Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Проскальзывание тел качения — частный, но крайне опасный режим работы подшипника, при котором ролик или шарик не катится по дорожке, а скользит относительно неё. Скольжение под нагрузкой при недостаточной смазочной плёнке приводит к адгезионному износу: локальному разогреву зон контакта, переносу металла с одной поверхности на другую, образованию задиров и смазывания (smearing, skidding, galling, frosting) дорожек качения. По стандарту ISO 15243:2017 «Rolling bearings — Damage and failures — Terms, characteristics and causes» это повреждение классифицируется как Adhesive wear (раздел 5.2.3) и относится к одной из основных групп отказов подшипников качения. Восстановление подшипника после развитого смазывания невозможно: повреждённые дорожки служат концентраторами напряжений и быстро переходят в стадию выкрашивания, поэтому ключевое значение имеют диагностика на ранних этапах и системные меры профилактики ещё на стадии проектирования узла.
Идеальное чистое качение тела качения по дорожке требует выполнения двух условий: положительной нагрузки в зоне контакта и достаточной силы трения, способной передавать тяговое усилие от вращающегося кольца к телам качения. Когда тело качения входит в зону нагрузки, его линейная скорость должна совпасть с поверхностной скоростью кольца. Это разгон, требующий передачи касательной (тяговой) силы через контакт.
Тяговая сила в зоне контакта обеспечивается сдвиговым сопротивлением смазочной плёнки в режиме эластогидродинамической смазки (EHL). При толщине плёнки, превышающей суммарную шероховатость поверхностей в три и более раз (критерий Λ ≥ 3), смазочная плёнка способна передавать сдвиг без металлического контакта. Если плёнка вне зоны нагрузки слишком тонкая или нагрузка на подшипник недостаточна, сдвиговое сопротивление падает и тяговое усилие не успевает разогнать тело качения. Тело качения проскальзывает: его поверхность движется относительно поверхности кольца со скоростью, равной разности их скоростей.
Под нагрузкой проскальзывание сопровождается высоким локальным давлением. Контактные давления в подшипниках с телами качения и кольцами из подшипниковой стали SAE 52100 (отечественный аналог — ШХ15) типично лежат в диапазоне 1,5–2,5 ГПа в номинальных режимах и могут достигать предельных значений около 4 ГПа в условиях максимальной статической нагрузки. При нарушении смазочной плёнки контакт переходит сначала в смешанный, а затем в граничный режим. Вершины микронеровностей вступают в металлический контакт и при достаточной локальной температуре «свариваются» — это и есть базовый акт адгезионного износа.
Стандарт ISO 15243:2017 в разделе 5.2.3 определяет адгезионный износ как перенос материала с одной поверхности на другую под действием фрикционного нагрева. Локальный нагрев вызывает кратковременный отпуск или дополнительную закалку (rehardening) поверхностного слоя, что создаёт концентраторы напряжений с потенциалом перехода в трещины или выкрашивание.
Адгезионный износ проявляется в нескольких визуальных формах, которые ISO 15243 объединяет под общим термином smearing с альтернативными названиями skidding, galling, scoring, frosting:
В отличие от подповерхностной усталости, адгезионный износ — поверхностный механизм. Он начинается в первые часы эксплуатации в неблагоприятном режиме и не имеет существенной инкубационной фазы.
Перечень условий, при которых ролики и шарики могут проскальзывать, систематизирован в каталогах SKF, Schaeffler, NSK и подтверждён лабораторными исследованиями.
Главная и наиболее частая причина. Эквивалентная нагрузка P опускается ниже минимальной, при которой контакт между телом качения и дорожкой обеспечивает достаточное тяговое сопротивление. Это особенно характерно для цилиндрических роликовых подшипников, где геометрия линейного контакта чувствительна к малым нагрузкам, и для радиально-упорных шариковых подшипников, работающих в составе пары при разгрузке внешним фактором.
В момент входа тела качения в зону нагрузки оно должно разогнаться до скорости поверхности кольца. Если ускорение слишком велико (быстрый старт двигателя, резкое торможение, реверс), момент инерции тел качения и сепаратора не успевает преодолеть трением плёнки, и тело качения проскальзывает. Характерные узлы — главные приводы металлообрабатывающих центров, прокатные клети, мельницы, генераторы.
На высоких частотах вращения растут центробежные силы, действующие на тела качения. Шарики прижимаются к наружной дорожке, разгружая внутреннюю и приводя к разности тяговых усилий. В роликовых подшипниках на высоких скоростях возрастает сила инерции при разгоне роликов в момент входа в зону нагрузки. Произведение dm·n (где dm — средний диаметр, мм; n — частота вращения, об/мин) — параметр, традиционно используемый для оценки скоростного режима подшипника.
При вязкости масла или базового масла пластичной смазки ниже расчётной, при потере смазки из зоны контакта (oil starvation) или при использовании смазки с недостаточным базовым маслом для конкретных скоростных условий толщина плёнки h0 падает ниже критерия Λ = h0/σ ≥ 3. Граничный и смешанный режимы повышают вероятность адгезионных событий.
При знакопеременных нагрузках или импульсных нагружениях зона нагрузки в подшипнике смещается, тела качения переходят между нагруженными и ненагруженными секторами с пробуксовкой. Это типично для оборудования с ударными циклами: дробилок, штамповых прессов, кузнечного оборудования.
При вертикальной установке вала горизонтально расположенный радиальный подшипник теряет нагрузку от веса вала. В отсутствие внешней радиальной нагрузки тела качения работают практически без передачи тягового усилия. Аналогичная ситуация возникает при разгрузке подшипника по конструктивным причинам — например, в плавающей опоре при компенсации теплового удлинения вала.
Чувствительность к проскальзыванию зависит от типа контакта (точечный или линейный), геометрии тела качения и кинематики сепаратора.
Наибольшую опасность представляют цилиндрические роликовые подшипники (NU, NJ, NUP). При линейном контакте ролик имеет значительный момент инерции, и его разгон в зоне нагрузки требует значительной тяговой силы. Шариковые подшипники глубокого жёлоба значительно менее подвержены смазыванию благодаря точечному контакту, меньшей массе шариков и тому, что прокручивание шарика в любом направлении не приводит к концентрированному скольжению линейного контакта.
Адгезионный износ распознаётся по совокупности визуальных признаков, описанных в приложении А ISO 15243:2017 и атласах дефектов производителей SKF, NSK, NTN, Timken.
Локальные участки переноса металла, видимые как «нашлёпки», полосы или матовые зоны со сменой цвета. Поверхность под лупой обнаруживает рваные края, направление сдвига совпадает с направлением скольжения. На дорожке внутреннего кольца цилиндрического подшипника смазывание проявляется как набор поперечных полос, повторяющих шаг роликов.
Многочисленные мелкие задиры на ограниченном участке дорожки, придающие поверхности матовый, «инеевый» вид. В отраженном свете отсутствует характерный блеск исходной поверхности. Frosting часто распространяется по азимуту дорожки и со временем сливается в сплошные участки повреждения.
Локальный нагрев в зонах адгезии вызывает цветовые изменения металла: от соломенного до синего цвета побежалости. При интенсивном смазывании на поверхности появляются микротрещины, перпендикулярные направлению качения, — тепловые трещины (heat checks). Это уже глубокое повреждение, восстановление невозможно.
Проскальзывание роликов нагружает перемычки сепаратора неравномерно, вызывая их износ, деформацию и в крайних случаях разрушение. Характерные следы — полировка карманов сепаратора, износ перемычек со стороны набегания ролика, в роликовых подшипниках — задиры на направляющих поверхностях.
Смазка в зоне адгезионного износа быстро темнеет, в ней появляются металлические частицы переноса. Анализ отработанной смазки методом ферромагнитного контроля или спектрального анализа подтверждает диагноз.
Минимальная нагрузка Pm — это минимальное значение эквивалентной нагрузки на подшипник, при которой ещё обеспечивается чистое качение тел качения без проскальзывания при заданных параметрах смазки и скорости. Каждый производитель приводит свою методику расчёта, учитывающую конструктивные особенности конкретных серий подшипников.
Сферические роликовые подшипники. Для большинства типоразмеров SKF приводит упрощённую эмпирическую формулу:
Pm = 0,01 · C0
где Pm — эквивалентная минимальная нагрузка, кН; C0 — базовая статическая грузоподъёмность подшипника по ГОСТ 18854-2013 (ISO 76:2006), кН.
Цилиндрические роликовые подшипники. Точная формула учитывает кинематическую вязкость масла при рабочей температуре, частоту вращения и средний диаметр подшипника. Общая структура зависимости — функция от произведения вязкости на частоту вращения и квадрата среднего диаметра, с коэффициентом kr, индивидуальным для конкретной серии. Конкретные значения Frm для каждого типоразмера приведены в каталоге производителя или рассчитываются через интерактивный инженерный калькулятор SKF Bearing Select.
Шариковые подшипники глубокого жёлоба. Минимальная нагрузка обычно несущественна при горизонтальном валу — собственный вес ротора и сопряжённых деталей превышает её. Для высокоскоростных применений или вертикальных валов производитель приводит расчёт по таблицам каталога с учётом dm·n-параметра и вязкостных условий смазки.
Пример оценки минимальной нагрузки для сферического роликового подшипника 22220 со статической грузоподъёмностью C0 = 490 кН по каталогу SKF (типоразмер 100×180×46 мм).
Pm = 0,01 · 490 = 4,9 кН
Если эквивалентная нагрузка P в режиме эксплуатации опускается ниже 4,9 кН, возникает риск проскальзывания. Для большинства тяжёлого промышленного оборудования (редукторы, прокатные клети, барабаны) собственный вес ротора обеспечивает нагрузку выше этого порога. Проблема актуальна для лёгких и быстроходных машин, узлов с разгрузкой при тепловом расширении, опор реверсивного оборудования.
Для точных расчётов необходимо использовать данные конкретного типоразмера из каталога производителя. SKF, NSK, Schaeffler и NTN публикуют интерактивные калькуляторы и таблицы коэффициентов для всех типов и серий своих подшипников. Минимальная нагрузка зависит не только от типоразмера, но и от условий смазки: при высокой вязкости масла или низких температурах требование возрастает.
Профилактика проскальзывания строится на трёх группах решений: подбор подшипника, корректировка режима работы и применение специальных конструктивных мер.
Если расчёт показывает, что эквивалентная нагрузка ниже минимальной, замена подшипника на менее тяжёлую серию того же посадочного диаметра (например, переход с серии 22000 на 23000 в сферических роликовых, или с 6313 на 6213 в шариковых глубокого жёлоба) уменьшает статическую грузоподъёмность C0 и пропорционально снижает требование к минимальной нагрузке. Это часто более рациональное решение, чем создание дополнительной искусственной нагрузки.
Постоянная нагрузка в подшипнике может быть создана преднатягом. Для радиально-упорных шариковых и конических роликовых подшипников преднатяг устанавливается осевым смещением одного кольца относительно другого. Уровень преднатяга подбирается из каталога производителя по требуемой жёсткости узла и скорости вращения. Преднатяг создаётся:
В режимах с риском проскальзывания может оказаться полезной обратная мера — уменьшение внутреннего зазора. Класс C2 (меньше нормального CN) применяется в высокоскоростных шпиндельных узлах. В то же время для подшипников, работающих в условиях повышенных температур или с большими натягами при монтаже, применяется класс C3 — увеличенный зазор для компенсации тепловых деформаций. Выбор класса зазора по ГОСТ 24810-2013 — расчётная задача, учитывающая натяг посадки, тепловой режим и нагрузку.
Поддержание условия Λ ≥ 3 обеспечивается правильным подбором смазки:
Когда другие меры неэффективны, искусственная нагрузка вводится конструктивно: увеличением натяга приводного ремня, специальной нагрузочной пружиной, разворотом оси относительно линии действия силы тяжести. Этот способ — крайняя мера, так как любая дополнительная нагрузка снижает расчётный ресурс подшипника по усталости.
В подшипниках с керамическими телами качения из нитрида кремния (Si3N4) на стальных кольцах риск проскальзывания снижается по ряду физических причин, связанных со свойствами материала тел качения. Сравнение ключевых свойств приведено в таблице.
Из таблицы видны три ключевых преимущества для борьбы с проскальзыванием:
Дополнительные преимущества: низкое тепловое расширение (примерно в 3,9 раза меньше, чем у стали) обеспечивает стабильность внутренних зазоров при изменении температуры; отсутствие электропроводности устраняет проблему электроэрозии в двигателях с частотно-регулируемым приводом; высокая твёрдость снижает чувствительность к загрязнениям. Гибридные подшипники находят применение в шпинделях металлообрабатывающих центров, высокоскоростных электродвигателях, насосах и компрессорах с переменными режимами работы. Производители (SKF, NSK, NTN, Schaeffler) указывают возможность работы гибридных подшипников при скоростях вращения на 20–50 % выше, чем у стальных аналогов того же типоразмера.
Подтвердить факт проскальзывания и оценить степень повреждения позволяет совокупность методов вибро- и акустической диагностики.
На стадии активного проскальзывания шок-импульсные параметры dBc (carpet value) и dBm (maximum value) растут синхронно — это отличает смазывание от усталостных дефектов, при которых растёт преимущественно dBm. Параметр dBc реагирует на состояние смазочной плёнки и заметно увеличивается при её разрушении.
На ранней стадии смазывания спектр огибающей вибрации остаётся «чистым» от характеристических частот дефектов — пики на BPFO и BPFI отсутствуют. Это важный диагностический признак, отличающий смазывание от усталостного выкрашивания. По мере развития повреждения в спектре появляются BPFO/BPFI с гармониками — это означает переход смазывания в питтинг.
Среднеквадратичное значение виброускорения в полосе 5–20 кГц при смазывании заметно увеличивается за счёт высокочастотных автоколебаний в граничном режиме смазки. Сопоставление с эталонным уровнем при первом запуске машины — основной критерий тренда.
Спектральный анализ отработанного масла или ферромагнитный контроль выявляют наличие металлических частиц переноса. Содержание железа выше фонового уровня при изменении цвета смазки — характерный признак активного адгезионного износа.
Метод акустической эмиссии (типичная полоса 100 кГц … 1 МГц) фиксирует моменты микропластической деформации и трещинообразования. На стадии активного смазывания регистрируется фон непрерывной эмиссии, что отличает его от усталостных явлений с дискретными импульсами.
Проскальзывание тел качения тесно связано с темами выбора подшипника, смазки и диагностики. Ниже подобраны материалы и каталожные позиции, дополняющие настоящую публикацию.
Нет. Адгезионный износ повреждает поверхностный слой металла на глубину, сопоставимую с допусками изготовления дорожки. Восстановление шлифовкой невозможно: это нарушит геометрию контакта и снизит грузоподъёмность. Подшипник с подтверждённым smearing подлежит замене, при этом обязательно необходимо устранить первопричину — режим нагрузки, скорости или смазки, иначе новый подшипник повторит сценарий отказа.
Линейный контакт цилиндрического ролика передаёт нагрузку по линии, а не по точке. Это даёт высокую несущую способность, но требует значительной тяговой силы для разгона ролика при входе в зону нагрузки — момент инерции ролика существенно выше, чем у шарика сопоставимого размера. При лёгкой радиальной нагрузке или высоком ускорении смазочная плёнка не успевает передать необходимое тяговое усилие, и ролик начинает скользить по дорожке внутреннего кольца. По ISO 15243:2017 именно эта картина является классическим примером адгезионного износа (раздел A.2.3.2.1).
Приработочный износ выражен равномерной полировкой дорожек по всей зоне нагрузки, без локальных изменений рельефа и цвета. Smearing локализован участками с матовой шероховатостью (frosting), полосами переноса металла или явными задирами поперёк направления качения, часто с цветом побежалости. Под лупой видны рваные края, направленные по линии скольжения. Решающий критерий — наличие визуальных следов переноса материала и/или фрагментов металла в смазке.
Только частично. Увеличение вязкости поднимает критерий Λ и улучшает гидродинамические условия, что снижает риск выхода в граничный режим. Но если эквивалентная нагрузка ниже минимальной, тяговая сила всё равно недостаточна для разгона тел качения — они продолжат проскальзывать. Решение — комбинировать корректировку смазки с подбором типоразмера подшипника (более лёгкая серия) или добавлением нагрузки.
На самой ранней стадии чувствительны два параметра: уровень шок-импульсного карпет-значения dBc и СКЗ виброускорения в высокочастотной полосе 5–20 кГц. Оба растут до появления спектральных пиков на характеристических частотах BPFO/BPFI в огибающей. Появление пиков уже означает переход адгезионного износа в фазу выкрашивания. Сравнение с эталонными значениями, снятыми при первом запуске машины, существенно повышает достоверность раннего обнаружения.
Радиально-упорные шариковые подшипники работают парами (DB, DF, DT). При тепловом удлинении вала или разнице температур корпуса и вала один подшипник пары разгружается, и его шарики теряют тяговое усилие в зоне контакта. На высоких скоростях центробежные силы дополнительно прижимают шарики к наружному кольцу, разгружая внутреннее. Корректно установленный преднатяг (по каталогу: лёгкий, средний или тяжёлый) поддерживает гарантированный контакт всех шариков с обеими дорожками и исключает проскальзывание. Гибридные подшипники с керамическими шариками позволяют снизить требуемый минимальный преднатяг при сохранении той же надёжности.
Да. Если расчёт узла не учитывал минимальную нагрузку, подшипник может выйти на режим проскальзывания с первых часов эксплуатации, даже будучи новым и правильно смонтированным. Это конструкторская ошибка, не дефект подшипника. Симптомами в первые часы работы будут: непрерывный свист или вой, рост температуры узла, потемнение смазки. При обнаружении этих признаков узел останавливают, проверяют расчёт минимальной нагрузки и пересматривают типоразмер или режим работы.
Нет, класс C3 по ГОСТ 24810-2013 не предназначен для борьбы с проскальзыванием — наоборот, увеличенный зазор может усугубить проблему при лёгких нагрузках, поскольку рабочий зазор становится больше, а зона нагрузки меньше. C3 применяется в узлах с большим натягом посадки или повышенной рабочей температурой, где нужно компенсировать тепловые расширения. Для борьбы с проскальзыванием при тех же тепловых условиях правильнее обеспечивать постоянный преднатяг или подбирать тип подшипника, нечувствительный к разгрузке.
Положительно, по нескольким направлениям одновременно. Шарики из нитрида кремния (Si3N4) с плотностью 3,23 г/см³ примерно на 60 % легче стальных шариков (плотность подшипниковой стали 7,85 г/см³), что снижает инерцию при разгоне и центробежные силы на высоких скоростях. Пара керамика-сталь не подвержена адгезионному свариванию, так как материалы разнородные. Низкая шероховатость керамических шариков улучшает формирование EHL-плёнки. По данным производителей, гибридные подшипники допускают на 20–50 % более высокие скорости и снижают требования к минимальному преднатягу. Это особенно ценно для шпиндельных узлов, высокоскоростных электродвигателей и насосов с переменным режимом.
Существует четыре основных пути: первое — замена подшипника на более лёгкую серию того же посадочного диаметра (например, переход с серии 22000 на 23000 в сферических роликовых); второе — конструктивное добавление нагрузки (натяг ремня, нагрузочная пружина, разворот плоскости установки); третье — переход на радиально-упорные пары с контролируемым преднатягом; четвёртое — применение гибридных подшипников с керамическими телами качения, для которых минимальная нагрузка существенно ниже. Выбор зависит от компоновки узла и допустимых конструктивных ограничений.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.