Na poprawność procesu smarowania wpływa wiele czynników. Wśród nich jako podstawowe należy wymienić: wybór między smarem stałym a ciekłym, sposób dystrybucji środka smarnego, jego lepkość i temperaturę.
Na etapie projektowania należy przede wszystkim zadać sobie pytanie, czy dla danego zastosowania lepszy będzie smar stały, czy ciekły. Zalety smarów ciekłych i stałych pokazano w tabeli 1.
Smary ciekłe
Jeżeli z łożyska trzeba odprowadzać ciepło, musi zostać użyty smar ciekły. Niemal zawsze jest on wybierany do zastosowań, w których występuje wysoka prędkość obrotowa maszyn.
Smary ciekłe powinny być zawsze wysokojakościowymi olejami mineralnymi lub olejami syntetycznymi o podobnych właściwościach. Wybór właściwego typu oleju zależy od prędkości, obciążenia i temperatury pracy łożyska, a także metody smarowania.
Należy ponadto pamiętać, że:
-> olej jest lepszym smarem przy wysokich prędkościach i temperaturach; może być schłodzony i w ten sposób przyczyniać się do obniżenia temperatury łożyska;
-> łatwiej jest kontrolować ilość smaru docierającego do łożyska, trudniej natomiast zatrzymać smar w łożysku;
-> ubytek smaru może być większy niż w przypadku smarów stałych;
-> olej można wprowadzić do łożyska na wiele sposobów, np. przez smarowanie kroplowe, smarowanie knotowe, system cyrkulacji pod ciśnieniem, kąpiel olejową, mgłę olejową; każdy produkt przystosowany jest do innego zastosowania;
-> olej łatwiej utrzymać w czystości przy systemach cyrkulacji zamkniętej.
Olej a łożyska
Jak już wspomniano, olej można wprowadzić do obudowy łożyska na wiele sposobów. Najczęstsze z nich to: kąpiel olejowa, systemy cyrkulacji oraz smarowanie mgłą olejową.
Kąpiel olejowa
Obudowa ma stanowić rynienkę, po której przemieszczają się elementy ruchome łożyska. Ogólnie rzecz biorąc, poziom oleju nie powinien przekraczać środka najniższego elementu ruchomego. Przy wysokich prędkościach należy zastosować niższe poziomy oleju, aby uniknąć spieniania. Aby uzyskać i utrzymać właściwy poziom oleju, stosuje się mierniki lub urządzenia odprowadzające.
Systemy cyrkulacji
Typowy system składa się ze zbiornika oleju, pompy, rur i filtra. Konieczne może być chłodzenie. Zalety tego systemu to:
-> wystarczający zapas oleju zarówno do chłodzenia, jak i smarowania;
-> kontrola ilości oleju dostarczanego do każdego łożyska przez dozowanie;
-> usuwanie zanieczyszczeń i wilgoci z łożyska przez płukanie;
-> możliwość stosowania w instalacji z wieloma łożyskami;
-> duży zbiornik, który zmniejsza utratę jakości; dłuższy cykl życia smaru zapewnia efektywność ekonomiczną;
-> zastosowanie urządzeń filtrujących olej;
-> kontrola pozytywna zapewnia dostarczenie smaru tam, gdzie jest to konieczne.
Smarowanie mgłą olejową
Systemy tego typu są wykorzystywane w zastosowaniach charakteryzujących się wysokimi prędkościami i pracą ciągłą. Pozwalają na dokładną kontrolę ilości smaru, który dociera do łożyska. Olej może być odmierzony, rozpylony przez sprężone powietrze i wymieszany z nim albo może być uniesiony ze zbiornika za pomocą zwężki Venturiego. W każdym przypadku powietrze jest filtrowane i dostarczane pod wystarczającym ciśnieniem, aby zapewnić właściwe smarowanie łożyska. Kontrolę i właściwe sterowania w tego typu systemach smarowania osiąga się przez monitorowanie temperatur działania smarowanych łożysk. Ciągłe przemieszczanie się powietrza i oleju pod ciśnieniem przez uszczelki labiryntowe użyte w systemie zapobiega przedostawaniu się zanieczyszczeń z atmosfery do systemu.
Efektywne działanie systemu smarowania mgłą olejową opiera się na następujących czynnikach:
-> właściwym umieszczeniu punktów wejścia środka smarującego w stosunku do smarowanych łożysk,
-> unikaniu nadmiernych spadków ciśnienia w lukach w systemie,
-> właściwym dla danego zastosowania stosunku ciśnienia powietrza i ilości oleju,
-> właściwym odprowadzeniu mgły olejowej po zakończeniu smarowania.
Aby zapewnić nawilżenie łożysk i uniknąć możliwych uszkodzeń elementów ruchomych i pierścieni, ważne jest, aby system mgły olejowej był włączony przez kilka minut przed uruchomieniem urządzenia. Nie można przecenić znaczenia zwilżenia łożyska przed uruchomieniem, co jest również niezwykle ważne w wypadku sprzętu, który nie był użytkowany przez dłuższy czas.
Lepkość
Wybór lepkości oleju do każdego zastosowania łożyska wymaga wzięcia pod uwagę kilku elementów: obciążenia, prędkości, ustawienia łożyska, typu oleju i czynników środowiskowych. Ponieważ lepkość oleju zmienia się z temperaturą, wartość lepkości musi być zawsze podana z temperaturą, przy której została określona. Olej o dużej lepkości jest używany przy niskich prędkościach lub w wysokiej temperaturze otoczenia. Olej o małej lepkości stosuje się przy wysokich prędkościach lub niskiej temperaturze otoczenia.
Ciecze smarne do łożysk
Przemysłowe oleje do przekładni o właściwościach wysokociśnieniowych powinny być wykonane z wysokorafinowanego oleju naftowego z odpowiednimi inhibitorami i dodatkami. Nie powinny zawierać materiałów korodujących lub ścierających łożyska. Inhibitory muszą zapewniać długotrwałą ochronę przed utlenianiem i chronić łożysko przed korozją w wilgotnym środowisku. Oleje mają być odporne na spienianie w czasie pracy i mieć dobre właściwości oddzielania wody. Dodatek o właściwościach wysokociśnieniowych chroni przed ścieraniem w warunkach smarowania granicznego. Wysoka temperatura i/lub niskie prędkości zazwyczaj wymagają smarów o wyższej lepkości. Niskie temperatury i/lub wysokie prędkości wymagają użycia smarów o niższej lepkości.
Smarowanie smarami stałymi
Smarów stałych używa się w zastosowaniach charakteryzujących się niskimi lub średnimi prędkościami i temperaturą pracy w granicach charakterystyki smaru. Nie ma uniwersalnego smaru do łożysk tocznych. Każdy smar ma ograniczenia własności i charakterystyki, składa się z oleju bazowego, zagęszczacza i dodatków. Tradycyjnie smary łożyskowe składały się z bazowego oleju naftowego, zagęszczonego do wymaganej konsystencji za pomocą mydła metalicznego. Ostatnio zaczęto używać bazowych olejów syntetycznych z organicznymi lub nieorganicznymi zagęszczaczami.
Użycie zagęszczaczy (tabela 2) z syntetycznym węglowodorem lub bazowym olejem estrowym zwiększa maksymalną temperaturę pracy o ok. 10°C (50°F).
Użycie polimocznika jako zagęszczacza cieczy smarnych jest jednym z najważniejszych osiągnięć branży w ostatnich 30 latach. Efektywność smaru polimocznikowego jest niezrównana w różnych zastosowaniach łożysk i w stosunkowo krótkim czasie został on zaakceptowany jako fabryczny smar łożysk kulkowych.
Niskie temperatury
W łożyskach smarowanych smarami stałymi początkowy moment obrotowy może być kluczowy przy niskich temperaturach. Niektóre smary mogą działać właściwie, dopóki łożysko pracuje, ale opór przy rozpoczynaniu pracy może być zbyt duży. Uruchomienie niektórych mniejszych maszyn w niskich temperaturach może być niemożliwe. W takich warunkach pracy, gdy zakres temperatury działania jest szeroki, wymagane są smary zawierające oleje do niskich temperatur.
Smary oparte na wapniu i aluminium mają wysoką odporność na wodę i są używane w zastosowaniach przemysłowych, gdzie problemem może być wnikanie wody. Smary litowe mają szerokie spektrum zastosowań w przemyśle.
Bazowe oleje syntetyczne, takie jak estry, estry organiczne i sylikony stosowane z konwencjonalnymi zagęszczaczami i dodatkami, mają zazwyczaj możliwość pracy w wyższych temperaturach niż smary wykonane z bazowych olejów naftowych. Smary syntetyczne mogą pracować w temperaturach od 73°C (100°F) do 288°C (550°F).
Ważną kwestią dotyczącą smarów stałych jest to, że początkowy moment obrotowy nie jest koniecznie cechą konsystencji lub własności kanałowych smaru. Początkowy moment obrotowy zależy od indywidualnych właściwości reologicznych środka smarnego i najlepiej oceniać go na podstawie doświadczeń w danym zastosowaniu.
Wysokie temperatury
Górny limit temperatury smarów stałych jest zasadniczo cechą stabilności termicznej i oksydacyjnej cieczy oraz efektywności inhibitorów utleniania. Zakresy temperatur pracy smarów są określane zarówno przez punkt topnienia zagęszczacza smaru, jak i przez skład oleju bazowego.
Podstawowa zasada wypracowana przez lata testów łożysk smarowanych smarami stałymi wskazuje, że żywotność smaru skraca się o połowę przy każdym wzroście temperatury o 10°C (50°F). Na przykład, jeśli dany smar oferuje 2 tys. godzin żywotności przy temperaturze 90°C (194°F), podniesienie temperatury do 100°C (212° F) skraca żywotność do ok. 1 tys. godzin. Z drugiej strony obniżenie temperatury do 80°C (176°F) powinno wydłużyć żywotność do 4 tys. godzin.
Wybierając smar do zastosowania w wysokich temperaturach, należy wziąć pod uwagę stabilność termiczną, odporność na utlenianie i ograniczenia temperatury. W zastosowaniach, gdzie ponowne smarowanie nie jest możliwe, a temperatura pracy wynosi ponad 121°C (250°F), olejem bazowym smaru powinny być wysokorafinowane oleje mineralne lub chemicznie stabilne ciecze syntetyczne.
Oprac. na podst. materiałów inf. firmy Timken. Tłumaczyła Sylwia Siwińska.
Tekst pochodzi ze specjalnego wydania „Smary i Oleje 2016/2017”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
