Смазка для подшипников: выбор и использование

Неправильное смазывание подшипника обнуляет качество его изготовления. Неважно, насколько высока точность изготовления и хороша закалка деталей: некорректный выбор смазки или масла, несвоевременное или недостаточное смазывание запускают процесс «самоуничтожения». Кратно снижается надежность подшипникового узла или происходит мгновенная поломка (заклинивание или разрушение).

Осмысленный подход к подбору смазочного материала и режимам смазки можно дополнительно увеличивает надежность узла. «Работает — не лезь» это вековая народная мудрость, но экономический эффект даже просто при переходе на более подходящий смазочный материал может быть значителен. В этой заметке лаконично расскажем о смазывании подшипников с точки зрения инженерной науки и практики.

Функции смазки

Смазывание преследует одну основную цель снижение потерь энергии на трение между деталями. Однако этот тезис можно расшить, взглянув на проблему с разных сторон, ведь трение — явление комплексное.

1. Смазочная пленка демпфирует удары, неизбежно возникающие между телами качения, кольцами и сепаратором. Также снижается шум при работе.

2. Смазочный материал способствует равномерному отводу и распределению тепла от деталей, тем самым предотвращая развитие высокой температуры внутри подшипника. А ведь перегрев приводит к изменению размеров деталей подшипников, как следствие — уменьшение зазоров, посадочных размеров и другие нежелательные явления.

3. Смазка защищает подшипник от коррозии и предотвращает попадание внутрь механизма загрязнений (которые значительно повышают трение и износ).

Важность смазывания была понятна с самого момента изобретения подшипника качения, так как без смазки типичный подшипник неработоспособен.

Подшипники смазывают маслами и пластичными (консистентными) смазками. Масла (минеральные и синтетические) это жидкие материалы. Консистентные смазки в свою очередь имеют вид мазей различной густоты. 

ПРАКТИКА. Не корректно говорить, что масла лучше смазок или наоборот, так как каждый вид материала применяется в строго определенных ситуациях, и на практике в множестве случаев они не взаимозаменяемы.

Смазочные масла для подшипников

Масла незаменимы в узлах, где нужен постоянный контроль за уровнем смазки и где внесение смазочного материала значительно затруднено конфигурацией оборудования. Достоинства и преимущества смазочных масел:

• Стабильность свойств при длительной работе.

• Способность работать при очень высоких скоростях, при этом потери энергии на перемешивание относительно невелики.

• Значительно меньшее, нежели у консистентных смазок, внутреннее трение (это важно для подшипников в точных приборах).

• Масло можно заставить циркулировать через фильтры, что значительно повысит срок его службы. Масло можно разбрызгивать, впрыскивать, создавать «масляный туман», применять в разнообразных системах автоматической смазки.

• Возможность быстрой полной замены материала в узле (масло легко слить).

Из последнего пункта следует и серьезный недостаток: масло может при работе вытечь из корпуса, а значит требуются сложные и дорогостоящие уплотнения. И это по сути основное ограничение, — инженеры зачастую отдают предпочтение именно пластичным смазкам, а не маслам, порой даже жертвуя ресурсом подшипника.

Основная характеристика масла — вязкость, она характеризует подвижность масла, и подбирается масло обычно по вязкости. Чем вязкость выше, тем сложнее «разорвать» масляную пленку, но и сопротивление движению деталей в более вязких маслах выше. 

ПРАКТИКА. Вязкость не постоянна: она меняется вместе с температурой масла, что создает затруднения в подборе материала для подшипников, работающих в большом диапазоне температур. Но у консистентных смазок этот фактор более существенный. Синтетические масла в наименьшей мере демонстрируют изменение вязкости в широком диапазоне температур (т.е. обладают более высоким индексом вязкости по сравнению с маслами минеральными).

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 12 мм²/с; для роликовых конических и сферических 20 мм²/с; для роликовых упорных - 30 мм²/с. Если подшипник вращается медленно, не более 10 оборотов в минуту, следует применять еще более вязкое масло. 

Масла с вязкостью менее 12 мм²/с используют для высокоско­ростных малогабаритных подшипников, особенно когда требуются небольшие пус­ковые моменты.

Консистентные смазки для подшипников

Смазка — это масло + загуститель. Загуститель создает своего рода каркас из переплетенных волокон, в ячейках которого удерживается масло. За водостойкость и работу при высоких температурах отвечает загуститель, за нижнюю границу температурного диапазона — тип базового масла.

Индустрия непрерывно создает новые составы и выкатывает на рынок новые торговые марки, так что уследить за всем ассортиментом сложно. Но в основном в качестве загустителя используется литиевое, кальциевое или натриевое мыло и их сочетания. 

Кальциевые смазки, хорошо известные всем, это разнообразные солидолы. Солидолы не применяют при температурах выше 60-70 градусов. При этом они достаточно водоупорны.

Смазки на основе лития тоже знакомы всем инженерам, это сверхпопулярный литол. Литиевые смазки работают в широком диапазоне температур (и не застывают в холод), водоупорны, воспринимают высокие нагрузки. 

ПРАКТИКА. Литол это «золотой стандарт» в индустрии, и зачастую очень дорогой тюбик смазки именитого бренда это просто красиво упакованный литол, который сам по себе весьма и весьма недорог.

Натриевые смазки постепенно уходят из практики: они хорошо работают при высоких температурах, но абсолютно непригодны для влажной среды.

Преимущества консистентных смазок:

• Ключевое достоинство смазок: они не вытекают из узла, не требуют сложной системы уплотнений.

• Пластичные смазки хорошо заполняют зазоры между вращающимися и неподвижными деталями уплотнений, дополнительно герметизируя их.

• И как следствие, сама техника применения пластичных смазок проще и технологичнее, чем масел.

Но в густой смазке оседают продукты износа, которые (как в случае с маслами) фильтрацией не отделить. На практике этим недостатком действительно пренебрегают, так как преимущества пластичных смазок значительно перевешивают.

Выбор смазочного материала для подшипников

Существует несколько основных принципов.

1. Чем выше скорость, тем ниже требуется вязкость масла или консистентность смазки. Для тихоходных подшипников применяются более густые и вязкие материалы.

2. При работе на низких температурах следует учитывать температуру застывания. Лучше, если температура застывания смазочного материала будет ниже температуры эксплуатации на 15-20 градусов. Для высоких температур выбирают более вязкие масла и более консистентные смазки. Для температур выше 80 градусов используют подшипниковые масла с самой высокой вязкостью.

3. Устойчивость масляной пленки тем выше, чем выше вязкость масла и консистентность смазки, соответственно для высоких нагрузок берем «погуще».

4. Ну и наконец следует учитывать условия эксплуатации: подбирайте состав исходя из влажности, запыленности, насыщенности атмосферы паром и вредными газами. При работе в «грязных» условиях лучше себя показывают именно консистентные смазки.

Сколько нужно смазки в подшипнике?

Для нормальной работы подшипника избыточное количество смазочного материала в узле вредит, так как часть энергии будет тратиться на перемешивание лишнего объема. В общем случае подшипник, оснащенный защитными и уплотнительными шайбами, заполняется на ⅓ -½ свободного объема. В подшипниках открытого типа смазкой заполняется весь свободный объем, но при этом должна быть предусмотрена полость в узле, куда будет выбрасываться лишняя смазка (обычно 20-30% от всего объема смазки).

В справочной литературе указывается, что полностью заполняются подшипники качения, работающие в режиме колебательного движения, и подшипники скольжения.

ПРАКТИКА. Подшипники с шайбами у ответственных производителей всегда идут предварительно заполненными качественной смазкой в нужном количестве.

Срок службы смазки в подшипнике

Вне лаборатории провести анализ отработанного смазочного материала весьма затруднительно. Браковочными признаками являются содержание в 1 грамме смазки воды больше 1% и механических примесей более 0,5%. 

Инженеры практикуют разные подходы: кто-то меняет смазку «по ощущениям», иные — по рекомендации производителя оборудования (например, каждые 1000 моточасов), производители смазки тоже могут указывать свои требования в документации.

Следует помнить, что в подшипниках с уплотнительными шайбами смазка, заложенная на заводе, рассчитана на весь срок службы подшипника. А вот что первое выйдет из строя: откажет подшипник или потеряет герметичность уплотнение, — этого никто не скажет наверняка. Если же уплотнения условно «вечные», то высококачественные сорта смазок, например Литол-24, обеспечивают правильную работу подшипника до появления усталостных разрушений. 

В подшипники без уплотнения смазка может добавляться по мере необходимости, но возможна и полная замена материала. 

И если в нормальных условиях работы небольшие подшипники можно радовать свежей смазкой раз в 6-12 месяцев, то крупногабаритные подшипники, да еще и в условиях большой запыленности, могут требовать свежей смазки и раз в неделю, и раз в сутки. 

Конечно, основной критерий для определения момента замены или добавления смазки — эмпирический опыт на конкретном оборудовании на данном предприятии. Но табличными данными пренебрегать тоже не стоит: в учебниках (например, Р.Д. Бейзельман, Л.Я. Перель «Подшипники качения») есть рекомендации по сервисному интервалу в зависимости от типа смазки, диаметра и устройства подшипника и его частоты вращения. Эту информацию можно использовать для ориентира.

ПРАКТИКА. Оценить влияние высоких температур на жизнь пластичной смазки можно так: интервал пополнения сокращается при превышении порогового значения температуры в 70 градусов: вдвое на каждые 15 градусов превышения. 

Также в справочниках можно найти формулу для объема рекомендуемой порции «на добавку»: Q= 0,005 D*B (Q — количество добавляемой смазки в граммах, D — наружный диаметр подшипника качения в мм, B — ширина подшипника в мм). 

Можно ли смешивать разные масла и смазки?

В технической литературе нет единого мнения, хотя компромисс звучит так: если получается не смешивать, то не смешивайте. Солидолы разных сортов допускают смешивание, однако в продаже такое невероятное количество разной продукции, что никто не поручится за полную совместимость: все сочетания просто невозможно полноценно проверить на практике.

ПРАКТИКА. Экономический эффект от смешивания сомнителен, лучше провести полную замену смазочного материала при переходе на новый тип. Разумеется, если ситуация того требует, и это вопрос «жизни и смерти», никто не упрекнет вас в доливе масла другой вязкости для предотвращения аварии. 

По итогу: смешивать смазки и масла разных типов категорически не рекомендуется. Смесь литиевых и кальциевых смазок, к примеру, не пригодна для работы. Полностью допустимо смешивание однотипных материалов разных производителей.

Заключение

Выбирая смазочный материал из ассортимента производителя, ориентируйтесь на температурный диапазон и частоту вращения подшипника, соответственно подбирая вязкость (консистентность) под условия работы. Под разными торговыми марками выпускаются «фирменные рецептуры», но проверенный Литол-24 работает превосходно в большинстве ситуаций. Если видите на подшипнике обозначение С17, это значит, что именно литолом он и наполнен.