4. SMAROWANIE ŁOŻYSK Właściwe smarowanie łożysk ma bezpośredni wpływ na trwałość łożysk. Smar tworzy nośną warstewkę smarową pomiędzy elementem tocznym a pierścieniem łożyska która zapobiega bezpośredniemu stykaniu się części metalowych. Smaruje on powierzchnie, na których powstaje tarcie, ma efekt schładzający, chroni łożysko przed korozją i w wielu przypadkach uszczelnia wnętrze łożyska. W większości przypadków (około 90%) łożyska smarowane są za pomocą smarów plastycznych lub olejów, w wyjątkowych przypadkach innymi środkami smarowymi. Przy wyborze rodzaju smaru i metody smarowania należy brać pod uwagę warunki pracy, właściwości smaru, konstrukcję układu i ekonomikę eksploatacji. 4.1 SMAROWANIE SMARAMI PLASTYCZNYMI Smarowanie smarami plastycznymi jest w praktyce chętniej stosowane od smarowania olejem ze względu na prostotę układów, właściwości uszczelniające i prostotę konserwacji. Dla zapewnienia niezawodnej pracy łożyska podczas pierwszego montażu wypełnia się smarem 1/3 do 1/2 jego wolnej objętości. Większa ilość smaru źle wpływa na pracę łożyska. Wyższy opór bierny powoduje niepożądane nagrzewanie się pierścienia wewnętrznego, co może prowadzić do jego uszkodzenia. Łożyska które wykonują niewielką ilość obrotów w czasie pracy, ze względu na ochronę przed korozją powinny być całkowicie wypełnione smarem. 4.1.1 Okresy dosmarowań Okres dosmarowania to okres czasu przez który smar zachowuje swoje właściwości smarne. Po tym czasie łożysko należy przesmarować, a stary smar musi być całkowicie usunięty z łożyska. Okresy dosmarowań zalezą od rodzaju i wielkości łożyska, prędkości obrotowej, temperatury pracy i jakości smaru. Zalecane okresy dosmarowań dla poszczególnych typów łożysk pracujących pod normalnym obciążeniem (P < 0,15 C) i w warunkach normalnych pokazano na wykresach na rys. 21 i 22. Wykresy dotyczą zwykłych smarów i temperatur do +70 C. Dla temperatur powyżej 70 C okres dosmarowania skraca się o połowę na każde 15 C wzrostu temperatury. Dla temperatur poniżej 40 C okres dosmarowania można podwoić. Dla małych, zwłaszcza jednorzędowych łożysk kulkowych okresy dosmarowań są dłuższe od trwałości łożyska. Dlatego tez łożyska te nie są w zasadzie dosmarowywane. Z tego względu korzystne jest stosowanie łożysk dwustronnie uszczelnionych i wypełnionych smarem. Dla pewnych prędkości obrotowych okresy dosmarowań lezą poza krzywą na wykresie, tzn. że osiągnięto granicę stosowalności smaru plastycznego i należy stosować smarowanie olejem. Potrzebną ilość smaru do dosmarowania oblicza się ze wzoru: Q = 0,005xDxB Q - ilość smaru [g] D - średnica zewnętrzna łożyska [mm] B - szerokość łożyska [mm] Z łożysk pracujących przy większych prędkościach obrotowych i wymagających częstszego dosmarowania konieczne jest usunięcie zużytego smaru by uniknąć nadmiernego wzrostu temperatury podczas pracy. Do tego celu odpowiednie jest stosowanie regulatora ilości smaru. 4.1.2 Smary do łożysk Smary do łożysk produkowane są najczęściej z dobrej jakości olejów mineralnych lub syntetycznych (czasem z dodatkami) zagęszczonych mydłami metalicznymi. Smary muszą mieć dobre właściwości smarne oraz wysoką stabilność chemiczną, cieplną i mechaniczną. Przegląd smarów plastycznych do łożysk zamieszczono w tabeli 36.
Zagęszczacz bazowy Właściwości smarów plastycznych do łożysk Tab. 36 Rodzaj smaru Właściwości Olej Zakres temp. roboczych [ C] Wodoodpomość Zastosowanie Mydło litowe Mineralny - 20 130 Odporny Smar uniwersalny Mydło wapniowe Mineralny - 20 Bardzo odporny Dobrze zabezpiecza przed wodą Mydło sodowe Mineralny - 20 Nieodporny Emulguje z wodą Mydło glinowe Mineralny - 20 70 Odporny Dobrze zabezpiecza przed wodą Mydło litowe Mineralny - 20 1 Odporny Smar uniwersalny Mydło wapniowe Mydło sodowe Mydło glinowe Mydło barowe Mineralny - 30 130 Bardzo odporny Mineralny - 20 130 Odporny Mineralny - 20 1 Odporny Mineralny - 30 140 Odporny Bentonit Mineralny - 20 1 Odporny Polimocznik Mineralny - 20 160 Odporny Mydło litowe Silikonowy - 40 170 Bardzo odporny Mydło barowe Ester - 60 140 Odporny Smar uniwersalny, odpowiedni do wyższych temperatur i obciążeń i obciążeń i obciążeń i obciążeń Odpowiedni do wysokich temperatur przy mniejszych prędkościach Odpowiedni do wysokich temperatur przy średnich prędkościach Odpowiedni do szerokiego zakresu temperatur przy średnich prędkościach i wyższych prędkości
Obowiązuje dla łożysk kulkowych I walcowych Rysunek 21 n (min -1 ) 0 0 4000 3000 1 t 1 =h 7000 4800 3 t 1 =h 300 20 0 14000 1 2400 3 7000 0 400 300 20 30 40 300 400 d (mm)
Obowiązuje dla łożysk baryłkowych dwurzędowych, jednorzędowych łożysk stożkowych oraz łożysk kulkowych wzdłużnych Rysunek 22 n (min -1 ) 0 4000 3000 t f =h 300 300 t f =h 400 300 3 1 4800 2400 7000 3 0 20 30 40 300 400 d (mm)
4.2 SMAROWANIE OLEJAMI Smarowanie olejami stosuje się gdy prędkości obrotowe są tak duże, ze okresy dosmarowań smarami plastycznymi byłyby za krótkie. Innym powodem stosowania olejów może być również konieczność odprowadzania ciepła z łożyska, wysoka temperatura otoczenia lub fakt smarowania olejem sąsiadujących części (np. kół zębatych w przekładni). Oprócz pewnych wyjątków olejami zawsze smaruje się łożyska wzdłużne baryłkowe. W przypadku smarowania olejem, musi ono być zapewnione podczas rozbiegu jak i w czasie pracy. Nadmiar oleju powoduje wzrost temperatury. Doprowadzenie oleju do łożyska rozwiązywane jest na wiele sposobów. Najczęściej stosuje się smarowanie zanurzeniowe, kiedy poziom oleju utrzymuje się na wysokości środka najniższego elementu tocznego łożyska, smarowanie obiegowe, rozbryzgowe, mgłą olejową. 4.2.1 Oleje smarowe do łożysk Do smarowania łożysk w większości stosuje się oleje rafinowane o dobrej stabilności chemicznej, którą można poprawić przez wprowadzenie dodatków przeciwutleniających. O przydatności oleju decyduje jego lepkość kinematyczna, które maleje ze wzrostem temperatury. Właściwą lepkość oleju vi można odczytać z wykresu na rys. 23 w zależności od średniej średnicy łożyska d s = (d+d)/2 i prędkości obrotowej n. Jeśli temperatura pracy jest znana lub może być określona, można wyznaczyć lepkość roboczą w znormalizowanej temperaturze odniesienia 40 C (rys. 24) potrzebną do obliczenia stosunku lepkości κ. Gdy κ < 1 to zalecane jest stosowanie olejów z dodatkami EP, które mogą pracować przy wyższych obciążeniach. Gdy wartość K spada poniżej 0,4 to stosowanie olejów z dodatkami EP staje się konieczne. Gdy stosunek K wynosi powyżej 1 to uzyskuje się większą niezawodność eksploatacyjną. Przykład: - łożysko d = 180 mm, D = 320 mm, d s = 2 mm - prędkość obrotowa n = min -1 - zakładana temperatura pracy 60 C W tych warunkach zgodnie z wykresem na rys. 23 minimalna lepkość kinematyczna ν 1 = 17 mm 2 s -1. Jeśli temperatura pracy wynosi 60 C olej wybrany na podstawie wykresu na rys. 24 w znormalizowanej temperaturze 40 C musi mieć lepkość kinematyczną v co najmniej 35 mm 2 s -1. Dla łożysk baryłkowych wzdłużnych kinetyczną lepkość ustala się w przybliżeniu jako n x d gdzie n jest prędkość obrotowa w obrotach na minutę a d- wymiar otworu w mm według tabelki 37 Niższe wartości obowiązują dla łożysk mniej obciążonych dla których P a 0,1 C a Wyższe obowiązują dla P a > 0,1 C a. d.n Lepkość oleju dla łożysk baryłkowych wzdłużnych Tab. 37 Lepkość kinetyczna oleju mm 2 s -1 przy 40 C 1 000 2 do 5 000 do 2 000 45 do 000 30 do 80
Rysunek 23 1 (mm 2.s -1 ) 5 2 20 20 n = min -1 1 3000 0 0 5 0 3 00 20 d s (mm)
Rysunek 24 (mm 2.s -1 ) viskozita pri 40 C (mm 2.s -1 ) 20 5 1 680 460 320 220 1 68 46 32 7 22 2 0 20 30 40 60 70 80 90 1 120 t ( C) 15 4.3 SMAROWANIE SMARAMI STAŁYMI Smary stałe stosuje się do smarowania łożysk gdy smary plastyczne lub oleje nie mogą spełnić wymagań niezawodnego smarowania w warunkach tarcia półsuchego lub ze względu na wysokie temperatury pracy, oddziaływanie chemiczne itp.