Выбор смазки для высокоскоростных подшипников

Выбор смазки для высокоскоростных подшипников

Ужесточение конкуренции и увеличение интенсивности производства обуславливает широкое применение в технологических установках подшипников, которые эксплуатируются в условиях экстремальных скоростей и нагрузок. И в отличие от подшипников, которые функционируют в типовых условиях, им необходима высокотемпературная смазка, обеспечивающая стойкий и пролонгированный антифрикционный эффект. Иначе ухудшается теплоотвод и возникает конструктивный перегрев, проявляется фреттинг-коррозия, истинное и ложное бринеллирование, и как результат – преждевременный износ подшипника и даже повреждение оборудования.

Соответственно, компетентный выбор смазки для подшипников, функционирующих в высокоскоростном режиме – важная и ответственная задача, определяющая качество, безопасность и экономичность производства. И подходить к решению проблемы следует компетентно и ответственно.

Специфика и сфера применения высокоскоростных смазок

Каждый раз, выбирая смазочные материалы для обработки подшипников механики, ориентируются на его тип и на температурно-скоростной режим эксплуатации. При этом они обязательно учитывают и такой внешний фактор, как температура окружающей среды.

Например, один и тот же тип подшипника, установленный на валу двигателя термического участка, априори перегревается сильнее, чем тот, что эксплуатируется в ремонтно-механическом цехе. А если при этом частота вращения электродвигателя 2100 об/мин, то и частота оборотов подшипника идентична. И если он был обработан смазочным материалом высокой вязкости и с невысокими показателями термической стабильности, то произойдет его конструктивный перегрев. Данный процесс спровоцирует снижение прочности антифрикционной пленки и отразится на качестве эксплуатации. Дисбаланс в подшипниковом узле вызовет вибрации, дополнительные внутренние напряжения в конструкции и, как результат, существенно снизит общую работу агрегата или установки.

Наиболее часто работа на повышенных и высоких скоростях присуща следующему оборудованию:

  • вентиляционные и насосные установки с прямым электроприводом;
  • гомогенизаторы и диспергаторы;
  • редукторы скоростных лифтов;
  • передвижные рольганги;
  • маслостанции.

Основные критерии выбора

Зачастую, когда в подшипниковых узлах появляются скрипы, люфты и снижается эффективность работы, их обрабатывают консистентными смазочными материалами многоцелевого назначения. Но это не решает проблемы, а только ускоряет износ целых узлов и агрегатов. Чтобы избежать этого, рекомендуется подбирать смазку с учетом скоростного фактора.

Вязкости и порядок расчета скоростного режима

Вязкость базового масла – ключевой параметр, определяющий основные эксплуатационные качества любого смазочного продукта и особенно влияющий на каналообразующие характеристики.При этом следует учесть, что вязкость и консистенция – разные параметры и недопустимо путать терминологию и подменять одно понятие другим.

Повышенная вязкость может вызывать перегрев и снижать показатели энергоэффективности всего оборудования. Чрезмерно вязкая и термически нестабильная смазка с повышением температурно-скоростного фактора увеличивает трение скольжения, негативно отражается на рентабельности производства и обуславливает увеличенную периодичность закладки.

Несложные расчеты помогут компетентно подобрать смазку для высокоскоростных узлов трения:

  1. Скоростной фактор определяют по формуле:

Dn=N/2 x (Dнн + Dвн)

где: N –частота вращения, об/мин;

Dнн и Dвн – соответственно наружный и внутренний диаметр подшипника, мм.

* Некоторые производители оборудования указывают данный параметр в паспортной документации.

  1. С учетом полученного значения DN и на основе величины средней рабочей температуры выбирают рекомендованный параметр вязкости базового масла.

Но полученное значение объективно только для подшипников, эксплуатируемых с небольшими нагрузками. Для условий высоких и экстремальных скоростей данный параметр необходимо увеличить в 2 или 3 раза соответственно.В качестве альтернативы математическим подсчетам можно ориентироваться на данные следующей таблицы.

Условия эксплуатации

Скоростной фактор

Тип смазки

Вязкость базового масла при t +40˚C, сСт

Небольшие скорости

50 000

Общепромышленная

1 000 ÷ 1 500

Средние скорости + высокое давление

200 000

Промышленная для подшипников

400 ÷ 500

Повышенный скоростной и нагрузочный режим

600 000

Многоцелевая

100 ÷ 220

Высокие скорости и температуры

600 000

Пролонгированного действия

менее 70

Предельно высокие скорости

Выше 1 000 000

Длительного действия

15 ÷ 32

Каналообразование

Данный критерий является важнейшей характеристикой. Для ее определения прибегают к тестовым испытаниям, которые позволяют измерить предел текучести и проникающую способность смазки.

Проводят его в соответствии с Федеральным стандартом 791С-6.2 по методу 3456.2. Методика предполагает нанесение смазки на тестовую подготовленную поверхность равномерным слоем.После стабилизации температурного воздействия калибровочным стальным инструментом проводят по смазанной поверхности для создания тестового канала. Через 10 секунд лаборант выверяет степень его заполнения. Чем больше смазочный продукт заполнил канал за это время, тем лучше его обволакивающие свойства.

На основе данного испытания все материалы классифицируются на два типа: обволакивающие и необволакивающие. Первый тип глубже проникает в конструктивные пазы и создает прочную, тонкую пленочную поверхность с пролонгированным защитным и антифрикционным эффектом. Остальные излишки быстро удаляются, что стабилизирует теплоотвод и упреждает пенообразование. Избытки необволакивающих смазок затекают обратно и при повышении скорости могут пениться и обуславливать перегрев.

Тип загустителя

Они выполняют роль коллоидного уплотнителя, влияют на показатели каналообразования и также формируют структуру молекулярного каркаса смазочных продуктов. Стабилизируют текстуру и определяют также свойства пенетрации, водостойкость, устойчивость к выдавливанию, и влияют на пределы температуры каплепадения смазки. Они не должны вызывать коррозию и ухудшать смазывающие свойства.

Гладкой равномерной текстурой отличаются загустители, содержащие в своей формуле кальций (Ca), кремний (Si), литий (Li) и полимеры сложных эфиров. Они оптимизируют динамические свойства и способствуют улучшению каналообразующих характеристик смазочных продуктов. Загустители, содержащие алюминий (Al), барий (Ba) и натрий (Na), снижают каналообразование, способствуют вспениванию и нестабильной консистенции. И, естественно, что применение смазок с таким составом для обработки высокоскоростных подшипниковых узлов будет способствовать повышению температуры на контактных поверхностях, преждевременному износу и даже появлению вибраций, люфтов и сдвигов.

Класс NLGI

Для любого типа пластичной смазки классификация по NLGI является важным критерием, отражающим степень ее консистенции и термостабильности, способность выдерживать нагрузки. Этот показатель формируют параметры вязкости базового масла, а также концентрация и тип использованных загустителей.

Для обработки подшипников, как правило, применяют продукты 1, 2и 3 класса NLGI, хотя по данной методике их всего существует 9. Соответственно, чем выше классность NLGI, тем больше параметры плотности. Подбираются категории NLGI на основе величины скоростного фактора и температурного диапазона эксплуатации. Для обработки подшипников качения важно придерживаться правила: чем больше его частота вращения, тем ниже вязкость смазки, а класс NLGI – выше. Такая взаимосвязь упреждает деструкцию смазки, и появление истинного и ложного бринеллирования и обуславливает стабильное антифрикционное действие.

Тип подшипника

Существует довольно обширная классификация подшипников. Они различаются по виду тел качения, по количеству их рядов и материалу изготовления, по типу воспринимаемой нагрузки и по компенсационной способности. Соответственно длительность срока закладки, вязкостные характеристики и класс NLGI смазки подбираются с учетом их конструктивных особенностей и на основе специфики эксплуатации.

При этом следует учесть, что чем обширней контактная поверхность между обоймой и телами качения, тем сильней будет эффект сепарации масла. Например, в шарикоподшипниках такая контактная поверхность меньше, чем у игольчатых. Соответственно для последних подбирают смазки повышенной вязкости и уменьшают длительность ее закладки.

Температура каплепадения

Как уже многократно отмечалось, температурный режим эксплуатации – ключевой критерий при выборе подходящей смазки для высокоскоростных подшипников. Она должна априори иметь довольно высокие параметры температуры каплепадения базового масла.

Но при этом также не стоит путать эту величину с предельной рабочей температурой. Между этими параметрами необходимо выдержать довольно значимый запас, ведь смазка должна выдерживать длительное воздействие максимальных температур.

Расчет Tmax для смазки высокоскоростных подшипников можно сделать с помощью таблицы.

Температура каплепадения, ˚С

РасчетT раб,˚С

До 150

Tраб = Tк.п. - 25˚

150÷ 205

Tраб = Tк.п. - 40˚

Выше 205

Tраб = Tк.п. - 65˚

Несовместимость

Каждая смазка имеет уникальный состав. Чтобы не произошло непредвиденных химических реакций, прежде чем произвести закладку новой смазки, необходимо тщательно удалить остатки предыдущей.

Конструктивные выводы

Смазочные материалы многоцелевого назначения подходят для обработки большинства агрегатов и узлов. Но при повышенном скоростном факторе (NDm) возникает необходимость в более эффективной смазке и в ее длительном антифрикционном действии.

Содержание данной статьи поможет правильно рассчитать величину фактора DN и компетентно подобрать смазку для конкретных условий эксплуатации. Проведение технических испытаний дает возможность тщательно определить истинный предел нагрева подшипников и проконтролировать фактические утечки смазки. Совмещение синтеза и анализа позволит продлить эксплуатационный ресурс оборудования и повысить рентабельность производства.

Итак, перечислим 5 ключевых факторов, которые помогут в выборе смазки для подшипников, эксплуатируемых в условиях высоких скоростных нагрузок:

  • вязкость базового масла. Определяет толщину, прочностные и адгезионные свойства смазочной пленки. Влияет на процессы трения и интенсивность теплоотдачи;
  • каналообразование.Чем лучше данные критерий, тем эффективней смазка противостоит кавитации и лучше отводит тепло;
  • температура каплепадения. Должна быть как минимум на 25 ÷ 50 градусов выше, чем рабочая температура. Это позволит повысить эксплуатационный ресурс подшипников, защитить оборудование от аварий, упредить/минимизировать маслоотделение;
  • тип загустителя.Корректирует температуру каплепадения, водоотталкивающие и каналообразующие свойства, влияет на процесс сепарации масла;
  • класс NLGI. Определяет параметры пенетрации, сепарации и каналообразования.

В статье мы не затронули тему присадок. Это достаточно обширное направление, ведь сегодня их перечень достаточно велик и включает антизадирные, антикоррозионные, ингибирующие и другие комплексы, которые позволяют улучшить свойства смазок для подшипников.