Смазка для закрытых подшипников — выбор, расчет количества

На большинстве промышленных предприятий используются подшипники, частота вращения которых превышает частоту вращения обычного технологического оборудования. По этой причине к вопросу выбора смазки нужно подходить со знанием дела, так как ошибка при выборе смазки может привести к перегреванию подшипников, возникновению избыточного трения и преждевременному выходу из строя. Правильно подобранная смазка помогает подшипникам справляться с нагрузками при высоких скоростях и позволяет свести к минимуму возможные неисправности, возникающие по причине несоответствия смазки области ее применения.

Область применения высокоскоростных смазок

На заводах меня часто спрашивают о температуре, при которой подшипники должны работать. Неоспоримым является тот факт, что подшипники, которые работают на высокой скорости, имеют более высокую температуру. Приведу такой пример: во время своего последнего визита на завод я осматривал подвесной вентилятор, оснащенный прямой ременной передачей от большого электродвигателя. Частота вращения двигателя составляет 1750 оборотов в минуту (об/мин). Поскольку размер шкива не менялся ни в сторону уменьшения, ни в сторону увеличения, можно с уверенностью сказать, что частота вращения подшипников была практически одинаковой. Эти подшипники были обработаны смазкой слишком гутой консистенции, что приводило к перегреву и, соответственно, к сокращению срока их службы. Продлить срок службы подшипника можно путем подбора смазки, свойства которой максимально соответствуют поставленной задачи.

Здесь в качестве примера приведена ситуация с механизмами, которые используются на большинстве заводов (вентиляторы), однако высокоскоростные компоненты применяются и в других механизмах. Например, некоторые насосы с прямым приводом от двигателя, оснащенные подшипниками, для смазки которых используется пластичная смазка, могут работать при частоте вращения более 2000 оборотов в минуту. То же самое справедливо и в отношении некоторых смесителей, мешалок и воздуходувок. Эти компоненты выходят из строя, если смазывать их подшипники универсальной пластичной смазкой, не учитывая их характеристики. Чтобы определить, какая смазка подойдет подшипнику, необходимо узнать скоростной фактор подшипника.

Тип смазки	Вязкость базового масла (40°С), сСт	Скоростной фактор (NDM)
Низкая скорость, высокое давление, промышленная смазка	1000-1500	50000
Средняя скорость, высокое давление, смазка для промышленных подшипников	400-500	200000
EP, NLGI #2, универсальная смазка	100-220	600000
Высокая скорость, высокая температура, смазка длительного действия	<70	600000
Высокая скорость, смазка длительного действия	15-32	>1000000

Библиографическое описание:

В данной статье представлена работа выбора и расчет расхода смазочных материалов для подшипников скольжения.

Ключевые слова: смазочные материалы, динамическая вязкость, условная вязкость, подшипники скольжения, потребность в масле.

Машиностроительные предприятие обычно указывает рекомендуемый для каждой машины сорт масла или смазки, исходя из нормальных условий эксплуатации, но часто из-за специфических местных условий и рабочего режима приходится заново подбирать сорт масла и смазочного материала. Выбор смазочного материала производится также в следующих случаях: для вновь проектируемых, изготовляемых и модернизируемых машин; для действующего оборудования при резком изменении рабочего режима или температуры.

Задача заключается в том, чтобы выбранный смазочный материал создавал между трущимся поверхностями прочный масляный слой необходимой толщины, который разделял бы эти поверхности, уменьшал трение и предотвращал преждевременный износ, заменяя трение рабочих поверхностей трением слоев смазки. Этот масляный слой не должен выдавливаться из зазоров при данных температуре, частоте вращения и давлении. Кроме того, масло должно предохранять трущиеся поверхности от коррозии и предупреждать их нагрев. Сам смазочный материал не должен при этом окисляться под действием металла и воздуха, высыхать с образованием твёрдых плёнок и не должен оказывать вредного действия на кожу рук, органы дыхания и зрения у обслуживающего персонала.

Выбор масла по степени очистки производится в зависимости от его целевего назначения. Так, для циркуляционной смазки масло должно быть высокоочищенным, а для проточной, ручной смазки или смазки погружением в масляную ванну может быть применено масло менее очищенное.

Необходимые смазочные материалы для подшипников скольжения можно выбрать, рассчитав динамическую вязкость масла, обеспечивающего жидкостное трение при определённых условиях работы подшипника, с учётом требований эксплуатации, качества масла и др.

Такой расчёт базируется на выводах гидродинамической теории смазки, разработанной Н. П. Петровым и обосновывающей зависимость между режимами работы подшипника (частота вращения, нагрузка, температура), конструктивными элементами пары трения (диаметр цапфы, длина подшипника, зазор между внутренней поверхностью втулки и валом) и динамической вязкостью масла.

Для этой цели можно воспользоваться формулой

                                                                                       (1)

где динамическая вязкость, Пас;

 нагрузка на подшипник, Н;

 диаметр цапфы, м;

 отношение длины подшипника к его диаметру;

 частота вращения вала, об/мин.

После преобразований формула (1) примет вид

                                                                                               (2)

Температура смазочного слоя подшипника в зависимости от динамической вязкости масла может быть определена по формуле Э.Фальца:

                                                                                     (3)

где:  температура окружающей среды,

 нагрузка на подшипник, Н;

 частота вращения вала, об/мин.

динамическая вязкость, Пас;

 отношение длины подшипника к его диаметру;

 коэффициент лучеиспускания. Для мелких и средних подшипников

После преобразований получим:

                                                                                   (4)

Условная вязкость ВУ при  по формуле равна

                                                                                                            (5)

Потребность в масле для подшипников скольжения, имеющих капельную или фитильную системы смазки, может быть рассчитана по формуле:

                                                                                                       (6)

где: потребность в масле, л/мин;

диаметральный зазор, м;

давление, Па;

 частота вращения вала, об/мин;

динамическая вязкость, Пас, при рабочей температуре;

 отношение длины внутренней поверхности подшипника к его диаметру.

После преобразований получим:

                                                                                                       (7)

где: диаметр вала, м;

длина подшипника, м.

Следует отметить, что рассчитанная таким образом потребность масла для подшипника скольжения обычно получается несколько завышенной по сравнению с фактической и справедливой при обеспечении жидкостного трения.

Потребный расход масла для подшипника скольжения с ручной фитильной и капельной смазкой можно определить, исходя из количества масла, единовременно заливаемого в зазор между подшипником и валом по формуле:

                                                                                                   (8)

где: количество заливаемого масла, кг;

 диаметр подшипника, м;

 диаметр вала, м;

 длина подшипника, м;

 плотность масла ().

Изложенная выше методика подбора и расчёта расхода смазочных материалов может применяться для таких пар трения, как эксцентрик и шатун, палец кривошипа и головка шатуна, шарнирные винты в сопряжении с головками шатунов или рычагов и т. д.

Вычисленная потребность масла для определённого сопряжения должна быть уменьшена в 4–6 раз в зависимости от условий работы машины, т. е. от частоты вращения главного вала машины, плотности и толщины тканей, длины шва и т. д.

Следует помнить, что по потребности масла для одной пары трения нельзя выбрать сорт масла для всей машины. Нужно просчитать несколько сопряжений и принять среднюю величину условной вязкости, а затем по ней выбрать сорт масла.

Литература:

1.      Худых М. И. Ремонт текстильных машин. Изд.3-е. М.:«Легкая индустрия»,1991 г.

2.      П. А. Большаков. «Справочник по ремонту, наладке и эксплуатации оборудования обувных предприятий». M., 1982.

Основные термины (генерируются автоматически): динамическая вязкость, сорт масла, условная вязкость, динамическая вязкость масла, длина подшипника, подшипник скольжения, частота вращения, частота вращения вала, подшипник, жидкостное трение.

Расчет скоростного фактора

Значение скоростного фактора помогает узнать соотношение скорости, при которой вращается подшипник, и его размера. Существуют два основных способа определения этого фактора. Первый называется скоростным фактором DN, чтобы выяснить значение которого необходимо умножить значение внутреннего диаметра подшипника на значение скорости, при которой он вращается. Второй метод называется скоростным фактором NDm. Для его определения используется медианный размер подшипника (также известный как диаметр начальной окружности) и частота вращения.

С помощью скоростного фактора можно определить ряд свойств смазочного материала, которые необходимо учитывать при выборе правильного типа смазки. К таким свойствам относится вязкость масла и класс по NLGI (National Lubricating Grease Institute –Национальный институт пластичных смазок).

Использование жидких масел

Для средних и крупногабаритных роликовых и шариковых подшипников, эксплуатируемых при незначительных скоростях (DNm 10000 и 300000) и температурах от -5 до + 50˚С, можно применять минеральные масла с кинетической вязкостью 12 мм2/с, для конических и упорных роликоподшипников выбирают продукты уже с повышенной вязкостью – 20 и 30 мм2/с соответственно.

Для высоких частот вращения и при малых габаритах потребуется обеспечить значительные пусковые моменты, соответственно, в таких случаях целесообразно использовать масло с вязкостью менее 12 мм2/с.

К сожалению, жидкие материалы вне зависимости от комплекса присадок и условий применения активно окисляются при контакте с воздухом, а образовывающие продукты окисления ухудшают антифрикционные свойства. При повышенных температурах и высоких скоростях данные процессы только усугубляются, что и ограничивает сферу применения жидкого масла и обуславливает его частую замену.

Преимущества пластичных продуктов

Сегодня уже доказано, что при вращении подшипников качения в них реализуется упругогидродинамический режим смазки, а вязкость базового масла определяет вязкостные характеристики мазеподобных веществ. Это объясняет тот факт, что пластичные материалы, несмотря на объемные свойства, практически не влияют на величину сопротивления осевому вращению, к тому же они:

• надежно изолируют узел от негативных факторов внешней среды;
• не требуют сложных уплотнительных устройств;
• минимизируют уровень энергетических потерь;
• снижают риск смазочного «голодания»;
• просты в эксплуатации.

Пластичные материалы, растекаясь по рабочим поверхностям и формируя прочный слой между телом качения и дорожкой, обеспечивают полноценное смазывание и не вытекают из узла. Причем толщина антифрикционной пленки лежит в пределах от 0.2 до 0.8 мкм и даже при длительной работе изменяется лишь незначительно. За счет возможности нанести оптимальное количество смазки в подшипник качения вполне реально обеспечить экономный расход материала и значительно минимизировать конструктивный износ, ведь известно, что ее излишки вызывают перегрев, а недостаток сокращает срок службы.

Таким образом, для непродолжительной осевой нагрузки при низких температурах лучше использовать жидкие масла, а для постоянных, переменных и случайных осевых нагрузок при высокой, умеренной и низкой температуре рекомендуется использование пластичных смазок. Другой вопрос, какими антифрикционными, антизадирными, противокоррозионными и другими потребительскими качествами они будут обладать из-за химической природы базового масла, загустителя и комплекса присадок.

Каналообразование

Одним из свойств пластичной смазки, которое помогает определить, каким образом смазочный процесс будет осуществляться при высоких скоростях, является каналообразование. Этот термин используется для определения текучести смазки и ее способности заполнять пустоты на поверхности. Проверить каналообразование смазки можно с помощью испытаний по Методу 3456.2 Федерального стандарта методов испытаний 791C. Для проведения этих испытаний необходимо нанести на поверхность равномерный слой смазки. Когда температура стабилизируется, по слою смазки проводят стальной полосой, известной как инструмент для проверки каналообразования. В результате в слое смазки образуется пустота или канал. Через 10 секунд необходимо проверить, заполнился ли образовавшийся канал смазкой. Если канал заполнился смазкой, значит, это смазка «обволакивающего» типа. В ином случае перед вами смазка «необволакивающего» типа.

Смазки «обволакивающего» типа быстро вытесняются при вращении элемента – в результате смазка не пенится, а температура не увеличивается. Смазки «необволакивающего» типа затекают обратно, что может привести к перегреву.

Многоцелевые смазки для подшипников качения

Такие продукты рассчитаны на обширную сферу применения и температурный диапазон до +140˚С и характеризуются унифицированными эксплуатационными качествами. Их изготавливают на основе минеральных масел с добавлением кальциевых, литиевых и натриевых мыл в качестве загустителя. Основной ассортимент таких материалов составляют многофункциональные пластичные смазки, среди которых выделяются «Эрна-МФ» и «Молиол».

Тип загустителя

Кроме вязкости базового масла еще одним свойством смазки, которое влияет на каналообразование, является тип загустителя. Загуститель в смазке представляет собой этакую губку, которая удерживает масло. Структура волокон загустителя может оказывать влияние на определенные свойства смазки, такие как каналообразование, водостойкость, температура каплепадения и пенетрация. Волокна загустителей могут быть длинными или короткими. Загустители с короткими волокнами имеют более гладкую текстуру. Более сложные загустители, а также загустители, в состав которых входит литий, кальций, полиуретан и кремний, имеют короткие волокна. Каналообразование смазок с такими загустителями, как правило, лучше. Кроме того, они легче перекачиваются.

Каналообразование загустителей с длинными волокнами, например, тех, которые содержат натрий, алюминий и барий, как правило, хуже. Длинные волокна загустителя способствуют вспениванию, что может привести к изменению консистенции. Кроме того, так как эти смазки часто затекают обратно в канал, проделанный подшипником, это может привести к росту температуры и усилению процесса сдвига.

Термо- и морозостойкие продукты

Подшипникам, которые эксплуатируются при стабильных высоких и низких температурах и постоянных знакопеременных колебаниях окружающей среды, необходимо подбирать смазочные вещества не только по характеру нагрузки и скоростного режима, но и с увеличенным закладочным интервалом, высокой стойкостью к старению, великолепными антикоррозионными, антифрикционными и противозадирными свойствами.

Компания «Интеравто» предлагает для эксплуатационных температур, достигающих минус 60˚С, эффективную и, главное, способную достойно конкурировать с дорогостоящими импортными аналогами, низкотемпературную смазку «Полюс». Она разработана на основе полиальфаолефинов и имеет уникальный комплекс присадок, что делает ее невероятно работоспособной в диапазоне от -60 до + 150˚С, стойкой к коррозии и универсальной в применении.

Для узлов, эксплуатируемых при высоких температурах, мы предлагаем широкий выбор материалов: «Ассоль», «УДМ», «ИПФ-250» и «Эрна-300». Такой обширный ряд дает возможность подобрать смазочные материалы с учетом специфики производства: пищевая отрасль, асфальтоукладчики, тяжело нагруженные агрегаты, условия вакуума и т.д.

Класс по NLGI

Значительное влияние на класс по NLGI пластичной смазки оказывает вязкость базового масла и консистенция загустителя. Число NLGI является мерой консистенции смазки. Чем выше число NLGI, тем гуще смазка. Диапазон числа NLGI варьируется от 000 (жидкая смазка) до 6 (твердая смазка). Что касается использования высокоскоростных смазок для смазывания подшипников качения, то класс по NLGI повышается, а вязкость базового масла уменьшается. Такой баланс гарантирует, что не будет происходить сепарация масла от загустителя. Зная скоростной фактор подшипника и температуру, при которой он работает, вы можете сделать вывод о подходящем классе смазки по NLGI.

Смазка высоконагруженных и высокооборотных подшипников

Для таких узлов рекомендуется применять материалы на синтетической основе и с улучшенными свойствами влагостойкости, ведь чем больше нагрузка, тем выше вероятность расслоения, проявления коррозийных процессов и возникновение масляного «голода» на металлических поверхностях. Мы рекомендуем обратить внимание на молибденсодержащую смазку «Моли-ДЛ», а также на смазки «Орион» и «СКАТ» производства компании «Интеравто».

Но какую бы вы жидкую или пластичную смазку не использовали для обработки подшипников качения, главное, помнить, что подбор материала следует производить с помощью специалистов и необходимо как можно полнее описать проблему с которой вы столкнулись и оборудование для которого необходимо произвести подбор. 

Тип подшипника

Тела качения подшипников бывают разных форм. Форма тела качения оказывает влияние на необходимую вязкость, класс по NLGI и интервал проведения повторной смазки. Кроме того, от формы тела качения зависит площадь смазываемой поверхности между подшипником и кольцом качения. Чем больше площадь этой поверхности, тем больше масла будет выжато из загустителя. В отличие от стандартных шариковых подшипников, нагрузка на подшипники, имеющие большую площадь контакта со смазкой (сферические, цилиндрические, игольчатые, конические роликовые и т.д.), как правило, выше. Повышенная нагрузка приводит к увеличению сепарации и требует базовые масла большей вязкости.

Тип подшипника	Относительный срок службы смазки
Однорядный шариковый подшипник с глубоким желобом	1
Однорядный радиально-упорный шариковый подшипник	0,625
Самоустанавливающийся шариковый подшипник	0,77-0,625
Упорный шариковый подшипник	0,2-0,17
Однорядный цилиндрический роликовый подшипник	0,625-0,43
Игольчатый роликовый подшипник	0,3
Конический роликовый подшипник	0,25
Сферический роликовый подшипник	0,14-0,08

Температура каплепадения

При выборе высокоскоростной смазки особое внимание следует уделить температуре, при которой подшипник будет работать. Чтобы выбранная смазка выполняла все свои функции при повышенных температурах, необходимо проверить ее температуру каплепадения (ASTM D566 и D2265). Результаты проведенных испытаний можно найти в таблице технических данных смазки. Для проведения испытаний используется маленький колпачок с отверстием в дне, на внутренние стенки которого наносится смазка. Затем в этот колпачок вставляется термометр. При этом термометр не должен касаться смазки. Эта конструкция нагревается до момента отделения капли масла из отверстия в дне чашки. Температура, при которой это происходит, называется температурой каплепадения смазки.

Высокая температура каплепадения важна для подшипников, работающих при повышенных температурах. Тем не менее, если смазка имеет высокую температуру каплепадения, это совсем не значит, что ее базовое масло сможет выдерживать повышенные температуры. Температуру каплепадения не следует приравнивать к максимальной рабочей температуре. Между рабочей температурой подшипника и температурой каплепадения должен быть запас.

Несовместимость

При смене типа смазки важно максимально удалить старую смазку, чтобы свести к минимуму несовместимость с новой смазкой. Если возможно, разберите и почистите оборудование от смазки.

Стандартная максимальная рабочая температура смазки

Если температура каплепадения <300°F, следует вычесть 75°F

Если 300°F<температура каплепадения<400°F, из температуры каплепадения следует вычесть 100°F

Если температура каплепадения >400°F, следует вычесть 150°F

Для смазки большинства деталей используется смазка общего назначения. Однако при высоком скоростном факторе NDm смазка должна защищать оборудование. Даже если вы подходите к вопросу выбора смазки должным образом и руководствуетесь вышеприведенной информацией, точно выяснить, сможет ли смазка выполнять свои функции именно в вашем случае, можно только после проведения полевых испытаний. Во время проведения полевых испытаний необходимо контролировать температуру подшипников и отсутствие признаков утечки смазки через уплотнения и продувочные отверстия.

И наконец, чтобы выбрать подходящий смазочный материал, не забудьте вычислить скоростной фактор NDm подшипников. Ваше высокоскоростное оборудование прослужит дольше при должном отношении к нему и выборе подходящих смазочных материалов.

6 критериев выбора высокоскоростной смазки

1. Вязкость базового масла – образует масляную пленку нужной толщины, не вызывая перегрева и избыточного трения.
2. Каналообразование – смазка должна обладать хорошими характеристиками каналообразования, так как это предотвратит перегревание по причине вспенивания смазки.
3. Температура каплепадения – должна значительно превышать значение максимальной рабочей температуры, что обеспечит защиту от маслоотделения и предотвратит возможные неисправности подшипников.
4. Тип загустителя – загуститель обеспечивает температуру каплепадения, каналообразование и защиту от маслоотделения.
5. Класс по NLGI – консистенция смазки влияет на маслоотделительные и каналообразующие характеристики пластичных смазок.
6. Противозадирная присадка – в большинстве случаев смазки используются с противозадирными присадками. Разнообразные химические и твердые присадки предназначены для придания прочности смазочной пленке, уменьшения трения и износа.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...