OLEJ + ZAGĘSZCZACZ = SMAR Mineralny, Syntetyczny, Roślinny

Transkrypt

1 Smary Początki Historia: Według zapisów historycznych pierwsze smaropodobne substancje- oleje i wodę stosowano do redukcji tarcia juŝ 2400 lat p.n.e. Na wyrytej płaskorzeźbie na ściana grobowca faraona w Egipcie datowanej na 2400 p.n.e. moŝna zobaczyć postać człowieka lejącego substancję smarną-redukującą tarcie do przesuwania bloków kamiennych i posągów. Rydwany z innego grobowca faraona egipskiego sprzed około 1400 p.n.e miały smarowane piasty substancją smaropodobną na bazie tłuszczu zwierzęcego. Są dowody równieŝ, Ŝe w tych czasach stosowano pierwszy naturalny asfalt, ale większość olejów smarnych i substancji smarujących była pochodzenia roślinnego i zwierzęcego oraz dodatków mineralnych (wapieni). Historia smarów opartych na technologii zagęszczacza: 1845 Wynaleziono w USA smar wapniowy na bazie oleju mineralnego, tłuszczu zwierzęcego W Wielkiej Brytani wynaleziono smar sodowy na bazie łoju wołowego i sodu W Japoni zaczęto produkcję smarów wapniowych Wynaleziono smar litowy, który szybko stał się uniwersalnym smarem stosowanym na całym świecie W USA wynaleziono pierwszy smar mocznikowy Stworzono smar kompleksowo-glinowy do zastosowań wysokotemperaturowych W Japonii zaczęto produkcję smarów mocznikowych nowej generacji. Co to jest smar: Smar jest produktem o konsystencji od płynnej do stałej otrzymywanym poprzez dyspersję zagęszczacza (substancji Ŝelującej) w oleju bazowym tworząc jednolity chemicznie preparat (usieciowanie trójwymiarowe system koloidalny). Aby udoskonalić niektóre właściwości smarów, w ich skład mogą równieŝ wchodzić inne składniki dodatki uszlachetniające. Mikroskopowy obraz smaru przypomina gąbkę nasyconą cieczą. Gąbkę stanowi zagęszczacz, a ciecz stanowi olej bazowy. OLEJ + ZAGĘSZCZACZ = SMAR Mineralny, Syntetyczny, Roślinny Mocznik aromatyczny (organiczny) Mydła alkaliczne (metaloorganiczne) Krzem, krzemian glinu (nieorganiczny) Smar płynny:: Smar półstały: Smar stały: olej smarujący smar plastyczny Grafit, MoS2, azotek boru, PTFE, itp. Nie naleŝy mylić smarów plastycznych z pastami smarowymi, które są tworzone poprzez mechaniczne rozpuszczenie dodatków i smarów stałych w oleju bazowym, bez tworzenia chemicznie jednorodnego układu trójwymiarowego. Typy olejów bazowych smarów: Do produkcji smarów najczęściej stosowane są oleje bazowe, które są podstawowym składnikiem i stanowią około 70-95% zawartości smarów. WyróŜniamy: oleje mineralne, oleje syntetyczne węglowodorowe PAO, oleje poliglikolowe PAG, syntetyczne estry, oleje silikonowe, tłuszcze roślinne i zwierzęce, etery polifenolowe, chlorofluorowęglowodory i inne. Właściwości smarowe: Porównanie cech i właściwości olejów bazowych smarów: Rodzaj oleju: Mineralny Diester poliolester Synt. PAO Poligliokolo fenyloeter wy owy silikonowy perfluorowy Smarowalność: C B B C D C E B Wysokie temperatury: E D C C C B A A Zakres temperatur: Stabilność, Utlenianie: E D C C D B A A Niskie temperatury: D A B B C C A A Kompatybilność z gumami: D E E B A C A A Kompatybilność z plastikami: D E E B E B A A Uwagi: Dobra Najlepsza kompatybiln Dobra Doskonała Słabe odporność Słaba Słaba ość z kompatybilnoś Niski koszt odporność smarowani chemiczna i kompatybi kompatyb gumami z ć z gumami początkow na e na styku termiczna. lność z ilność z wyjątkiem włącznie z y zakupu promieniow metal / Wysoki koszt gumami gumami EPDM i EPDM i gumą anie metal początkowy gumy naturalną zakupu. naturalnej (A): Doskonałe, (B): Bardzo dobre, (C): Dobre, (D): Dostateczne, (E): Słabe Strona 1 z 13

2 Oleje mineralne na bazie ropy naftowej stanowią bazę dla większości tanich smarów serwisowych. Oleje syntetyczne PAO stosowane gdy konwencjonalne smary mineralne zawodzą. Dobre właściwości w niskich i wysokich temperaturach, niski moment obrotowy i współczynnik tarcia, dłuŝsza Ŝywotność. Dobra kompatybilność plastik/guma z wyjątkiem EPDM. Oleje estrowe gwarantują doskonałą smarowalność. Bardzo szeroki zakres temperatur od bardzo niskich doba rdzo wysokich. Mogą reagować z gumami. Oleje poliglikolowe są polecane do aplikacji w kontakcie z gumami ze względu dobrą kompatybilność. Są higroskopijne, więc absorbują wodę. Oleje fenyloeterowe są polecane szczególnie do komponentów elektrycznych i samochodowych ze względu stabilność termiczną, oksydacyjną i odporność na promieniowanie. Oleje silikonowe posiadają doskonałą stabilność termiczną i oksydacyjną w bardzo szerokim zakresie temperatur. Słabe właściwości smarne metal/metal. Oleje perfluorowe gwarantuję najlepszą spośród wszystkich olejów stabilność termiczną, odporność chemiczną i oksydacyjną, ale są najdroŝsze. Optymalne dla sektora chemicznego, do wysokich temperatur, itp. Nie wszystkie oleje bazowe są wzajemnie mieszalne, m.in. z tego powodu równieŝ smary na bazie tych olejów nie są kompatybilne ze sobą. Typ oleju: Mineralny Kompatybilność mieszalność olejów bazowych smarów: Syntetyczny węglowodorowy PAO Estrowy Poliglikolowy PAG Metylo- Silikonowy Polifenyloeterowy Perfluorowy Fenylosilikonowy Mineralny Syntetyczny węglowodorowy PAO Estrowy Poliglikolowy PAG Metylo- Silikonowy Fenylosilikonowy Polifenyloeterowy Perfluorowy (+): Dobra, (0): Dopuszczalna, (-): Słaba Rodzaj oleju: NBR HNBR Kompatybilność olejów bazowych smarów z elastomerami: FKM FPM EPDM ACM AU CR NR SBR Mineralny Synt. Polialfaolefinowe PAO Estrowy Poliglikolowy PAG Sillikonowy Perfluorowy (+): Dobra, (0): Dopuszczalna, (-): Słaba MFQ MPQ MVFQ Kompatybilność olejów bazowych smarów z tworzywami sztucznymi: Rodzaj oleju: POM PA PE PC ABS PTFE PFT PBT PP PUR PVC Mineralny Biały Synt. Polialfaolefinowe PAO Estrowy Poliglikolowy PAG Sillikonowy Perfluorowy (+): Dobra, (0): Dopuszczalna, (-): Słaba Strona 2 z 13

3 Dodatki stosowane w smarach: Dodatki ulepszające smary są przedmiotem badań, które określają lepsze właściwości eksploatacyjne smarów jak i skutki uboczne wynikające z ich reakcji z innymi dodatkami i zanieczyszczeniami. Nie są stosowane przez producentów w duŝych ilościach, poniewaŝ ich degradacja pod wpływem obciąŝeń doprowadza często do ogólnego starzenia i w efekcie skrócenia Ŝywotności smaru. Wśród tych dodatków moŝemy wyróŝnić: dodatki anty-korozyjne: (neutralizujące kwasy) dodatki przeciw-zuŝyciowe: (tworzą trwałą warstwę smarną na powierzchniach metalowych) dodatki wysokociśnieniowe EP: (tworzą nowe wiązania poprzez reakcję z powierzchniami metalicznymi) dodatki przeciw-utleniające: (zmniejszają ilość kwasów poprzez absorpcję tlenu w oleju) Inhibitory korozji: (tworzą warstwę ochronną na powierzchniach metalicznych) dodatki polepszające wskaźnik lepkości oleju dodatki adhezyjne polepszające przyczepność smaru. Dodatki w postaci smarów stałych: (grafit, dwusiarczek molibdenu MoS2, politetrafluoroetylen PTFE, tetra-azotku boru, itp.). Dodatki te separują stykające się powierzchnie, zmniejszają współczynnik tarcia, zwiększają odporność na obciąŝenia, itp. Zagęszczacz smaru: Zagęszczacz pełni rolę tworzenia struktury sieciowej (gąbki), która wiąŝe fazę ciekłą i dodatki w jednolitą strukturę. Nadaje on smarom własności amortyzujące, utrzymuje smar w punkcie smarowym i zabezpiecza przez penetracją ciał obcych. W smarach plastycznych najczęściej stosowanym zagęszczaczem są mydła. Najczęściej są one wytwarzane z kwasów tłuszczowych i zasad, np.: Kwas tłuszczowy + wodorotlenek / tlenek metalu = mydło + woda R-COOH + MeOH => R-COO-Me + H 20 Spośród zagęszczaczy wyróŝnia się mydła proste, hydroksylowe i kompleksowe. Mydła proste są to sole kwasów organicznych, Ŝywicznych i naftenowych. Mydła hydroksylowe są to sole kwasów organicznych, zawierających w cząsteczce grupę hydroksylową (-OH). Mydła kompleksowe mają bardzo złoŝoną (kompleksową) strukturę cząsteczki zagęszczacza - Zawierają mydła co najmniej dwóch kwasów o róŝnej długości łańcucha: małocząsteczkowego np.:octowego i wielkocząsteczkowego np.: stearynowego. Stosowane są równieŝ zagęszczające Ŝele nieorganiczne np.: glinki bentonitowe, krzemionki, oraz stałe węglowodory np.: parafiny, woski, itp. Klasyfikacja smarów plastycznych ze względu na rodzaj zagęszczacza: Ze względu na rodzaj zagęszczacza wyróŝniamy następujące smary: 1) Smary mydlane, z mydłami prostymi i kompleksowymi: (litowe, kompleksowe litowe, wapniowe, kompleksowe wapniowe, glinowe, kompleksowe glinowe, na bazie kompleksu sulfonianu wapnia, sodowe, kompleksowe sodowe) 2) Smary z mydłem mieszanym: (Li-Ca, Ca-Li kompleks, Polimocznikowe/wapniowe, kompleksowo glinowe/bentonitowe) 3) Smary węglowodorowe: (wazelina) 4) Smary z zagęszczaczem nieorganicznym (nietopliwe): (bentonitowe, krzemionkowe) 5) Smary z zagęszczaczem polimerowym organicznym: (polimocznikowe) Smary polimocznikowe często określa się jako smary bez mydła (niemetaliczne) i ze względu na brak metali w zagęszczaczu wykazują znaczenie lepsze właściwości smarne, chemoodporność i dłuŝszą Ŝywotność w wysokich temperaturach i w obecności wody. Szczególnym rodzajem smarów niemetalicznych są smary fluorowe (teflonowe), PFPE na bazie oleju perfluoropolieterowego z zagęszczaczem teflonowym, które ze względu na proces tworzenia i skład moŝna zaliczyć do past. Są one jednak szeroko stosowane jako smary łoŝyskowe do bardzo wysokich temperatur i pracy w agresywnym chemicznie środowisku. Ze względu na najwyŝszą chemoodporność i stabilność termiczną nawet do 300 C i kompatybilność z tworzywami i elastomerami są one najbardziej zaawansowanymi smarami często wybieranymi przez producentów na pierwszy montaŝ lub jako smar doŝywotni. Zdjęcia struktury włóknistej zagęszczaczy smarów z mikroskopu elektronowego. (smary Kyodo Yushi): Mydło wapniowe (stearynian) Mydło sodowe (stearynian) Strona 3 z 13

4 Mydło litowe (stearynian) Mydła litowe (hydroksystearynian) Di-mocznik alifatyczny PTFE Właściwości smarów ze względu na rodzaj zagęszczacza Zagęszczacz mydlany Zagęszczacz bez mydła Właściwości smarów ze względu na rodzaj zagęszczacza (smary Kyodo Yushi): Typ zagęszczacza Mocznik Organiczny Nieorganiczny Mydło metaliczne Mydła złoŝone (komplekso we) Di-mocznik Maks.temp. pracy ( C) Odporność na wodę: Stabilność i obciąŝalność Uwagi: Wapniowe Zawiera 1% wody jako (stearynian) strukturalny stabilizator Wapniowe (Hydroksysteary Nie zawiera wody nian) Glinowe Doskonała przyczepność Sodowe Emulguje z wodą Litowe Smar uniwersalny, mało (stearynian) ujemnych cech Litowe Smar uniwersalny, mało (Hydroksysteary ujemnych cech nian) Kompleks Twardnieje z czasem i pod wapnia wpływem wysokich temperatur Odpycha wodę, dobra Kompleks glinu pompowalność Smar litowy z lepszą Kompleka litu odpornością termiczną Aromatyczny Najbardziej stabilny mocznik di-mocznik do aplikacji zamkniętych Alifatyczny di-mocznik Alicykliczny di-mocznik Wielozadaniowy, ulega zmięknieniu pod wpływem obciąŝenia, optymalny do układów centralnych Wielozadaniowy, ale niektóre mają tendencją do twardnienia pod wpływem obciąŝeń Tri-mocznik Twardnieje w temperaturze Tendencja do pocenia pod obciąŝeniem. Brak Tetra-mocznik (polimocznik) powtarzalności produkcjiniestabilny proces produkcji. Tendencja do separacji oleju bazowego. Podatny na Teraftalamian sodowy utlenianie ze względu na grupę metalową Najwydajniejszy, ale PTFE kosztowny. Zwęgla się w wysokich Bentonit temperaturach w dłuŝszym okresie Podatny na rdzewienie w Ŝel krzemionkowy obecności wilgoci (+++): Doskonałe; (++):Bardzo dobre; (+): Dobre; (0): Dostateczne; (-): Słabe Strona 4 z 13

5 Zagęszczacz Zakres temp.pracy ( C) Olej min. Wpływ zagęszczacza na właściwości smarów TOTEN: Olej synt. Punkt kroplenia ( C) DIN ISO 2176 Odporność na wodę ObciąŜalność Zastosowanie: Przekładnie, armatura (gaz Glin B C koksowniczy) Kompleks glinu >230 B B ŁoŜyska toczne, styki Uszczelnienia labiryntowe w kontakcie Wapń <100 A B z wodą ŁoŜyska toczne, uszczelnienia (wysokie Kompleks wapnia >245 A A obroty, smar dołańcuchów Lit <200 B C ŁoŜyska toczne, styki Kompleks litu /300 B B ŁoŜyska toczne, sprzęgła Sód <170 D C przekładnie Kompleks sodowy >220 C C ŁoŜyska toczne (wibracja, trybokorozja) Armatura (na bazie silikonu, do próŝni Bentonit bez B C wysokiej),przekładnie, styki ŁoŜyska toczne, uszczelnienia, Kompleks barowy >220 A A wrzeciona, armatura, łoŝyska ślizgowe praca w obecności chemii i wody. Polimocznik >250 A B ŁoŜyska toczne (smarowanie długoterminowe lub doŝywotnie łoŝysk 2Z lub 2RS) PTFE (politetrafluoroetylen) bez A A (A):Bardzo dobra; (B) Dobra; (C):Dostateczne; (D): Niedostateczna ŁoŜyska toczne, armatura, praca w obecności agresywnej chemii, kompatybilny z gumami i tworzywami Kompatybilność mieszalność zagęszczaczy smarów: W przypadku zmiany smaru na inny bardzo waŝną rzeczą jest mieszalność zagęszczaczy smarów, która wpływa na właściwości i deklarowaną charakterystykę pracy smarów. Słaba mieszalność oznacza, Ŝe rezultat po zmieszaniu będzie zupełnie inny, niŝ oczekiwany odnośnie właściwości i charakterystyki smarów. W takim przypadku zaleca się wypchanie smaru starego i dodatkowo dosmarować węzeł łoŝyskowy nowym smarem, aby uzupełnić wszelkie braki nowym smarem. W przypadku mieszania smarów trzeba wziąć pod uwagę zarówno kompatybilność olejów bazowych, jak i zagęszczaczy. NaleŜy ponadto pamiętać, Ŝe niektóre dodatki mogą wpływać na stabilność struktury zagęszczacza. Zagęszczacz: Li prosty Li hydroks. Kompatybilność mieszalność zagęszczaczy smarów: Li kompl Li/Ca hydroks Ca prosty Ca hydroks Ca kompl Al kompl. Li prosty Li hydroks Li kompleks Li/Ca hydroks Ca prosty Ca hydroks Ca kompleks Al kompleks Ba kompleks Na kompleks Polimocznik Bentonit (+): Dobra, (0): Dopuszczalna, (-): Słaba Ba komp. Na kompl Pu Be Mieszalność kompatybilność smarów TOTEN: Mydła proste Mydła złoŝone Inne, niemetaliczne Zagęszczac z: Al Ca Li Na Al Ba Ca Li Na Be Pu AL Ca Li Na Al komp Ba komp Ca komp Li komp Na komp Be Pu (+): Dobra, (0): Dopuszczalna, (-): Słaba Strona 5 z 13

6 Mieszalność kompatybilność smarów Kyodo Yushi: ` Mydło wapniowe Mydło glinowe Mydło litowe Mocznikowy Mydło wapniowe: Mydło glinowe: Mydło litowe: Mocznikowy: (+): Dobra, (0): Dopuszczalna, (-): Słaba Klasyfikacja smarów wg klasy konsystencji NLGI: Konsystencja jest miarą sztywności/twardości smaru określaną poprzez stopień penetracji smaru. Konsystencja jest stopniowana zgodnie ze skalą opracowaną przez NLGI (National Lubricating Grease Institute). Opiera się ona na stopniu wniknięcia standardowego stoŝka w smar w temperaturze 25 C w czasie 5 sekund. Głębokość zagłębienia jest mierzona w skali 10-1 mm i im smar jest bardziej miękki tym stoŝek wnika głębiej w smar i niŝszy jest numer klasy konsystencji. Klasa konsystencji wg NLGI: Klasyfikacja smarów według klasy konsystencji NLGI: Penetracja (10-1 mm) zgodnie z ASTM D 217 Wygląd w temperaturze otoczenia Zastosowanie: Bardzo płynny Najczęściej do smarowania rzekładni Płynny lub w centralnym układzie Półpłynny smarowania Bardzo miękki Miękki Średnio twardy Twardy Bardzo twardy Najbardziej twardy Smarowanie łoŝysk tocznych i ślizgowych Smar uszczelniający do uszczelnień labiryntowych i armatury Podstawowe metody oceny jakości smarów plastycznych: Stabilność mechaniczna: PrzedłuŜona penetracja (odporność na ścinanie). Próbka smaru jest umieszczana w pojemniku i przy uŝyciu automatycznego urządzenia poddawana nacisków. Pod koniec testu jest mierzony stopień penetracji smaru. RóŜnica między penetracją zmierzoną po 60 naciskach i po nacisków jest podawana jako zmiana w 10-1 mm. Stabilność mechaniczna: Odporność na przepracowanie. Konsystencja smaru do łoŝysk tocznych nie powinna się zmieniać lub tylko zmieniać się nieznacznie podczas pracy łoŝyska. Zmiana w strukturze smaru (wielkość zmiękczenia lub stwardnienia) moŝe być oceniona w następujący sposób. Cylindryczny zbiornik napełnia się określoną ilością smaru. Wewnątrz zbiornika jest umieszczana rolka i cały zestaw obraca się przez 2 godziny w temperaturze otoczenia zgodnie z normą ASTM D SKF zmodyfikował standardową procedurę badania, aby odzwierciedlić warunki pracy smaru. Przeprowadzane testy trwają 72 lub 100 godzin w temperaturze 80 lub 100 C. Pod koniec trwania testu pojemnik ochładza s ię do temperatury otoczenia i mierzy stopień penetracji smaru. RóŜnica między pierwotną penetracją i zmierzoną jest podawana jako zmiana penetracji w 10-1 mm. Lepkość oleju bazowego. Olej bazowy jest to olej będący składnikiem smaru, i faktyczny środek smarujący podczas pracy. Lepkość jest miarą zdolności przepływu cieczy i jest zwykle wyraŝana jako czas potrzebny aby standardowa ilość cieczy, w danej temperaturze, przepłynęła przez standardowy otwór. PoniewaŜ lepkość spada ze wzrostem temperatury, temperatura pomiaru jest zawsze stała. Lepkość oleju bazowego jest zawsze mierzona jako lepkość kinematyczna i wyraŝana w cst, w temperaturze 40 C, a często takŝe 100 C. Punkt kroplenia. Punkt kroplenia oznacza temperaturę, przy której podgrzewana próbka smaru zacznie wypływać przez otwór wyjściowy i jest mierzona zgodnie z normą DIN ISO Punkt kroplenia nie oznacza dopuszczalnej temperatury pracy smaru. Punkt topienia. Punkt topienia oznacza temperaturę, w której smar przechodzi ze stanu stałego w ciekły. Zwykle odbywa się to w wyŝszej temperaturze niŝ punkt kroplenia. Oddzielanie oleju / Separacja oleju. Olej moŝe wydzielać się ze smaru, gdy smar jest długo przechowywany lub na skutek działania temperatury. Stopień oddzielania oleju zaleŝy od rodzaju zagęszczacza, oleju bazowego i metody produkcji. Pojemnik jest napełniany określoną ilością smaru (pomiar przed testem) i obciąŝnik o masie 100 g jest umieszczany na próbce. Cały zestaw jest wkładany do pieca o temperaturze 40 C na okres jednego tygodnia. Pod koniec tygodnia ilość oleju, która przeszła przez sito jest waŝona i podawana jako utrata wagi w %. Ilość oddzielonego oleju jest mierzona zgodnie z normą DIN Odporność na działanie wody. Odporność smaru na działanie wody jest mierzona zgodnie z normą DIN część 1 (test statyczny). Szklany pasek jest otaczany badanym smarem i umieszczany w wypełnionej wodą probówce. Probówka jest zanurzana w kąpieli wodnej na trzy godziny w określonej temperaturze. Zmiana w smarze jest oceniana wizualnie i określana jako wielkość między 0 (bez zmian) i 3 (duŝe zmiany) w temperaturze badania. Ochrona przed korozją. Smary powinny chronić powierzchnie metalowe przed korozją podczas pracy. Własności przeciwkorozyjne smarów do łoŝysk tocznych są oceniane za pomocą metody SKF-Emcor, opisanej w normie DIN W tej metodzie badawczej w łoŝysku znajduje się mieszanina smaru i wody destylowanej. Cykl pracy łoŝyska zmienia się podczas testu od zatrzymania do prędkości obrotowej 80 obr/min. Pod koniec badania stopień korozji jest oceniany według skali między 0 (brak korozji) i 5 (bardzo duŝa korozja). W ostrzejszej metodzie zamiast wody destylowanej uŝywa się wody z solą, pozostałe czynności są bez zmian. MoŜe być przeprowadzony dodatkowy test polegający na ciągłym przepływie wody przez węzeł łoŝyskowy. Ta metoda badawcza nosi nazwę testu wymywania za pomocą wody destylowanej. Sposób oceny jest identyczny jak w metodzie standardowej. JednakŜe ta metoda nakłada na smar większe wymagania na własności przeciwkorozyjne. Długość Ŝycia smaru w łoŝyskach tocznych. Urządzenie testowe SKF ROF określa długość Ŝycia i maksymalną temperaturę pracy smaru. ŁoŜyska kulkowe są umieszczane w pięciu oprawach i napełniane określoną ilością smaru. Test jest przeprowadzany przy Strona 6 z 13

7 określonej prędkości łoŝyska i w określonej temperaturze. Podczas pracy jest przyłoŝona zarówno siła promieniowa jak i osiowa. ŁoŜysko pracuje aŝ do uszkodzenia. Czas pracy do momentu uszkodzenia jest liczony w godzinach i obliczana jest długość Ŝycia smaru (metoda Weibulla). Ta informacja moŝe być potem uŝywana do określania okresów dosmarowywania w danym zastosowaniu. Stabilność mechaniczna: PrzedłuŜona penetracja (odporność na ścinanie) Próbka smaru jest umieszczana w pojemniku i przy uŝyciu automatycznego urządzenia poddawana nacisków. Pod koniec testu jest mierzony stopień penetracji smaru. RóŜnica między penetracją zmierzoną po 60 naciskach i po nacisków jest podawana jako zmiana w 10-1 mm. Stabilność mechaniczna: Odporność na przepracowanie. Konsystencja smaru do łoŝysk tocznych nie powinna się zmieniać lub tylko zmieniać się nieznacznie podczas pracy łoŝyska. Zmiana w strukturze smaru (wielkość zmiękczenia lub stwardnienia) moŝe być oceniona w następujący sposób. Cylindryczny zbiornik napełnia się określoną ilością smaru. Wewnątrz zbiornika jest umieszczana rolka i cały zestaw obraca się przez 2 godziny w temperaturze otoczenia zgodnie z normą ASTM D SKF zmodyfikował standardową procedurę badania, aby odzwierciedlić warunki pracy smaru. Przeprowadzane testy trwają 72 lub 100 godzin w temperaturze 80 lub 100 C. Pod koniec trwania testu pojemnik ochładza s ię do temperatury otoczenia i mierzy stopień penetracji smaru. RóŜnica między pierwotną penetracją i zmierzoną jest podawana jako zmiana penetracji w 10-1 mm. Moment rozruchowy w ujemnej temperaturze. W tym teście małe łoŝysko kulkowe załadowane badanym smarem jest zamontowane na urządzeniu pozwalającym mierzyć moment rozruchowy w komorze klimatycznej. Po 2 godzinach w określonej niskiej temperaturze mierzy się moment rozruchowy, a następnie powtarza się pomiar po 1 godzinie. RóŜnica tych pomiarów jest miarą przydatności smaru do zastosowań w ujemnej temperaturze. Aparat 4-kulowy właściwości przeciwzuŝyciowe. W tym teście 3 stalowe kulki umieszczone w naczyniu zawierające smar, który ma zostać poddany próbie, są unieruchamiane i dociskane ze zmienną siłą czwartą kulką, umieszczoną w uchwycie zamontowanym na wałku silnika elektrycznego. Określa się cięŝar przy zespawaniu kulek i średnicę skazy. Im mniejsza średnica skazy zatarcia i mniejszy współczynnik tarcia, tym lepsze właściwości przeciwzuŝciowe smaru. Współczynnik obrotowy DN jest wyznaczany jako iloczyn średniej średnicy łoŝyska (dm)=(d+d)/2 w milimetrach i maksymalnych obrotów (n) [min -1 ] wg wzoru: DN=n dm. Wyznacza się go przy doborze smaru do łoŝysk tocznych. Dodatkowo bierzemy pod uwagę typ łoŝyska, sposób smarowania oraz warunki pracy. Maszyna Timkena. W teście pierścień stalowy obraca się wokół poziomo ustawionego wałka trąc o opierający się na nim stalowy blok. Nacisk bloku jest określony i moŝe być zmienny. Badany smar jest natryskiwany w miejscu styku. Testy są przeprowadzane przy stałej prędkości i rosnącym obciąŝeniu. Określa się obciąŝenia przy zatarciu i ubetek mas smarowanych elementów. Odporność na zjawisko efekt Brinella (FEB). Zjawisko Brinella polega na powstawaniu na bieŝniach łoŝysk kulkowych odcisków, spowodowanych naciskiem nieruchomych kulek. (np.: łoŝyska kół samochodowych, elektrowni wiatrowych). W specjalnym aparacie dwa nasmarowane łoŝyska kulkowe SA poddawane obciąŝeniu 800daN przy oscylacji 30 i częstotliwości 24 Hz). Po 50 godzinach zuŝycie w wyniku efektu Brinella określa się wagowo. Standard Badanie: Porównanie międzynarodowych metod badań smarów: ISO DIN IP ASTM JIS NF Preferowana metoda Kyodo Yushi: Penetracja wypracowana D 217 K T JIS K cykli WydłuŜona penetracja D 217 K T JIS K cykli Roll Stability D 1831 ASTM D 1831 Punkt kroplenia -automat ISO blok 6299 D 2265¹ -kąpiel ¹ D 566¹ K T JIS K Separacja oleju -waŝona -waŝona ¹ FTMS 791C ciśnieniowa D 1742 Lepkość oleju bazowego: D 445 K-2283 T JIS K-2283 Odporność na działanie wody: -Statyczne 51807/1 DIN 51807/1 -Wymywanie /2 215 D 1264 K JIS K Korozja płytki miedzi: D 130 K M JIS K Aparat 4-kulowy: -zespawanie / D ASTM D średnica odcisku 51350/ D ASTM D 2266 Emcor-test IP220 / ISO T antykorozyjności: Anti-brinelling: D 4170 ASTM D 4170 Granica niskich temperatur: D 1478 K JIS K Uwaga: Wszystkie metody są równowaŝne o ile nie wskazano inaczej. 1 Metoda porównywalna, wyniki mogą nie być równowaŝne, więc naleŝy potwierdzić referencje sprzętu i nr serii przed końcowym wynikiem. 2 Testy w aparacie 4-kulowym nie są równowaŝne i nie powinno się ich porównywać, róŝnica polega róŝnej prędkości obrotowej urządzenia. Strona 7 z 13

8 Zastosowanie smarów plastycznych: Smary plastyczne są stosowane w przypadkach, gdy zastosowanie olejów jest nieuzasadnione względami technicznymi lub ekonomicznymi. Smary są stosowane m.in. do: łoŝysk tocznych, łoŝysk ślizgowych, łoŝysk liniowych, śrub kulkowych, wrzecion, połączeń wał/piasta, sworzni, przegubów, przegubów homokinetycznych, prowadnic, armatury, uszczelnień, spręŝyn, przekładni, gwintów, śrub, łańcuchów, lin, wyłączników, połączeń metal/plastik, plastik/guma, metal/guma, itp. Smary odgrywają duŝą rolę w wielu częściach maszyn i zespołach konstrukcyjnych maszyn, przy czym są im stawiane róŝne wymogi, do których zaliczamy m.in.: kompatybilność z uszczelnieniami i materiałami smarowanymi, obciąŝalność (wibracje, udarność, naciski), redukcja tarcia, stabilność termiczna, odporność chemiczna na media, ochrona przed korozją, odporność na utlenianie, przyczepność i odporność na działanie wody, moŝliwość pracy w próŝni, przewodność elektryczna lub termiczna oraz moŝliwość dozowania (ręczneokresowe lub w systemie centralnym). Klasyfikacja smarów plastycznych ze względu na przeznaczenie wg ISO 6743/9 Symbol klasyfikacji Klasa środki smarne Budowa symbolu smaru plastycznego wg zasad ISO 6743/9:1987 Rodzina smary NajniŜsza temperatura pracy NajwyŜsza temperatura pracy Odporność na działanie wody i ochrona przeciwrdzewn a Odporność na obciąŝenia ISO L X symbol 1 symbol 2 symbol 3 symbol 4 Konsystencj a Klasa wg NLGI Kolejne elementy symbolu Znaczenie danego elementu symbolu: smaru X Ogólny symbol smaru Minimalna temperatura stosowania: A (0 C), B ( 20 C), A E (Symbol 1) C ( 30 C), D ( 40 C), E (poni Ŝej 40 C). Maksymalna temperatura stosowania: A (60 C), B (90 C), A G (Symbol 2) C (120 C), D (140 C), E(160 C), F (180 C), G (> 180 C). Zdolność smaru do pracy w obecności wody i ochrony przed A I (Symbol 3) korozją, wg tabeli poniŝej: Element opisujący zdolność do przenoszenia obciąŝeń: A B (Symbol 4) A do zastosowań nie wymagających stosowania dodatków EP, B do zastosowań wymagających stosowania dodatków EP Symbol klasy konsystencji NLGI Sposób wyznaczania Symbolu 3: Symbol 3 Warunki Ochrona przed środowiska rdzewieniem Wyjaśnienie: A L L B L M warunki środowiska: C L H L suche, M wilgotne, D M L H wymywanie wodą; E M M ochrona przed rdzewieniem: F M H L bez ochrony, G H L M ochrona w obecności wody słodkiej, H H M H ochrona w obecności wody morskiej. I H H Przykład: Klasa ISO-L-X-CFFB 2 jest przypisana dla smaru plastycznego, odznaczającego się następującymi właściwościami eksploatacyjnymi: (symbol 1): najniŝsza temperatura pracy: 30 C; (symbol 2): najwyŝsza temperatura pracy: +180 C; (symbol 3): praca w środowisku wilgotnym, jest wymagana ochrona przed rdzewieniem w obecności wody morskiej; (symbol 4) warunki obciąŝeń: do duŝych obciąŝeń, wymagane właściwości EP; klasa konsystencji wg NLGI = 2 Temu samemu smarowi plastycznemu moŝe odpowiadać tylko jeden symbol i klasa. Z tego względu naleŝy podawać symbol odpowiadający najostrzejszym warunkom pracy, w których smar moŝe pracować. Strona 8 z 13

9 Klasyfikacja smarów według normy DIN 51825: Budowa symbolu smaru plastycznego wg zasad DIN DIN Litera1 Litera2 Litera3 klasa NLGI Litera4 Dodatkowy indeks -Litera 1: K Smar plastyczny oparty na oleju mineralnym lub syntetycznym z danym zagęszczaczem. -Litera 2 i 3: P F PF Smary dobrze zachowujące się pod duŝym obciąŝeniem Smary z dodatkiem smarów stałych Smary dobrze zachowujące się pod duŝym obciąŝeniem i z dodatkiem smarów stałych Smary na bazie olejów syntetycznych otrzymują dodatkowe litery wg DIN 51502, część 1, Grupa3: E FK HC PH PG SI X Estrowy Fluorowy Syntetyczny PAO Estry kwasu fosforowego Płyny poliglikolowe Płyny silikonowe Inne -Klasa NLGI: (wg tabeli poniŝej): Klasa konsystencji wg NLGI: Klasyfikacja smarów według klasy konsystencji NLGI: Penetracja (10-1 mm) zgodnie z ASTM D 217 Wygląd w temperaturze otoczenia Zastosowanie: Bardzo płynny Najczęściej do smarowania Płynny rzekładni lub w centralnym Półpłynny układzie smarowania Bardzo miękki Smarowanie łoŝysk tocznych Miękki i ślizgowych Średnio twardy Twardy Smar uszczelniający do Bardzo twardy Najbardziej twardy uszczelnień labiryntowych i armatury -Litera 4: Litera 4: Maksymalna temperatura pracy ( C): Zachowanie w kontakcie z wodą wg DIN część-1 C 0 do 40 lub 1 do D 2 do 40 lub 3 do 40 E 0 do 40 lub 1 do F 2 do 40 lub 3 do 40 G 0 do 90 lub 1 do H 1 do 90 lub 3 do 90 K 0 do 90 lub 1 do M 1 do 90 lub 3 do 90 N +140 P +160 R +180 S +200 T +220 U >+220 -Dodatkowy indeks: Dodatkowy indeks Minimalna temperatura pracy ( C): Strona 9 z 13

10 -Przykłady oznaczenia smaru wg DIN 51825: a) Smar plastyczny o symbolu: DIN KPF 2 K-20 Nazwa: Smar plastyczny Norma DIN Typowe oznaczenie literowe KPF Klasa NLGI 2 Dodatkowa litera: K Dodatkowy indeks: -20 To jest smar plastyczny na bazie oleju mineralnego z zagęszczaczem (K), z dodatkami wysokociśnieniowymi EP (P) i dodatkami smarów stałych (F), w klasie konsystencji NLGI = 2, o maksymalnej temperaturze pracy do +120ºC o dobrym zachowaniu w wodzie (K), z minimalną temperaturą pracy -20ºC. b) Smar plastyczny o symbolu DIN KP PG 00 N-30 Nazwa: Smar plastyczny Norma DIN Typowe oznaczenie literowe KP PG Klasa NLGI 00 Dodatkowa litera: N Dodatkowy indeks: -30 To jest smar plastyczny z zagęszczaczem (K), z dodatkami wysokociśnieniowymi EP (P) na bazie syntetycznego oleju poliglikolowego o klasie NLGI = 00, o temperaturze pracy maksymalnej +140ºC (N) i minimalnej temperaturze pracy -30ºC. Dozowanie: ZuŜycie: Porównanie smarów i olejów smarujących: Zalety i wady: Smary plastyczne: Dozowanie smaru co pewien wydłuŝony czas w uszczelnionych łoŝyskach. (dłuŝsze pozostawanie w miejscu tarcia/styku) MoŜna zredukować do wymaganego minimum. System smarowania: Prosty ZłoŜony MoŜliwość wycieków, nieszczelności: Mało prawdopodobne przy zastosowaniu tradycyjnych uszczelnień. Dobre właściwości uszczelniające. Zastosowanie do duŝych prędkości: Ograniczone Tak Oleje smarujące: Wymaga urządzenia dozującego olej smarowanie ciągłe (kropelkowe, rozbryzgowe, recyrkulacyjne) Wymagana znacząca ilość. MoŜliwe, jeśli system uszczelnień jest niewłaściwy lub przeciąŝony - ryzyko wycieków. Usuwanie zanieczyszczeń: Nie Ciągłe usuwanie zanieczyszczeń poprzez filtrację i wirowanie. Zdolność odprowadzenia ciepła: Brak /Ograniczone Właściwości chłodzące Tarcie wewnętrzne i opory przepływu: Ogólnie wyŝsze, ale redukcję momentu obrotowego moŝna osiągnąć poprzez Ogólnie niska tunel smarowy w łoŝysku tocznym. ObciąŜalność, wibracje: Bardzo dobra Ograniczona Praca w wilgotnym środowisku bez ryzyka korozji: Tak Ograniczona Zakres temperatury pracy: -73 do do 200 Strona 10 z 13

11 Sposób doboru smarów plastycznych w zaleŝności od zastosowań: Okres pracy smaru w urządzeniu jest bardzo zróŝnicowany. MoŜe wahać się od 100 godzin aŝ do całego okresu pracy maszyny doŝywotnio (for life). Czas uŝytkowania smaru zaleŝy m.in. od warunków pracy, jakości smaru, konstrukcji punktu tarcia, prędkości, obciąŝeń i drgań punktu smarowanego, temperatury pracy, kontaktu z wodą, zanieczyszczeń zewnętrznych. Zastosowanie smaru dobór smaru plastycznego do urządzenia wymaga uwzględnienia wielu czynników: Konstrukcję punktu tarcia miejsce zastosowania ObciąŜenia (przedział zmienności, kierunek, czas trwania, częstotliwość, wibracje, uderzenia) Prędkość Zakres temperatury pracy Częstotliwość uruchamiania urządzenia Wymaganą niezawodność Precyzję wykonania, np.: moŝliwą niewspółosiowość Sposób dozowania smaru Środowisko pracy: (kontakt z wodą, zapyleniem kurzem, media agresywne płynne lub gazowe, korozyjne środowisko) Rodzaj materiału uszczelnień Rodzaj materiałów smarowanych Zakładany czas pracy do wymiany Wymagania specjalne (przemysł spoŝywczy, farmaceutyczny, górniczy) Dobór smaru do łoŝysk tocznych: Aby odpowiednio dobrać smar do łoŝyska tocznego naleŝy określić warunki pracy łoŝyska, jego podstawowe cechy konstrukcyjne i warunki eksploatacji (średnie obciąŝenie, współczynnik obrotów DN, prędkość obwodową łoŝyska, czynniki atmosferyczne, zakres temperatury pracy i inne). Współczynnik obrotowy DN jest wyznaczany jako iloczyn maksymalnych obrotów (n) [min -1 ] i średniej średnicy łoŝyska (dm)=(d+d)/2 [mm] wg wzoru: DN = n dm. [n mm]. Jest powiązany z lepkości oleju bazowego w maksymalnej temperaturze stosowania. Wg SKF średni podstawowy czas pracy (L 10) wyraŝany w milionach obrotów obliczamy wg wzoru: L 10 = (C) p / P Gdzie: C - podstawowe obciąŝenie łoŝyska, P - równowaŝne obciąŝenie łoŝyska, p wykładnik; (p=3 dla łoŝysk kulkowych, p=2 dla łoŝysk ślizgowych.) Istnieją równieŝ nomogramy pozwalające na wyznaczenie maksymalnego czasu pracy łoŝysk kulkowych i ślizgowych. W przypadku łoŝysk tocznych często występującym problemem jest ustalenie okresu wymiany smaru (t f). W praktyce, okres wymiany dla normalnych warunków pracy smaru, w temperaturze poniŝej <70 C i stosunku P/C < 0,1 moŝe być wyznaczony w godzinach [h], na podstawie poniŝszego wykresu: Współczynnik k f niezbędny do tego celu podano w tabeli poniŝej: Strona 11 z 13

12 Współczynnik k f dla łoŝysk do ustalenia okresu wymiany smaru: Typ łoŝyska: Charakterystyka łoŝyska Wartość współczynnika k f ŁoŜysko kulkowe Jednorzędowe 0,9 1,1 Dwurzędowe 1,5 ŁoŜysko poprzecznowzdłuŝne (kątowe) Jednorzędowe 1,6 Dwurzędowe 2 ŁoŜysko wrzecion α= 15 0,75 α= 25 0,9 ŁoŜysko czteropunktowe 1,6 ŁoŜysko kulkowe, wahliwe (samonastawne) 1,3 1,6 ŁoŜysko oporowe, kulkowe 5 6 ŁoŜysko oporowe, poprzeczno-wzdłuŝne (kątowe) Dwurzedowe 1,4 ŁoŜyska wałeczkowe Jednorzędowe 3 3,5 a) Dwurzędowe 3,5 ŁoŜyska kompletne 25 ŁoŜysko oporowe, wałeczkowe 90 ŁoŜysko wałeczkowe, igiełkowe 3,5 ŁoŜysko stoŝkowe 4 ŁoŜysko wałeczkowe, baryłkowe 10 Sferyczne łoŝysko wałeczkowe bez rowka prowadzącego Sferyczne łoŝysko wałeczkowe ze środkowym rowkiem prowadzącym a) k f=2 w przypadku nacisku promieniowego lub zmiennego k f=3 w przypadku stałego kierunku działania nacisku Wyznaczony na tej podstawie okres wymiany smaru t f powinien być skorygowany do wartości t fq wg wzoru: t fq =f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 t f poprzez uwzględnienie współczynników f 1, f 2, f 3, f 4, f 5, których wartości podano w tabeli: Współczynniki korygujące okres wymiany smaru w łoŝysku: Czynniki wpływające na współczynniki korekcyjne: Współczynniki do wzoru na t fq Umiarkowane 0,7 0,9 Czynniki zanieczyszczające łoŝysko f 1 : DuŜe 0,4 0,7 Bardzo duŝe 0,1 0,4 Umiarkowane 0,7 0,9 ObciąŜenia szkowe i wibracje f 2 : DuŜe 0,4 0,7 Bardzo duŝe 0,1 0,4 Umiarkowana (<75 C) 0,7 0,9 Temperatura pracy łoŝyska f 3 : Wysoka (75 85 C) 0,4 0,7 Bardzo wysoka ( C) 0,1 0,4 P/C = 0,1 0,15 0,7 1,0 ObciąŜenie łoŝyska f 4 : P/C = 0,15 0,25 0,4 0,7 P/C = 0,25 0,35 0,1 0,4 Lekki przepływ 0,5 0,7 Efekt przepływu powietrza przez łoŝysko f 5 : Silny przepływ 0,1 0,5 Częstą przyczyną nadmiernego grzania lub nawet uszkodzenia łoŝyska, jest wprowadzenie zbyt duŝej ilości smaru. W przypadku łoŝyska uszczelnionego, przyczyną uszkodzenia jest blokowanie obrotu elementów tocznych przez zbyt duŝą ilość smaru. Następuje znaczne zwiększenie udziału tarcia ślizgowego, co powoduje wzrost zuŝycia i wydzielania ciepła. ŁoŜysko się rozgrzewa, aŝ do przekroczenia temperatury kroplenia smaru. Następuje wyciek smaru; brak smarowania, co pociąga za sobą przyśpieszone zuŝycie powierzchni skojarzeń trących. Proces ma charakter sprzęŝenia zwrotnego. W przypadku nowego, dotychczas nie smarowanego łoŝyska, przyjmuje się, Ŝe smar powinien zapełniać 30 50% wewnętrznej, swobodnej przestrzeni łoŝyska, obliczanej wg wzoru: V = (Π/4) B (D 2 d 2 ) 10 9 (G/7800) [m 3 ] gdzie: d wewnętrzna średnica łoŝyska, [mm], D zewnętrzna średnica łoŝyska, [mm], B szerokość łoŝyska, [mm], G waga łoŝyska, [kg]. Zarówno niedostateczne jak i nadmierne napełnienie łoŝyska smarem niekorzystnie wpływa na trwałość łoŝyska. Napełnienie niewystarczające jest mniej szkodliwe. W skrajnych przypadkach, gdy Dn > , jest zalecane napełnianie łoŝyska ilością smaru, niewystarczającą do wytworzenia ciągłej warstwy pomiędzy elementami tocznymi i bieŝnią łoŝyska. Strona 12 z 13

13 Najczęściej ilość smaru uzupełniana w łoŝysku moŝe być obliczona na podstawie jednego z poniŝszych wzorów: Ilość smaru (m1) uzupełniana w łoŝysku okresowo, w trakcie eksploatacji: m1 = D B x [g] gdzie x przyjmuje wartość: tygodniowo x = 0,002 miesięcznie x = 0,003 rocznie x = 0,004 Ilość smaru (m2) do przesmarowania dla bardzo krótkich okresów międzyobsługowych: m2 = (0,5 20) V [kg/h], Ilość smaru (m3) do przesmarowania przed ponownym uruchomieniem łoŝyska, po kilku latach postoju : m3 = D B 0,01 [g] W przypadku, gdy jest moŝliwe odprowadzenie smaru przez szczelinę w uszczelnieniu, całkowite zapełnienie łoŝyska moŝe być korzystne. Wówczas smar uszczelnia szczelinę pomiędzy wałem i obudową, co zabezpiecza samo łoŝysko przed zanieczyszczeniem. *********** Drogi Czytelniku. Jeśli czytając ten artykuł masz jakieś pytania w zakresie trybo technicznym, Jeśli potrzebujesz pomocy w doborze odpowiedniego smaru, Jeśli Twój smar, który obecnie stosujesz nie do końca spełnia Twoje oczekiwania, JeŜeli szukasz obniŝenia kosztów smarowania, Jeśli chcesz wyeliminować awarie i wydłuŝyć Ŝywotność smarowanego urządzenia, JeŜeli szukasz najbardziej odpowiedniego smaru do zastosowania w Twoim urządzeniu, to chętnie pomoŝemy i nawiąŝemy współpracę. Gwarantujemy bezpłatne doradztwo techniczne, niezawodną obsługę, terminową dostawę i 100% satysfakcji ze współpracy. Zadzwoń teraz: Tel: lub napisz: biuro@mcpolska.pl Zapraszam do współpracy mgr inŝ. Marek Czuper Współwłaściciel MC Polska Sp.J. Strona 13 z 13