Il est important pour les fabricants de roulements de fournir des roulements de haute qualité répondant aux normes et aux exigences de performance, mais il est même important de les utiliser correctement. Sur la base de nombreuses années de travail sur la technologie de fabrication de roulements, Aubearing rencontre souvent le problème que le roulement est qualifié après les tests, mais le roulement reste bloqué après l'installation ou une défaillance de rotation précoce pendant l'utilisation. Les principaux symptômes comprennent une sensation de blocage en rotation, un décollement important de la surface de travail, une usure importante et même une distorsion et une fracture de la surface de travail. cage. L'analyse des résultats de défaillance montre qu'il n'y a pas beaucoup de problèmes de qualité liés au roulement lui-même, et la plupart d'entre eux sont causés par une installation et une utilisation inappropriées. Pour cette raison, Au roulement estime qu'il est nécessaire de revoir les modes de défaillance courants des roulements et de fournir des suggestions constructives pour améliorer encore la durée de vie des roulements.
Les roulements sont des composants de haute précision en acier à roulements de haute dureté (AISI52100). Désormais, les roulements utilisent des éléments roulants en céramique. Les roulements sont constitués de bagues intérieures et extérieures, de billes ou de rouleaux et de cages. Certains roulements sont également équipés de joints ou de cache-poussière. Ces roulements étanches sont préremplis de graisse en usine. L'huile ou la graisse lubrifiante est essentielle à l'épaisseur du film lubrifiant qui doit être établi pour séparer les éléments roulants et les chemins de roulement. Des roulements appropriés doivent être sélectionnés pour l'équipement et installés correctement pour garantir qu'ils sont bien lubrifiés et exempts de contamination.
Causes de défaillance des roulements
Lors de la recherche de signes de dommages, il est important de bien comprendre la géométrie interne du roulement et son fonctionnement. La comparaison des traces de charge des chemins de roulement des roulements endommagés retirés de l'équipement avec des roulements fonctionnant correctement peut aider à comprendre la cause des dommages aux roulements. Il est également important de se prémunir contre les roulements contrefaits, car ils ont souvent une durée de vie beaucoup plus courte que les roulements fabriqués par des fabricants de roulements réputés. Si la machine est surchargée, utilisée ou mal entretenue, les roulements seront affectés et 34 % des défaillances prématurées des roulements sont dues à la fatigue. Parce que les roulements donneront un « avertissement précoce » lorsqu’ils sont mal entretenus ou soumis à des contraintes excessives.
Contacter Fatigue
La rupture par fatigue de contact fait référence à une rupture provoquée par une contrainte alternée sur la surface de travail du roulement. L'écaillage par fatigue de contact se produit sur la surface de travail du roulement et est souvent accompagné de fissures de fatigue. Il se produit d'abord à partir de la contrainte de cisaillement alternée maximale sous la surface de contact, puis s'étend jusqu'à la surface pour former différentes formes d'écaillage, telles que des piqûres ou des piqûres d'écaillage. Le pelage en petits flocons est appelé pelage superficiel. En raison de l'expansion progressive de la surface de pelage, elle s'étend souvent aux couches profondes, formant un pelage profond. L’écaillage profond est une source de fatigue de rupture par fatigue de contact.
Défaillance d'usure
La défaillance par usure fait référence à la défaillance causée par le frottement de glissement relatif entre les surfaces provoquant une usure continue du métal sur la surface de travail. L'usure continue entraînera des dommages progressifs aux pièces du roulement, entraînant éventuellement une perte de précision dimensionnelle du roulement et d'autres problèmes connexes. L'usure peut affecter les changements de forme, augmenter le jeu de montage et modifier la topographie de la surface de travail. Cela peut affecter le lubrifiant ou le contaminer dans une certaine mesure, entraînant la perte complète de la fonction de lubrification, entraînant ainsi une perte de précision de rotation du roulement ou même un fonctionnement normal du roulement. La défaillance par usure est l’un des modes de défaillance courants de divers types de roulements. Selon la forme d'usure, elle peut généralement être divisée en usure abrasive et usure adhésive les plus courantes.
L'usure abrasive fait référence à l'usure causée par la compression de particules dures étrangères ou de corps étrangers durs ou de débris d'usure sur la surface métallique entre les surfaces de travail du roulement et le mouvement relatif des surfaces de contact, provoquant souvent des rayures en forme de sillons sur le travail. surface du roulement. Des particules dures ou des corps étrangers peuvent provenir de l'intérieur du système hôte ou d'autres parties adjacentes du système hôte et sont envoyées dans le roulement par le fluide lubrifiant. L'usure adhésive fait référence à la contrainte inégale sur la surface de friction due à des saillies microscopiques ou à des corps étrangers sur la surface de friction. Lorsque les conditions de lubrification se détériorent sérieusement, de la chaleur de friction locale est générée, ce qui peut facilement provoquer une déformation locale de la surface de friction et des micro-soudures par friction. Grave Le métal de la surface peut être partiellement fondu et la force exercée sur la surface de contact arrachera le point de soudage par friction local de la matrice et augmentera la déformation plastique. Ce cycle adhésion-déchirure-adhésion constitue une usure adhésive. D’une manière générale, une légère usure de l’adhésif est appelée abrasion, et une usure importante de l’adhésif est appelée occlusion.
Échec de fracture
Les principales raisons de rupture par rupture de roulement sont les défauts de conception et la surcharge. Lorsque la charge appliquée dépasse la limite de résistance du matériau et provoque la rupture de la pièce, on parle de rupture par surcharge. La principale raison de la surcharge est une panne soudaine de l'hôte ou une mauvaise installation. Des défauts tels que des microfissures, des cavités de retrait, des bulles, de gros corps étrangers, des tissus surchauffés et des brûlures locales dans les pièces du roulement peuvent également provoquer des fractures au niveau des défauts lors d'une surcharge d'impact ou de vibrations sévères, appelées fracture par défaut. Il convient de souligner que pendant le processus de fabrication des roulements, des instruments peuvent être utilisés pour analyser correctement si les défauts mentionnés ci-dessus existent lors de la réinspection en usine des matières premières, du contrôle qualité du forgeage et du traitement thermique et du contrôle du processus d'usinage. Le contrôle devra encore être renforcé à l’avenir. Mais d’une manière générale, la plupart des ruptures de roulement courantes sont des ruptures de surcharge.
Échec du changement d'autorisation
Lorsque le roulement fonctionne, en raison de l'influence de facteurs externes ou internes, le jeu de montage d'origine change, la précision diminue et provoque même un « grippage », appelé échec de changement de jeu. Des facteurs externes tels qu'une interférence excessive, une mauvaise installation, une dilatation causée par une élévation de température, une surcharge instantanée, etc., et des facteurs internes tels que la rétention d'austénite et les contraintes résiduelles dans un état instable sont les principales raisons de l'échec du changement de jeu.
Mauvais assemblage
16 % des défaillances prématurées de divers roulements sont dues à un mauvais assemblage (généralement dû à une force excessive…) et à une mauvaise utilisation des outils d’assemblage. Certains équipements nécessitent des méthodes mécaniques, hydrauliques ou de chauffage pour une installation et un retrait corrects et efficaces. SKF propose une gamme complète d'outils et d'équipements basés sur une variété de technologies de services d'ingénierie professionnelle pour rendre ces travaux plus faciles, plus rapides et plus rentables. L'assemblage professionnel à l'aide d'outils et de techniques spécialisés est une autre solution pour maximiser la disponibilité des machines.
Mauvaise lubrification
Bien qu'une variété de roulements étanches « sans entretien » puissent être installés, 36 % des défaillances prématurées des roulements sont causées par une application technique incorrecte et une mauvaise utilisation de la graisse. Tout roulement mal lubrifié tombera inévitablement en panne prématurément avant sa durée de vie normale. Étant donné que les roulements sont généralement les pièces les plus difficiles à assembler et à retirer des équipements mécaniques, des problèmes peuvent survenir s’ils ne sont pas lubrifiés régulièrement. Lorsque la maintenance manuelle n'est pas possible, SKF peut développer un système de lubrification entièrement automatique pour obtenir des résultats de lubrification optimaux. Une lubrification efficace à l'aide de la graisse, des outils et de la technologie SKF, selon les besoins, contribuera à réduire considérablement les temps d'arrêt.
Polluer
Les roulements sont des pièces de précision. Si les roulements et la graisse sont contaminés, ils ne fonctionneront pas efficacement. De plus, étant donné que les roulements étanches graissés et sans entretien ne représentent qu'un faible pourcentage de tous les roulements utilisés, au moins 14 % de toutes les défaillances prématurées des roulements sont dues à des problèmes de contamination. SKF dispose d'excellentes capacités de fabrication et de conception de roulements et peut fournir des solutions d'étanchéité pour une variété d'environnements de travail difficiles.
Méthode d'analyse des défaillances des roulements
Lors du processus d’analyse des défaillances de roulements, de nombreux phénomènes complexes sont souvent rencontrés. Divers résultats expérimentaux peuvent être contradictoires ou peu clairs. Cela nécessite des expériences et des démonstrations répétées pour obtenir suffisamment de preuves ou de contre-preuves. Ce n’est qu’en utilisant des méthodes, des procédures et des étapes d’analyse correctes que nous pourrons trouver la véritable cause de l’échec. D'une manière générale, l'analyse des défaillances de roulements peut être grossièrement divisée en trois étapes suivantes : collecte d'objets défaillants et de données de base, inspection macroscopique et analyse microscopique des objets défaillants.
Collection d'objets invalides et de documents de référence
Collectez autant de pièces et de fragments d'objets défaillants que possible. Comprendre parfaitement les conditions de travail, le processus d'utilisation et la qualité de fabrication des roulements défectueux. Le contenu spécifique comprend :
(1) La charge, la vitesse de rotation, les conditions de travail du moteur principal et les autres conditions de fonctionnement de conception du roulement.
(2) Conditions de défaillance des roulements et autres pièces connexes, et types de défaillances des roulements.
(3) Dossiers d'installation et d'exploitation des roulements. Y a-t-il des opérations anormales pendant le fonctionnement et l'utilisation ?
(4) Si la charge réelle supportée par le roulement pendant le fonctionnement est conforme à la conception originale.
(5) La vitesse de rotation réelle du roulement et la fréquence des différentes vitesses de rotation.
(6) S'il y a une forte augmentation de la température ou de la fumée, du bruit et des vibrations en cas de panne.
(7) S'il y a des milieux corrosifs dans l'environnement de travail et s'il existe une couleur d'oxydation de surface spéciale ou une autre couleur de contamination entre le roulement et le tourillon.
(8) Dossiers d'installation des roulements (y compris la réinspection des tolérances dimensionnelles des roulements avant l'installation), le jeu d'origine des roulements, les conditions d'assemblage et d'alignement, la rigidité du siège de roulement et de la base de la machine, et s'il y a des anomalies dans l'installation.
(9) S'il y a une dilatation thermique et des changements de transmission de puissance pendant le fonctionnement du roulement.
(10) Conditions de lubrification des roulements, y compris la marque du lubrifiant, la composition, la couleur, la viscosité, la teneur en impuretés, la filtration, l'état de remplacement et d'approvisionnement, etc., et la collecte de ses sédiments.
(11) Si la sélection du matériau du roulement est correcte et si la qualité du matériau répond aux normes ou exigences de dessin pertinentes.
(12) Si le processus de fabrication du roulement est normal, s'il y a une déformation plastique sur la surface et s'il y a des brûlures de meulage de surface.
(13) Dossiers de réparation et d'entretien des roulements défectueux.
(14) Conditions de défaillance des roulements du même lot ou type.
Dans le travail réel de collecte de documents de référence, il est difficile de répondre à toutes les exigences ci-dessus. Cependant, les informations collectées seront plus propices à l'obtention de conclusions analytiques correctes.
Inspection macroscopique
L'inspection macroscopique des roulements défaillants (y compris la mesure de la tolérance dimensionnelle et l'inspection et l'analyse de l'état de surface) est l'étape la plus importante de l'analyse des défaillances. L'inspection de l'apparence globale peut fournir un aperçu de la défaillance du roulement et des caractéristiques des pièces endommagées, estimer la cause de la défaillance, observer la taille, la forme, l'emplacement, la quantité et les caractéristiques des défauts, et intercepter les pièces appropriées pour une inspection microscopique plus approfondie. et analyse. Le contenu de la macro-inspection comprend :
(1) Modifications d'apparence et de taille (y compris analyse de mesure de vibration, analyse de fonction dynamique et analyse d'arrondi du chemin de roulement).
(2) Modifications du jeu.
(3) S'il y a un phénomène de corrosion, où il se produit, de quel type de corrosion il s'agit et s'il est directement lié à la défaillance.
(4) Existe-t-il des fissures, la forme des fissures et les propriétés de la fracture.
(5) De quel type d’usure s’agit-il et dans quelle mesure elle contribue à la défaillance.
(6) Observez la décoloration et l'emplacement de la surface de travail de chaque pièce du roulement pour déterminer son état de lubrification et l'effet de la température de surface.
(7) Observez principalement la zone caractéristique de défaillance pour détecter une usure anormale, l'incorporation de particules étrangères, des fissures, des rayures et d'autres défauts.
(8) La méthode de décapage à froid ou la méthode de décapage à chaud est utilisée pour vérifier s'il y a des points mous, des couches décarburées et des brûlures sur la surface d'origine des pièces de roulement, en particulier des brûlures de meulage de surface.
(9) Utilisez un instrument de mesure de contrainte à rayons X pour mesurer les changements de contrainte du roulement avant et après le fonctionnement.
Les résultats de l'inspection macroscopique peuvent parfois déterminer essentiellement la forme et la cause de la défaillance, mais pour déterminer davantage la nature de la défaillance, des preuves doivent être obtenues et une analyse microscopique doit être effectuée.
Analyse microscopique
L'analyse microscopique des roulements défaillants comprend l'analyse métallographique optique, l'analyse au microscope électronique, l'analyse par spectroscopie d'énergie par sonde et électronique, etc. Elle est principalement basée sur les changements microstructuraux dans la zone caractéristique de défaillance et l'analyse des sources de fatigue et des sources de fissures pour fournir des critères ou contre-preuves pour l’analyse des échecs. Les méthodes les plus couramment utilisées et les plus courantes en analyse microscopique sont l’analyse optique métallographique et la détection de la dureté de surface. Le contenu de l’analyse doit inclure :
(1) Si la qualité des matériaux répond aux normes et exigences de conception pertinentes.
(2) Si la structure de base et la qualité du traitement thermique des pièces de roulement répondent aux exigences pertinentes.
(3) S'il y a une couche de décarburation, de troostite et d'autres couches de détérioration du traitement de surface dans la structure de surface.
(4) Mesurer la profondeur de la couche de renforcement de surface telle que la couche carburée et la structure de chaque couche du métal multicouche, la forme et la profondeur de la piqûre ou de la fissure de corrosion, et déterminer la cause et la nature de la fissure en fonction sur la forme de la fissure et les caractéristiques structurelles des deux côtés.
(5) Déterminer le degré de déformation, l'augmentation de la température, le type de matériau et le processus en fonction de la taille des grains, de la déformation structurelle, de la transformation de phase locale, de la recristallisation, de l'agrégation de phases, etc.
(6) Mesurer la dureté de base, l'uniformité de la dureté et les changements de dureté dans les zones caractéristiques de défaillance.
(7) Observation et analyse des fractures. Une analyse qualitative et des mesures ont été effectuées pour observer la surface de fracture par microscopie électronique à balayage.
(8) Les microscopes électroniques, les sondes et la spectroscopie d'énergie électronique peuvent mesurer les composants de la surface de fracture et découvrir la nature de la surface de fracture et la cause de la rupture dans l'analyse des sources de fatigue et des sources de fissures.
Les trois étapes de la méthode générale d'analyse des défaillances de roulements présentées ci-dessus constituent un processus d'analyse étape par étape et approfondi de l'extérieur vers l'intérieur. Le contenu inclus dans chaque étape doit être sélectionné en fonction du type et des caractéristiques de la défaillance du roulement et des circonstances spécifiques, mais les étapes d'analyse sont indispensables. De plus, tout au long du processus d'analyse, les résultats de l'analyse doivent toujours être liés aux nombreux facteurs qui affectent la défaillance des roulements et pris en compte de manière globale.
Modes de défaillance courants et contre-mesures des roulements
1. Pelage en position extrême d’un côté du canal. Le pelage en position extrême d'un côté du canal se manifeste principalement par des anneaux d'écaillage sévères à la jonction du canal et de la nervure. La cause est que le roulement n'est pas installé en place ou qu'il y a une surcharge axiale soudaine pendant le fonctionnement. Les contre-mesures à prendre consistent à s'assurer que le roulement est installé en place ou à remplacer l'ajustement de la bague extérieure du roulement côté libre par un ajustement avec jeu, afin que le roulement puisse être compensé lorsqu'il est surchargé.
2. Le canal se décolle dans une position symétrique dans le sens circonférentiel. L'anneau intérieur se décolle dans une position symétrique autour de la circonférence, tandis que l'anneau extérieur se décolle dans une position symétrique circonférentielle (c'est-à-dire dans la direction du petit axe de l'ellipse). La raison principale en est que le trou de l’obus est elliptique. Structure de trou de boîtier surdimensionnée ou divisée en deux, ce qui est particulièrement évident dans les roulements d'arbre à cames de moto. Lorsque le roulement est enfoncé dans le trou du boîtier avec une ellipse plus grande ou que les deux moitiés du boîtier séparé sont serrées, la bague extérieure du roulement devient elliptique et le jeu dans la direction de l'axe court est considérablement réduit, voire négatif. Sous l'action de la charge, la bague intérieure du roulement tournera et produira des marques de pelage circonférentielles, tandis que la bague extérieure ne produira des marques de pelage qu'à une position symétrique dans la direction de l'axe court. C'est la principale raison de la défaillance précoce du roulement. L'inspection des pièces défectueuses du roulement montre que la rondeur du diamètre extérieur du roulement est passée de 0.8 μm contrôlé par le processus d'origine à 27 μm. Cette valeur est bien supérieure à la valeur du jeu radial. Par conséquent, il peut être déterminé que le roulement fonctionne sous une déformation importante et un jeu négatif, et il est facile de provoquer une usure anormale et rapide et un pelage de la surface de travail à un stade précoce. Les contre-mesures prises consistent à améliorer la précision de traitement du trou du boîtier ou à éviter autant que possible d'utiliser la structure de séparation en deux moitiés du trou du boîtier.
3. Pelage incliné du chemin de roulement. Un anneau de pelage incliné apparaît sur la surface de travail du roulement, indiquant que le roulement fonctionne dans un état incliné. Lorsque l’angle d’inclinaison atteint ou dépasse un état critique, une usure anormale et rapide ainsi qu’un pelage peuvent survenir précocement. Les principales raisons sont une mauvaise installation, la déflexion de l'arbre, une faible précision du tourillon et du trou du boîtier, etc. Des contre-mesures sont prises pour garantir la qualité de l'installation du roulement et améliorer la précision du battement axial de l'épaulement de l'arbre et du trou.
4. Rupture de la virole. Les ruptures de virole sont généralement rares et sont souvent causées par une surcharge soudaine. Les causes sont complexes, comme les défauts de la matière première du roulement (bulles, trous de retrait), les défauts de forgeage (surcombustion), les défauts de traitement thermique (surchauffe), les défauts de transformation (brûlures locales ou microfissures superficielles), les défauts d'accueil (mauvaise installation, mauvaise lubrification, Surcharge instantanée), etc. Une fois surchargée, une charge d'impact ou de fortes vibrations peuvent provoquer la rupture de la virole. Des contre-mesures sont prises pour éviter les charges d'impact de surcharge, sélectionner les interférences appropriées, améliorer la précision de l'installation, améliorer les conditions d'utilisation et renforcer le contrôle qualité dans le processus de fabrication des roulements.
5. Fracture de la cage. La fracture de la cage est un mode de défaillance anormale sporadique. Les principales raisons sont les suivantes :
un. Charge anormale sur la cage. Si l'installation n'est pas en place, est inclinée ou si l'interférence est trop importante, cela entraînera facilement une réduction du jeu, une aggravation des frottements et de la génération de chaleur, un ramollissement de la surface et un pelage prématuré et anormal. Au fur et à mesure que le pelage s'étend, les corps étrangers qui pèlent pénètrent dans les poches de la cage, provoquant la rétention. Le fonctionnement de la cage est bloqué et des charges supplémentaires sont générées, ce qui aggrave l'usure de la cage. Une telle détérioration de la circulation peut entraîner la rupture de la cage.
b. Une mauvaise lubrification signifie principalement que le roulement fonctionne dans un état pauvre en huile, ce qui est sujet à l'usure de l'adhésif, détériorant l'état de la surface de travail, et les déchirures causées par l'usure de l'adhésif peuvent facilement pénétrer dans la cage, provoquant une génération anormale de la cage. charges et éventuellement provoquer la rupture de la cage.
c. L’intrusion de corps étrangers est un mode courant de rupture de cage. Du fait de l'intrusion de corps étrangers durs, l'usure de la cage est aggravée et des charges supplémentaires anormales sont générées, pouvant également provoquer la cage à casser.
d. Le phénomène de fluage est également une des causes de rupture de cage. Le phénomène dit de fluage fait référence au phénomène de glissement des viroles. Lorsque l'interférence de la surface de contact est insuffisante, le point de charge se déplace dans la direction périphérique en raison du glissement, provoquant une déviation de la virole dans la direction circonférentielle par rapport à l'arbre ou au boîtier. Une fois le fluage survenu, la surface de contact s'usera considérablement et de la poudre d'usure pourra pénétrer à l'intérieur du roulement, provoquant une usure anormale (écaillage du chemin de roulement), une usure de la cage et une charge supplémentaire, pouvant même provoquer la rupture de la cage.
e. Les défauts du matériau de la cage (tels que fissures, grosses inclusions de métaux étrangers, cavités de retrait, bulles d'air) et les défauts de rivetage (clous manquants, clous à patins, espaces entre les deux moitiés de cage, dommages de rivetage importants), etc. peuvent provoquer la rupture de la cage. . La contre-mesure consiste à contrôler strictement le processus de fabrication.
Conclusion
En résumé, les mécanismes de défaillance et les modes de défaillance courants des roulements montrent que, bien que les roulements soient des fondations structurelles précises et fiables, une mauvaise utilisation peut également provoquer une défaillance précoce. D'une manière générale, si les roulements sont utilisés correctement, ils peuvent être utilisés jusqu'à leur durée de vie en fatigue. La défaillance précoce des roulements est principalement causée par des facteurs tels que la précision de fabrication des pièces d'accouplement de l'hôte, la qualité de l'installation, les conditions d'utilisation, l'effet de lubrification, l'intrusion de corps étrangers externes, l'impact thermique et la défaillance soudaine de l'hôte. Par conséquent, l’utilisation correcte et raisonnable des roulements est un projet systématique. Dans le processus de conception, de fabrication et d'installation de la structure portante, la prise de mesures correspondantes pour les maillons qui provoquent une défaillance précoce peut améliorer efficacement la durée de vie des roulements et du moteur principal. C'est la fabrication. L'usine et le client doivent assumer des responsabilités conjointes.