Нагрев подшипников качения

В одной из статей мы рассмотрели явление вибрации подшипников качения и причины её возникновения. В качестве основной причины этого явления мы определили износ подшипников. По вопросам, наиболее часто задаваемым в сети Интернет, пользователей беспокоит ещё одно явление, которое сопутствует вибрации, - нагрев подшипников качения.

Для введения в тему сразу оговоримся, почему подшипники греются и что считается нормальной рабочей температурой подшипников качения.

В процессе эксплуатации механической или электромеханической машины совершается работа, часть которой расходуется на нагрев её исполнительных органов и узлов трения. Подшипник качения, будучи узлом трения, нагревается как от рассеиваемой тепловой энергии, так и от внутреннего трения. Всё это совместно создаёт определённый температурный фон. Нормальной температурой в полости подшипника считается температура до 65⁰С. При температуре, не превышающей 65⁰С, реализуется максимальный эксплуатационный ресурс подшипника. Допускается, однако, перегрев подшипника до температуры 95⁰С. Но это уже критическая температура, при которой происходит повышенный износ рабочих деталей и изменяются свойства смазочного материала. Следствием изменения свойств смазки (масла) снова становится повышенный износ. Перегрев подшипника – явление не нормальное и требует исследования его причин.

Причин повышенного нагрева подшипников существует несколько. Рассмотрим их в порядке убывания распространенности, хотя это будет очень условно.

На первом месте среди причин стоят дефекты монтажа подшипников и валов, под которыми подразумеваются несоблюдение соосности вала и отверстия, осевое смещение вала, слишком тугой натяг подшипника на вал, повреждения рабочих поверхностей подшипника при монтаже. Данная проблема связана с квалификацией ремонтного персонала, а также с оснащенностью производственного участка инструментом, приспособлениями и измерительными средствами. В настоящей статье эту отдельную тему предлагаю не рассматривать, так как она не относится к теме «смазочные материалы», а характеризует культуру производства.

На второе место можно отнести исчерпание смазочным материалом ресурса, его загрязнение пылью из окружающего воздуха, а также продуктами износа и водой.

На третьем месте стоит недостаточное или избыточное количество смазки в подшипнике.

На четвертом месте – износ подшипника. Это явление мы подробно рассмотрели в статье «вибрация подшипников».

На пятое место можно поставить неправильный подбор смазки или её несоответствие реальным режимам работы подшипника, превышающим номинальные (расчетные).

Не рассуждая о культуре производства, предлагаем рассмотреть вопросы, связанные со смазыванием подшипников с использованием пластичных смазок.

Способ смазывания узлов трения посредством пластичных смазок, несмотря на многие преимущества, имеет один существенный недостаток. Этим недостатком является отсутствие циркуляции смазочного материала в подшипниковом узле, без которой невозможно ни полноценное охлаждение узла, ни удаление продуктов износа, ни обновление смазки. Обновление смазки и частичное удаление продуктов износа, правда, обеспечиваются за счет применения автоматических централизованных систем смазывания, но вот охлаждение – проблема, которая при использовании пластичных смазок требует отдельного технического оформления.

Обновление смазки – важнейшее условие качественной эксплуатации подшипника. Давайте вместе порассуждаем почему замена смазки столь важна. На наш взгляд, этот вопрос намного более универсален, чем может показаться. Например, в повседневной жизни практически все мы сталкиваемся с эксплуатацией автомобиля, который представляет собой сложную механическую машину с агрегатами и механизмами, требующими регулярной смазки. Конструкция современного автомобиля, как правило, предполагает «пожизненную» смазку узлов шасси и агрегатов трансмиссии. И только двигатель – исключение, когда требуется регулярная замена смазочного материала. На самом деле здесь кроется лукавство и замена смазочного материала в узлах шасси и агрегатах трансмиссии требуется каждые 50-100 тысяч километров. Это обусловлено загрязнением смазки (масла) продуктами износа, пылью и насыщением влагой. Каким бы качественным и долговечным ни был смазочный материал, его следует обновлять по причине загрязнения. Загрязнение смазки (масла) усиливает трение деталей, результатом которого становится повышенный износ и нагрев узла трения. Нагрев узла вызывает изменение свойств смазочного материала и снова повышенный износ узла. Процесс приобретает нарастающий характер и ведёт к преждевременному выходу узла из строя.

Итак, одна из причин повышенного нагрева подшипника заключается в загрязнении смазки.

Ещё одним важнейшим условием обеспечения нормального температурного режима подшипника является степень заполнения смазкой полости подшипника. Смазка должна занимать 2/3 объема полости подшипника при частоте вращения до 1500 об/мин и 1/2 объёма при частоте вращения свыше 1500 об/мин. Если количество смазки недостаточно, подшипник будет перегреваться из-за неустойчивого режима смазывания. Если смазки в подшипнике слишком много, подшипник перегревается от повышенного гидравлического трения. В обоих случаях перегрев приводит к повышенному износу подшипника и потере свойств смазки.

Вывод: количество смазки в подшипнике должно быть оптимальным и соответствовать скоростному режиму его работы. Принцип «кашу маслом не испортишь» здесь не подходит.

Рассмотрим теперь влияние на температурные режимы подшипников такой важнейшей характеристики смазки, как вязкость базового масла.

С точки зрения обеспечения минимального внутреннего разогрева подшипника, наиболее тщательно следует подбирать смазку по вязкости базового масла. Вязкость базового масла должна соответствовать скоростному режиму подшипника и рабочим температурам. Чем выше скорость вращения вала, который опирается на подшипник, тем меньше должна быть вязкость. Чем выше механические нагрузки – тем выше требуется вязкость базы. Вязкость базового масла рассчитывается с помощью скоростного фактора подшипника и подбирается по специальным таблицам или графикам. Об этом - подробно в статье «как выбрать смазку».

Выводы:

1. чем выше вязкость базового масла в смазке, тем более высокие температуры и нагрузки способна обеспечить смазка.
2. чем ниже вязкость базового масла, тем более низкие рабочие температуры и более скоростные режимы допускает смазка.
3. чем выше вязкость базового масла, тем более смазка склонна к внутреннему разогреву.
4. чем ниже вязкость базового масла, тем больше разогрев подшипника при высоких механических нагрузках.

Значит: вязкость базового масла должна быть оптимальной для данных скоростных, нагрузочных и температурных условий работы подшипника.

Давайте теперь вместе рассмотрим, как всё-таки преодолеть проблемы обеспечения долговечности подшипников за счет смазочного материала, если невозможно избежать их перегрев.

В реальном производстве механические и тепловые нагрузки в оборудовании могут существенно отличаться от расчетных. Это связано с разными причинами – их мы рассматривать не будем, так как в основном они носят организационный характер. Обсудим принципы корректировки типа смазки в зависимости от особенностей работы подшипника в реальных условиях.

Наиболее часто необходимость что-то менять возникает, когда температурный режим работы подшипника превышает расчетный. Потребитель вынужден использовать смазки с более высокотемпературной стойкостью, заменяя, например, смазки на простом загустителе смазками на комплексном загустителе. Это наиболее часто встречающийся случай замены. К самым распространенным смазкам на простом загустителе относятся смазки, загущенные литиевым мылом. У компании ExxonMobil, например, это серия “Mobilux EP”, у Shell это серия Alvania, у Total – серия Multis и так далее. В этих случаях замена на комплексно-литиевые смазки даёт отличный результат. Так смазки от российской компании АРГО на комплексно-литиевом загустителе из серии Termolit 3000 прекрасно заменяют западные смазки на простом литиевом загустителе, превосходя их по высокотемпературным свойствам.

Вот пример смазок АРГО серии “Termolit 3000”:

Из таблицы видно, что максимальная рабочая температура для комплексно-литиевых смазок достигает 160ºС. Кратковременно допускается нагрев до 180ºС. Это существенный прирост допустимых температур относительно простых литиевых смазок с максимально рабочей температурой 120-130ºС. Обычно этого запаса как раз и не хватает.

Ещё одним нештатным изменением условий работы подшипника является влажность и попадание воды внутрь подшипника. Это встречается, например, в металлургическом производстве в прокатном оборудовании. Прокатные валки и ролики рольгангов обильно орошаются водой, которая через уплотнения попадает в подшипники, разрушая и вымывая смазочный материал. Сложность обеспечить герметичность крупногабаритных подшипников вынуждает смириться с обводнением и диктует необходимость использовать специальные водостойкие смазки. Для этих целей хорошо подходят смазки на комплексе сульфоната кальция, совмещая в себе высокотемпературные свойства и чрезвычайную водостойкость. Сульфонатно — кальциевые смазки как нельзя лучше подходят для металлургии.

Вот пример смазки на загустителе сульфоната кальция от компании АРГО “TermoLub S460”:

Как видно из таблицы, максимальная рабочая температура смазки АРГО “TermoLub S460” достигает 180ºС, чем она практически не уступает комплексно-литиевым смазкам, полезно отличаясь хорошей водостойкостью.

Таким образом, наиболее «выдающимися» высокотемпературными свойствами и водостойкостью отличаются смазки на комплексе сульфоната кальция. Вот краткие технические характеристики еще одной смазки АРГО на CaS загустителе —  “TermoLub S220”:

Итак, в этой статье мы вместе с вами рассмотрели причины повышенного нагрева подшипников качения, указали на условия, которые необходимо соблюдать для обеспечения нормальной эксплуатации подшипников. Обсудили также способы компенсирования вредного воздействия повышенных температур и влажности за счет использования смазок с более высокими эксплуатационными свойствами.

Прочие причины нагрева подшипника слишком индивидуальны, поэтому их сложно систематизировать в одной статье.

До новых встреч!