Эта статья поступила к нам от Чарльза Э. Харриса, партнера вPlymouth Machine Integration LLC.

Ложное бринеллирование — это разновидность повреждений от фреттинга — волнистых, сколотых или проржавевших повреждений на металлических контактных поверхностях устройств передачи энергии, подверженных износу в результате многократного перемещения поверхности. Это проблема в узлах с механическими подразделениями, которые перемещаются медленно, но подвержены высокой вибрации, и особенно часто встречается в крупных подшипниках с элементами качения при применении подшипников качения с элементами качения — например, в ветряных турбинах.

Сначала некоторые основы:
Объяснение различий между ложным и истинным бринеллингом

Повреждения, вызванные ложным бринеллингом, оставляют ряд вмятин, напоминающих следы истинного бринеллинга, который представляет собой постоянные вмятины на твердых поверхностях детали. Однако истинное повреждение по Бринеллю — это необратимая деформация материала (без потери материала), возникающая во время одной нагрузки. Напротив, ложное бринеллирование — это износ или удаление материала, которое происходит со временем из-за вибрации и небольших нагрузок.

Более конкретно, истинное бринеллирование, названное в честь шкалы твердости по Бринеллю, оставляет повторяющиеся серии вмятин на рабочих поверхностях механических деталей. Чаще всего это происходит в гидравлических поршнях и подшипниках, когда разрушение поверхности материала вызвано контактным напряжением Герца, превышающим предельное значение для материала — например, когда большая нагрузка воздействует на небольшую площадь поверхности. В конечном счете, бринеллинг приводит к дребезжанию, вибрации и другим формам износа.

Напротив, ложное бринеллирование происходит, когда конструкция подшипника перераспределяет смазку только при больших вращениях всех поверхностей дорожки качения подшипника. Когда такие подшипники перемещаются совсем немного, небольшие колебания или вибрация могут вытеснить смазку из нагруженных полостей. Затем начинается износ, который только ускоряется при вибрациях при движении. Более того, иногда небольшие кусочки материала отрываются от дорожки качения и окисляются. Этот материал дополнительно истирает поврежденную поверхность и ускоряет износ.

Ложное бринеллирование на подшипниках ветряных турбин

Ложное бринеллирование часто образуется на деталях ветряных турбин, где подшипники в механизмах регулирования шага могут оставаться в одном заданном положении в течение длительного периода времени. В таких ситуациях смазочная пленка постепенно смещается, обеспечивая контакт металла с металлом. Вибрация в соединении приводит к тому, что этот контакт приводит к физическому повреждению. Преднамеренное придание небольшого относительного движения может быть полезным, но польза ограничена, поскольку смазку можно отодвигать в любом направлении.

Например, рассмотрим управление шагом лопастей на ветряной турбине. Здесь угол наклона лопасти устанавливается таким образом, чтобы аэродинамическая сила соответствовала скорости ветра и требуемой нагрузке. Изменения шага происходят нечасто и незначительно, что приводит к повреждению подшипников, поддерживающих лопасть. Для ускорения потока смазки в систему может быть введено преднамеренное движение. Это движение называется колебанием. Минимальное требуемое перемещение зависит от расстояния между элементами качения внутри подшипника. Колебание отклоняет лопасть от желаемого угла и, следовательно, снижает КПД турбины. Сведение к минимуму требуемого перемешивания помогает максимизировать общую эффективность системы.

Компания Plymouth Machine Integration подала предварительную заявку на патент на конструкцию, в которой используются два концентрических односторонних подшипника, установлены таким образом, что их действия противоречат. При незначительном колебательном движении он вызывает большие перемещения промежуточного кольца и обоих комплектов роликов. Это равномерно распределяет смазку.

Как это работает? Движение в промежуточной гонке происходит отодносторонняя муфта в одном из двух подшипников удерживая эту обойму неподвижной сначала по отношению к внутренней, затем к внешней обойме, в зависимости от направления вращения в течение периода.

Таким образом, конструкция позволяет избежать ложного бринеллирования за счет сохранения смазочной пленки и предотвращения прилипания неровностей поверхности.

Одно предостережение: Такая конструкция не решает проблем, связанных с узлами, которые остаются неподвижными в течение значительных периодов времени между использованиями — например, с отдельными электродвигателями. Для этого требуется колебательное движение достаточной величины, чтобы задействовать одностороннее колебательное движение сцепления, которое либо является естественным для работы машины, либо навязывается органам управления.

Для получения дополнительной информации посетите plymouthmachineintegration.com.

Также скачайте классический ресурс «Трибологические проблемы в технологии ветряных турбин».

Об источнике: Чарльз Э. Харрис имеет двадцатилетний опыт проектирования, тестирования и разработки компонентов и систем силовых агрегатов. Семнадцать из этих лет я проработал в Ilmor Engineering, Inc., инжиниринговой компании высокого уровня в области автоспорта и силовых агрегатов для морских прогулочных судов. По словам Харриса, опыт в этих областях означал изучение подшипников, работающих в сложных условиях как на двигателях, таких как валы дроссельной заслонки двигателя, так и на испытательном оборудовании, таком как динамометрические подшипники качения.