Бринеллинг

Бринеллирование / ˈ b r ɪ n ə l ɪ ŋ / — это необратимое вдавливание твердой поверхности. Он назван в честь Бринелля шкалы твердости , в которой небольшой шарик прижимается к твердой поверхности с заданным уровнем силы, а глубина и диаметр отметки указывают на твердость поверхности по Бринеллю. Бринеллирование — это необратимая пластическая деформация поверхности, которая обычно возникает, когда две контактирующие поверхности неподвижны (например, тела качения и дорожка качения подшипника) и превышен предел текучести материала.

Бринеллирование нежелательно, так как детали часто соприкасаются с другими частями, находящимися очень близко. Очень маленькие углубления могут быстро привести к неправильной работе, например, к вибрации или чрезмерной вибрации, что, в свою очередь, может ускорить другие формы износа , такие как растрескивание и, в конечном итоге, выход из строя подшипника.

Введение

Бринеллирование — это разрушение поверхности материала, вызванное контактным напряжением Герца , которое превышает предел материала. Обычно это происходит в ситуациях, когда значительная сила нагрузки распределяется по относительно небольшой площади поверхности. Бринеллирование обычно возникает в результате сильной или повторяющейся ударной нагрузки, либо во время остановки, либо во время вращения, хотя оно также может быть вызвано всего лишь одним приложением силы, превышающей предел материала.

Бринеллирование может быть вызвано тяжелым грузом, находящимся на неподвижном подшипнике в течение длительного периода времени. В результате образуется постоянная вмятина или «метка Бринелля». Метки Бринелля часто появляются на равномерных участках вдоль обойм подшипников , напоминая основные элементы подшипника, например, ряды зубчатых линий для игольчатых или роликовых подшипников или закругленные углубления в шарикоподшипниках . Это частая причина выхода из строя роликовых подшипников и потери предварительного натяга в болтовых соединениях, когда не используется закаленная шайба. Например, бринеллирование происходит в роликах , когда шарикоподшипники внутри поворотной головки образуют канавки в твердой крышке, тем самым ухудшая производительность из-за увеличения требуемого усилия поворота.

Как избежать повреждения бринеллированием

Инженеры могут использовать твердость материалов по Бринеллю в своих расчетах, чтобы избежать этого вида отказа. Номинальная статическая нагрузка подшипника качения определяется во избежание этого типа отказа. Увеличение количества элементов может обеспечить лучшее распределение нагрузки, поэтому подшипники, рассчитанные на большую нагрузку, могут иметь много шариков или вместо них использовать иглы. Это снижает вероятность бринеллирования, но увеличивает трение и другие факторы. Однако, хотя роликовые и шарикоподшипники хорошо справляются с радиальными и осевыми нагрузками, они часто склонны к бринеллированию при очень высоких ударных нагрузках, поперечных нагрузках или вибрации. Баббитовые подшипники или бронзовые втулки часто используются вместо роликовых подшипников в устройствах, где существуют такие нагрузки, например, в автомобильных коленчатых валах или шкивах , чтобы уменьшить вероятность бринеллирования за счет распределения силы по очень большой площади поверхности.

Распространенной причиной бринеллирования является использование неправильных процедур установки. Бринеллирование часто возникает при запрессовке подшипников в отверстия или на валы. Обычно необходимо следить за тем, чтобы давление оказывалось на соответствующую обойму подшипника, чтобы избежать передачи давления с одной дорожки на другую через шарики или ролики. Если прижимная сила приложена не к той расе, бринеллирование может произойти с одной или обеими расами. В процессе прессования или зажима также могут оставаться следы Бринеля, особенно если тиски или пресс имеют зубчатые губки или шероховатую поверхность. Плоские прессующие пластины часто используются при прессовании подшипников, а мягкие медные, латунные или алюминиевые крышки губок часто используются в тисках, чтобы избежать попадания следов Бринелля на заготовку.

Ложное бринеллирование

Прецессия между вращающимся валом в отверстии, вызванная избыточным зазором из-за износа. Если подшипник с четырьмя шариками расположен на синей окружности вала, причем каждый шарик расположен в углах квадрата, контакт этих шариков с красным внешним кольцом подшипника происходит только на отдельных участках вдоль этого кольца, вызывая вибрацию. шум, ускоренный износ и образование вмятин, напоминающих бринеллирование, но их можно отличить от настоящего бринеллирования.

Подобный вид повреждения называется ложным бринеллированием и вызван фреттинг-износом . Фреттинг-износ возникает, когда локализованные следы износа появляются в виде равномерно расположенных узоров с приподнятыми или неизношенными частями между ними, как лады на гитаре. Ложное бринеллирование бывает двух типов: стационарное и прецессионное.

Стационарное ложное бринеллирование происходит без вращательного движения подшипника. Это происходит, когда контактирующие тела вибрируют друг против друга при наличии очень малых нагрузок, что выталкивает смазку из площади контактной поверхности, в то время как подшипниковый узел не может сдвинуться достаточно далеко (или повернуть достаточно далеко), чтобы перераспределить вытесненную смазку. В результате получается тонко отполированная поверхность, напоминающая метку Бринеля, но не имеющая необратимой деформации ни одной из контактирующих поверхностей. Этот тип ложного бринеллирования обычно возникает в подшипниках при транспортировке, между моментом изготовления и установкой. Полированные поверхности часто ошибочно принимают за бринеллирование, хотя реального повреждения подшипника не происходит. Ложное бринеллирование исчезнет после короткого периода обкатки.

Фреттинг-износ также может возникать во время работы, вызывая глубокие вмятины. Это происходит, когда во вращающемся валу образуются небольшие вибрации, которые гармонически синхронизируются со скоростью вращения, вызывая круговые колебания вала. Колебания заставляют вал двигаться в прецессии , а синхронизация скорости вращения приводит к тому, что шарики или ролики соприкасаются с дорожками качения только тогда, когда они находятся в одинаковых положениях. Это приводит к образованию следов износа, вызванных контактом с подшипниками и дорожками качения в определенных областях, но не в других, оставляя неравномерный рисунок износа, который может стать довольно глубоким, прежде чем произойдет выход из строя, напоминающий бринеллирование. Однако следы обычно слишком широкие из-за движения подшипника и не совсем соответствуют форме тел качения, поэтому этот тип износа можно отличить от истинного бринеллирования.