Износ подшипников

Приветствую всех читателей моего блога!

Анализируя российскую блогосферу, в которой обсуждаются заботы механиков по эксплуатации и ремонту оборудования, обратил внимание на часто встречающийся запрос - «износ подшипников».

Давайте вместе порассуждаем на эту тему, но как бы с точки зрения экспертов по смазочным материалам. Иное, собственно, в контексте этого блога нас не интересует.

Для вхождения в тему определим термины.

Подши́пник (от «под шип») — сборочный узел, являющийся частью опоры или упора и поддерживающий вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качение или линейное перемещение.... (Википедия).

Изно́с, эро́зия (от лат. erosio — разъедание) — изменение размеров, формы, массы или состояния поверхности изделия или инструмента вследствие разрушения (изнашивания) поверхностного слоя изделия при трении (Википедия).

Компиляцией этих двух терминов мы можем определить термин «износ подшипника». Как следует из определения, ключевым условием, вызывающим износ, является трение. Для снижения трения, очевидно, предназначены смазки. Вот о смазках и предлагаю поговорить.

Кстати, хотел бы напомнить о внешних признаках износа подшипников – вибрации и нагреве, которые мы подробнейшим образом рассмотрели в одноимённых статьях этого блога. Посему, в этой статье предлагаю рассмотреть комплексно, как проявляет себя изношенный подшипник внешне и то, как временно компенсировать увеличенные зазоры в таком изношенном подшипнике. Также мы рассмотрим, как в максимальной мере реализовать ресурс подшипника посредством специальных смазок.

Итак, износ подшипника выражается в снашивании, локальном разрушении и повреждении поверхностей тел качения и «беговых» дорожек колец подшипника. Физические явления, сопровождающие процессы разрушения рабочих поверхностей подшипника в настоящей статье предлагаю подробно не рассматривать, так как об этом существует масса теоретической спецлитературы. Но вот роль смазки и её правильный подбор мы рассмотрим более обстоятельно.

Итак, вибрация выше предельного уровня, который допускает производитель подшипника для того или иного типоразмера своего изделия, характеризует соответствующую степень его износа. Нередко вибрация сопровождается характерным акустическим эффектом, но объективно измерить в цифрах вибрацию можно только с помощью специальных приборов – виброметров или анализаторов вибрации (рис.1). В прежние времена уровень вибрации диагностировался с помощью специального стетоскопа, будучи, однако, довольно субъективным методом диагностики по акустическому эффекту.

Рис. 1 Анализатор вибрации

Часто на практике и, особенно, в условиях непрерывного производства возникает необходимость принятия временных мер с целью «дотянуть» до ближайшей остановки оборудования и первой возможности выполнить ремонт. Какие меры предпринять? Временно можно применить смазки на более вязком базовом масле (БМ). Например, если используется смазка на базовом масле 100 сСт, то для компенсации вибрации и шумной работы подшипника можно применить смазку с вязкостью масла 220 сСт.

Скажем, в подшипнике электродвигателя заложен Литол-24, подшипник работает шумно, а вибродиагностика показала в нем увеличенные зазоры. Для временной компенсации можно заложить смазку, например, Elit X EP2 от российской компании ARGO. Мера эта, естественно временная, но позволяет «дотянуть» до ближайшей остановки оборудования для проведения ремонта. А, главное, этот ремонт можно запланировать тогда, когда его удобно выполнить.

Подобных примеров можно привести много, но суть очевидна и известна многим автолюбителям и автомеханикам, которые с целью сокращения угара моторного масла на изношенном двигателе применяют масла более высокой вязкости. Это позволяет спланировать капитальный ремонт двигателя.

В завершение вопроса особо акцентирую внимание на том, что для устранения вибрации варьировать следует именно вязкостью базового масла, но не консистенцией смазки. Более твердая (густая) смазка не устранит вибрацию. Консистенция смазки вообще не влияет на зазоры и вызванные ими вибрации. Также подчеркиваю, что вышесказанное является временной мерой, так как новым изношенный подшипник не станет никогда, какие бы смазочные материалы или «хитрые» присадки и добавки мы не использовали.

А теперь предлагаю поговорить о главном – о том, как в максимальной степени реализовать ресурс подшипника, который стремятся заложить в него производители. Сразу оговорюсь, что главная головоломка в решении данной задачи лежит на конструкторах оборудования. Это они должны предусмотреть всё, что влияет на работу подшипника и его жизненный цикл. Радикально защитить подшипник можно только на стадии проектирования узла. Нам же остаётся только выбрать наиболее эффективный смазочный материал, который компенсирует то, что не учли конструкторы.

Рассмотрим основные факторы, усугубляющие расчетный режим износа подшипника:

1. наивысшая рабочая температура в подшипниковом узле,
2. скорость вращения вала (корпуса) на подшипнике,
3. механические нагрузки (статические и динамические),
4. присутствие влаги, обводнение смазки,
5. присутствие химически агрессивных сред.

На этом перечне и остановимся.

Максимальная рабочая температура

Итак, максимальная температура. Часто подшипниковые узлы оборудования даже весьма именитых производителей эксплуатируются с превышением расчетных температурных режимов. Причины этого разные, но в основном они организационные или связаны с нарушением технологии. Эти аспекты рассматривать не будем. Рассмотрим то, как компенсировать влияние высоких температур. Для этого оттолкнемся от рекомендаций производителя оборудования, которые содержаться в руководстве по эксплуатации в карте смазки.

Эксплуатационная корректировка типа смазки заключается в подборе смазки более высокотемпературного уровня. Например, производитель рекомендует смазку на литиевом загустителе. На практике она не выдерживает фактических температур и вытекает из узла, оставляя его без смазки. Что предпринять механику по обслуживанию и ремонту оборудования, ведь конструкцию оборудования уже не изменить? Всё очень просто, нужно применить смазку на комплексно-литиевом загустителе, который характеризует смазку как высокотемпературную. При этом вязкость базового масла и трибологические характеристики смазки следует выбрать аналогичные.

Вот пример эксплуатационной корректировки типа смазки.

Из сравнительной таблицы видно, что использование аналогичной смазки, но с более высокой температурой каплепадения позволяет решить проблему перегрева узла трения.

Вот ещё пример.

Таким образом, эксплуатационная корректировка типа смазки осуществляется не в нарушение рекомендаций производителя оборудования, ведь добросовестная компания своему заказчику не станет навязывать конкретную марку смазки, а лишь указывает к ней минимальные требования, ниже которых «опускаться» нельзя. И закодированы эти требования в стандарте DIN 51502 (или DIN 51825).

Например, требования производителя оборудования к пластичной смазке закодированы по DIN 51502 в виде следующего кода: KP2N-30. Расшифруем этот код.

Буква «К» обозначает смазку для подшипников качения и скольжения.

Буква «Р» кодирует смазку, как содержащую противозадирные и противоизносные присадки.

Цифра «2» - консистенция смазки по NLGI соответствует классу 2.

В букве «N» зашифрована наивысшая рабочая температура и в данном случае означает +140⁰С.

Знак «минус» и цифра «30» это минимальная температура использования до минус 30⁰С.

Итак, эти требования являются минимальными и использовать смазки с более низкими физико-химическими свойствами нельзя. Это нарушение условий эксплуатации. А вот смазки с более высокими свойствами использовать не только можно, но и часто, необходимо. Примеры этого описаны в таблицах выше.

Скоростной фактор

Ещё один важнейший фактор, влияющий на работу подшипника и его срок службы – скорость вращения вала, корпуса или ступицы на подшипнике. Данный фактор называется скоростным фактором подшипника, который обозначается буквой «Dn» и рассчитывается по специальной формуле. Далее с учетом скоростного фактора и рабочей температуры по специальным эмпирическим таблицам или графикам определяется вязкость базового масла, которое должна содержать смазка. Более подробно останавливаться на данном факторе не буду, порекомендую лишь прочесть подробную статью в этом блоге под названием «как выбрать смазку».

Статические и динамические нагрузки

Следующий в нашем перечне фактор – статические и динамические нагрузки. Этот фактор определяет необходимость использования в рецептуре смазки противоизносных и противозадирных смазок, а также специальных твёрдых смазочных добавок. Об этом также подробно можно прочитать в статьях «эластогидродинамический режим трения» и «граничное трение», также размещенных в этом блоге.

Данный фактор сильно влияет на выбор пластичной смазки по типу загустителя, так как именно загуститель отвечает за стойкость смазки в присутствии воды. Кратко напомню, что наиболее стойкими к воде являются смазки на кальциевых загустителях и смазки на загустителях немыльного происхождения. Наиболее стойкими к воде являются смазки на полимочевинном загустителе, на комплексе сульфоната кальция, а также на бентонитовом и фторопластовом (PTFE) загустителях. Смазки на прочих мыльных загустителях в силу склонности мыла взаимодействовать с водой значительно менее водостойки.

В качестве примера приведу водостойкие смазки от российской компании ARGO.

Серия смазок на комплексе сульфоната кальция ARGO «TermoLub S» обладает высочайшей водостойкостью.

Смазки серии ARGO «TermoLux P» на полимочевине также обладают отличной водостойкостью и стойкостью к щелочам и кислотам.

Смазки на бентонитовом загустителе серии ARGO «TermoBent» прекрасно противостоят воде и щелочам. С кислотами, правда, бентонитовые смазки не сочетаются.

В завершение статьи подведём итоги.

Для обеспечения работоспособности и продления ресурса подшипников отклонение от рекомендаций производителя оборудования не только возможно, но и необходимо, если реальные режимы его работы превышают расчетные. Но это отклонение допускается только в сторону более высоких свойств и, ни в коем случае, не в сторону их снижения. Словом, лучше - можно, а хуже - нельзя.

На этом предлагаю завершить статью и вернуться к обсуждению смазок в следующих статьях, ведь в каждой очередной теме мы рассматриваем применение смазок на новом витке с учетом всё новых знаний.

До новых встреч!