Смазывание подшипников

Смазывание подшипников выполняют с помощью пластичных смазочных материалов и жидких масел. В некоторых случаях используют твердые смазочные материалы.
Выбор вида смазочного материала зависит от условий эксплуатации и главным образом от температуры подшипника, частоты вращения, действующих нагрузок, конструкции подшипника и подшипникового узла. При этом должны быть учтены специальные требования к моменту трения, сроку службы смазочного материала.

Для смазывания подшипников качения, работающих в обычных условиях, преимущественно применяют пластичные смазочные материалы, которые по сравнению с маслами обладают следующими достоинствами: не требуют сложных уплотнительных устройств, имеют более высокие свойства защиты от коррозии, более экономичны.
Однако применение жидких смазочных материалов позволяет снизить момент трения, увеличить предельную частоту вращения в 1,2-1,5 раза. С их помощью происходит отвод теплоты и удаление продуктов износа. В узлах с упорно-радиальными роликовыми подшипниками предпочтительно применение жидких смазочных материалов.

Для подшипников, работающих в условиях, при которых жидкие и пластичные смазочные материалы неприменимы (например, вакуум, высокие и низкие температуры, агрессивные среды, радиоактивное излучение, оборудование пищевой и текстильной промышленности, оптические системы), используют твердые смазочные материалы.

Пластичные смазочные материалы состоят в основном из жидкой основы, загустителя и присадок, улучшающих эксплуатационные характеристики. Загуститель, на долю которого приходится 8-25% всей массы смазочного материала, образует трехмерный каркас, в ячейках которого удерживается масло. Поэтому при небольших нагрузках пластичный смазочный материал ведет себя как твердое тело: не растекается под действием собственных сил тяжести, удерживается на наклонных и вертикальных поверхностях. Природа и свойства загустителя оказывают большое влияние на эксплуатационные свойства смазочного материала.

Для подшипников применяют смазочные материалы на кальциевом, натриевом и литиевом загустителях. В качестве дисперсионной среды применяют минеральные и синтетические масла, а также их смеси.
Наиболее употребительные пластичные смазочные материалы и их основные эксплуатационные характеристики приведены в табл. 92, 93. Действующая на подшипник нагрузка и химическое старение ограничивают срок службы пластичных смазочных материалов.

Различают смазывание с постоянным количеством смазочного материала, рассчитанным на весь срок службы подшипника, и с периодическим добавлением и сменой смазочного материала. В первом случае срок службы смазочного материала равен или больше срока службы подшипников или цикла ремонта машин с вмонтированными в них подшипниками. К этому виду смазывания относятся закрытые подшипники, заполненные смазочным материалом при изготовлении. В подшипниках закрытого типа в основном используют смазочные материалы: ЦИАТИМ-201, Литол-24, ЛЗ-31, ОКБ-122-7, ЦИАТИМ-221, ВНИИНП-207. Эти же сорта могут быть рекомендованы для обычных подшипников.

В процессе эксплуатации подшипника запас пластичного смазочного материала при необходимости пополняют или заменяют. Время работы подшипника на одной закладке смазочного материала может изменяться в широком диапазоне.

Периодичность замены смазочного материала определяется в основном частотой вращения подшипника, его габаритами, конструкцией, сортом смазочного материала, эффективностью уплотнений.
 

92. Характеристики пластичных смазочных материалов общего назначения
 для подшипников качения 

92. Характеристики разных пластичных смазочных материалов для подшипников качения

 Приближенно период t_д, ч, между добавлением смазочного материала можно определить по формуле

t_д = 10⁶K/(nÖd) - C

где n - частота вращения, об/мин; d - диаметр отверстия подшипника, мм;
 К, С - коэффициенты, зависящие от конструкции подшипника (табл. 94).

Количество смазочного материала в подшипнике определяется конструкцией подшипника и частотой его вращения. Для медленно вращающихся подшипников (отношение рабочей частоты вращения к предельной n/n_пр < 0,2) допустимо полное заполнение смазочным материалом подшипника и свободного пространства корпуса. При более высокой частоте вращения ( n/n_пр = 0,2...0,8) свободное пространство в корпусе должно быть заполнено на 50... 25%, а при  n/n_пр > 0,8 - не заполнено, заполняется только подшипник.
При прочих равных условиях стойкость смазочного материала в цилиндрических роликоподшипниках в 2 раза ниже, чем в шарикоподшипниках, а в конических и сферических роликовых - в 10 раз.

94. Значения коэффициентов К и С 
 

В качестве жидкого смазочного материала для подшипников в большинстве случаев используют очищенные минеральные (нефтяные) масла.
Жидкие синтетические масла (диэфирные, полиалкиленгликолевые, фтористо-углеродные, силиконовые) по сравнению с минеральными, имеют лучшие показатели по стабильности, вязкости и температуре застывания. Их применяют при крайне высоких или низких температурах и высоких частотах вращения.

Силиконовые масла используют при незначительных нагрузках, С/Р > 40. Основным недостатком синтетических смазочных материалов является более низкая стойкость при высоком давлении и более высокая стоимость.
В табл. 95 приведены основные эксплуатационные характеристики масел, применяемых для смазывания подшипников качения.

При выборе отдают предпочтение маслу, применяемому в сопряженных узлах (подшипники и зубчатые колеса смазывают обычно из общей масляной ванны). Применение масел с большей вязкостью целесообразно при больших нагрузках и малых скоростях.
При выборе масла необходимо учитывать размеры подшипника, действующую на него нагрузку и частоту вращения, а также его рабочую температуру. Рабочей температурой считается температура, которую можно измерить при работе узла на неподвижном кольце подшипника.

Для средних и крупных шарико- и роликоподшипников (кроме роликовых сферических, упорных и конических) при нормальных атмосферном давлении и температуре, невысоких нагрузках (С/Р > 10) и отношении рабочей частоты вращения к предельной n/n_пр < 0,67 используют смазочное масло с рабочей кинематической вязкостью менее 12 мм²/с.

Для быстроходных и малонагруженных подшипников допустимо применение масел меньшей вязкости. При этом предпочтительно применять масла с присадками, защищающими подшипники от коррозии и старения.

Для подшипников, работающих при высоких нагрузках (С/Р< 10), целесообразно применять противозадирные присадки. При смазывании масляным туманом используемое масло должно обеспечивать хорошее образование тумана и стойкость к окислению.

Для выбора масла в соответствии с требованиями условий эксплуатации целесообразно пользоваться номограммами (рис. 40 и 41). По среднему диаметру d_m, мм, подшипника и частоте вращения п, об/мин, определяют требуемую вязкость v₁, мм²/с, масла при рабочей температуре t
 (рис. 40), а затем - первоначальную v при обычно принятой при определении вязкости масла температуре 40 °С (рис. 41).

Пример. Определить вязкость масла для смазывания подшипника со средним диаметром d_m = 380 мм при частоте вращения п = 500 об/мин и рабочей температуре узла t = 70 °С.
 Решение. По номограмме рис. 40 определяем, что при d_m = 380 мм и n = 500 об/мин вязкость v₁ масла при рабочей температуре узла должна быть не ниже 13 мм²/c. По номограмме рис. 41 находим, что при рабочей температуре t = 70 °С вязкость v₁ = 13 мм²/с  будет у масла, имеющего при температуре t = 40 °С вязкость v = 38 мм²с.

95. Основные эксплуатационные характеристики масел для подшипников качения
 

Рис. 40. Номограмма для определения вязкости v₁ масла при рабочей температуре по среднему
 диаметру d_m подшипника и частоте n его вращения

Рис. 41. Номограмма для определения первоначальной вязкости v масла,
 обеспечивающей требуемую вязкость v₁ при рабочей температуре t

Для большинства подшипников средних габаритов (кроме роликовых сферических, конических и роликовых упорных), работающих при нормальных условиях, рекомендуется применять масла с кинематической вязкостью при рабочей температуре v = 12 мм²с; для роликовых конических и сферических - v = 20 мм²с; для роликовых упорных - v = 30 мм²с. Масла с вязкостью менее 12 мм²с используют для высокоскоростных малогабаритных подшипников, особенно когда требуются небольшие пусковые моменты.

Если частота вращения подшипника не превышает 10 об/мин, то применяют масла более высокой вязкости. Это относится также к тяжелонагруженным подшипникам и подшипникам, работающим при высокой температуре. При значительных потерях на трение скольжения следует применять масла с противозадирными присадками.

Для крупных медленно вращающихся подшипников (бессепараторные, конические, сфероконические роликоподшипники) следует применять высоковязкие масла. При D_pwn ≤ 1000 мм об/мин кинематическая вязкость масла должна быть v = 300 ... 500 мм²/с (при 50 °С), а при 
D_pwn  = 1000 ... 10000 мм об/мин кинематическая вязкость масла должна быть v= 150 ... 300 мм²/с.

Для высокоскоростных подшипников, работающих в условиях низких температур, необходимо применять масла низкой вязкости.
Срок службы масла определяется не только продолжительностью его работы в узле, но и естественным старением, особенно при попадании в него пыли и воды. Браковочными признаками служат увеличенное кислотное число (более 5 мг КОН на 1 кг масла), повышенное содержание воды (более 1%) и наличие механических примесей (более 0,5%).

Интервал смены масла зависит от условий работы подшипника, качества масла и мер по его сохранению, а также от его количества. Для подшипников, работающих в масляной ванне при температуре до +50 °С и достаточно защищенных от внешних загрязнений, масло можно заменять один раз в год. При тяжелых условиях работы и температуре +100 °С масло необходимо заменять не реже чем один раз в три месяца.

Способ подачи жидкого смазочного материала зависит от конструкции всего механизма и размещения в нем подшипникового узла, расположения вала с подшипниками (горизонтальное, вертикальное), частоты вращения подшипников, назначения механизма, требований к надежности смазочной системы, доступности мест обслуживания, межремонтного периода и других условий эксплуатации.
Наиболее распространенные в подшипниковых узлах системы подачи масла: масляная ванна; с помощью фитилей и разбрызгивания; с помощью винтовых канавок, конических насадок, дозирующих масленок, периодическим впрыскиванием; масляным туманом; воздушно-масляная.

Масло к подшипникам может подаваться без циркуляции его в узле и с циркуляцией (замкнутой или проточной).
Для подшипников, работающих при умеренных частотах вращения и горизонтальном расположении вала, применяют наиболее простые способы смазывания -разбрызгиванием и с помощью масляной ванны. В последнем случае масло заливают в корпус так, чтобы его уровень был несколько ниже центра нижнего шарика или ролика. Если при разбрызгивании на подшипник подается слишком много масла от зубчатых передач, можно использовать маслоотражательные устройства.

Узел с вертикальным расположением вала можно смазывать с помощью конической насадки, расположенной в масляной ванне и подающей масло к подшипнику под действием центробежных сил, а также с помощью выполненных на валу винтовых канавок.

Смазывание с помощью капельных дозирующих масленок применяют для подшипниковых узлов как с горизонтальным, так и с вертикальным расположением вала. Как и при смазывании масляным туманом, этот способ обеспечивает удаление продуктов износа, а отработавшее масло повторно не используют.
В простейших случаях используют фитильное смазывание, обеспечивающее подачу масла в небольших дозированных количествах, причем фитиль выполняет роль надежного фильтра. Чаще фитиль располагают прилегающим к конусной шайбе на валу, распыляющей при своем вращении подсасываемое масло. Фитильное смазывание применяют для подшипников малых и средних размеров. Оно обеспечивает циркуляцию смазочного материала и вымывание продуктов износа, может быть использовано при вертикальном и горизонтальном положениях вала для подшипников, работающих при частотах вращения выше предельной.

Недостатками фитильного смазывания являются незначительная подача масла и малый отвод теплоты. Лучшими противоизносными качествами по сравнению с фитилями из ниток обладают фитили из фетра.

При фитильном смазывании кинематическая вязкость масла должна быть не более 55 мм²с.
В случае когда подшипник работает при высокой частоте вращения и значительных нагрузках, рекомендуют применять циркуляционное смазывание. При этом масло под давлением через форсунки подают в подшипник, затем его очищают, охлаждают и снова подают к подшипнику.
Смазывание масляным туманом, основанное на принципе пульверизации, в настоящее время находит самое широкое применение как для подшипниковых узлов, работающих при высокой частоте вращения (шлифовальные шпиндели и др.), так и для тяжелонагруженных узлов (подшипниковые опоры листопрокатных станов). Масляный туман образуют капельки масла диаметром 1 ... 2 мкм, распыленные в воздухе.

Преимущество смазывания масляным туманом заключается в минимальном расходе масла при интенсивном воздушном охлаждении подшипника. Кроме того, избыточное давление воздуха внутри подшипникового узла предохраняет опору от попадания в нее загрязнений извне.
Масляно-воздушные смазочные системы имеют преимущества по сравнению со смазыванием масляным туманом: более крупные капельки масла лучше налипают на поверхность подшипника и остаются на его рабочих поверхностях, и только незначительная часть масла с воздушным потоком попадает в окружающую среду. В масляно-воздушной смазочной системе масло периодически импульсным насосом подают в установку для образования масляно-воздушной смеси, которую затем впрыскивают в подшипник.

Для подшипников, работающих в условиях вакуума, коррозионных сред и высоких температур, а также при необходимости сохранения чистоты окружающей среды применяют твердые смазочные материалы. Возможно использование этих материалов в виде порошков, тонких покрытий или в виде самосмазывающегося конструкционного материала для изготовления сепараторов. Смазочный материал может быть размещен в специальных камерах и емкостях в самом подшипнике.

Наибольшее распространение в качестве твердых смазочных материалов имеют дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама, графит, фторопласт, а также составленные на их основе композиции. Выпускают твердые смазочные материалы в виде порошков, паст, коллоидно-диспергированных или суспензированных в жидкостях и добавляемых в смазочные материалы или непосредственно наносимых на детали подшипников, в виде брикетов, применяемых для изготовления сепараторов. Применяют также металлические покрытия из свинца, серебра, никеля, кобальта, индия, золота.

Недостатками твердых смазочных материалов являются сравнительно высокие энергетические потери и повышенный износ. Одна из основных причин выхода из строя подшипников с твердыми смазочными материалами - разрушение сепаратора, которое наступает вследствие попадания продуктов износа на дорожки качения колец и износа перемычек. Как правило, подшипники с твердыми смазочными материалами имеют значительные ограничения по частотам вращения и нагрузкам.