Подшипниковая смазка теория применения на практике

Подшипниковая смазка теория применения на практике

Очевидный момент – работа любого подшипника характеризуется с учётом применения смазочного материала. Подшипниковая смазка, по сути, является неотъемлемой составляющей для эксплуатации самых разных машин. Казалось бы, какая разница – чем смазать шарики, ролики и контактные поверхности? Но разница есть, причём существенная. Здесь ниже рассматриваются отдельные моменты, касающиеся применения смазочных материалов к подшипникам конструкций машин. Возможно, представленная информация станет полезной, когда придётся столкнуться непосредственно с делом.

Подшипниковая смазка принципы действия

Одним из принципиальных моментов действия узла рассматривается фактор вязкости подшипниковой смазки. Чтобы на контактных поверхностях между телами качения и дорожками качения образовалась смазочная плёнка, способная выдерживать нагрузку, материал (смазка) должен обладать определённой степенью вязкости. Степень вязкости масла зависит от функциональных ограничений. На более высоких скоростях эти ограничения вступают в силу в результате:

  • увеличения механических потерь мощности,
  • высоких температур подшипников,
  • слабого растекания высоковязких масел.

Значительное влияние на работу подшипника оказывает также рост температуры. Вязкость масла уменьшается с ростом температуры. Поэтому важным моментом видится присутствие номинальной степени вязкости при рабочей температуре.

Влияние давления – ещё один важный фактор. Степень вязкости смазки изменяется здесь с увеличением давления. При высокой нагрузке значения давления на контакте качения, рассчитанные по Герцу, составляют до 40 000 кг/см2, а в зоне входа — до 7 000 кг/см2. Если не учитывать влияние температуры в области высоких давлений, можно рассчитать степень вязкости в смазочном зазоре по формуле:

ῃ = ῃ0 * eap

где: ῃ — динамическая вязкость под давлением, мПа; ῃ0 – динамическая вязкость при нормальном давлении, мПа; e – число Эйлера; a — коэффициент давления/вязкости жидкости, м2/Н; p – давление, Н/м2.

Подшипниковая смазка — поведение давление/вязкость

Поведение давление/вязкость описывает изменение вязкости подшипниковой смазки при различных давлениях. Это изменение количественно определяется коэффициентом давление/вязкость. Для стандартных расчётов обычно используются значения минеральных масел на основе парафинов.

Подшипниковая смазка теория + диаграмма стандартных расчётов
Диаграмма для стандартных расчётов: 1 – минеральное масло; 2 – эстеровые масла; 3 – полигликолевые (растворимые в воде); 4 – полигликолевые (нерастворимые в воде); 5 – смесь диэфиров; 6 – гидрокрекинговые масла; 7 – фторированные углеводороды; α – коэффициент давление/вязкость; v – кинематическая вязкость

Поведение смазочного материала под давлением/вязкостью определяет тип базового масла, молекулярная структура смазочного материала и пакет присадок. Во многих случаях точные значения для отдельных смазочных материалов остаются недоступными.

На практике, однако, существенную разницу между минеральными и синтетическими маслами следует принимать во внимание, по крайней мере, посредством репрезентативных значений, например, при расчёте толщины смазочной плёнки.

В целях проверки толщину смазочной плёнки рассчитывают, используя значения сравнения с измеренной толщиной смазочной плёнки. Оптимальное совпадение получается при давлении прокатки до максимального давления = 14000 кг/см2, тогда как давление в зоне входа, соответственно, ниже.

Этот вариант также характерен для синтетических масел более поздними измерениями толщины смазочной плёнки в подшипнике качения и на двухдисковом испытательном стенде. В результате эти значения обычно можно использовать для подшипников качения.

Смазочная плёнка масляной смазки

Для оценки режима подшипниковой смазки предполагается, что между воспринимающими нагрузку поверхностями качения и скольжения образуется смазочная плёнка. Смазочная плёнка между поверхностями качения подшипника теоретически может быть описана с помощью упругогидродинамической смазки.

Условия смазки в контакте скольжения подшипника, например между торцом ролика и ребром конических роликоподшипников, могут быть адекватно описаны с помощью гидродинамической теории смазки. Здесь в контактах скольжения возникают более низкие давления, чем в контактах качения.

Минимальная толщина смазочной пленки для ЭГД-смазки рассчитывается по формулам для точечного и линейного контакта по Хэмроку и Доусону.

Подшипниковая смазка теория + смазочная плёнка
Подшипниковая смазка (прокатка): 1 – сторона входа; 2 – сторона выхода; 3 – деформация ролика; 4 – смазочная плёнка; 5 – деформации дорожки качения; 6 – распределение давления по Герцу; 7 – распределение давления ЭГД; p0 – давление Герца; 2b – ось поверхности давления по Герцу

Влияние давления учитывается при расчете режима смазки в соответствии с ЭГД-теорией с помощью коэффициента давление/вязкость. Формулы показывают основное влияние скорости качения v, динамической вязкости и коэффициента давление/вязкость на минимальную толщину смазочной плёнки.

Нагрузка Q мало на что влияет, так как с увеличением нагрузки вязкость увеличивается, а контактные поверхности увеличиваются в результате упругих деформаций. Рассчитанную толщину смазочной плёнки допустимо использовать для проверки образования достаточно прочной смазочной плёнки в данных условиях работы подшипника.

Номинальная вязкость и консистентная смазка

Для повседневной практики расчёт номинальной вязкости масла путём расчёта толщины смазочной плёнки является чрезвычайно сложным. Вместо этого номинальная вязкость определяется с помощью коэффициента вязкости. Рабочая вязкость – это кинематическая вязкость смазочного материала подшипника при рабочей температуре.

Эталонная вязкость (1) зависит от размера подшипника и показателей скорости. Эталонную и рабочую вязкость допустимо определить по диаграммам. Плотность Уровень плотности минеральных масел зависит от температуры. Тенденцию можно определить для масла с другой плотностью, если известна плотность при +15°C.

В случае применения консистентных смазок подшипники смазываются в основном базовым маслом, которое в небольших количествах выделяется с течением времени загустителем. Принципы теории ЭГД применимы и к консистентной смазке.

Для определения коэффициента вязкости = / 1 (= кинематическая вязкость смазки при рабочей температуре, 1 = эталонная вязкость смазки) используется рабочая вязкость базового масла. В частности, при низких значениях загуститель и присадки способствуют эффективному смазыванию.

Толщина смазочной плёнки подшипника

Влияние загустителя смазки становится очевидным, если измерить толщину плёнки в зависимости от времени работы. В начале приработки подшипника толщина плёнки, образующейся в зоне контакта в зависимости от типа подшипника, значительно превышает теоретически возможное значение для базового масла.

В результате подшипники качения обеспечиваются соответствующей смазкой в течение длительного времени. Изменения в смазке и перемещение смазочного материала способствуют быстрому уменьшению толщины плёнки.

Так называемый «смазочный голод» является достаточно частным случаем работы подшипников. Высокие частоты катания распределяют смазку в подшипнике, что приводит к уменьшению смазочного материала в контакте качения.

В результате толщина смазочного материала становится меньше теоретически возможного значения. Тем не менее, даже в таких условиях подшипники, смазываемые консистентной смазкой, способны прослужить достаточно долго.

Как правильно выбрать смазку подшипника

Правильный выбор консистентной смазки особенно важен для подшипников с высокой долей скольжения и подшипников, подвергающихся большим нагрузкам. При высокой нагрузке особое значение имеют смазывающие свойства загустителя и пакета присадок.

При консистентной смазке количество смазочного материала, играющего активную роль в процессе смазывания, очень мало. Материал нормальной консистенции в значительной степени вытесняется из зоны контакта качения и откладывается сбоку или выходит из подшипникового узла через уплотнения.

Смазочный материал, остающийся на поверхностях дорожек качения и сбоку, внутри или на подшипнике, постоянно выделяет номинальное небольшое количество масла и, в некоторых случаях, также загуститель для смазки функциональных поверхностей.

Эффективного количества смазки между контактными поверхностями качения достаточно для смазывания при умеренной нагрузке в течение длительного периода времени.

Твёрдые смазочные материалы и загустители

Твёрдые смазки, например, графит и дисульфид молибдена, которые наносят тонким слоем на функциональные поверхности, могут предотвратить контакт металла с металлом. Однако слой материала этого типа продолжает оставаться на поверхностях в течение длительного времени только при низких окружных скоростях и низких давлениях.

Загустители и агенты в составе консистентного смазочного материала способствуют эффекту смазывания за счёт образования граничных слоёв. Как результат — отмечается увеличение срока службы подшипника. Для достижения длительных интервалов смазки рекомендуется, чтобы выделялось именно то количество масла, которое требуется для оптимального смазывания подшипника.

Таким образом, выделение масла может продолжаться в течение длительного периода времени. Смазочный высоковязкий материал имеет пониженную скорость выделения масла. При использовании таких материалов оптимальный режим достигается только в том случае, если заполнение подшипника отмечается в значительной степени.

Также оптимальному режиму благоприятствует повторное смазывание подшипникового узла через короткие промежутки времени. Некоторые виды загустителей дополнительно обладают эффектом образования пограничных слоёв при работе в диапазоне смешанного трения. Выход масла здесь зависит от факторов:

  • применяемый загуститель (тип, количество и консистенция),
  • внедряемые добавки,
  • тип базового масла,
  • вязкость базового масла,
  • размер поверхности,
  • рабочая температура,
  • механические нагрузки.

В качестве дополнения в особых случаях может быть рекомендована практика с использованием специальных смазочных материалов.

Твёрдые смазочные материалы, наносимые тонким слоем на функциональные поверхности, способны предотвратить контакт металла с металлом. Твёрдые смазочные материалы состоят из комбинации веществ:

  • дисульфид молибдена,
  • графит,
  • ПТФЭ,

и связующего вещества с хорошей устойчивостью к высоким температурам. Подшипники заполняются пастообразным компаундом, который затем затвердевает под воздействием тепла.

Что такое смазочный материал переносного типа?

Компаундная смазка представляет собой материал переносного типа – своего рода эрозия затвердевшего компаунда, который затем откладывается на шариках и поверхностях дорожек качения подшипника.

Испытания показали, что срок службы таких подшипников резко сокращается с увеличением скорости. В отличие от смазки маслом или консистентной смазкой влияние нагрузки или температуры здесь менее выражено.

Композитная смазка используется в диапазоне высоких температур +250°C, например, в подшипниковых узлах вагонеток или в средах, где отмечаются сильные химические или физические воздействия (вакуум).

Также следует отметить полимерные смазочные материалы, состоящие из пористого материала-носителя полиэтилена и текучего масла. Несущий материал можно рассматривать как тип губки, которая удерживает текучее масло, но высвобождает под нагрузкой.

Одной из возможных областей применения полимерных смазочных материалов являются подшипниковые узлы с поворотным механизмом, низкоскоростные многорядные подшипники, установленные вертикально.


При помощи информации: Schaeffler