Смазка подшипников функционал и особенности процесса

Смазка подшипников функционал и особенности процесса

Основной функцией процесса смазка подшипников качения является предотвращение или уменьшение контакта между поверхностями качения и скольжения. В результате факторы трения наряду с факторами износа поддерживаются на низком уровне. Практикуются разные виды смазочных материалов для подшипниковых узлов. В частности, различают физическую и химическую вариации смазывания подвижных деталей.

Подшипники физическая и химическая смазка

Смазка подаётся в зоны контакта подшипников качения с последующим доступом к поверхностям соприкасающихся друг с другом (катящихся) деталей. Таким образом, смазка подшипников разделяет контактные поверхности и предотвращает контакт металла с металлом.

В тех случаях, когда не образуется смазочная плёнка, способная полностью выдерживать нагрузки, некоторые участки поверхностей, соответственно, не разделены той же смазочной плёнкой. Между тем, работа с низким уровнем износа возможна даже в таких случаях, если между присадками в смазке и телом качения (кольцом подшипника) образуются трибомеханические реакционные слои.

Смазка подшипников может поддерживаться не только аддитивными реакциями, но также внедрённым в состав загустителем и твёрдыми смазочными материалами, которые добавляются к маслу или смазке. В особых случаях подшипники качения допустимо смазывать исключительно твёрдыми веществами.

Перекатывающееся и скользящее движение

На контактных поверхностях подшипников качения отмечается не только момент качения, но также момент скольжения, что зависит от типа подшипника. Это скользящее движение вызвано упругими деформациями частей, двигающихся (катающихся) одна относительно другой.

Также имеют место факторы криволинейной геометрии поверхностей качения и кинематики некоторых типов подшипников, таких как упорные цилиндрические роликоподшипники.

В чистом скользящем движении, моменты силы и давления, как правило, значительно ниже, чем в области качения. Этот случай возникает в подшипнике качения между сепаратором и телами качения или между торцами роликов и поверхностями рёбер.

Среди иных функций смазки необходимо отметить следующие:

  • антикоррозийная защита,
  • отвод тепла от подшипника (в случае масляной смазки),
  • промывка от частиц износа и загрязнений (циркуляционное смазывание маслом с фильтрацией масла),
  • поддержка уплотняющего действия уплотнений подшипников (консистентная смазка, пневматическая смазка маслом).

Режимы смазки и трения для подшипников

Характеристики трения и смазки, а также достижимый срок службы подшипника качения зависят от режима смазки и результирующего режима трения. Возможные режимы, при которых осуществляется смазка подшипников, показаны кривой Штрибека ниже.

Смазка подшипников функционал и особенности процесса + кривая Штрибека
Кривая Штрибека: µ — фактор трения; v – фактор скорости; 1 – граничная смазка; 2 – смешанная; 3 — полная

Все три указанных на диаграмме режима могут иметь место при масляно-консистентной смазке. Режим смазки консистентного варианта определяется в первую очередь вязкостью базового масла. Кроме того, загуститель здесь играет роль относительно формирования смазочной плёнки.

В условиях граничной смазки подшипников жидкостное трение присутствует лишь частично. В этом случае толщина смазочной плёнки незначительна. Этот режим вызван недостаточным количеством смазки, неадекватным значением рабочей вязкости или относительным движением.

Преимущественно происходит контакт твёрдого тела. Если смазывающий материал содержит подходящие присадки, в таком случае между присадками и металлическими поверхностями в местах контакта твёрдого тела, в условиях сильных давлений и высоких температур, происходят реакции. Образуются продукты, которыми обеспечивается смазывание и формирование тончайшего пограничного слоя.

Если же имеет место смешанная смазка подшипников и толщина смазочной плёнки слишком мала, происходит частичный контакт с твёрдым телом. Как результат — возникает так называемое смешанное трение.

Наконец, в условиях полной смазки поверхности, движущиеся относительно друг друга, полностью или почти полностью разделены смазочной плёнкой. Фактически присутствует чистое жидкостное трение. Для практики длительной эксплуатации оборудования желательно добиться именно такого режима.

Теория движения + смазка подшипников

Очевидный момент — срок службы подшипников качения определяет смазочная плёнка. Существуют две физические теории, описывающие смазочную плёнку, образованную маслом. Это гидродинамический и эластогидродинамический факторы.

В первом случае подача масла осуществляется в область сужающегося смазочного зазора за счёт движения контактных поверхностей относительно друг друга. По причинам чрезвычайно высокого давления в непосредственной зоне контакта, смазочный материал имеет чрезвычайно высокую вязкость в течение короткого периода времени и облегчает разделение контактных поверхностей.

Смазка подшипников функционал и особенности процесса + диаграмма aISO
Диаграмма aISO: α — коэффициент давление/вязкость; v — кинематическая вязкость; 1 – минеральное масло; 2 – масло PAO Ester; 3 – полигликолевые масла (водорастворимые); 4 – полигликолевые (не растворимые в воде); 5 – смесь диэфиров; 6 – гидрокрекинговые масла; 7 – фторированные углеводороды

Упругогидродинамическая (эластогидродинамическая) смазка (ЭГД) расширяет теорию гидродинамической основы, учитывает упругую деформацию тел, находящихся в контакте друг с другом. Теория ЭГД используется специально для режима «подвижный контакт».

Практический опыт и проведённые испытания показали — толщины смазочной плёнки всего в несколько десятых микрона достаточно для того, чтобы отделить контактирующие поверхности одну от другой. Толщина смазочной плёнки здесь определяется:

  • характеристикой смазочного материала;
  • макрогеометрией и микрогеометрией контактных поверхностей;
  • скоростью контактных поверхностей относительно друг друга.

Физическая теория учитывает только режим смазывания в контакте качения. Теория не распространяется на условия смазки на других контактных поверхностях с более высокими компонентами трения скольжения. Например, когда дело касается обеспечения смазывания между телом качения и гнездом сепаратора.

Поэтому при выборе смазочного материала необходимо учитывать не только теорию ЭГД, но также:

  • практический опыт,
  • полный режим смазывания в подшипнике,
  • любые возможные аддитивные реакции.

Кроме того, не учитывается влияние геометрии профиля поверхностей на смазочный режим. Поэтому недостаточно просто сравнить теоретическую толщину смазочной плёнки с шероховатостью поверхностей.

Фактор минимальной нагрузки на подшипник

Для обеспечения правильного качения тел качения необходима минимальная нагрузка. Ориентировочное значение в зависимости от типа подшипника определяется здесь следующим соотношением:

C0/P = 60 (отношение между базовой номинальной статической грузоподъемностью и эквивалентной динамической нагрузкой на подшипник).

Загуститель, содержащийся в составе смазочных материалов, влияет на формирование смазочной плёнки и на защиту от износа. Этот эффект продемонстрирован на практике, но пока что не определён теоретически. Чтобы иметь возможность оценить сопоставимый смазочный режим, текущая практика основана на расчётах только с данными по базовому маслу.

Присадки нередко способствуют запуску химических реакций, не предусмотренных теорией смазывания. Смазочный материал на основе аддитивных реакций относится к сфере граничной смазки подшипников.

Чрезвычайно высокие давления и температуры на контактах твердого тела способны привести к реакциям между добавками и металлическими поверхностями. Образуются продукты реакции, которыми обеспечивается смазывание и образование тонкого пограничного слоя нанометровой величины. Такое состояние приводит к полному разделению поверхностей и по эффекту сравнимо с полной ЭГД-смазкой.


При помощи информации: Schaeffler