Uszkodzenia łożysk ślizgowych wskutek oddziaływania cząstek stałych

Dostanie się cząstek obcych do szczeliny smarowej pomiędzy łożyskiem a czopem wału znacznie zwiększa niebezpieczeństwo uszkodzenia łożyska. Ze względu na bardzo małą grubość warstwy smaru nawet małe cząstki mogą zakłócać pracą i powodować tarcie półpłynne. Przez osadzenie w warstwie ślizgowej lub bieżnej możliwe jest ich „unieszkodliwienie”. Spowodowane tym krawędzie są wygładzane przy styku z wałem. Cząstki o wymiarze przekraczającym grubość warstwy ślizgowej lub bieżnej nie mogą być całkowicie osadzane. Wystające fragmenty powodują zużycie czopa wału w postaci rowków. Mocno wykształcone rowki powodują obniżenie oczekiwanej żywotności i mogą przyczyniać się do zatarcia łożyska. Cząstki stałe mogą dostać się do bloku silnika i osadzić w nim już podczas produkcji lub w trakcie jego remontu. Może to mieć na przykład miejsce podczas obróbki strumieniowej bloku silnika przy użyciu ścierniwa piaskowego bądź szklanego. Cząstki zanieczyszczeń mogą „powstawać” (np. sadza lub nagar olejowy) lub być wprowadzane także podczas pracy. Niewystarczająca konserwacja układu smarowania lub ekstremalne oddziaływania zewnętrzne dodatkowo wzmagają dostawanie się zanieczyszczeń do układu smarowania. Cząstki stałe mogą dostawać się do obiegu oleju także z uszkodzonych sąsiednich łożysk lub innych podzespołów silnika. Niebezpieczeństwo uszkodzeń przez oddziaływanie cząstek stałych jest z zasady większe w przypadku łożyska głównego niż łożyska korbowego. Łożyska korbowe są zasilane olejem z łożysk głównych przez otwory w wale korbowym, przez co olej przepływa najpierw przez łożyska główne (patrz ilustracja). Większe cząstki są więc osadzane już w łożysku głównym i nie dostają się z reguły do łożyska korbowego.

Aby uzyskać informacje o pochodzeniu cząstek stałych celowa może być analiza łożyska oraz pobranie próbki oleju.

Możliwe przyczyny

• Montaż z zanieczyszczeniami: wskutek nieuwagi lub niewystarczającego oczyszczenia podzespołów silnika podczas montażu do jego bloku mogą dostać się zanieczyszczenia
• Pozostałości takie jak wióry metalowe lub pozostałości ścierniwa z obróbki strumieniowej podczas produkcji lub remontu mogą tworzyć osady w bloku silnika, które podczas pracy ulegają oderwaniu – często są to też osady z elementów wyposażenia, np. z chłodnicy oleju, które nie zostały odpowiednio oczyszczone podczas remontu silnika
• Uszkodzenia uszczelek silnikowych: przeciążenie lub uszkodzenie uszczelki podczas montażu powoduje, że nie spełnia ona już swojej funkcji i umożliwia przedostawanie się cząstek stałych
• Niewystarczająca konserwacja układu smarowania: przekroczone terminy przeglądów lub zatkane filtry oleju mogą powodować gromadzenie się zanieczyszczeń w oleju
• Kawitacja: cząstki są wykruszane z materiału łożyska i transportowane wraz z olejem – w zależności od wielkości mogą one powodować powstawanie rowków lub osadzanie drobinek w danym łożysku lub w łożyskach sąsiednich
• Zatarcie: zatarte podzespoły silnika (tłoki, panewki łożysk) powodują dostanie się dużej ilości cząstek stałych do obiegu smaru, co może pociągać za sobą uszkodzenie innych podzespołów
• Uszkodzenia zmęczeniowe: w razie wykruszania materiału z podzespołów silnika wykruszone drobinki mogą być transportowane przez olej do łożysk i powodować och uszkodzenia

Środki zaradcze

Z zasady możliwa jest dalsza eksploatacja łożysk mimo powstania rowków. Zależy to jednak od zakresu uszkodzenia. Jeżeli występują na przykład liczne wtłoczenia dużych cząstek z rozpoczynającymi się śladami tarcia półpłynnego, spowodowane przez nanoszenie materiału, to zalecana jest wymiana łożyska. Drobne wtłoczenia cząstek nie pogarszają działania łożyska. Mimo to w obu przypadkach należy wyjaśnić przyczyny tego stanu:

• Czyszczenie wszystkich podzespołów przed montażem: ważne jest przepłukanie wszystkich kanałów olejowych w wale i w korpusie i oczyszczenie powierzchni osadzenia łożysk przed uruchomieniem, aby usunąć drobne wióry i cząstki z procesu produkcyjnego bądź z remontu – oczyścić należ także kanały olejowe elementów wyposażenia, np. chłodnicy oleju i turbosprężarki
• Sprawdzić działanie uszczelek
• Wymieniać filtr oleju i olej zawsze zgodnie z wymaganiami producenta: pamiętać o przestrzeganiu terminów przeglądów oraz stosować olej i filtr oleju o odpowiedniej jakości
• Filtrowanie zasysanego powietrza: regularnie serwisować filtr, wymieniać w razie potrzeby
• Sprawdzić inne podzespoły silnika, czy nie wykazują uszkodzeń np. wskutek kawitacji, zmęczenia lub zatarcia – częstymi szkodami pośrednimi są wtedy uszkodzenie łożysk ślizgowych wskutek oddziaływania cząstek stałych
• Jeżeli nie można stwierdzić wpływu cząstek stałych, informacje o przyczynach uszkodzenia można uzyskać z analizy uszkodzonych panewek łożyska i próbki oleju: jeżeli w łożysku osadzone są cząstki lub jeśli występują one w oleju, można oznaczyć ich skład chemiczny – np. w razie stwierdzenia, że materiał pochodzi z wału korbowego można przeprowadzić tam dokładniejszą analizę szkody

Powstawanie rowków

Opis

• Paskowe wgłębienia w kierunku poślizgu z przyrostem materiału na krawędziach
• Przyrosty częściowo ponownie wygładzone wskutek zużycie, jasno błyszczące
• Najczęściej równocześnie z powstawaniem rowków lub osadzaniem cząstek na wale korbowym lub w sąsiednich łożyskach

Ocena

Cząstki dostające się do szczeliny smaru i nie osadzane w materiale łożyska są wielokrotnie przeciągane przez tę szczelinę, powodując przy tym powstawanie rowków. W zależności od grubości powstałych przy tym krawędzi podczas dalszej eksploatacji mogą one nie zostać wygładzone, powodując wzrost temperatury przez zwiększone tarcie półpłynne przy styku z wałem. Prowadzi to często do nadtarcia i zatarcia. Powstawanie rowków może być także konsekwencją oddziaływania tarcia półpłynnego. Jednak w tym przypadku rowki są drobne i występują na całej powierzchni obu ślizgowych elementów współpracujących.

Środki zaradcze

W przypadku występowania rowków z silnymi wybrzuszeniami na krawędziach konieczna jest wymiana łożyska. Natomiast jeśli występują rowki z wygładzonymi przyrostami na krawędziach i nie należy oczekiwać dalszych wpływów cząstek stałych, łożyska mogą być dalej użytkowane.

 

Osadzanie

Opis

• Powierzchnia z wżerami
• Wgniecenia przez cząstki (częściowo zawierające jeszcze cząstki stałe), otoczone wybrzuszeniem, widocznym jako jasny błyszczący punkt
• Często zjawisku temu towarzyszy powstawanie rowków w czopie i łożysku
• W poważnych przypadkach widoczne są nadtarcia, rozpoczynające się w miejscach osadzeń

Ocena

Cząstki dostające się do szczeliny smaru mogą osadzać się w materiale łożyska. W zależności od grubości warstwy ślizgowej lub bieżnej można rozróżniać głębokie i płytkie osadzanie. W przypadku głębokiego osadzania cząstki są całkowicie integrowane w warstwie ślizgowej lub bieżnej. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy wielkość cząstek jest mniejsza od grubości warstwy. Materiał łożyska wybrzuszony wskutek osadzania jest następnie spłaszczany przez zużycie podczas styku z wałem.

Do osadzania płytkiego dochodzi natomiast wtedy, gdy wielkość cząstek przekracza grubość warstwy. Cząstki są niecałkowicie osadzane i wystają z powierzchni łożyska. Powodują one zużycie i powstawanie rowków na powierzchni czopa. Wskutek wybrzuszeń na krawędziach lub wystawanie niecałkowicie osadzonych cząstek zakłócane jest powstawanie warstwy smaru, co może prowadzić do stanów tarcia półpłynnego. Możliwym skutek jest także tak zwane ścieranie kłaczkowe. Osadzone cząstki nacinają przy tym powierzchnię wału, usuwając z niej materiał (drobne wióry). Wyrwane cząstki, które z kolei same ulegają osadzaniu, pogłębiają uszkodzenie łożyska, co często prowadzi do nieuniknionego całkowitego zniszczenia czopa i łożyska.

Konsekwencją osadzania cząstek mogą być więc nadtarcia i zatarcia.

Środki zaradcze

W razie wystąpienia większych osadzeń cząstek w połączeniu z rozpoczynającym się zużyciem czopa i łożyska konieczna jest wymiana łożyska. Natomiast jeśli występują drobne osadzenia cząstek, których wybrzuszenia zostały spłaszczone i nie należy oczekiwać dalszych wpływów cząstek stałych, działanie łożyska nie jest zakłócone.

Podkładki na grzbiecie łożyska

Opis

• Lokalnie ograniczone zmiany w wyglądzie śladów przylegania
• Jasny ślad zużycia w powierzchni bieżnej
• Często pozostałości cząstek lub wgniecenia na stalowym grzbiecie łożyska
• W poważnych przypadkach na powierzchni bieżnej łożyska widoczne są ślady tarcia półpłynnego w postaci nadtarć i objawów zmęczenia

Ocena

Wskutek zanieczyszczeń lub pozostałości oleju (nagaru olejowego) na grzbiecie łożyska powstają lokalne miejsca nacisku, widoczne na powierzchni bieżnej łożyska. Powodowany przez to nacisk prowadzi do zwiększonego zużycia wewnątrz łożyska w porównaniu do pozostałej jego części. Jest to widoczne po wyraźnej, z reguły jasno błyszczącej anomalii w śladzie przylegania. W zależności od wielkości miejsc nacisku może to prowadzić do nadtarć i zatarć oraz uszkodzeń zmęczeniowych.

Środki zaradcze

Możliwość dalszej eksploatacji łożyska zależy od postępu zużycia powierzchni bieżnej. Gdy w obszarze miejsca nacisku wystąpią nadtarcia lub objawy zmęczenia w postaci na przykład pęknięć czy wykruszeń, należy wymienić łożysko, gdyż w przeciwnym razie należy liczyć się z jego całkowitym zniszczeniem. Wykruszony materiał może spowodować szkody pośrednie w danym albo w sąsiednim łożysku

.