Почему подшипники качения необходимо смазывать

Назначением смазочного материала является уменьшение трения, предотвращение износа и коррозии, защита от проникновения твердых и жидких загрязнений.

Теоретически, при идеальных условиях безупречно смазанный подшипник качения может оставаться работоспособным бесконечно долго. На практике конечно, это не так, но, тем не менее, для правильно смазанного подшипника вероятность достижения максимально возможной долговечности более высокая. Смазочный материал образует слой, который разделяет дорожки и тела качения в подшипнике и, таким образом, препятствует непосредственному металлическому контакту даже при высокой нагрузке. Подшипники качения, как правило, смазывают маслом или пластичной смазкой, в особых случаях - твердыми смазками.

Пластичная смазка

Пластичную смазку применяют в случаях когда подшипники работают при нормальной частоте вращения и температуре По сравнению с маслами пластичные смазки обладают следующими преимуществами возможна более простая и дешевая конструкция подшипникового узла; лучшее уплотнение против проникновения влаги и загрязнений из внешней среды.

Смазывание маслом

Смазывание подшипников качения маслом осуществляют при особо высоких частотах вращения, превышающих допустимые для смазывания пластичной смазкой, а также тогда, когда от подшипниковых узлов необходимо отводить тепло или когда «соседние» с подшипниками качения детали (уплотнения, шестерни, подшипники скольжения ит.д.) должны обязательно смазываться маслом.

Выбор смазочного материала зависит от условий работы подшипника, в первую очередь, от диапазона рабочих температур, частоты вращения и характера окружающей среды.

ВНИМАНИЕ!
При работе со смазочными материалами пользуйтесь защитными перчатками. Контакт с нефтепродуктами может вызвать аллергические реакции.

Краткое введение в теорию смазывания

Основное назначение смазки в подшипниках качения состоит в образовании смазочного слоя, разделяющего дорожки и тела качения, и, благодаря этому, уменьшении трения и износа. Основополагающим свойством смазочных материалов является вязкость, характеризующая способность образовывать смазочный слой и, применительно к пластичным смазкам - консистенция.

Трение между отдельными слоями смазочного материала

Между деталей подшипника возникает смазочный слой (пленка), который прочно прилипает к сопряженным поверхностям. Вследствие относительного движения деталей подшипника, в смазочном слое возникают напряжения сдвига Упрощенно можно сказать, что отдельные слои общего смазочного слоя скользят один относительно другого и при этом возникает трение. Вязкость - мера трения между слоями жидкости.

Вязкость

Вязкость - это способность жидкости к течению или, в техническом приложении - мера внутреннего трения, противодействующего порождаемому внешними силами сдвигу соседних слоев жидкости. Вязкость - основной параметр, определяющий выбор смазочного материала для подшипников.
Единица измерения вязкости - мм2/с (ISO), ранее называемая сСт (санти-Стокс), или согласно стандарта США - SUS (Saybolt Universal Seconds). Температура, при которой определяется вязкость, обычно составляет 40 °С, иногда 38.5 °С (100 °F), 50 °С или 98.9 °С.

Консистенция

Консистенция характеризует степень твердости пластичной смазки. Классификацию пластичных смазок по консистенции осуществляют по нормам NLGI (National Lubricating Grease Institute = Национальный институт пластичных смазок США).

Способность к образованию смазочного слоя

Толщина возникающего смазочного слоя зависит, главным образом, от частоты вращения, температуры и вязкости. Толщина смазочного слоя оказывает сильное влияние на срок службы подшипника.
Различают три различных режима смазывания: граничный, гидродинамический и упруго-гидродинамический (контактно-гидродинамический).

Граничное смазывание

Граничное смазывание имеет место в том случае, когда толщина смазочного слоя недостаточна для полного разделения поверхностей контакта. Данный режим возникает при недостатке смазочного материала или недостаточной скорости перемещения сопряженных поверхностей. Кроме того, граничное смазывание может иметь место при чрезмерно низкой вязкости масла как такового, или вследствие повышения температуры.
Следствием данного режима смазывания является металлический контакт между сопряженными поверхностями и местное схватывание пиков шероховатости, в результате чего имеет место значительное трение, большой износ и разрушение сопряженных поверхностей. При граничном режиме смазывания рекомендуется применять антизадирные присадки, повышающие прочность смазочного слоя.

Гидродинамическое смазывание

Гидродинамическое смазывание имеет место в том случае, когда сопряженные поверхности трения полностью разделены смазочным слоем. При этом трение значительно ниже, чем при граничном смазывании и металлический контакт сопряженных поверхностей отсутствует

Частичное гидродинамическое смазывание

В переходной области между граничным смазыванием и гидродинамическим смазыванием имеет место частичное гидродинамическое смазывание.

Упруго-гидродинамическое смазывание

Упруго-гидродинамическое смазывание присутствует как при частичном гидродинамическом смазывании, так и при гидродинамическом смазывании, когда тяжелонагруженные тела качения перекатываются по дорожке качения и в местах контакта возникает очень высокое давление. При этом поверхности контакта на короткое время сплющиваются (упругая деформация); при дальнейшем движении поверхности восстанавливают первоначальную форму. Можно было бы предположить, что смазка из зоны контакта выдавливается и поверхности непосредственно соприкасаются. Однако в действительности это не так. В зоне контакта вязкость масла резко возрастает, а после перекатывания тела качения, снова снижается до исходного значения.

График режимов смазывания подшипников

Если некоторое тело движется по поверхности, покрытой жидкостью, например, маслом, и при этом возникает подъемная сила, зависящая от скорости движения то зависимость между коэффициентом трения и частотой вращения соответствует данному графику. Здесь же показаны различные режимы смазывания.

Найбільш універсальний тип підшипників. Витримує легкі радіальні навантаження та дозовані осьові навантаження. Виробляються однорядні та дворядні підшипники.

При очень низких скоростях - область слева от точки А - преобладает граничное смазывание. Нагрузка на контакт воспринимается в основном пиками шероховатости сопряженных поверхностей.
При более высоких скоростях - область справа от точки В - возникает эффект гидродинамического клина. Гидродинамическое давление полностью приподнимает тело над основанием. Данный режим называется гидродинамическим смазыванием. Для достижения данного режима, наряду со скоростью, важное значение имеет геометрическая форма тела.
Если скорость лежит между точками А и В, эффект возникновения подъемной силы в смазочном слое недостаточен для полного всплывания тела над основанием, т.е. часть нагрузки воспринимается в зонах непосредственного контакта тела и основания. Данный режим называется частичным гидродинамическим смазыванием.

Примеры различных режимов смазывания

Шарик в шарикоподшипнике отделен от дорожки качения смазочным слоем, как шина колеса автомобиля, «плавающая» на мокрой дороге.

Граничное смазывание возникает, например, при медленном относительном движении тел и малой вязкости масла. Подшипники сушильных цилиндров бумагоделательных машин работают обычно при граничном смазывании, так как вследствие высокой рабочей температуры вязкость масла резко уменьшается
Частичное упруго-гидродинамическое смазывании обычно имеет место в подшипниках редукторов, насосов, вентиляторов, и т.п.
Чисто контактно-гидродинамический режим имеет место при весьма благоприятных условиях смазывания, например,в высокоскоростных подшипниковых опорах шпиндельных узлов металлорежущих станков.

Чистота

Чистота играет важнейшую роль в обеспечении работоспособности подшипников качения. Исследования дают наиболее полное представление о влиянии загрязнений на долговечность подшипников.
Согласно теории долговечности, степень воздействия загрязнений на долговечность подшипников качения зависит от нескольких факторов, в том числе, от конструкции и размера подшипника, относительной толщины смазочного слоя, а также от размеров и твердости и распределения твердых частиц загрязнений.
Поэтому важно, чтобы подшипники качения смазывались очень чистой пластичной смазкой или маслом, а во время работы были надежно защищены системой уплотнений от проникновения частиц внешних загрязнений.

Чистота пластичной смазки

Пластичная смазка должна оставаться закрытой в ее оригинальной таре до непосредственного момента употребления. Смазочные устройства, емкости, шприцы для смазывания должны перед использованием промываться и просушиваться. Пластичная смазка легко захватывает из окружающей среды грязь и прочие загрязняющие частицы.
Вследствие риска загрязнения, ни в коем случае не следует применять для извлечения пластичной смазки из емкостей деревянные шпатели и лопатки.
В подшипниковых узлах с периодическим дополнением пластичной смазкой следует содержать в чистоте смазочные ниппели и прилегающие к ним области. Пластичная смазка, используемая для пополнения, должна быть столь же чистой, что и первоначально заложенная.
Для смазывания подшипников качения следует применять пластичные смазки высокого и стабильного качества. Пластичные смазки подвергаются строгому выходному контролю, гарантирующему соответствие их качества и чистоты установленным требованиям.

Чистота масла

Новое масло рекомендуется фильтровать перед заполнением им системы смазывания подшипников.
В системах циркуляционного смазывания необходимо предусматривать установку масляных фильтров, обеспечивающих удаление загрязняющих частиц, возникающих в процессе работы.