Смазывание подшипников

Смазочный материал в подшипниках качения применяют в целях снижения тре­ния скольжения и изнашивания в контакте тел качения с кольцами, сепаратором и сепаратора с направляющими бортиками колец. Он предохраняет тела качения, кольца и сепаратор от непосредственного контакта и коррозии, обеспечивает отвод теплоты.

Смазывание подшипников выполняют с помощью пластичных смазочных материа­лов и жидких масел. В некоторых случаях используют твердые смазочные материалы.

Выбор вида смазочного материала зави­сит от условий эксплуатации и главным образом от температуры подшипника, час­тоты вращения, действующих нагрузок, конструкции подшипника и подшипнико­вого узла. При этом должны быть учтены специальные требования к моменту трения, сроку службы смазочного материала.

Для смазывания подшипников качения, работающих в обычных условиях, преиму­щественно применяют пластичные смазоч­ные материалы, которые по сравнению с маслами обладают следующими достоинст­вами: не требуют сложных уплотнительных Устройств, имеют более высокие свойства «Щиты от коррозии, более экономичны.

Однако применение жидких смазочных материалов позволяет снизить момент тре­ния, увеличить предельную частоту вращения в 1,2-1,5 раза. С их помощью происходит отвод теплоты и удаление продуктов износа. В узлах с упорно-радиальными роликовыми подшипниками предпочтительно применение жидких смазочных материалов.

Для подшипников работающих в условиях, при которых жидкие и пластичные смазочные материалы неприменимы (например вакуум, высокие и низкие температуры, агрессивные среды, радиоактивное излучение, оборудование пищевой и текстильной промышленности, оптические системы), используют твердые смазочные материалы.

Пластичные смазочные материалы со­стоят в основном из жидкой основы, загус­тителя и присадок, улучшающих эксплуата­ционные характеристики. Загуститель, на долю которого приходится 8-25% всей мас­сы смазочного материала, образует трех­мерный каркас, в ячейках которого удер­живается масло. Поэтому при небольших нагрузках пластичный смазочный материал ведет себя как твердое тело: не растекается под действием собственных сил тяжести, удерживается на наклонных и вертикаль­ных поверхностях. Природа и свойства за­густителя оказывают большое влияние на эксплуатационные свойства смазочного материала.

Для подшипников применяют смазоч­ные материалы на кальциевом, натриевом и литиевом загустителях. В качестве диспер­сионной среды применяют минеральные и синтетические масла, а также их смеси.

Наиболее употребительные пластичные смазочные материалы и их основные экс­плуатационные характеристики приведены в табл. 92, 93. Действующая на подшипник нагрузка и химическое старение ограничи­вают срок службы пластичных смазочных материалов.

Различают смазывание с постоянным количеством смазочного материала, рас­считанным на весь срок службы подшип­ника, и с периодическим добавлением и сме­ной смазочного материала. В первом случае срок службы смазочного материала равен или больше срока службы подшипников или цикла ремонта машин с вмонтирован­ными в них подшипниками. К этому виду смазывания относятся закрытые подшип­ники, заполненные смазочным материалом при изготовлении. В подшипниках закры­того типа в основном используют смазоч­ные материалы: ЦИАТИМ-201, Литол-24, ЛЗ-31, ОКБ-122-7, ЦИАТИМ-221, ВНИИНП-207. Эти же сорта могут быть рекомендованы для обычных подшипников.

В процессе эксплуатации подшипника запас пластичного смазочного материала при необходимости пополняют или заме­няют. Время работы подшипника на одной закладке смазочного материала может из­меняться в широком диапазоне.

Периодичность замены смазочного мате­риала определяется в основном частотой вращения подшипника, его габаритами, конструкцией, сортом смазочного материа­ла, эффективностью уплотнений.

92. Характеристики пластичных смазочных материалов общего назначения для подшипников качения

93. Характеристики разных пластичных смазочных материалов для подшипников качения

Приближенно период t_д, ч, между до­бавлением смазочного материала можно определить по формуле

где n — частота вращения, об/мин; d — диа­метр отверстия подшипника, мм;

К, С — коэффициенты, зависящие от конструкции подшипника (табл. 94).

Количество смазочного материала в подшипнике определяется конструкцией подшипника и частотой его вращения. Для медленно вращающихся подшипников (отношение рабочей частоты вращения предельной n/n_пр < 0,2) допустимо полное заполнение смазочным материалом подшипника и свободного пространства в корпуса. При более высокой частоте вращения (n/n_пр = 0,2…0,8) свободное пространство в корпусе должно быть заполнено на 50-25%, а при n/n_пр > 0,8 — не заполнено, заполняется только подшипник.

При прочих равных условиях стойкости смазочного материала в цилиндрических роликоподшипниках в 2 раза ниже, чем в шарикоподшипниках, а в конических и сферических роликовых — в 10 раз.

94. Значения коэффициентов К и С

В качестве жидкого смазочного материа­ла для подшипников в большинстве случаев используют очищенные минеральные (неф­тяные) масла.

Жидкие синтетические масла (диэфирные, полиалкиленгликолевые, фтористо-углеродные, силиконовые) по сравнению с минеральными, имеют лучшие показатели по стабильности, вязкости и температуре застывания. Их применяют при крайне высоких или низких температурах и высо­ких частотах вращения.

Силиконовые масла используют при не­значительных нагрузках, С/Р > 40. Основ­ным недостатком синтетических смазочных материалов является более низкая стой­кость при высоком давлении и более высо­кая стоимость.

В табл. 95 приведены основные эксплуа­тационные характеристики масел, приме­няемых для смазывания подшипников ка­чения.

При выборе отдают предпочтение маслу, применяемому в сопряженных узлах (подшипники и зубчатые колеса смазывают обычно из общей масляной ванны). Применение масел с большей вязкостью целесообразно при больших нагрузках и малых скоростях.

При выборе масла необходимо учитывать размеры подшипника, действующую на него нагрузку и частоту вращения, а также его рабочую температуру. Рабочей температурой считается температура, которую можно измерить при работе узла на неподвижном кольце подшипника.

Для средних и крупных шарико- и роликоподшипников (кроме роликовых сферических, упорных и конических) при нор­мальных атмосферном давлении и темпера­туре, невысоких нагрузках (С/Р > 10) и отношении рабочей частоты вращения к предельной n/n_пр < 0,67 используют сма­зочное масло с рабочей кинематической вязкостью менее 12мм²/с.

Для быстроходных и малонагруженных подшипников допустимо применение масел меньшей вязкости. При этом предпочти­тельно применять масла с присадками, защищающими подшипники от коррозии и старения.

Для подшипников, работающих при вы­соких нагрузках (С/Р < 10), целесообразно применять противозадирные присадки. При смазывании масляным туманом используе­мое масло должно обеспечивать хорошее образование тумана и стойкость к окисле­нию.

Для выбора масла в соответствии с тре­бованиями условий эксплуатации целесо­образно пользоваться номограммами (рис. 40 и 41). По среднему диаметру d_m, мм, подшипника и частоте вращения n, об/мин, определяют требуемую вязкость v₁ мм²/с, масла при рабочей температуре t (рис. 40), а затем — первоначальную v при обычно принятой при определении вязкости масла температуре 40°С (рис. 41).

Пример. Определить вязкость масла для смазывания подшипника со средним диа­метром d_m = 380мм при частоте вращения n = 500об/мин и рабочей температуре узла t = 70°С.

Решение. По номограмме рис. 40 опре­деляем, что при d_m = 380мм и n= 500об/мин вязкость v₁ масла при рабо­чей температуре узла должна быть не ниже13мм²/с. По номограмме рис. 41 находим, что при рабочей температуре t= 70°С вяз­кость v₁ = 13мм²/с будет у масла, имею­щего при температуре t = 40°С вязкость v = 38мм²/с.

95. Основные эксплуатационные характеристики масел для подшипников качения

Значения кинематической вязкости указаны при эталонной температуре 50°С

Рис. 40. Номограмма для определения вязкости v₁ масла при рабочей температуре по среднему диаметру d_m подшипника и частоте n его вращения

Рис. 41. Номограмма для определения первоначальной вязкости v масла, обеспечивающей требуемую вязкость v₁ при рабочей температуре t

Для большинства подшипников средних габаритов (кроме роликовых сферических, конических и роликовых упорных), рабо­тающих при нормальных условиях, рекомендуется применять масла с кинематиче­ской вязкостью при рабочей температуре v = 12мм²/с; для роликовых конических и сферических — v = 20мм²/с; для роликовых упорных — v = 30мм²/с. Масла с вязкостью менее 12мм²/с используют для высокоско­ростных малогабаритных подшипников, особенно когда требуются небольшие пус­ковые моменты.

Если частота вращения подшипника не превышает 10об/мин, то применяют масла более высокой вязкости. Это относится также к тяжел она груженным подшипникам и подшипникам, работающим при высокой температуре. При значительных потерях на трение скольжения следует применять мас­ла с противозадирными присадками.

Для крупных медленно вращающихся подшипников (бессепараторные, кониче­ские, сфероконические роликоподшипни­ки) следует применять высоковязкие масла. При D_pwn≤ 1000мм·об/мин кинематическая вязкость масла должна быть 300 … 500мм²/с (при 50°С), а в D_pwn = 1000 … 10000мм·об/мин кинематическая вязкость масла должна быть v = 150 … 300мм²/с.

Для высокоскоростных подшипников работающих в условиях низких температур необходимо применять масла низкой вязкости.

Срок службы масла определяется только продолжительностью его рабы в узле, но и естественным старением, особенно при попадании в него пыли. Браковочными признаками служат увеличенное кислотное число (более 5мг на 1кг масла), повышенное содержание воды (более 1%) и наличие механических примесей (более 0,5%).

Интервал смены масла зависит от условий работы подшипника, качества масла, мер по его сохранению, а также от его количества. Для подшипников, работающей в масляной ванне при температуре до +50ºС и достаточно защищенных от внешних загрязнений, масло можно заменять один раз в год. При тяжелых условиях работы и температуре +100°С масло необходимо заменять не реже чем один раз в три месяца.

Способ подачи жидкого смазочного материала зависит от конструкции всего механизма и размещения в нем подшипникового узла, расположения вала с подшипниками (горизонтальное, вертикальное), частоты вращения подшипников, назначения механизма, требований к надежности смазочной системы, межремонтного периода и других условий эксплуатации.

Наиболее распространенные в подшипниковых узлах системы подачи масла: масляная ванна; с помощью фитилей и разбрызгивания; с помощью винтовых канавок, конических насадок, дозирующих масленок, периодическим впрыскиванием масляным туманом; воздушно-масляная.

Масло к подшипникам может подаваться без циркуляции его в узле и с циркуляцией (замкнутой или проточной).

Для подшипников, работающих в умеренных частотах вращения и горизонтальном расположении вала, применяется наиболее простые способы смазывания разбрызгиванием и с помощью масляной ванны. В последнем случае масло заливают в корпус так, чтобы его уровень был несколько ниже центра нижнего шарика и ролика. Если при разбрызгивании на подшипник подается слишком много масла от зубчатых передач, можно использовать маслоотражательные устройства.

Узел с вертикальным расположением вала можно смазывать с помощью конической насадки, расположенной в масляной ванне и подающей масло к подшипнику под действием центробежных сил, а также с помощью выполненных на валу винтовых канавок.

Смазывание с помощью капельных дозирующих масленок применяют для подшип­никовых узлов как с горизонтальным, так и с вертикальным расположением вала. Как и при смазывании масляным туманом, этот способ обеспечивает удаление продуктов износа, а отработавшее масло повторно не используют.

В простейших случаях используют фи­тильное смазывание, обеспечивающее подачу масла в небольших дозированных количест­вах, причем фитиль выполняет роль надежного фильтра. Чаще фитиль располагают прилегающим к конусной шайбе на валу, распыляющей при своем вращении подсасы­ваемое масло. Фитильное смазывание при­меняют для подшипников малых и средних размеров. Оно обеспечивает циркуляцию смазочного материала и вымывание продук­тов износа, может быть использовано при вертикальном и горизонтальном положениях вала для подшипников, работающих при частотах вращения выше предельной.

Недостатками фитильного смазывания являются незначительная подача масла и малый отвод теплоты. Лучшими противоизносными качествами по сравнению с фити­лями из ниток обладают фитили из фетра.

При фитильном смазывании кинемати­ческая вязкость масла должна быть не более 55мм²/с.

В случае когда подшипник работает при высокой частоте вращения и значительных нагрузках, рекомендуют применять циркуляционное смазывание. При этом масло под давлением через форсунки подают в подшипник, затем его очищают, охлаждают и снова подают к подшипнику.

Смазывание масляным туманом, основанное на принципе пульверизации, в настоящее время находит самое широкое применение как для подшипниковых узлов, работающих при высокой частоте вращения (шлифовальные шпиндели и др.), так и для тяжелонагруженных узлов (подшипниковые опоры листопрокатных станов). Масляный туман образуют капельки масла диаметром 1 … 2мкм, распыленные в воздухе.

Преимущество смазывания масляным туманом заключается в минимальном рас­ходе масла при интенсивном воздушном охлаждении подшипника. Кроме того, из­быточное давление воздуха внутри под­шипникового узла предохраняет опору от попадания в нее загрязнений извне.

Масляно-воздушные смазочные системы имеют преимущества по сравнению со сма­зыванием масляным туманом: более круп­ные капельки масла лучше налипают на поверхность подшипника и остаются на его рабочих поверхностях, и только незначи­тельная часть масла с воздушным потоком попадает в окружающую среду. В масляно-воздущной смазочной системе масло пе­риодически импульсным насосом подают в установку для образования масляно-воздушной смеси, которую затем впрыски­вают в подшипник.

Для подшипников, работающих в усло­виях вакуума, коррозионных сред и высо­ких температур, а также при необходимости сохранения чистоты окружающей среды применяют твердые смазочные материалы. Возможно использование этих материалов в виде порошков, тонких покрытий или в виде самосмазывающегося конструкцион­ного материала для изготовления сепарато­ров. Смазочный материал может быть раз­мешен в специальных камерах и емкостях в самом подшипнике.

Наибольшее распространение в качестве твердых смазочных материалов имеют ди­сульфид молибдена, дисульфид вольфрама, графит, фторопласт, а также составленные на их основе композиции. Выпускают твер­дые смазочные материалы в виде порошков, паст, коллоидно-диспергированных или сус­пензированных в жидкостях и добавляемых в смазочные материалы или непосредствен­но наносимых на детали подшипников, в виде брикетов, применяемых для изготовле­ния сепараторов. Применяют также металлические покрытия из свинца, серебра, ни­келя, кобальта, индия, золота.

Недостатками твердых смазочных мате­риалов являются сравнительно высокие энергетические потери и повышенный из­нос. Одна из основных причин выхода из строя подшипников с твердыми смазочны­ми материалами — разрушение сепаратора, которое наступает вследствие попадания продуктов износа на дорожки качения ко­лец и износа перемычек. Как правило, подшипники с твердыми смазочными мате­риалами имеют значительные ограничения по частотам вращения и нагрузкам.