Выбор смазки подшипников базовые критерии подхода

Правильно подобранный смазочный материал имеет решающее значение в плане надёжности работы подшипника. Статистика отказов показывает — значительная часть выхода из строя раньше срока прямо или косвенно связана с применением смазочного материала. Основными проблемами, когда имеет место выбор смазки подшипников на практике, являются: неподходящий смазочный материал (20%), устаревший продукт (20%), недостаточная консистенция или объём (15%).

Выбор смазки подшипников – основные требования

Производители подшипников качения рекомендуют применять под смазку продукт, соответствующий спецификациям смазочных материалов, предназначенных для подшипников качения. Минимальные требования указаны стандартами. Правильный выбор обеспечивает надёжность работы в широком диапазоне скоростей и нагрузок.

Смазочные материалы диапазона смешанного трения, работающие при высокой нагрузке или с низкой рабочей вязкостью при высокой температуре, оцениваются в соответствии с поведением на трение или износ. Предотвратить износ здесь допустимо только в случае, если зоны контакта получают разделительные пограничные слои.

Для испытаний смазочных материалов используются испытательные стенды. В случае минеральных масел с высоким содержанием присадок (гипоидные масла, синтетические масла) необходимо обратить внимание на совместимость с материалами уплотнений и подшипников, особенно с материалом сепаратора.

Смазки подшипников спецификации на техническое задание

Оптимальный срок службы подшипника достигается через выбор подходящих смазочных продуктов. Необходимо учитывать факторы, влияющие на применение:

• тип подшипника,
• скорость,
• температура,
• нагрузка,
• условия окружающей среды,
• устойчивость пластмасс,
• экологические нормы,
• затраты на обслуживание.

Предпочтительным видится применение смазок типа «K», стандартизированных в соответствии с «DIN 51825». Однако этот стандарт формулирует минимальные требования. Соответственно, выбираемые смазки подшипников одного класса «DIN» могут отличаться по качеству и оставаться в разной степени подходящими под конкретное применение.

Как результат — производители подшипников качения нередко указывают смазочный продукт техническим описанием, где приводятся более подробно профильные требования к смазочному материалу. Характеристики пластичной смазки в основном ставят в зависимость:

• тип базового масла,
• вязкость базового масла,
• загуститель,
• пакет присадок.

Обычно используемые загустители представляют собой металлические мыла или комплексные мыла металлов. Всё большее значение приобретают органические или полимерные загустители, например, поликарбамид. ПТФЭ (эмульсионный полимер) используется в качестве твердой смазки для смазывания в диапазоне высоких температур (+150°C) или для стойкости к средам.

Неорганические загустители (бентонит) в меньшей степени находят применение в составе современных смазок подшипников. Базовым маслом обычно выступают минеральные или синтетические масла. Важным для выбора видится, чтобы синтетические масла различались по типу:

• полиальфаолефины,
• полигликоли,
• эфиры,
• фторсодержащие масла,

так как все перечисленные списком материалы обладают очень разными характеристиками.

Присадки как составляющие основных компонентов

Достаточно часто выбор смазки подшипников заставляет обращать внимание на содержание присадок. Различают присадки, воздействующие непосредственно на масло:

• ингибиторы окисления,
• улучшающие индекс вязкости,
• детергенты,
• диспергаторы,

а также присадки, воздействующие на подшипник или поверхность металла (противоизносные, ингибиторы коррозии, модификаторы). Смазки в основе своей классифицируются по основным компонентам, в частности, по загустителю и базовому маслу.

Таблица: расклад по классу NLGI наиболее распространённых типов смазок:

Производят смазочные материалы различной консистенции. Все определены классами «NLGI», предусматривающими обработку пенетрации по стандартам «ISO 2137». Чем выше класс «NLGI», тем твёрже смазка. Для подшипников качения предпочтительно используются смазки классов «NLGI 1, 2, 3».

Влияние типа подшипника на эффективность смазки

Различают точечный контакт (шарикоподшипники) и линейный контакт (игольчатые роликоподшипники и цилиндрические роликоподшипники). Подшипники с точечным контактом (шарикоподшипники) — здесь каждое перекатывающее движение в контакте качения создаёт нагрузку только на относительно небольшой объём смазки.

Кроме того, кинематика качения шарикоподшипников демонстрирует лишь относительно небольшую долю скользящего движения. Таким образом, удельная механическая нагрузка на смазку в подшипниках с точечным контактом значительно меньше, чем в подшипниках с линейным контактом.

Традиционно используются смазки, где вязкость базового масла варьируется от 68 до 100 , согласно спецификациям «ISO VG». Такие масла всегда должны содержать так называемые антиоксиданты. Впрочем, этот момент в любом случае относится к современным смазкам подшипников.

Что касается подшипников с линейным контактом, те же роликовые подшипники с линейным контактом предъявляют более высокие требования к смазочному материалу. Здесь большее количество смазки в контакте подвергается деформации. Кроме этого, следует ожидать скольжения и реберного трения.

Этими факторами предотвращается образование смазочной плёнки, следовательно, появляются риски износа. В качестве контрмеры выбор смазки подшипников с линейным контактом упирается в более высокую вязкость базового масла (150-460). Кроме того, рекомендуются присадки против износа. Консистенция обычно соответствует «NLGI 2».

Влияние скорости вращения подшипника на смазку

Как и в случае подшипников качения, выбор смазки связан с параметром максимальной скорости (n·dM). Параметр скорости подшипника всегда должен соответствовать параметру скорости смазки. То есть налицо зависимость смазочного материала от критериев:

• тип и доля загустителя,
• тип базового масла,
• доля базового масла.

Такие данные содержат технические паспорта смазок подшипников. Как правило, для высоких скоростей характерной является низкая вязкость базового масла, основанного на сложноэфирном масле. Эти же материалы подходят для низких температур.

Смазочные материалы подшипников низких скоростей имеют более высокую вязкость базового масла и часто применяются в качестве смазок для тяжелых условий эксплуатации. Параметр скорости смазки не является параметром материала, но зависит от типа подшипника и требуемого минимального времени работы.

Выбора подходящего варианта определяется своего рода исходным руководством. Так, подшипнику качения, высокоскоростному или с низким требуемым пусковым моментом, рекомендуется выбирать смазку с высоким скоростным параметром. Подшипнику низкоскоростному рекомендуется выбор смазки с параметром низкой скорости.

Что даёт параметр вязкости базового масла?

Кроме скорости, на формирование смазочной плёнки оказывает прямое влияние вязкость базового масла. Поэтому в обычных случаях эксплуатации вязкость базового масла следует выбирать с учётом создания в рабочем режиме хороших условий смазки. Требуемую рабочую вязкость или соответствующую марку «ISO VG» можно приблизительно определить по диаграмме.

Входными значениями являются не только скорость и средний диаметр подшипника, но также температура, поскольку оказывает значительное влияние на степень вязкости. В приведенном ниже примере вязкость базового масла определяется для подшипника со следующими значениями:

• средний диаметр (dM) — 100 мм,
• скорость (n) — 1000 мин–1,
• рабочая температура — 80°C.

Эти параметры дают отношение вязкости, равное 1. Результатом является минимальная требуемая вязкость «ISO VG» — 68.

Влияние температуры на температурный диапазон масла

Температурный диапазон смазки должен соответствовать диапазону возможных рабочих температур подшипника качения. Производители консистентных смазок указывают этот диапазон для подшипников качения типа «K» в соответствии с «DIN 51825». Диапазон рабочих температур зависит от критериев:

• тип загустителя,
• доля загустителя,
• тип базового масла,
• доля базового масла,
• качество производства,
• производственный процесс.

Стабильность при высоких температурах в основном зависит от качества продукции и производственного процесса. Как правило, рекомендуется выбор смазки подшипника в соответствии с температурой подшипника, обычно возникающей в стандартном рабочем диапазоне. Тем самым обеспечить надёжную смазку и приемлемый срок службы материала.

Верхний предел рабочей температуры пластичной смазки типа «K» определяется на стенде испытаний подшипников качения в соответствии с «DIN 51821». При максимальной рабочей температуре 50%-я вероятность отказа (B50 или F50) составляет не менее 100 часов, согласно результатам испытаний.

Этот момент явно указывает, что смазку нельзя использовать в течение длительного времени при максимальной рабочей температуре, так как в этом случае срок службы смазочного материала относительно невелик.

Точка каплепадения смазочного материала подшипника

Технические паспорта смазок также указывают температуру каплепадения, которая определяется по стандартам «ISO 2176». Температура каплепадения определяется как температура, при которой медленно нагретая смазка подшипника переходит из полутвердого состояния в состояние жидкое. Температура каплепадения существенно зависит от типа загустителя и в меньшей степени от базового масла.

При достижении этой температуры структура загустителя претерпевает необратимые изменения. Смазка подшипника, размягчившаяся выше температуры каплепадения, уже не восстанавливает первоначальные рабочие характеристики после последующего охлаждения. Поэтому выбор консистентных смазок подшипников качения всегда должен предусматривать эксплуатацию при температурах значительно ниже температуры каплепадения.

Верхняя рабочая температура смазочного продукта на основе литиевого мыла или на основе минерального масла составляет приблизительно 50К ниже точки каплепадения. Благодаря структуре загустителя ПТФЭ, бентонитовые и гелевые смазочные материалы не имеют температуры каплепадения. Нельзя превышать верхнюю постоянную предельную температуру (Tupperlimit), если стоит цель избежать снижения срока службы смазки от влияния температуры.

Более низкая рабочая температура смазочного материала

Нижняя рабочая температура смазки типа «K» определяется давлением потока в соответствии с положениями стандарта «DIN 51805». Этим давлением определяется сила продавливания струи через определённое сопло. Параметр позволяет определить, способен ли смазочный материал перемещаться при низкой температуре.

Здесь явно важный момент, например, для случаев применения централизованных систем. Для пластичных смазочных материалов типа «K» давление потока при более низкой рабочей температуре предусмотрено на уровне менее 1400 мбар. Однако давление потока нельзя использовать для каких-либо выводов о пригодности подшипников качения при низких температурах.

Таким образом, в дополнение к более низкой рабочей температуре смазки, момент трения при низких температурах также определяется в соответствии стандарту «ASTM D 1478» или «IP 186/93». В этом случае проверяется фрикционное поведение смазанного шарикоподшипника при низкой температуре.

При более низкой рабочей температуре пусковой крутящий момент не должен превышать 1000 Н/мм, а рабочий крутящий момент не должен превышать 100 Н/мм. Смазочный материал не повреждается низкими температурами, но приобретает жёсткую консистенцию.

Такое преобразование проявляется увеличением пускового момента, но также приводит к проскальзыванию, следовательно, способствует большему износу и проявлению шума. Смазочный материал, однако, подвергается относительно быстрому нагреву и восстанавливает способности, как только температура возрастает.

При низких температурах материал выделяет крайне малое количество базового масла. Проявляется недостаток подачи на контакт качения, следовательно, проявляется смешанное или граничное трение. Поэтому рекомендуется не применять консистентные смазки при температуре ниже нижнего предела (Tlowerlimit).

Выбор под низкотемпературный и высокотемпературный диапазон

Выбор смазки подшипников для низкотемпературного диапазона (ниже –20°C) должен предусматривать достаточно низкую рабочую температуру. Ориентировочное значение: минимум на 20K ниже ожидаемой температуры окружающей среды. Достаточно часто применяются материалы с низкой вязкостью базового масла (10-32).

В качестве базового масла допустимо рассматривать полиальфаолефиновое или диэфирное масло, часто в сочетании с загустителем на основе литиевого мыла. Однако перед использованием необходимо проверить устойчивость пластиковых материалов.

Выбор смазки подшипника под высокотемпературный диапазон (> +140°C) определяется температурой подшипника во время работы, которая должна быть постоянно ниже верхнего предела постоянной температуры (Tupperlimit). Если этот предел неизвестен, рекомендуется выбрать смазку с верхней рабочей температурой на 20K выше температуры подшипника.

В диапазоне высоких температур логично применять смазочные материалы на основе синтетических масел. Таковые обладают более высокой термостойкостью по сравнению с материалами на основе минерального масла. В этом случае преимущественно используются эфирные масла.

При продолжительных температурных режимах (выше +150°C) содержащие алкоксифтор масла обеспечивают наиболее продолжительный срок службы подшипника. Однако здесь все компоненты должны быть абсолютно свободны от углеводородов, дабы предотвратить реакции несовместимости.

Также играет роль влияния на консервант, используемый для подшипников. Однако смазочные материалы на основе масел, содержащих алкоксифтор, уступают другим стандартным смазочным материалам по смазывающему действию и защите от износа в нормальном диапазоне температур.

Вязкость базового масла высокотемпературных смазок обычно выше 100, чем поддерживаются потери от испарения на низком уровне. Типичными типами загустителей для высокотемпературного диапазона являются поликарбамид и ПТФЭ.

Влияние нагрузки на выбор смазки подшипника

Для коэффициента нагрузки (C/P 10) или (P/C 0,1) рекомендуется выбор смазки подшипника с более высокой вязкостью базового масла. В частности, материала, дополненного присадками против износа. Присадки образуют реакционный слой на поверхности металла, чем обеспечивается защита от износа.

Применение таковых рекомендуется также для подшипников с повышенной долей скольжения или линейного контакта, а также при комбинированных нагрузках (радиальных, осевых). Материалам ПТФЭ или дисульфид молибден следует отдавать предпочтение для применения в области граничного или смешанного трения (химическая смазка).

Размер частиц твёрдой консистенции не должен превышать 5 мкм. Силиконовые смазочные материалы имеют низкую грузоподъёмность, которую нельзя компенсировать соответствующим пакетом присадок. Поэтому силикон допустимо использовать только при очень низких нагрузках (P < 3%).

Влияние воды и влаги относительно выбора

Влага проникает в подшипник снаружи, если устройство работает во влажной среде, например, на открытом воздухе. Также не исключён конденсат внутри подшипника при резких перепадах температуры между тёплой и холодной средой. Эти моменты характерны для подшипников или корпусов с большими полостями.

Вода способна серьёзно повредить подшипник, оказать влияние на смазочный материал. Как результат:

• старение,
• гидролиз,
• разрыв масляной плёнки,
• проявление коррозии.

Подшипниковые смазки на основе комплексов бария и кальция хорошо проявляются в данном случае, поскольку обладают выраженной водостойкостью. На антикоррозионный эффект смазочного материала также влияют присадки. Это проверено с использованием метода «SKF Emcor» в соответствии с «ISO 11007» или «DIN 51805».

Влияние колебаний, ударов и вибраций

Колебательные нагрузки способны оказывать значительное влияние на структуру загустителей смазочных материалов. Если механическая стабильность недостаточна, возможны изменения консистенции. Как результат — размягчение, обезжиривание в отдельности, а также затвердевание и снижение смазывающей способности.

Поэтому рекомендуется на выбор смазка подшипников, механическая стабильность которой прошла соответствующие испытания. Возможные варианты:

• расширенное плавление,
• испытание «Shell Roller»,
• испытание на стенде.

При ударных или других высоких нагрузках целесообразно использовать смазки подшипников класса консистенции от «NLGI 1» до «NLGI 2» с высокой вязкостью базового масла (460-1500). Благодаря высокой вязкости базового масла, образуется сравнительно толстая упруго-гидродинамическая смазочная плёнка — демпфер ударов.

Однако недостатком консистентных смазок с высокой вязкостью базового масла является необходимость обеспечить эффективное присутствие смазочного материала в контакте за счёт высокого уровня заполнения или более короткого повторного смазывания. При очень малых углах поворота и вибрациях возникает опасность так называемого ложного бринеллирования.

Для противодействия этому режиму износа, который до сих пор полностью не изучен, оказалось выгодным использование специальных смазочных материалов, а в особых случаях также покрытий.

Решающим фактором здесь является правильное сочетание:

• базового масла,
• типа загустителя,
• вязкости базового масла,
• консистенции,
• пакета присадок,
• твёрдых смазочных материалов.

Эффективность, конечно, возможно проверить только с помощью соответствующих тестов. Кроме того, рекомендуется более частое повторное смазывание.

Влияние радиационного фона на качество смазки

Если смазочный материал подвергается воздействию ядерной радиации (на атомных электростанциях и т.п.), здесь требуется соответствующая радиационная стойкость. Решающим фактором является доза облучения (Дж/кг или Грей).

Здесь не имеет значения, присутствует ли излучение с низкой интенсивностью в течение длительного периода или с высокой интенсивностью в течение короткого периода. Материал классифицируется как устойчивый к радиации, если способен выдержать большее количество энергии, чем то, что будет воздействовать в течение всего срока службы.

Последствия дозы облучения могут включать не только ускоренное старение, но и выделение газа, а также изменение вязкости, консистенции и температуры каплепадения базового масла.

Стандартные смазки на основе металлического мыла обладают радиационной стойкостью от 500 000 Дж/кг до 3 000 000 Дж/кг. Согласно современным исследованиям, подшипниковые смазки высокой радиационной стойкости выступают ароматические поликарбамидные материалы на основе полифенилэфирного масла (радиационная стойкость 5 000 000 Дж/кг).

При утилизации упомянутых смазочных материалов необходимо обращать внимание на фактор радиоактивности. Влияние радиации на срок службы смазки невозможно определить количественно посредством современных технологий.

Влияние вакуума на смазочный материал подшипника

Вакуумные системы демонстрируют опасность испарения компонентов смазочного материала. Степень испарения зависит от параметра отрицательного давления и температуры. Здесь снижается производительность смазки, и ухудшается показатель вакуума.

В дополнение к типу базового масла, степень вязкости также влияет на характеристики давления паров. В принципе, существует возможность определить, подходит ли масло или смазка подшипнику, в зависимости от уровня вакуума и параметра температуры. Делается это через график зависимости.

 

Если невозможно использовать смазочные масла по причине комбинации отрицательного давления и температуры, вполне допустимо применять твёрдые смазки «PTFE» или «MoS2». Графит не подходит для применения в условиях вакуума. В дополнение к смазочным материалам необходимо проверить пригодность пластиков и эластомеров на случай вакуумной среды.

Твёрдые загрязняющие частицы, проникающие в конструкцию подшипника, приводят не только к повышенному шуму, но также к износу деталей. Этого следует избегать путём надлежащего уплотнения подшипника. Выбор смазки подшипника способствует получению уплотняющего эффекта. Здесь больше всего подходят более твёрдые смазочные материалы.

Слишком мягкие смазки способствуют вытеканию масла. Кроме того, для уплотнения можно применить так называемый барьерный материал высокой вязкости и хорошей консистенцией базового масла. Выпускаются специальные уплотнения такого рода.

---

При помощи информации: Schaeffler Techno