با سلام به همراهان وبسایت بورس صنعت در این صفحه قصد داریم به دلایل خرابی بیرینگ ها (بلبرینگ ها و رولبیرینگ ها) بپردازیم. ریشه یابی علت خرابی بیرینگ ها و ارائه راهکار برای جلوگیری از خرابی زودرس بیرینگ ها مباحث اصلی این پست می باشند پس با ما همراه باشید.
مطالب این صفحه از سراسر اینترنت جمع آوری شده است و ما در وبسایت بورس صنعت تنها آن ها را باز نشر کرده ایم. در واقع در این صفحه گلچینی از مقالات کاربردی که داخل اینترنت به زبان فارسی درباره خرابی بیرینگ ها منتشر شده است را برای شما جمع آوری کرده ایم و در انتهای مطلب نیز مراجع آن ذکر شده است.
(در این صفحه می توانید تعاریف کلی از بیرینگ را مطالعه کنید)
مقاله اول: علت های اصلی در خرابی بیرینگ ها
مقدمه علت های اصلی در خرابی بیرینگها: مهم نیست که چه کاری انجام می دهید؛ همیشه این احتمال وجود دارد که محصولات از بین بروند. همین امر در مورد بلبرینگ نیز صادق است اما این نکته بدان معنی نیست که شما نمی توانید از بسیاری از مواردی که منجر به خرابی پر هزینه می شود جلوگیری کنید.
این مقاله راهنمایی برای بررسی علل اصلی خرابی بیرینگها و همچنین نحوه جلوگیری از وقوع آنها است. با کسب اطلاعات بیشتر در مورد این مشکلات احتمالی و دانستن نحوه متوقف کردن آنها، می توانید بیشترین عمر ممکن را از بلبرینگ خود توقع داشته باشید.
روانکاری نامناسب
طبق یک مطالعه جدید، تا 80 درصد از خرابی بیرینگها ناشی از روانکاری نادرست است. این امر شامل روانکاری ناکافی، استفاده از روان کننده های نامناسب و یا دمای بیش از حد است که باعث کاهش عملکرد روانکار می شود.
از نوع مناسب و مقدار کافی روان کننده استفاده کنید. از ریزش گریس خودداری کنید، فواصل مناسب برای روانکاری را دنبال کنید و از قوانین روانکاری بیرینگها پیروی کنید.
آلودگی
آلودگی معمولا ناشی از ورود مواد خارجی به روان کننده ها یا محلول های تمیزکننده است. از جمله این موارد که منجر به خرابی بیرینگها می شود می توان به ورود خاک، گرد و غبار و تراشه های فولادی ناشی از محل های آلوده و دست یا ابزار کثیف اشاره کرد.
روان کننده را فیلتر کنید و ابزار را تمیز نگه دارید تا خطر آلودگی کاهش یابد.
نصب نادرست
در بیشتر موارد، یاتاقان ها باید با فشار روی حلقه چرخان سوار شوند.
دستورالعمل های مناسب نصب را دنبال کنید و اطمینان حاصل کنید که همه کارکنان تفاوت بین نصب صحیح و نادرست را درک می کنند.
تنظیم نادرست
شفت های خم شده، شانه های خارج از مربع شفت، فاصله های خارج از مربع و نصب نادرست به دلیل شل بودن اتصالات می تواند منجر به گرمای بیش از حد و خرابی جداکننده شود.
شفت ها و محفظه ها را برای عبور از شانه ها بررسی کنید و از آویزهای درجه یک استفاده کنید.
برینلینگ کاذب
حرکت سریع ساچمه ها در یک مسیر آزاد در حالی که تجهیزات به دور از روانکاری هستند و عدم چرخش یاتاقان که اجازه نمی دهد تا روان کننده تازه به محل برگردد، منجر به ایجاد برینلینگ کاذب و خرابی بیرینگها می شود.
لرزش های خارجی که می تواند باعث حرکت ساچمه ها شود را از بین ببرید. همچنین، حتما از روان کننده های حاوی مواد افزودنی ضد سایش استفاده کنید.
خوردگی
رطوبت، اسید، گریس با کیفیت پایین، بسته بندی ضعیف و تراکم ناشی از دمای بیش از حد، می تواند باعث خوردگی شود.
مایعات خورنده را از اطراف بلبرینگ دور کنید. استفاده از مواد مناسب بلبرینگ مانند فولاد ضد زنگ می تواند به شما کمک کند تا از ایجاد یک محیط خورنده جلوگیری کنید.
آسیب الکتریکی
عبور مداوم جریان متناوب یا مستقیم، حتی با جریان کم، می تواند به آسیب الکتریکی منجر شود.
با استفاده از یاتاقان های عایق بندی شده، از ورود جریان های الکتریکی به داخل یاتاقان جلوگیری کنید.
خستگی
ورقه ورقه شدن اغلب نتیجه فشار بیش از حد، حلقه داخلی تنگ و استفاده از بلبرینگ بیشتر از عمر محاسبه شده آن است.
بیینگ را جایگزین کنید و یا یک طراحی مجدد را در نظر بگیرید که از یک بلبرینگ با طول عمر خستگی بیشتر و توصیه های مناسب برای شفت استفاده می کند.
گرمای بیش از حد
گرمای بیش از حد به طور کلی نتیجه دمای بیش از حد کار و روانکاری نادرست است. درجه حرارت بالا باعث پاک شدن گریس و کاهش راندمان روغن می شود. در شرایط درجه حرارت بالا، اکسیداسیون می تواند منجر به از بین رفتن روغن های روان کننده از گریس شود و یک صابون خشک و پوسته پوسته باقی می ماند. درجه حرارت بالاتر همچنین سختی فلز را کاهش می دهد و باعث نارسایی اولیه می شود.
کنترل های حرارتی یا اضافه بار، مسیرهای حرارتی کافی و خنک کننده های اضافی از بهترین گزینه ها برای کاهش گرمای بیش از حد هستند.
بار بیش از حد
قرار دادن بار بیش از حد بر روی یاتاقان نیز یکی دیگر از دلایل اصلی خرابی بیرینگها است.
بار را کاهش دهید یا با استفاده از یاتاقان با ظرفیت بیشتر، طراحی مجدد را در نظر بگیرید.
ذخیره سازی و رسیدگی نادرست
ذخیره سازی نادرست در انبار، یاتاقان ها را در برابر رطوبت و گرد و غبار قرار می دهد. نگهداری یاتاقان در دمای بیش از حد نیز می تواند ماندگاری گریس را کاهش دهد؛ بنابراین برای دریافت راهنمای ذخیره سازی همیشه با سازنده گریس در تماس باشید.
یاتاقان ها را در یک منطقه خشک و در دمای اتاق نگهداری کنید. همیشه یاتاقان ها را بپوشانید تا تمیز نگه داشته شده و قبل از باز کردن آنها را به محل نصب ببرید.
منبع مطالب و تصاویر: سایت بتکا
مقاله دوم: علل خرابی بیرینگ ها
زمانی که بلبرینگ ها دچار شکست می گردد ،هزینه سنگینی به ماشین تحمیل می گردد در اولین قدم انتخاب صحیح بلبرینگ برای هر کاربردی ، قابلیت اطمینان به عملکرد صحیح آنرا تضمین می نماید. (کارایی را بالا می برد ) پارامتر هایی مثل بار،سرعت،حرارت ،دقت اجرایی ،زمانی در حد مطلوب ما خواهند بود که، انتخاب صحیح بلبرینگ صورت پذیرفته شده باشد، در محاسبه ی عمر قابل انتظار برای هر بلبرینگ،4 فرضیه در نظر گرفته می شود:
- روانکاری و روغن کاری به مقدار مناسب در بلبرینگ صورت پذیرد.
- مونتاز بلبرینگ صحیح صورت پذیرفته باشد.
- ابعاد قطعات مرتبط به بلبرینگ صحیح ودرست باشند(مثل اندازه سوراخ نشیمنگاه – عرض- پهنا و …).
- بلبرینگ هیچگونه نقضی نداشته باشد (از نظر تولید و ساخت).
توصیه های تعمیرات و نگهداری به شرح ذیل می باشد.
اگر کلیه موارد بالا رعایت شده باشد، دلیل شکست بلبرینگ می تواند از خستگی مواد اولیه باشد.
خستگی، نتیجه کاربرد تنش های متناوب در قطعات است. به گونه ای که تحمل اینگونه بارها آثاری در سطح قطعه ایجاد می نماید که در عکس های 1 تا 3 نشان داده شده است.
خرابی بلبرینگ ها
آغاز شروع خستگی (خستگی پوسته شدن) بر روی سطح اتفاق می افتد. اولین نشانه به صورت خراش های سطحی میکروسکوپی است که قابل دیدن نیستند و همچنین این تاثیرات قابل شنیدن نمی باشد، تا زمانی که ماشین در حین کار است. ( شکل1)
در شکل 2 ترک های سطحی ایجاد شده است، که در این وضعیت قابلیت شنیده شدن را دارد. اگر در محیط اطرافتان سطح صدا زیاد باشد ارزیابی وضعیت بلبرینگ توسط یک دستگاه ارتعاش سنج که قادر است به طور معمول پوسته پوسته شدن که در شکل 2 نشان داده شده اند را تشخیص می دهد.
مدت زمانی که شروع پوسته شدن از (شکل1) تا حالت پیشرفته (شکل2) طول می کشد متغیر است و به بار و سرعت بستگی دارد و این امر یک پدیده ی ناگهانی نیست و خرابی بلبرینگ و شکست آن در یک مدت زمان ایجاد می گردد.
شکست کامل بلبرینگ و نتایج خرابی قسمت های مختلف ماشین اغلب اجتناب ناپذیرند ، عملکرد نا منظم دستگاه دلیل سروصدا و ارتعاشات در شافت ها و بلبرینگ های گیربکس است . متأسفانه به ندرت 4 شرط ارائه شده درعمر و طراحی بلبرینگ رعایت می گردد.
یک اشتباه مشترک و رایج در این زمینه این است که بلبرینگ درحد کافی ظرفیت و تحمل بار را ندارد و باعث شکست بلبرینگ می گردد. همچنین برخی فکر می کنند هر چه قیمت بلبرینگ بیشتر باشد توانایی انتقال بار بیشتر دارد.
یکی از سخت ترین کارها ، آنالیز شکست اولیه بلبرینگ می باشد و به دو بخش تقسیم می شود
علل خرابی بلبرینگ ها قبل از راه اندازی
- اندازه ها و تلرانس های روی شافت اشتباه باشد
- نشیمنگاه بلبرینگ معیوب باشد.(ازنظر تلرانس و نا هم محوری)
- نا هم محوری در حالت استاتیک.
- خطا در مونتاژ.
- عبور جریان برق از بلبرینگ.
- حمل ونقل و انبار داری غلط.
علل خرابی بلبرینگ ها پس از راه اندازی
- روغن کاری نا متناسب و بی اثر(کاهش سطح روغن، انتخاب نوع روغن نامناسب، اشکال در سیستم روغن کاری اجباری)
- سیل های غلط (خرابی کاسه نمدها و مونتاژ اشتباه).
- ارتعاشات در حالت استاتیکی.
- نا هم محوری در حین عمل.
- عبورجریان الکتریسیته بعد از استارت و شروع به کار.
یک روش طبقه بندی شده توسط ISO ( سازمان استاندارد بین المللی ) جهت پدیده ی شکست بلبرینگ ها بر مبنای استاندارد(ISO15243-2004E) است. این استاندارد ،شش نوع شکست را شناسایی و معرفی نموده است که با استفاده از تجهیزات و دستگاه های ارتعاش سنج قابل تشخیص می باشند. بنابراین با استفاده از پایش ارتعاشات قادر خواهیم بود که بلبرینگ ها را قبل از فاجعه به موقع تعویض نماییم ودرهزینه ها صرفه جویی کنیم
منبع تصاویر و مطالب: وبسایت کابرو
مقاله سوم: نشانه های خرابی بیرینگ ها
این یک واقعیت است که بیرینگ ها به طور ناگهانی نمی شکنند. یک رویکرد ناظر و دقیق برای شناسایی علائم هشدار دهنده یک خرابی قریب الوقوع ، می تواند از خرابی ماشین آلات و خسارت های متعاقب جلوگیری کند. روغن های ضد گرد و غبار بر روی بیرینگ ها تا حدودی در مقابل خوردگی از آن ها محافظت می کنند. با این حال ، رطوبت نسبتا بالا و یا حتی تغییرات درجه حرارت قابل توجه در شب ، می تواند بیرینگ را در معرض رطوبت قرار دهد. استفاده معمولی از بیرینگ ها با موارد زیر همراه خواهد بود :
- لرزش جزیی
- سر و صدا در حین کار
- افزایش درجه حرارت در حین کار ( به مقدار کم )
- مصرف برق
- زوال روغن کاری به مرور زمان
افزایش ناگهانی سطح هر یک از این پارامترها نشانه قطعی از خرابی یا توقیف قریب الوقوع بیرینگ است. نادیده گرفتن هر یک از این خرابی ها می تواند منجر به مشکلات جدی شود. این موضوع حتی می تواند باعث خرابی تجهیزات اصلی شود و یا حتی منجر به آتش سوزی گردد. علت خرابی ها در سه دسته طبقه بندی می شود :
- خرابی ناشی از عوامل محیطی
سهل انگاری در نصب ، شرایط کاری کثیف ، روانکاری نامناسب ، بارگیری بیش از حد ، لرزش ، سرعت بیش از حد ، گرمای بیش از حد ، آلودگی
- خرابی ناشی از استفاده نادرست
انتخاب نادرست نوع بیرینگ و یا نصب نادرست
- خرابی ناشی از کیفیت بیرینگ
کیفیت پایین اجزای تشکیل دهنده ، ساختار یا ترکیبی فولادی ، خرابی ناشی از طراحی و تولید قسمت های داخلی ، قفسه و یا کیفیت آب بند
در ادامه عوامل محیطی که 90% منجر به خرابی بیرینگ می گردند را برایتان مشخص کرده ایم! خرابی ناشی از عدم استفاده صحیح و کیفیت پایین به ندرت رخ می دهد. علاوه بر این ، بررسی و تجزیه و تحلیل آنها به ابزار دقیق تحقیق و کنترل کیفیت نیاز دارد.
- خرابی ناشی از عوامل محیطی
سهل انگاری در نصب ، شرایط کاری کثیف ، روانکاری نامناسب ، بارگیری بیش از حد ، لرزش ، سرعت بیش از حد ، گرمای بیش از حد ، آلودگی
- خرابی ناشی از استفاده نادرست
انتخاب نادرست نوع بیرینگ و یا نصب نادرست
- خرابی ناشی از کیفیت بیرینگ
کیفیت پایین اجزای تشکیل دهنده ، ساختار یا ترکیبی فولادی ، خرابی ناشی از طراحی و تولید قسمت های داخلی ، قفسه و یا کیفیت آب بند
در ادامه عوامل محیطی که 90% منجر به خرابی بیرینگ می گردند را برایتان مشخص کرده ایم! خرابی ناشی از عدم استفاده صحیح و کیفیت پایین به ندرت رخ می دهد. علاوه بر این ، بررسی و تجزیه و تحلیل آنها به ابزار دقیق تحقیق و کنترل کیفیت نیاز دارد.
علل محیطی و منشا خرابی بیرینگ ها
خرابی بیرینگ ها به دلیل عوامل خارجی زیادی ممکن است رخ دهد که به طور کلی این علل را به چهار دسته می توان تقسیم کرد :
شرایط نصب
- ابزارها و روش های نامناسب نصب
- شرایط نصب کثیف
- بارهای شوک دهنده در حین نصب
- تولید نادرست قطعات
- احاطه بیرینگ ها با شفت و نشیمنگاه نامناسب ، عدم هم راستایی و غیره
شرایط عملیاتی
- بارگذاری بیش از حد
- ارتعاشات زیاد
- سرعت بیش از حد
- انحراف شفت
شرایط محیطی
- دمای محیط بیش از حد بالا یا بیش از حد پایین
- قوس الکتریکی
- آلودگی ناشی از آب ، خاک ، مواد شیمیایی ، تکه های پارچه و غیره
شرایط روانکاری
- روانکاری نادرست
- عرضه نامناسب روان کننده
- بازه زمانی طولانی روانکاری مجدد
تشخیص عللت خرابی بیرینگ ها
دغدغه اصلی کاربران بیرینگ ها ، تشخیص اولیه علت خرابی بیرینگ قبل از از بین رفتن قطعات است. مراقبت های پیشگیرانه در اصل بهترین راه حل است ، اما در موارد خاص مقدار زمان صرف شده و هزینه های زیاد جهت دسترسی به بیرینگ ها می تواند عامل بازدارنده باشد. برای برخی کاربردها ( همچون صنعت هواپیما ، تهویه هوا و غیره ) مراقبت های پیشگیرانه یک ” ضرورت ” محسوب می شود.
اگرچه ارزیابی میزان فرسودگی بیرینگ ها از طریق نشانه های خارجی کار دشواری است ، اما به عنوان یک قاعده کلی کاربران پس از تشخیص علائم بیرونی باید بتوانند عمر مفید یک بیرینگ را در نظر بگیرند.
نشانه های خارجی علت خرابی بیرینگ ها
چرخش بیرینگ در شرایط عملیاتی ( در حال کار ) پارامترهای معمولی همچون دمای کار ، صدا و لرزش را به همراه دارد. سطح دقیق آن ها به عوامل مختلفی همچون بار ، سرعت ، روانکاری ، نوع بیرینگ و غیره بستگی دارد. بالا بودن غیر طبیعی ” پارامترهای نرمال ” یک هشدار برای خرابی احتمالی در نظر گرفته می شود.
انحراف از ” هنجارهای عملیاتی ” که در ” شرایط عملیاتی ” برای هر یک از موارد زیر ایجاد می شود ، نیاز به مراقبت های پیشگیرانه و یا حداقل یک بررسی نزدیک برای تشخیص علل خرابی دارد.
- لرزش = این مورد را می توان با استفاده از دست و یا تجهیزات الکترونیکی ( آنالیزگر فرکانس و نوسان ) تشخیص داد. هشدار اپراتور بدین معناست که باید دستگاه را متوقف کنید.
- صدا = برخی صداهای غیر طبیعی را ممکن است بلافاصله متوجه شوید ، همچون صدای فرورفتگی اجزای غلتک ناشی از نصب نامناسب. صدا نشان دهنده خرابی اولیه است و تفاوت در شدت و تناوب صدا نشان دهنده میزان خسارت است. خسارت ناشی از بارهای نامتعادل عموما غیر قابل شنیدن است ، زیرا فرکانس آنها با فرکانس مونتاژ چرخنده یکسان است.
- دما = افزایش دمای بیرینگ های در حال کار به دلیل افزایش دمای محیط رخ می دهد که بسته به نوع نصب متفاوت خواهد بود. هر گونه افزایش دمای فراتر از سطح طبیعی ، نشان دهنده شروع خرابی بیرینگ است.
- افزایش گشتاور چرخشی = حتی در هنگام نصب روی بیرینگ ها ، تمام سیستم های چرخشی یک گشتاور مقاومتی ایجاد می کنند. افزایش این گشتاور با افزایش احتمالی دما همراه است که نشان دهنده تغییر در عملکرد بیرینگ می باشد.
تفسیر نشانه های خارجی علت خرابی بیرینگ ها
لرزش
- لایه لایه شدن
- سطح ساییده شده ناشی از ذرات خارجی
- خوردگی ( زنگ زدگی )
- بارهای نامتوازن ناشی از سایش بیرینگ ها
- فاصله بیش از حد – به دلیل سفت بسته شدن حلقه
صدا
- فرورفتگی اجزای غلتک
- لایه لایه شدن
- درزگیری نادرست ( فرورفتگی ناشی از لرزش )
- ذرات خارجی
- خوردگی ( زنگ زدگی )
- از بین بردن فاصله داخلی ناشی از فشار وارده بیش از حد
- خرابی قفسه یا اجزای غلتک
افزایش دما
- روانکاری اضافی و یا عدم روانکاری
- حذف فاصله داخلی
- فشار بیش از حد ناشی از نصب نامناسب
- چرخش غیر طبیعی گشتاور
- کج شدن قفسه
- زوال روانکاری
- آسیب و یا جا به جایی آب بند
روش های کنترل پیشگیرانه
تناوب کنترل در اصل به قابلیت اطمینان قابل انتظار ، میزان استفاده از مواد و عوامل دیگری که مختص هر کاربر است ، بستگی دارد. کنترل های مبتنی بر طول عمر بیرینگ باید به صورت منظم انجام شود. کنترل خارجی بدین معناست که برخی ابزارهای کنترل که ارتعاشات غیرمعمول را تشخیص می دهند ، همچون ” متر صوتی ” ، در دسترس است. در هر صورت ، به منظور شناسایی واریانس باید به صورت تصادفی ” سطح مرجع ” را تعیین کنید.
شناسایی علت خرابی بیرینگ ها
تشخیص خرابی همیشه آسان نیست ، با این حال مراحل زیر می تواند مفید باشد :
- حقایق قابل توجهی در مورد بیرینگ و اجزای اطراف آن را ثبت کنید
- تمام دلایل احتمالی خرابی را شناسایی کنید
- از میان دلایل مشخص شده ، فقط دلایلی را انتخاب کنید که با حداکثر پارامترهای عملکرد غیر طبیعی مطابقت دارند
قبل از شروع روند حذف این علت خرابی بیرینگ ، با دقت هر یک از موارد زیر را بررسی کنید :
- وجود خاک
- افزایش دما به دلیل از بین رفتن روان کننده
- سطح صدا
- سطح گشتاور
- تکامل خرابی بیرینگ
- جهت بیرینگ در حین مونتاژ
بعد از حذف هر یک از موارد زیر را قبل از پاکسازی بیرینگ بررسی کنید ، در غیر اینصورت تجزیه و تحلیل شرایط دشوار می گردد :
- شرایط قفسه و اجزای غلتک
- شست و شوی بیرینگ
- بررسی روان کننده ، آب بند و حفاظ فلزی
- بررسی موقعیت بیرینگ و محل نصب حلقه
- بررسی محل قرارگیری شفت و نشیمنگاه
- بررسی سطح نصب ( به عنوان مثال شفت و نشیمنگاه )
- بررسی وجود خاک و خوردگی
انواع علت خرابی بیرینگ ها :
لایه ها ممکن است هم بر روی مسیر غلتش و هم بر روی اجزای غلتک وجود داشته باشند. آن ها ممکن است عمیق باشند ( تراشه های فرسوده ) و هم کم عمق! در هر دو مورد ، علل و علائم متفاوت است.
لایه های فرسوده
بیرینگ ها طول عمر محدودی دارند. بارهای عملیاتی که در آن ها به کار برده می شوند ، طول عمر فرسوده آن ها را مشخص می کند.
مکانیسم لایه های فرسوده
هنگامی که یک بیرینگ در معرض بار زیادی قرار می گیرد ، فشار در مسیر غلتش و اجزای غلتک ممکن است بسیار بالا باشد. حداکثر نیروهای برش در هزارم اینچ زیر سطح تماس ایجاد می شوند. این فشارهای تکراری از طریق حرکت مداوم اجزای غلتک ایجاد شده که نهایتا منجر به شروع روند لایه لایه شدن می گردد.
در نقطه ای با فشار بالا ممکن است شکاف های کوچکی در مواد ایجاد شود و به مرور این سطح ( شکاف ) افزایش یابد. به مرور زمان این ترک ها به هم می پیوندند و باعث می شوند فلزات در ناحیه ای که به سرعت در حال گسترش است پوسته پوسته شوند.
جوانب لایه ها
لایه لایه شدن یک پدیده تصادفی علت خرابی بیرینگ است که پس از پیدایش اولین ترک ، کم و بیش به سرعت پخش می شود. در نتیجه ، مواد لایه لایه شده باید در اولین مرحله تشخیص داده شوند زیرا به مرور زمان منجر به خراب شدن بیرینگ می گردند.
آغاز روند لایه لایه شدن
در مراحل اولیه ، سطح بیرینگ ممکن است برخی شکستگی های بدون اتصال را ایجاد کند.
منبع تصاویر و مطالب: وبسایت پلارد
مقاله چهارم: بررسی آماری خرابی بیرینگ ها
علت اصلی خرابی بیرینگ ها
نصب نامناسب (۱۶%):
نزدیک به ۱۶% از خرابی های زود هنگام برینگ ها به علت نصب اشتباه رخ می دهد و این در صورتی است که افراد متخصص و تعمیرکاران عموماً از وجود تجهیزات ویژه نصب بی اطلاع هستند. جهت نصب و راه اندازی و یا پیاده سازی درست برینگ ها روش های مختلف مکانیکی، هیدرولیکی و یا گرمایی وجود دارد که رعایت آنها از خرابی زود هنگام جلوگیری می کند.
روانکاری نادرست (۳۶%):
طبق تحقیقات انجام شده ۳۶% از خرابی های زودهنگام برینگ ها در اثر انتخاب نادرست و استفاده غیر حرفه ای از روان کننده ها رخ می دهد. به دلیل دسترسی سخت به محل قرارگیری برینگ در دستگاه ها، روان کاری دوره ای آن ها نادیده گرفته می شود که این امر می تواند آسیب های جدی ای به برینگ و دستگاه وارد نماید. یکی از راه های اطمینان از روان کاری مناسب برینگ ها، استفاده از سیستم های خودکار روان کاری می باشد.بیرینگ جهت کارکرد مطلوب باید بطور مناسب باید روانکاری شود تا از تماس مستقیم اجزاء با یکدیگر و سایش آنها و نیز جلو گیری شود.
در انتخاب گریس عوامل زیادی نظیر سرعت کارکرد و دما دخیل هستند و در این رابطه چندین نوع گریس مختلف موجود میباشد.روانکارها در اثر عواملی نظیر فرسودگی و ترکیب با مواد زائد، خواص روانکاری خود را از دست می دهند. لذا اضافه کردن گریس و تصفیه روغن در فواصل زمانی معین از مواردی است که باید حتما رعایت شود. در شرایط مختلف مانند: سرعت، فشار، دما ، از انواع مختلف گریس استفاده میشود.مزایای آن نسبت به روغن عبارت است از چسبندگی بهتر به برینگ و عدم چکه کردن به خصوص در مواقعی که شافت حالت عمودی داشته باشد و نیز عملکردی مشابه کاسه نمد در مقابل ورود بعضی مواد زائد و رطوبت به داخل بیرینگ.همچنین باید توجه داشت که گریس زیاد نیز موجب بالا رفتن سریع دما به خصوص در سرعتهای زیاد می شود، بنابراین فقط در مواقعی باید بیرینگ را کاملاً با گریس پر کرد که 30 تا 50 درصد فضای داخل محفظه با گریس پر شده و فضای آزاد کافی جهت انتقال گرما از بیرینگ به محیط اطراف از طریق گریس امکان پذیر باشد.
آلودگی (۱۴%):
از آنجایی که برینگ ها جزء تجهیزات دقیق محسوب می شوند، بدون رعایت عایق کاری صحیح قادر به کار در محیط های آلوده نمی باشند. عایق کاری صحیح باید هم برینگ و هم روان کننده آن را از هر نوع آلودگی حفظ کند. به طور کلی حداقل ۱۴% از خرابی های زود هنگام برینگ ها در اثر عایق بندی نادرست و ورود آلودگی به درون برینگ رخ می دهد.
خستگی (۳۴%):
وارد کردن فشار بیش از حد به دستگاه ها و یا سرویس نادرست آنها علت بیش از ۳۴% از خرابی های برینگ ها میباشد. این در صورتی است که با استفاده از دستگاه های نظارت بر عملکرد برینگ (Condition Monitoring Equipment) و هشدارهای آن ها می توان از این نوع خرابی ها جلوگیری نمود.
منبع تصاویر و مطالب : وبسایت آرسس صنعت
مقاله پنجم: دلایل خرابی بیرینگ ها و اقدامات رفع خرابی
یاتاقان (Bearing) قطعه ای است که ضمن کاهش اصطکاک، حرکت نسبی بین دو یا چند قطعه دیگر را ممکن می سازد و در انواع مختلفی وجود دارند. در این مقاله سعی کرده ایم علل خرابی یاتاقانها را بررسی و اقدامات لازم برای پیشگیری از خرابی و رفع عیوب احتمالی را بیان کنیم.
علل خرابی یاتاقان (Bearing) و اقدام متقابل
مقدمه
یاتاقان ها در اکثر ماشین ها از مهمترین قطعات هستند و یراساس ظرفیت و دوام آنها طبقه بندی می شوند.یاتاقان باعث کاهش اصطکاک چرخشی می شود و از بارهای شعاعی و محوری پشتیبانی می کند.
تعریف طول عمر یاتاقان
عمر مفید یاتاقان عبارت است از تعداد دورانی که یاتاقان می زند قبل از آنکه آثار خستگی ( ایجاد ترک ، پوسته شدن و …) در آن پدیدار شود. طول عمر یاتاقان معمولا برحسب ضریب میلیون دور یا بر حسب ساعتهای کارکرد آن و براساس قابلیت اطمینان 90 درصدی تعریف می شود.
علل خرابی یاتاقان
بین طول عمر یاتاقان و سرویس نگهداری ماشین رابطه مستقیم وجود دارد. متاسفانه گاهی اوقات اتفاق می افتد که یاتاقان کمتر از طول عمر مورد انتظار و محاسبه شده، عمر می کند. دلایل زیادی برای این امر وجود دارد که شامل موارد زیر می باشد:
- بارگذاری بیش از حد
- روان کاری نامناسب و یا ناکافی
- حمل و نصب نامناسب
- آب بندی ناکارآمد یا جازدن بلبرینگ با زور و شفت سفت
- عدم وجود فضای کافی(بادخور)درون یاتاقان
چارت خرابی یاتاقان
انواع صدمات و خرابی یاتاقانها
آسیب اولیه
- فرسودگی
- تورفتگی
- لکه گیری(Smearing)
- تنش و آسیب سطحی
- خوردگی
- آسیب ناشی از جریان الکتریکی
آسیب ثانویه
- پوسته پوسته شدن
- ترک خوردن
- آسیب به محفظه
- آسیب ناشی از فرسودگی
آسیب فرسودگی
ممکن است این فرسودگی ناشی از ورود ذرات خارجی به درون یاتاقان یا روغنکاری نامناسب باشد. وجود لرزش در یاتاقانی که در حال چرخش نیست نیز میزان فرسودگی را افزایش می دهد.
سه نوع آسیب فرسودگی وجود دارد:
- فرسودگی ناشی از ذرات ساینده
- فرسودگی ناشی از روانکاری ناکافی
- فرسودگی ناشی از لرزش
فرسودگی ناشی از ذرات ساینده
علایم: دندانه های کوچک اطراف قسمت های غلتان و مسير گردش ساچمه هاى ياتاقان. سطوح فرسوده و مات .گریس تغییر رنگ داده شده.
علت: عدم پاکیزگی قبل ودرحین عملیات نصب. آب بندی نامناسب. روانکاری با روغن فرسوده
اقدام: کارگاه را تمیز نگه دارید و از ابزار تمیز استفاده کنید. آب بندی را چک کنید و تا حد ممکن آن را بهبود دهید. همیشه روان کننده تمیز و تازه استفاده کنید. روغن را از صافی عبور دهید.
فرسودگی ناشی از لرزش
لایم: ناصافی های مسیر گردش ساچمه ها. این ناصافی ها در یاتاقان های غلتکی بشکل مستطیلی و در یاتاقان های ساچمه ای به شکل دایره ای هستند. زیر این ناصافی ها ممکن است درخشان یا تیره و اکسید شده باشند.
علت: یاتاقان در حال سکون در معرض لرزش قرار دارد.
اقدام: یاتاقان را در حین حمل و نقل با پیش بارگذاری شعاعی محکم کنید. یک پایه محرک ارتعاشی را فراهم کنید. تا حد ممکن بجای یاتاقان غلتکی از یاتاقان ساچمه ای (بلبرینگ) استفاده کنید. تا حد ممکن از یک حمام روغن روانساز استفاده کنید.
تورفتگی
ممکن است بر اثر قرار دادن وزن دستگاه بر روی حلقه اشتباه و یا قرار داشتن در معرض بارگذاری غیرعادی درحالیکه در حال کار نیست، دچار تورفتگی در مسیر گردش ساچمه ها و اجزای غلتان گردد. همچنین وجود ذرات خارجی دریاتاقان باعث ایجاد تورفتگی می شوند.
دو نوع از آسیب های تورفتگی عبارت است از:
- تورفتگی ناشی از نصب نادرست یا اعمال بار اضافی
- تورفتگی ناشی از ذرت خارجی
تورفتگی ناشی از نصب نادرست یا اعمال بار اضافی
علایم: وجود تورفتگی در مسیر گردش ساچمه های هر دو حلقه با فاصله، معادل فاصله بین اجزای غلتان می باشد.
علت: در حین نصب فشار اشتباها به جای حلقه داخلی یاتاقان به محفظه گردگیر یا حلقه خارجی اعمال گردد. قرار گرفتن در معرض اضافه بار در حالیکه در حال کار نمی باشد.
اقدام: در حین نصب فشار را بر روی رینگ مناسب و مربوط قرار دهید. از اضافه بار اجتناب کنید یا از یاتاقان هایی که تحمل بار استاتیک پایه بالاتری دارند استفاده کنید.
آسیب ناشی از لکه گیری (Smearing)
وقتی دو سطحی که به مقدار کافی روانکاری نشده باشند تحت بار در خلاف جهت روی هم بلغزند، مواد از یک سطح به سطح دیگر منتقل می شود که به آن لکه گیری می گویند.
انواع آسیب های لکه گیری:
- لکه گیری انتهای غلتک وفلنج های راهنما
- لکه گیری غلتک و مسیر گردشه ساچمه ها
- لکه گیری مسیر ساچمه ها در فاصله ای مطابق با فضای غلتک ها
- لکه گیری سطوح خارجی
- لکه گیری یاتاقان کف گرد ساچمه ای
منحنی تغییرات سختی در مقابل زمان و دما
انجمن سازندگان یاتاقان در آمریکا، منحنی تغییرات سختی یاتاقان نسبت به زمان و دما را بصورت زیر بیان نموده است.
لکه گیری فلنج های راهنما و انتهای غلطک (Roller end)
علایم: خط افتادگی و تغییر رنگ انتهای غلتک و فلنج های راهنما
علت: قرار گرفتن تحت بار محوری سنگین بدون روان کاری مناسب
اقدام: روانکاری مناسب تر
لکه گیری مسیر گردش ساچمه ها
علایم: وجود رگه های لکه بصورت عرضی در فاصله ای معادل با فاصله بین غلتک ها، در مسیر گردش ساچمه های یاتاقان غلتکی استوانه ای
علت: لغزیدن غلتک بدلیل روانکاری بیش از حد
اقدام:
– بهبود پیش بار
– تمیزکاری بهتر یاتاقان
– استفاده از روان کننده مناسب با قابلیت ایجاد یک لایه خوب از فیلم روغن
– به کار گیری روش های روان کنندگی مناسب
– بهبود مکانیزمهای آب بندی
لکه گیری سطوح خارجی
علایم: خط افتادگی و تغییر رنگ سوراخ حلقه یا سطح خارجی یا ظاهر آن
علت: چرخش حلقه نسبت به شفت یا هوزینگ
اقدام: برای جلوگیری از چرخش شفت آن را چفت تر بگیرید و روشهای روانکاری را بهبود بخشید.
تنش و آسیب سطحی
اگرضخامت لایه روان کننده بین مسیر گردش ساچمه و اجزای غلتان خیلی نازک باشد، قسمت های بالایی سطوح ساچمه و کنس یاتاقان بطور لحظه ای با یکدیگر تماس برقرار می کنند . سپس ترک های کوچکی تحت عنوان تنش و آسیب سطحی در سطوح تشکیل می شوند. ترک های تنش و آسیب سطحی بسیار کوچک هستند ولی با گذشت زمان بتدریج چنان بزرگ می شوند بطوری که مانع از عملکرد نرم یاتاقان می شود.
علایم: در ابتدا آسیب بقدری کم است که با چشم غیرمسلح قابل رویت نیست. در یک مرحله پیشرفته تر، با ترک های کوچک و کم عمق همراه با سطوح شکاف دار کریستالی نمایان می شود.
علت: روانکاری ناکافی یا نا مناسب
اقدام: بهبود روانکاری
آسیب ناشی از خوردگی
خوردگی زمانی اتفاق می افتد که نفوذ آب یا مواد خورنده به درون یاتاقان به حدی باشد که روغن کاری، نتواند از سطوح فولادی حفاظت کند. طولی نخواهد کشید که این فرآیند موجب خوردگی عمقی می شود.
علایم: ظهور رگه های خاکستری- مشکی در سرتاسر مسیر عبور ساچمه ها، اغلب همزمان با گردش اجزای غلتان در آن. در مرحله بعدی،در این مسیر و دیگر سطوح یاتاقان، حفره هایی ایجاد می شوند.
علت:
– ورود گاز خورنده یا آب که مانع روغنکاری مناسب می شود
– تشکیل قطرات آب، ناشی از میعان رطوبت
– وجود دما و رطوبت بالا حین گردش
– عدم حفاظت مناسب در برابر خورندگی هنگام حمل و نقل
– شرایط نگهداری نامناسب
– به کار گیری و استفاده نادرست
اقدام:
– بهبود مکانیزم آب بندی
– بررسی روش های روان سازی
– انجام راهکارهای ضد خوردگی در طول غیر فعال بودن دستگاه
– بهبود روش های نگهداری
– بهبود روش های به کار گیری و استفاده
آسیب ناشی از جریان الکتریکی
وقتی یک جریان الکتریکی از یاتاقان عبور می کند، بطور مثال وقتی که از طریق اجزای غلتان از یک رینگ به رینگ دیگر انتقال می یابد، این آسیب رخ خواهد داد. درسطوح تماس،این فرآیند شبیه به جوشکاری قوس الکتریکی است.
علایم: ایجاد شیار(موج) به رنگ قهوه ای تیره یا خاکستری- مشکی و یا حفره هایی در مسیر عبور ساچمه ها و غلتک ها.ساچمه ها فقط تیره رنگ می شوند. گاهی اوقات سوختگی هایی بشکل زیگزاگ در مسیر عبور ساچمه های یاتاقان ها ایجاد می شوند.ظهور سوختگی های موضعی در مسیر عبور ساچمه ها و اجزای غلتان
علت: عبور جریان الکتریکی از یاتاقان در حال چرخش. عبور جریان الکتریکی از یاتاقانی که در حال چرخش نیست.
اقدام: طراحی مدارهای الکتریکی (مسیر عبور جریان) به گونه ای که از عبور جریان از یاتاقان ها جلوگیری شود. عایق کاری یاتاقان .
پوسته شدن
فرسودگی، نتیجه تنش سطحی گردشی است که به سرعت در قسمت زیرین سطح حمل کننده بار ظاهر می شود. بعد از گذشت مدت زمانی، این تنش ها باعث ایجاد ترک هایی می شوند که بتدریج به کل سطح گسترش می یابند. هنگامی که اجزای غلتان به این ترک ها می رسند باعث جدا شدن ذراتی از آن می شوند که این فرایند به پوسته شدن(Flaking) معروف است.
علایم:خیلی واضح بودن الگوی حرکت در مسیر عبور ساچمه ها در هر دو رینگ، پوسته شدن معمولادرناحیهای که بیشترین بارگذاری در آن ناحیه انجام شده است اتفاق می افتد و بافت زبر و خشن.
علت:
– اضافه بار
– نصب نامناسب(نامیزان)، ورود ذرات خارجی، روانکاری ضعیف، روان کننده نامناسب، عدم در نظرگرفتن بادخور مناسب برای یاتاقان
– عدم دقت کافی در نصب شفت یا محفظه
– پیشرفت خوردگی، حفره های خوردگی، لکه دار شدن، تورفتگی
اقدام:
– روش نصب و مکانیزم آب بندی را بهبود ببخشید. یک روان کننده با ویسکوزیتی مناسب استفاده کنید.
– روش روانکاری را بهبود ببخشید،دقت نشیمنگاه بلبرینگ بر روی شفت و هوزینگ را بررسی کنید.
– فضای آزاد(بادخور) داخلی یاتاقان را چک کنید.
آسیب ترک دار شدن
ترک های ظاهر شده در یاتاقان در اثر عوامل بسیاری ایجاد می شوند. رایج ترین علت، برخورد با جسم سخت هنگام نصب یا باز کردن آن است. ضربه زدن، انجام اعمالی بر روی رینگ که منجر به شکستگی بخشهای از یاتاقان می شود.
ممکن است ترک ها به دلایل زیر ایجاد شوند :
– برخورد با جسم سخت یا زبر
– سایش
– لکه دار شدن
– راه اندازی در شرایط اضافه بار
علایم: ترک ها یا قطعه های شکسته شده، عموما در یک سمت یاتاقان
علت:
– تداخل بیش از حد
– اضافه بار ، بار ضربه ای
– پیشروی پوسته شدن
– تولید گرما و اصطکاک بدلیل ایجاد تماس بین قطعات نصب شده با رینگ ساچمه دار
– ایجاد گرمای ناشی از خزش
– زاویه شیب نامناسب در شفتهای مخروطی
– استوانه ای بودن ناکافی شفت
اقدام:
– تداخل اضافی را تصحیح کنید.
– شرایط بار را چک کنید.
– روش نصب را بهبود بخشید.
– از یک شفت با شکل مناسب استفاده کنید.
آسیب قفسه نگهدارنده ساچمه ها
دلایل روشنی برای آسیب به قفسه نگهدارنده ساچمه ها وجود دارد : ارتعاش – سرعت بیش از اندازه – فرسودگی – انسداد – شکستگی قفسه
علایم: ترک ها، تغییر شکل قفسه نگهدارنده ساچمه ها، شکستگی
علت:
– نصب نادرست (عدم همترازی یاتاقان)
– استفاده نادرست
– اعمال شوک و لرزش شدید
– سرعت گردش بیش از اندازه ، افزایش و کاهش سرعت های ناگهانی
– روانکاری ضعیف
– افزایش دما
اقدام:
– روش نصب را چک کنید.
– دما، چرخش و شرایط بار را چک کنید.
– لرزش را کاهش دهید و از پایه کاهنده لرزش استفاده کنید.
– نوع قفسه نگهدارنده ساچمه ها را به درستی انتخاب کنید.
– از یک روش روان سازی و یک روان کننده استفاده کنید.
منابع تصاویر و مطالب: وبسایت موتور درایو
بررسی علت خرابی بلبرینگ و رولبرینگ ها از زبان برندها و سایت های معتبر جهانی
در ادامه این پست علت خرابی یاتاقان ها از مراجع معتبر همچون SKF، NSK، INA، FAG، KOYO را برای شما همراهان و مهندسان عزیز باز نشر می کنیم. به منظور حفظ اصالت محتوا،مقالات به زبان انگلیسی منتشر می شوند که می توانید ترجمه نمایید.
Bearings Fail Reasons
Things break. No matter what you do, there is always a chance that products will fail. The same holds true for bearings, but that doesn’t mean that you can’t prevent many of the issues that result in costly downtime.
This article is a guide to the major factors that can lead to bearing failure as well as how you can prevent the issues from happening. By learning more about these potential problems and knowing how to stop them, you can get the most life out of your bearings and make your application much stronger.
1. Lubrication Failure
According to a recent study, up to 80 percent of bearing failures are caused by improper lubrication. This includes insufficient lubrication, use of improper lubricants or excessive temperatures that degrade the lubricant.
What to Look for
Look for discolored rolling elements (such as blue or brown) and rolling-element tracks as well as overheating or excessive wear in the bearing.
How to Fix it
Use the appropriate type and correct amount of lubricant, avoid grease loss, and follow appropriate relubrication intervals.
2. Contamination
Contamination is caused by foreign substances getting into bearing lubricants or cleaning solutions. These include dirt, abrasive grit, dust, steel chips from contaminated work areas and dirty hands or tools.
What to Look for
Watch for denting of rolling elements and raceways that cause vibration.
How to Fix it
Filter the lubricant and clean work areas, tools, fixtures and hands to reduce the risk of contamination.
3. Improper Mounting
In most instances, bearings should be mounted with a press fit on the rotating ring.
What to Look for
A number of conditions can cause denting, wear, cracked rings, high operating temperatures, early fatigue and premature failure of bearings. These include mounting bearings on shafts by applying pressure or blows to the outer race, mounting bearings into a housing by pressing on the inner ring, loose shaft fits, loose housing fits, excessively tight fits, out-of-round housings and a poor finish on the bearing seat.
How to Fix it
Follow proper mounting instructions and provide training to ensure all employees understand the difference between a properly and improperly installed mounting.
4. Misalignment
Bent shafts, out-of-square shaft shoulders, out-of-square spacers, out-of-square clamping nuts and improper installation due to loose fits can cause misalignment, which may result in overheating and separator failure.
What to Look for
A wear path that is not parallel to the raceway edges of the non-rotating ring should be noted.
How to Prevent it
Inspect shafts and housings for runout of shoulders and bearing seats, and use precision-grade locknuts.
5. False Brinelling
Rapid movement of the balls in a raceway while equipment is idle wears away at the lubrication. In addition, a lack of rotation in the bearing does not allow fresh lubricant to return to the spot. Both of these conditions result in false brinelling.
What to Look for
You may see linear wear marks in the axial direction at the rolling-element pitch or no raised edges as opposed to marks due to incorrect mounting.
How to Fix it
Eliminate or absorb external vibration that could cause the balls to move. Also, be sure to use lubricants containing anti-wear additives.
6. Corrosion
Moisture, acid, low-quality or broken-down grease, poor wrappings and condensation from excessive temperature reversals can cause corrosion that is abrasive to the finely finished surfaces of ball and roller bearings.
What to Look for
Look for red and brown stains or deposits on rolling elements, raceways or cages, as well as increased vibration followed by wear, an increase in radial clearance or loss of the preload.
How to Fix it
Divert corrosive fluids away from bearing areas. Select integrally sealed bearings and consider external seals for particularly hostile environments. Using the proper bearing material, such as stainless steel, can help if you cannot avoid a corrosive environment.
7. Electrical Damage (Fluting)
Constant passage of alternating or direct current, even with low currents, can lead to electrical damage.
What to Look for
Brownish marks may be observed parallel to the axis on a large part of the raceway or covering the entire raceway circumference.
How to Fix it
Prevent electrical currents from flowing through the bearing by grounding or using insulated bearings.
8. Fatigue (Spalling)
Spalling is often the result of overloading, an excessive preload, tight inner-ring fits and using the bearing beyond its calculated fatigue life.
What to Look for
Fatigue can be indicated by the fracture of running surfaces and subsequent removal of small, discrete particles of material from the inner ring, outer ring or rolling elements. Spalling is progressive and will spread with continued operation. It is always accompanied by a noticeable increase in vibration and noise.
How to Fix it
Replace the bearing and/or consider a redesign that uses a bearing with greater calculated fatigue life, internal clearances, and proper shaft and housing recommendations.
9. Overheating
Overheating is generally the result of excessive operating temperatures and improper lubrication. High temperatures can cause grease to bleed (purge the oil), which reduces the lubricant’s efficiency. In elevated temperature conditions, oxidation can lead to the loss of lubricating oils from the grease, leaving a dry, crusty soap that can seize the bearing. Higher temperatures also reduce the hardness of the metal, causing early failure.
What to Look for
Note any discoloration of the rings, rolling elements and cages. In extreme cases, the bearing components will deform. Higher temperatures can also degrade or destroy the lubricant.
How to Fix it
Thermal or overload controls, adequate heat paths and supplemental cooling are among the best options to mitigate overheating.
10. Excessive Loads
Putting too much load on a bearing is another common cause of failure.
What to Look for
You may see heaving rolling-element wear paths, evidence of overheating and widespread fatigue areas.
How to Fix it
Reduce the load or consider a redesign using a bearing with greater capacity.
11. Improper Storage and Handling
Improper storage exposes bearings to dampness and dust. Storing bearings in excessively high temperatures can also degrade a grease’s shelf life, so always check with the grease manufacturer for storage specifications. Handling bearings by opening boxes and tearing wrappings prematurely can let in dirt and expose bearings to corrosive elements.
What to Look for
Watch for dampness and temperatures that can cause rust and/or uncovered bearings in a storage area.
How to Fix it
Store bearings in a dry area at room temperature. Always cover bearings to keep them clean while in storage and take them to the installation site before unwrapping.
12. Fit
A tight fit can be caused by excessive loading of the rolling element when interference fits exceed the radial clearance at operating temperatures. Micro-motion between fitted parts where the fits are too loose in relation to the acting forces may result in a loose fit.
What to Look for
For a tight fit, look for a heavy rolling-element wear path in the bottom of the raceway, overheating or an inner-ring axial crack. For a loose fit, note any fretting (generation of fine metal particles), which leaves a distinctive brown color. Wear at the fitting surfaces can cause noise and runout problems.
How to Fix it
Make sure a proper clearance is selected to avoid fit issues. Refer to the manufacturer’s installation guide.
Preventing Failures
By becoming aware of the different problems that can cause a bearing failure and the signs to look for, you have already taken a big step toward limiting machine failures. Of course, you don’t have to wait for the symptoms of a bearing failure to take action. Regular preventive measures can keep your bearings at peak performance for as long as possible, saving your business time and money.
IBT
Bearing Failure: Why Bearings Fail & How You Can Prevent It
What’s that awful noise that you just heard from deep within the operating guts of one of your most critical pieces of equipment? That was your bearing━biting the dust and interrupting a critical operation━and you need to fix it, fast, because downtime is a productivity killer.
With a hundred different things consistently going on in your facility at once, there’s never a good time for a bearing failure. When you’re in this business of putting out fires, though, as industrial operations typically are, you give your attention to the one with the potential to do the most damage.
Bearing failure demands immediate attention because it can cost as much as $25,000-$50,000 per hour—in lost productivity, unplanned outages and downtime.
What’s interesting, though, is that the bearing replacement itself is almost always the cheapest part of the failure. A $50 bearing can take down a multi-million-dollar process. Therefore, it’s crucial to thoroughly assess the situation and determine the cause/source of the failure to prevent it from recurring. There are several reasons why bearings fail…
Here Are The Seven Most Common Reasons Why Bearings Fail
1. Lubrication Failure
Lubrication should be one of the first points considered in troubleshooting a bearing failure. Because many options are available, lubricants are often misapplied.
For proper lubrication of rolling element bearings, adequate viscosity at operating temperature is required. Highly polished or discolored bearing raceways and rolling elements indicate that working surfaces do not have adequate viscosity at operating temperature. Surface roughening in contact, the result of insufficient oil film, is another indication of metal-to-metal contact wear conditions.
Lubrication failure is also inevitable if two incompatible greases are mixed. Grease color and consistency changes are a good indication of this problem.
Over-lubricating can also be as bad as under-lubricating. While under-lubrication risks metal-to-metal contact, over-lubrication causes heat build-up and friction as the rolling elements continuously try to push extra grease out of the way.
In addition to maintaining the correct oil levels, be certain to check for faulty bearing seals. Faulty seals often allow oil to escape, which results in premature wear and the need for frequent replacement.
2. Contamination & Corrosion
Dirt, sand, and water are the most common contaminants, but chemicals and other corrosives also cause problems. They can dilute the oil film, reducing viscosity, and they can corrode the bearing surfaces, disrupting the oil film and causing erosion, creating thousands of abrasive particles.
Clean work areas, tools, fixtures and hands help reduce contamination failures, according to Bearing Failure: Causes and Cures by Barden Precision Bearings. Keep grinding operations away from bearing assembly areas and keep bearings in their original packaging until you are ready to install them. Seals are critical━damaged or inoperative seals cannot protect bearings from contamination.1
3. Misalignment
Some, but not all, bearings can tolerate minor misalignments between shaft and bearing housing. However, in more serious cases, misalignment can be detected on the raceway of the nonrotating ring by a ball wear path that is not parallel to the raceway edges.
The most prevalent causes of misalignment are: bent shafts, burrs or dirt on shaft or housing shoulders, shaft threads that are not square with shaft seats and locking nuts with faces that are not square to the thread axis.1
Serious misalignments introduce excessive vibration and loads. To prevent bearing alignment problems, inspect the shafts and housings regularly, shim the housings as necessary and use precision grade locknuts.
4. Distorted Components
If a housing bore becomes distorted, excessive loads and wear will result. This problem arises when the housing is mounted to a pedestal that is not flat. If an out-of-round housing bore is suspected, correct the mounting surface before installing a new bearing.
The same principle also applies when aligning pillow block bearings. When adjusting height, even a fraction of an inch, fully support the complete pillow block base with shims. If the center portion of the block is unsupported, the housing bore can become distorted, leading to another failure.
Seals or shields can also become distorted inadvertently in the mounting process. When they are pushed in and damaged. they interfere with the functioning of the bearing cage or rolling elements and will permit contaminants to enter the bearing.
5. Poor Fitting
The bearing needs to be properly mounted to an accurately sized shaft.
If the shaft is oversized or expands, resulting in a tight fit, the internal clearance is reduced, causing wear from friction and heat. A heavy ball wear path in the bottom of the raceway around the entire circumference of the inner ring and outer ring indicates a tight fit.1
If the shaft is undersized or has a loose fit, the bearing creeps on the shaft. If the looseness is enough to allow considerable movement of the inner or outer ring, the mounting surfaces (bores, outer diameters, faces) will wear and create heat, causing noise and runout problems.1
In the case of an adapter sleeve mounting or a tapered bore bearing on a tapered shaft, looseness might indicate that the bearing was not properly mounted. Therefore, do not arbitrarily re-tighten the bearing.
Corrective action for an improper fit includes a decrease in total interference━better matching and proper mounting of bearings to shafts and housings━taking into consideration the differences in materials and operating temperatures.
6. Fatigue
Fatigue failure, usually referred to as spalling, is the fracture of the running surfaces and subsequent removal of small, discrete particles of material. Spalling can occur on the inner ring, outer ring or balls. This type of failure is progressive and, once initiated, will spread as a result of further operation. It will always be accompanied by a marked increase in vibration, indicating an abnormality.1
If premature fatigue is the result of excessive load, reduce the load or replace the bearing with one that has a greater capacity. Otherwise, consider redesigning to use a bearing with a greater calculated fatigue life.
7. Inadequate Internal Clearance
Lastly, internal clearance impacts the friction, load zone size and fatigue life of a bearing. If the internal clearance in a bearing is inadequate, excessive heat will build up. The increase in temperature then affects viscosity, causing lubrication problems. Ultimately, the internal friction can become so great that the bearing locks up.
The operating clearance required for a bearing to perform satisfactorily is application dependent. You must ensure that the bearing has a minimum initial internal clearance of a size that, when it is reduced due to the effects of mounting and other influences, is equal to or greater than the required minimum operating clearance.
Timken
Determining types of bearing damage
An important part of bearing repair is properly diagnosing the root of the problem.
This story explores the most commonly identified causes of damage for anti-friction bearings, including cylindrical, spherical, tapered and ball designs, taking you a step closer to solving your bearing maintenance issues.
Wear, abrasive contamination
Foreign material (i.e., sand, fine metal) in the bearing can cause excessive abrasive wear. In tapered bearings, the roller ends and cone rib will wear to a greater degree than the races. This wear causes increased end play or internal clearance, which can reduce fatigue life and create misalignment in the bearing.
Excessive heat generation caused complete seizure of this bearing. Photos courtesy of The Timken Co.
Wear, pitting and bruising
Hard particles (i.e., metal chips, dirt) rolling through the bearing may cause pitting and bruising of the rolling elements and races. These particles can travel within the lubricant, through the bearing and eventually bruise (dent) the surfaces. Raised metal around the dents acts as surface-stress risers to cause premature spalling and reduce bearing life.
Etching
Etching, or corrosion, is among the most serious problems anti-friction bearings encounter. The high degree of surface finish on races and rolling elements makes them more susceptible to corrosion damage from moisture and water.
Etching often results from condensate collecting in the bearing housing from temperature changes. Moisture can get in through damaged, worn or inadequate seals. Improperly washing and drying bearings can also cause considerable damage.
When preparing bearings for storage, wash and dry the bearings, then coat them with oil or another preservative and wrap them in protective paper. Always store bearings, new or used, in a dry area, and keep them in their original packaging to reduce the risk of static corrosion.
Inadequate lubrication
It’s important that the right lubricant amount, type, grade, supply system, viscosity and additives be properly engineered for each bearing system. Selection should be based on history, loading, speeds, sealing systems, service conditions and expected life. Without proper consideration of these factors, bearing and application performance may be underwhelming.
The following section outlines the progressive levels of bearing damage caused by inadequate lubrication:
Level 1: Discoloration
◾ Metal-to-metal contact results in excessive bearing temperature.
◾ High temperatures result in discoloration of the races and roller.
◾ In mild cases, the discoloration is from the lubricant staining the bearing surfaces. In severe cases, the metal is discolored from high heat.
Level 2: Scoring and peeling
◾ Insufficient or complete lack of lubricant.
◾ Selecting the wrong lubricant or lubrication type.
◾ Temperature changes.
◾ Sudden changes in running conditions.
Level 3: Excessive roller end heat
◾ Inadequate lubricant film results in localized high temperatures and scoring at the large ends of the rollers.
Level 4: Total bearing lockup
◾ High-localized heat produces metal flow in bearings, altering the original geometry and the bearings’ material.
This results in skewing of the rollers, destruction of the cage, metal transfer and complete seizure of the bearing.
Fatigue spalling
Spalling is the pitting or flaking away of bearing material. This primarily occurs on the races and rolling elements. The many types of primary damage referenced throughout this guide may eventually deteriorate into a secondary spalling damage mode. Three distinct modes are classified:
1. Geometric stress concentration (GSC) spalling. The causes include misalignment, deflection or edge loading that initiates high stress at localized regions of the bearing. GSC occurs at the extreme edges of the race/roller paths, or it can also be the result of shaft or housing machining errors.
2. Point surface origin (PSO) spalling. Very high and localized stress generates this type of damage. The spalling is typically from nicks, dents, debris, etching and hard-particle contamination in the bearing. It’s the most common type of spalling damage and often appears as arrowhead-shaped spalls, propagating in the direction of rotation.
3. Inclusion origin spalling. This damage, in the form of elliptically shaped spalls, occurs when there’s bearing material fatigue at localized areas of sub-surface, non-metallic inclusions following millions of load cycles. Due to improvements in bearing steel cleanliness in recent decades, encountering this type of spalling is unlikely.
Excessive preload or overload
Excessive preload can generate a large amount of heat and cause damage similar in appearance to inadequate lubrication. Often, the two causes may be confused. So it is important to check the bearing thoroughly to determine the root problem.
A lubricant that’s suitable for normal operation may be unsuitable for a heavily preloaded bearing, as it may not have the film strength to carry the higher loads.
Large particle contamination wedged in the soft cage material can result in grooving.
Excessive end play
Excessive end play results in a very small load zone and excessive looseness between the rollers and races outside the load zone. This causes the rollers to unseat, leading to skidding and skewing as the rollers move into and out of the load zone. This movement creates scalloping in the cup race and can also cause cage wear.
Misalignment
Misalignment will shorten bearing life depending on the degree of misalignment. To achieve longer life, the seats and shoulders supporting the bearing must be within the specified limits set by the manufacturer. If the misalignment exceeds those limits, the load on the bearing won’t be distributed along the rolling elements and races as intended.
Typical causes of misalignment include:
◾ Inaccurate machining or wear of housings or shafts.
◾ Deflection from high loads.
◾ Out-of-square backing shoulders on shafts or housings.
Handling and installation damage
Care must be taken when handling and assembling bearings so the rolling elements, race surfaces and edges aren’t damaged. Deep gouges in the race surface or battered and distorted rolling elements will make metal rise around damaged areas. High stresses will occur as the rolling elements go over these surfaces, creating premature, localized spalling.
Damaged bearing cages or retainers
Careless handling and using improper tools during installation may cause cage or retainer damage. Cages and retainers are usually made of mild steel, bronze or brass and can be easily damaged. In some applications, environmental and operating conditions can cause fractured cages or retainers. If this occurs, contact a service engineer.
High spots and fitting practices
Careless handling or damage caused when driving outer races out of housings or wheel hubs can create burrs or high spots in the outer race seats.
If a tool gouges the housing seat surface, it will leave raised areas around the gouge. If these high spots are not scraped or ground down before reinstalling the outer race, they will transfer through the outer race and cause corresponding high spots in the outer race’s inside diameter. Stresses increase when the rolling elements contact this high area, which can shorten service life.
Improper fit in housings or shafts
Always follow the manufacturer’s recommended bearing fit to ensure bearings perform properly. Generally, the bearing race – where the rotating load exists – is applied with a press or tight fit. An example is a wheel hub, where the outer race should be applied with a press fit.
The races on a stationary axle would normally be applied with a light or loose fit. Where the shaft rotates, the inner race should normally be applied with a press fit, and the outer race may be applied with a split fit or even a loose fit.
Brinell and impact damage
Brinelling from improper bearing assembly and disassembly happens when a force is applied against the unmounted race. When mounting a bearing on a shaft with a tight fit, pushing the outer race will exert an excessive thrust load and bring the rolling elements into sharp contact with the race, causing brinelling.
Extremely heavy impact loads can also result in brinelling of the bearing races, or even fracture the races and rolling elements.
False brinelling
False brinelling is fretting wear caused by slight axial rolling-element movements while the bearing is stationary. Vibration can make the rolling element slide back and forth across the race, wearing a groove into it.
Roller bearings also exhibit false brinelling when used in positions that encounter very small reversing angular oscillation – less than one complete rotation of the rolling element.
To distinguish false brinelling from true, examine the depression or wear area. False brinelling will wear away the surface texture, whereas the original texture will remain in the depression of a true brinell.
Burns from electric current
Arcing occurs when an electric current that passes through a bearing is broken at the contact surfaces between the races and rolling elements. Each time the current is broken while passing between the ball or roller and race, it produces a pit on both parts. Eventually, fluting develops.
Causes of arcing include static electricity from charged belts or processes that use calender rolls, faulty wiring, improper grounding, welding, inadequate or defective insulation, loose rotor windings on an electric motor and short circuits.
thomasnet
Common Causes of Bearing Failure
Bearings are critical for ensuring optimal equipment performance, allowing machinery to move at high speeds and carry heavy loads without the risk of failure or safety issues. This is achieved by constraining relative motion to the desired motion, thereby reducing friction between the moving parts in machinery.
Bearing Types
A wide range of bearing types are available to meet specific application and industry needs. Some of the most common bearings are outlined below.
- Plain bearings — The simplest bearing types, plain bearings contain no rolling elements — just the bearing surface. These cost-efficient models allow for high loads and generally have long life spans.
- Roller bearings — Roller bearings carry heavy loads through the use of a rolling element — most commonly, a cylinder — allowing for the load to be distributed over a larger area. This, in turn, enables the bearing to handle heavier weights. Roller bearings are ideal for radial loads, but not well-suited to thrust loads. For small-scale applications, needle roller bearings may be used, which make use of small-diameter cylinders.
- Ball bearings — Allowing for great versatility, ball bearings can handle both radial and thrust loads. However, they cannot handle heavy loads and can easily become deformed if subjected to them. Precision bearings of this kind are designed to meet strict standards and offer reliable precision for critical jobs.
- Ball thrust bearings — Ball thrust bearings are built to handle thrust loads in low-speed, low-weight scenarios.
- Roller thrust bearings — Like ball thrust bearings, these bearings are designed to handle thrust loads. However, this type can handle much higher thrust loads; they’re commonly used in car transmissions, for instance, providing support for helical gears.
- Tapered roller bearings — These versatile bearings can handle large radial and thrust loads. They’re frequently found in car hubs.
- Bush bushing (linear) bearings — These bearings actually restrict radial motion, enabling smooth, efficient linear motion. They’re frequently used in CNC router head and 3D printer applications.
- Cam follower bearings — These radial load bearings feature an attached threaded rod. They’re commonly used to ride on cams, allowing for linear motion.
- Pillow block bearings — These radial load bearings are encased in a housing, which can be attached to surfaces parallel to the axis of rotation.
Many other specialized bearings are available to meet specific needs, and many manufacturers will provide customization options for unusual and complex requirements. Regardless of the quality of a specific bearing, though, eventual failure must be anticipated and, to best address issues as they arise, it’s critical to have a basic understanding of common types of bearing failure and how to address them.
Signs of Bearing Failure and Their Fixes
- Flaking — When flaking occurs, the surface of the raceway and rolling elements peel away in flakes. Conspicuous valleys and hills form shortly afterward. Flaking is most commonly caused by excessive loads, improper handling, contamination, rust, or insufficient lubrication. Improper mounting, inadequate precision in the shaft or housing, and insufficient clearance can also cause flaking, as well as a drop in hardness due to abnormally high temperatures.
To remedy flaking, it’s important to first evaluate whether the right type of bearing is being used. Then, reevaluate the clearance, the conditions inherent in the application at hand, and the design of the area surrounding the bearing. Improving the precision in the shaft or housing may also help eliminate this problem. Also consider reevaluating the lubricant and lubricating methods, as well as the assembly method, clearance, and handling procedures.
- Peeling — Peeling refers to small areas of flaking or peeling caused by hairline cracks. Peeling may be caused by foreign matter infiltration or insufficient lubrication.
To address this issue, reevaluate the type of lubrication and lubrication methods being used. Also consider enhancing the sealing to prevent foreign matter from infiltrating the bearing. Ensure that operations are conducted smoothly.
- Spalling — Spalling may exhibit as score accompanying seizing, mounting score in the axial direction, score on roller-end faces and guide ribs, or scratches in the spinning direction on the raceway and rolling contact surfaces. Spalling is typically the result of poor mounting or removal practices. It may also be caused by oil film discontinuation on the contact surface due to a radial load that is excessive for the bearing’s design, foreign object trapping, or excessive preloading. Slippage and poor lubrication of the rolling elements can also cause spalling.
Spalling can be fixed by correcting the preload, improving operating conditions, and reevaluating the lubricant and lubricating systems used. Improving mounting and removal procedures can also eliminate spalling, as can improving sealing efficiency.
- Smearing and scuffing — When smearing and scuffing occurs, the bearing surface becomes rough and deposits may form. Scuffing, in particular, typically refers to roughness on the race collar and ends of the rollers. These problems may be attributed to inadequate lubrication, excessive slippage of rolling elements, roller skewing due to a misaligned bearing, or entrapped foreign particles. Bare spots in the collar film oil caused by large axial loadings can also cause smearing and scuffing.
To eliminate these problems, users should reevaluate the lubricant and lubricating method being used, as well as service conditions and preload. Assembly methods and handling should be improved upon, and sealing performance should be strengthened.
While these are some of the most common bearing issues, a range of other problems may be encountered depending on the specific situation at hand. Wear, speckles and discoloration, electrical pitting, and cage damage, among many other issues, can all cause bearing failure — disrupting operations while leading to increased downtime, costs, and labor needs.
Learn More
Staying on top of bearing performance and condition is critical for ensuring optimal equipment functioning and process efficiency. To learn more about the common types of bearing failure and how to recognize the signs, download Emerson Bearing’s free comprehensive guide, Bearing Failure Analysis.
به منظور استعلام قیمت و ثبت سفارش انواع بیرینگ با ضمانت اصل بودن و قیمت مناسب روی لینک زیر کلیک کنید.
استعلام قیمت بیرینگ
