Konstruktor maszyny musi poprawnie rozwiązać m.in. problem smarowania węzłów tarcia (np. w łożyskach), w których występują zwiększone straty energii. Sprowadza się to zwykle do znalezienia właściwej odpowiedzi na kilka zasadniczych pytań: co smarować, czym smarować, jaką ilość smaru aplikować oraz w jakich odstępach czasu?
Rys. 1. Prędkości obrotowe wrzecion, osiągane przy toczeniu wałka
o średnicy 40 mm
Odpowiedzi na te pytania nie zawsze są proste i oczywiste, a w przypadku złożonych układów napędowych, jakie występują np. w obrabiarkach, komplikuje je duża liczba i różnorodność węzłów wymagających smarowania, a także zmienność warunków ich pracy (prędkość obrotowa, obciążenie, temperatura, zmiana położenia). Stosowane środki smarowe oraz techniki smarowania powinny zapewnić pożądaną trwałość i niezawodność maszyny. W ostatnich latach, szczególnie w odniesieniu do maszyn wysokoobrotowych, doszły nowe żądania dotyczące ilości traconej w nich energii, małego zużycia środków smarowych oraz braku negatywnego oddziaływania tych środków na otoczenie. Błędne lub przestarzałe koncepcje smarowania maszyn rzutują w wielu przypadkach na ich jakość i na ocenę poziomu nowoczesności. Zmuszają również niekiedy do stosowania dodatkowego chłodzenia węzłów tarcia (np. wysokoobrotowych łożysk wrzecion obrabiarek), co podraża konstrukcję i wymaga zużycia dodatkowej energii. Konstruktor powinien wreszcie uwzględnić aspekty ekologiczne, czyli oddziaływanie zastosowanego rozwiązania na środowisko i na obsługę maszyny. Zatem problem smarowania maszyny, dobór czynnika smarującego i techniki smarowania należy rozpatrywać także w kryteriach bezpieczeństwa i zdrowia jej użytkowników.
Tendencje w smarowaniu i łożyskowaniu wrzecion
Na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat w technikach smarowania nastąpiły zasadnicze zmiany. W konstrukcji obrabiarek skrawających zostały one wymuszone pojawieniem się nowych materiałów i narzędzi skrawających, umożliwiających realizację procesu obróbki skrawaniem z coraz większą prędkością, dochodzącą dziś, przy stosowaniu ceramiki Si3N4, do 2000 m/min. Proporcjonalnie do wzrostu prędkości skrawania zwiększeniu ulegają również prędkości obrotowe elementów układu napędowego i wrzecion obrabiarek. Zmiany osiąganych prędkości obrotowych wrzecion, przy toczeniu wałka o średnicy 40 mm, w okresie ubiegłego wieku przedstawiono poglądowo na rys. 1. Naniesiono na nim również parametr szybkobieżności łożysk wrzecionowych n x dm (n – prędkość obrotowa łożyska, dm – średnia średnica łożyska, przyjmując dm=100 mm). Na rysunku wyróżniono cztery okresy A, B, C i D oraz opisano, jakie typy łożysk oraz techniki smarowania głównie wtedy stosowano. Wzrost prędkości obrotowych i parametru szybkobieżności ma charakter wykładniczy, wymuszał on zmiany w technice łożyskowania wrzecion – od łożyskowania ślizgowego w I połowie XX wieku, poprzez precyzyjne łożyska walcowe i skośne do stosowanych dziś specjalnych odmian wysokoobrotowych łożysk hybrydowych. Równolegle ze zmianami w konstrukcji zespołów wrzecionowych pojawiały się nowe środki smarowe, w szczególności oleje syntetyczne i specjalistyczne smary plastyczne, spełniające wzrastające wymogi ochrony środowiska i lepiej przystosowane do smarowania łożyskowych węzłów wysokoobrotowych.
Autor: dr inż. Zbigniew Wasiak
