Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Истинное и ложное бринеллирование — два внешне схожих, но принципиально разных по природе вида повреждений дорожек качения подшипника. И в том, и в другом случае на поверхности дорожки образуются отметки с шагом, равным шагу тел качения, что и приводит к путанице при первичном осмотре. Однако истинное бринеллирование — это пластическая деформация от ударной или статической перегрузки, а ложное бринеллирование — это фреттинг-износ от микро-перемещений тел качения при вибрации в неподвижном или эпизодически вращающемся подшипнике. Различение этих двух механизмов критично для практики: меры по предотвращению повторного отказа в каждом случае принципиально разные. Международный стандарт ISO 15243:2017 относит их к двум разным группам повреждений — 5.5 «Пластическая деформация» и 5.3 «Коррозия», подчёркивая фундаментальное различие.
Термин «бринеллирование» происходит от метода измерения твёрдости по Бринеллю, разработанного шведским инженером-металлургом Юханом Августом Бринеллем (Johan August Brinell, 1849–1925) и впервые представленного на Всемирной выставке в Париже в 1900 году. Метод основан на вдавливании закалённого шарика в поверхность материала с заданной силой и последующем измерении диаметра полученного отпечатка. В подшипниковой практике аналогичные сферические или цилиндрические отметки на дорожках качения, образованные шариками или роликами под нагрузкой, получили название «бринеллирование» по аналогии с этим тестом.
В первой половине XX века было замечено, что внешне идентичные отметки могут возникать и в подшипниках, которые никогда не подвергались избыточной нагрузке — например, в новых машинах, перевезённых железнодорожным транспортом. Исследования SKF и других производителей в 1950–1960-х годах показали, что причиной таких отметок служит не пластическая деформация от перегрузки, а механизм фреттинга — микро-перемещения контактных пар под действием внешней вибрации в условиях, когда тела качения не перекатываются. Чтобы отличать этот механизм от классического бринеллирования по Бринеллю, ему дали название «ложное бринеллирование» (false brinelling).
В современной редакции стандарта ISO 15243:2017 «Подшипники качения. Повреждения и отказы. Термины, характеристики и причины» истинное и ложное бринеллирование классифицируются как принципиально разные виды отказа: истинное бринеллирование относится к категории 5.5 «Пластическая деформация» (подкатегория 5.5.2 — деформация от перегрузки), ложное бринеллирование — к категории 5.3 «Коррозия» (подкатегория 5.3.3.3 — false brinelling, в группе фрикционной коррозии). При этом в части источников ложное бринеллирование рассматривают также в составе раздела «Износ» — на это особо указывает текст самого стандарта.
Истинное бринеллирование (true brinelling) — это пластическая деформация поверхности дорожки качения, при которой контактные напряжения в зоне контакта тела качения с дорожкой превышают предел текучести подшипниковой стали. Согласно ISO 15243:2017, истинное бринеллирование возникает при перегрузке неподвижного подшипника статической нагрузкой или ударом и приводит к образованию неглубоких вогнутых лунок на дорожках качения, расположенных с шагом, соответствующим шагу тел качения.
Контакт тела качения с дорожкой описывается теорией Герца: пятно контакта представляет собой эллипс (для шарикоподшипников) или прямоугольник (для роликовых), внутри которого распределение давления имеет полуэллиптический профиль с максимальным значением в центре. При статической нагрузке выше определённого порога максимальное контактное давление превышает предел текучести материала, и в подповерхностном слое возникают необратимые пластические деформации. Поверхность дорожки «вдавливается» под телом качения, образуя лунку.
Для оценки этого порога используется понятие статической грузоподъёмности C0, определённое по ISO 76:2006 (с дополнением Amd.1:2017) / ГОСТ 18854-2013. C0 задана как нагрузка, при которой суммарная остаточная деформация тела качения и дорожки в самой нагруженной точке контакта равна 0,0001 диаметра тела качения. Этому соответствуют значения максимального контактного давления по Герцу, зависящие от типа подшипника: 4200 МПа для большинства шарикоподшипников, 4600 МПа для самоустанавливающихся шарикоподшипников, 4000 МПа для роликовых подшипников. Эти уровни напряжений уже могут оставлять лёгкие визуально различимые отметки бринеллирования на дорожках качения; при превышении C0 отметки становятся глубже и заметнее. Конкретное проявление видимых дефектов в эксплуатации зависит от типа подшипника, материала колец, состояния смазки и характера приложения нагрузки (статическая или ударная).
Истинное бринеллирование имеет ряд характерных визуальных признаков:
Истинное бринеллирование развивается мгновенно (при ударе) или в течение короткого времени удержания статической нагрузки. Подшипник в момент повреждения неподвижен или почти неподвижен.
Ложное бринеллирование (false brinelling) — это фреттинг-износ в зоне контакта тел качения с дорожками, возникающий при микро-колебательных перемещениях этой контактной пары в условиях, когда подшипник практически неподвижен и подвергается внешней вибрации. По ISO 15243:2017 ложное бринеллирование классифицируется в категории 5.3 «Коррозия», подкатегория 5.3.3.3, в группе фрикционной коррозии. Внешне отметки также располагаются по шагу тел качения, что и порождает путаницу с истинным бринеллированием, но природа повреждения принципиально иная — материал не вытесняется, а удаляется.
В невращающемся подшипнике тонкая смазочная плёнка в зоне контакта тела качения и дорожки удерживается за счёт капиллярных сил и адгезии. При внешней вибрации тела качения совершают микро-перемещения относительно дорожек с амплитудой, как правило, порядка единиц или десятков микрометров и частотой, соответствующей частоте внешней вибрации. Эти микро-перемещения:
Продукты износа — мельчайшие частицы подшипниковой стали — окисляются на воздухе, образуя оксиды железа красно-коричневого цвета. Эти оксиды одновременно действуют как абразив, ускоряя дальнейший износ; образуется самоподдерживающийся процесс деградации поверхности.
Ложное бринеллирование имеет следующие отличительные признаки:
Подшипник в момент развития ложного бринеллирования не вращается или совершает редкие, малоамплитудные качающиеся движения, а оборудование подвергается внешней вибрации (например, во время транспортировки, на складе с работающими рядом машинами, в установках с колебательным режимом).
Ниже приведена сводная таблица основных диагностических признаков, позволяющих различить истинное и ложное бринеллирование при визуальном осмотре демонтированного подшипника. Эти признаки соответствуют классификации ISO 15243:2017 и согласованы с практическими руководствами SKF, NSK, Schaeffler и Timken.
Это самый надёжный из всех визуальных признаков. Дорожка качения после изготовления имеет характерный микрорельеф — следы шлифовки, суперфиниширования, накатки (зависит от технологии). При истинном бринеллировании этот микрорельеф продавливается вместе с поверхностью: материал смещается вниз и в стороны, но сами штрихи обработки остаются видны в пределах отметки при осмотре под увеличением 10×–40×. При ложном бринеллировании микрорельеф уничтожается фреттинг-износом: повторяющиеся микро-перемещения снимают тонкий поверхностный слой, унося с ним и следы обработки. Дно отметки становится либо полированным (на ранних стадиях, при наличии остаточной смазки), либо матовым и шероховатым (на поздних, при окислении).
При истинном бринеллировании металл из зоны вдавливания не исчезает, а перемещается. По законам пластического течения часть материала выдавливается в стороны и наверх, образуя по периметру отметки невысокие, но заметные валики. Эти валики хорошо видны при тангенциальном освещении и могут быть обнаружены щупом или индикатором. Их наличие однозначно указывает на пластическую природу повреждения. При ложном бринеллировании выдавленных валиков нет: материал удалён в виде продуктов износа, баланс масс показывает потерю, а не перераспределение.
Истинное бринеллирование в свежем виде выглядит как блестящая металлическая лунка без коррозии. Если узел впоследствии находился в эксплуатации, на дне может появиться вторичное окисление, но оно равномерное и не имеет характерного «фреттингового» характера. Ложное бринеллирование почти всегда сопровождается красно-бурыми или коричневыми отложениями оксидов железа — это следствие непрерывного окисления свежих продуктов микро-износа в зоне контакта. На фотографиях из практики и каталогов SKF и NSK эти отложения видны как тёмные пятна вокруг и внутри отметок, отличающиеся по цвету от исходной стали.
Истинное бринеллирование локализуется в зоне нагружения, существовавшей в момент перегрузки: если подшипник стоял неподвижно под действием радиальной нагрузки, отметки появляются только в нижней части наружной дорожки и в верхней части внутренней. При ударе при монтаже расположение может быть произвольным — в зависимости от того, в каком положении находились тела качения в момент удара. Ложное бринеллирование развивается там, где есть микро-перемещения; для подшипников, неподвижно стоящих под весом ротора (как в транспортируемой машине), это та же зона нагружения, но с более равномерным распределением по большему числу тел качения, чем при единичном ударе.
Если перед отказом подшипник работал в нормальном режиме длительное время, а отметки появились внезапно после конкретного события (монтаж, авария, удар) — почти наверняка это истинное бринеллирование. Если же подшипник был установлен в новом оборудовании, которое перевозилось железнодорожным или автомобильным транспортом, и проявил повышенный шум и вибрацию сразу после ввода в эксплуатацию — это типичный сценарий ложного бринеллирования.
Большинство случаев истинного бринеллирования вызвано ошибками при монтаже или эксплуатации:
Ложное бринеллирование характерно для ситуаций, когда подшипник длительное время остаётся неподвижным и подвергается внешней вибрации:
Точное различение истинного и ложного бринеллирования возможно только при демонтаже подшипника и осмотре дорожек качения с увеличением. Однако ряд косвенных признаков позволяет сделать предварительное заключение и без демонтажа.
Применяется последовательность действий:
В тех случаях, когда демонтаж невозможен или нежелателен, оценить вероятность бринеллирования и тип повреждения можно с помощью вибродиагностики и аудиальной диагностики:
Для постановки рабочей гипотезы до демонтажа полезно ответить на вопросы:
Положительный ответ на вопросы про транспортировку или хранение склоняет диагностику в сторону ложного бринеллирования; положительный ответ на вопросы про ударный монтаж или перегрузку — в сторону истинного.
Истинное бринеллирование почти всегда вызвано неправильной техникой монтажа или ошибкой проектирования. Меры профилактики:
Ложное бринеллирование принципиально предотвратимо организационными и техническими мерами на стадии транспортировки, хранения и эксплуатации:
Раздел объединяет каталожные позиции и тематические статьи, дополняющие материал по дефектам подшипников качения.
Не всегда. На ранних стадиях развития ложного бринеллирования отметки могут выглядеть очень похоже на истинное — особенно при сильно повышенной нагрузке или при кратковременной транспортировке. Однозначное различение требует осмотра под увеличением 10× и более: наличие исходных следов механической обработки на дне отметки говорит об истинном бринеллировании, их полное отсутствие — о ложном. В сложных случаях привлекают анализ обстоятельств возникновения дефекта.
Наиболее уязвимы шарикоподшипники из-за малой площади контакта и неравномерного распределения смазки в зоне точечного контакта. В практике массовых случаев ложное бринеллирование часто фиксируется в ступичных узлах автомобилей при транспортировке, в подшипниках электродвигателей и насосов перевозимых машин, а также в крупных опорно-поворотных подшипниках ветрогенераторов в pitch- и yaw-системах при работе с малыми углами поворота. Линейные роликовые подшипники имеют большую площадь контакта и менее чувствительны, но не защищены полностью.
Полноценное восстановление невозможно: материал поверхности дорожки удалён, исходный микрорельеф нарушен, в дне отметок имеются концентраторы напряжений. После ввода в эксплуатацию такой подшипник работает с повышенным шумом и вибрацией; на отметках развивается вторичная поверхностная контактная усталость, и подшипник в итоге выходит из строя по механизму выкрашивания. На ответственных применениях подшипник с подтверждённым ложным бринеллированием подлежит замене.
Это значит, что расстояние между двумя соседними отметками на дорожке качения соответствует расстоянию между двумя соседними телами качения в собранном подшипнике. Это расстояние однозначно определяется геометрией подшипника: количеством тел качения и диаметром окружности их центров. Если отметки на дорожке расположены именно с этим шагом, можно гарантировать, что они оставлены телами качения в положении статического покоя — то есть это либо истинное, либо ложное бринеллирование, но не другой вид дефекта.
Потому что в стандарте акцент сделан на роль окисления продуктов фреттинг-износа в развитии повреждения. На начальной стадии механизм действительно сводится к адгезионно-абразивному микро-износу, но дальнейшее развитие критически зависит от окисления свежевыделенных частиц стали — оксиды железа как сами по себе являются абразивом, так и меняют характер контакта. По этой причине в ISO 15243:2017 ложное бринеллирование классифицировано в разделе 5.3 «Коррозия» (подраздел 5.3.3 «Фрикционная коррозия»). В то же время сам стандарт прямо отмечает, что в части литературы это повреждение относят и к категории «Износ», что инженеру следует учитывать при работе с разными источниками.
По методикам производителей коэффициент s0 = C0/P0 подбирается по характеру нагрузки. Для подшипников, работающих при плавной безударной нагрузке, достаточно s0 в диапазоне 1...2; при умеренной ударной нагрузке — 2...2,5; при сильно ударной или высокотребовательной к точности эксплуатации — 2,5...4 и выше; для тяжёлых ударных применений рекомендуется s0 5...6. Конкретные значения для разных типов и применений приведены в каталогах SKF, Schaeffler и NSK. Для крупных тихоходных подшипников опорно-поворотных устройств и оборудования с длительными статическими нагрузками рекомендуется s0 3...5 и выше.
Существенно. Обычные пластичные смазки общего назначения легко вытесняются из контактной зоны при микро-перемещениях и не обеспечивают защиты от фреттинга. Специализированные противофреттинговые смазки имеют повышенную адгезию к металлу, содержат противоизносные и противоокислительные присадки, удерживаются в зоне контакта в условиях вибрации. Способность смазки противостоять ложному бринеллированию оценивается стандартизованным тестом ASTM D4170, в котором смазка испытывается под нагрузкой и колебательным движением в течение нескольких часов; по результатам теста рассчитывается интегральный параметр износа.
Да, на достаточно развитой стадии. Бринеллирование любого типа (истинное и ложное) даёт в спектре виброускорения и спектре огибающей пики на характеристических частотах подшипниковых дефектов BPFO или BPFI и их гармониках. Звуковая картина — периодические щёлчки или стук, синхронные с прохождением тел качения через зону отметок. Однако виброспектр сам по себе не позволяет различить два типа бринеллирования; вывод о механизме делается на основании анализа условий эксплуатации и подтверждается визуальным осмотром после демонтажа.
Прямо в работающем подшипнике, постоянно вращающемся с нормальной угловой скоростью, ложное бринеллирование не развивается — вращение обеспечивает постоянное восстановление смазочной плёнки в зоне контакта. Однако оно может развиться в подшипнике, который часть времени работает, а часть стоит при вибрационном фоне (например, резервный насос, эпизодически включаемый компрессор). Также уязвимы подшипники, совершающие малоамплитудные колебательные движения, не выводящие тела качения за пределы первоначальной зоны контакта — типичный пример pitch- и yaw-подшипников ветрогенераторов и подшипников антенных позиционеров.
Подшипник с подтверждённым бринеллированием (любого типа) не должен устанавливаться в ответственный узел — отметки на дорожках являются концентраторами напряжений и значительно сокращают ресурс по контактной усталости. При обнаружении такого дефекта подшипник изымается из дальнейшего применения. Параллельно проводится анализ обстоятельств: если повреждение возникло до поступления на склад (например, при транспортировке от поставщика) — оформляется претензия; если в результате собственных действий (неправильный монтаж, падение) — проводится анализ причин и корректирующие меры по технологии.
Материал носит исключительно ознакомительный и образовательный характер. Изложенные сведения основаны на нормативных документах, технической литературе и каталогах производителей подшипников.
Применение приведённых методик диагностики и профилактики в условиях конкретного производства возможно только после проверки квалифицированными специалистами с учётом фактического оборудования, режимов эксплуатации и действующих на предприятии нормативных требований. Принятие решений о замене подшипников, переработке транспортной упаковки, выборе смазочных материалов и иных эксплуатационных действиях должно осуществляться на основании результатов комплексной диагностики с привлечением аттестованного персонала.
Автор и издатель публикации не несут ответственности за прямые или косвенные убытки, ущерб, простой оборудования или иные последствия, возникшие вследствие использования материалов статьи без надлежащей профессиональной верификации. Указанные стандарты (ГОСТ, ISO, ASTM), каталоги и справочники являются собственностью соответствующих правообладателей и приведены исключительно как источники для самостоятельного изучения.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.