Смазывание пластичной смазкой имеет ряд явных преимуществ по сравнению со смазыванием маслом – утечка такой смазки происходит реже, она обладает уплотняющими свойствами и защищает поверхности подшипников от коррозии. Основными недостатками пластичной смазки являются ограниченный срок службы и ограниченная охлаждающая способность. Помимо этого, в некоторых случаях возникает риск смазочного голодания, что приводит к уменьшению смазочной плёнки. Однако при выборе правильной смазки, уплотнительной и/или смазочной системы смазывание пластичной смазкой имеет очевидные преимущества. Эта статья основана на новой книге, написанной инженерами SKF . Она содержит сводные данные о механизмах смазывания пластичной смазкой подшипников качения.

Этапы смазывания пластичной смазкой

Смазывание пластичной смазкой – динамический процесс, который можно разделить на три основных этапа.

После первоначального заполнения или повторного смазывания пластичная смазка находится между телами качения, что приводит к большим потерям на перемешивание при запуске или приработке. На этом этапе, также называемом этапом перемешивания, смазка выталкивается в свободный объём подшипника (на уплотнения или на заплечики колец) или останется прикреплённой к сепаратору.

С этих участков смазка постепенно попадёт на дорожки качения за счёт маслоотделения или сдвига. На данном втором этапе маслоотделения смазочная плёнка будет формироваться в ходе процесса пополнения и расхода , во время которого на дорожки качения из резервуаров поступает смазка, но в то же время дорожки теряют смазку из-за бокового потока и окисления. Это может привести к смазочному голоданию, особенно в уплотнённых подшипниках, в которых резервуары пластичной смазки меньше. Ещё один механизм подачи смазки – периодическое пополнение в результате смягчения смазки возле контактных поверхностей из-за локального тепловыделения , которое, опять же, возникает при периодическом нарушении смазочной плёнки.

В определённый момент времени содержимое резервуаров может быть израсходовано или произойдёт ухудшение его свойств до такой степени, что дальнейшее пополнение будет невозможно. Если не пополнить резервуары, произойдёт значительное нарушение целостности смазочной плёнки, которое называется завершением срока службы смазки, при котором через некоторое время произойдёт повреждение и выход подшипника из строя.

Образование запаса пластичной смазки в резервуаре

Пластичная смазка обладает упругой вязкостью. Это означает, что вязкость смазки зависит от сдвига и от скорости сдвига.  На нём видно, что при низких скоростях сдвига вязкость очень большая. Это означает, что сопротивление потоку будет очень большим при отсутствии контакта со смазкой, например, когда она находится в свободном объёме. Это свойство также называется консистентностью. На этапе перемешивания смазка может стать менее пластичной. Это свойство называется механической стабильностью.

Толщина смазочной плёнки
Известно, что в подшипник попадает как базовое масло, так и загуститель. Толщина смазочной плёнки в подшипниках с пластичной смазкой определяется пограничными слоями, которые формирует загуститель h_R, и гидродинамическим действием базового масла h_EHL (EHL – упругогидродинамическая смазка). В последнем случае на основании ранее указанных причин также можно рассматривать базовое масло. Следовательно, толщина плёнки, h_T, рассчитывается следующим образом:

h_T = h_R + h_EHL

Подшипники, смазываемые пластичной смазкой часто работают в условиях так называемого смазочного голодания, в которых имеются только очень тонкие слои масла, и толщина смазочной плёнки в основном зависит только от толщины этих слоёв. Изменение толщины этих слоёв рассчитывается как разность между скоростями потоков подачи (маслоотделение ) смазки на дорожки качения и потери смазки на них . Потери масла на дорожке происходят из-за бокового потока, который возникает из-за высокого давления в местах контакта тел и дорожек качения.

Динамические свойства
В условиях смазочного голодания толщина смазочной плёнки уменьшается до тех пор, пока в подшипнике больше не будет достаточного количества смазки. Сухое трение металла по металлу приведёт к повреждению подшипника или может привести к тепловыделению, которое уменьшит вязкость смазки возле контактных поверхностей и приведёт к недостаточному пополнению, что, в свою очередь, станет причиной неисправности.

Срок службы смазки и повторное смазывание
Срок службы смазки определяется моментом времени, в который смазка больше не способна смазывать подшипник. Этот момент может наступить через очень длительное время, поэтому при стендовых испытаниях подшипника его определить затруднительно.

Температурные условия
Пластичные смазки рассчитаны на работу в ограниченном диапазоне температур. Максимальная температура, называемая верхним температурным пределом (HTL), определяется по температуре каплепадения, при которой смазка необратимо теряет свою структуру. Эту температуру не следует превышать. Значение максимальной безопасной температуры ниже, оно называется верхним пределом рабочих температур (HTPL).

Нижний температурный предел (LTL) – минимальная температура, при которой пластичная смазка обеспечивает нормальную работу подшипника. Он обычно измеряется при проверке пускового крутящего момента. Следовательно, значение минимальной безопасной температуры выше, она называется нижним пределом рабочих температур (LTPL). При работе в диапазоне этих допустимых температур срок службы смазки является функцией от температуры. Как правило, срок службы смазки уменьшается в два раза при каждом увеличении температуры на 15 °C.

Старение
В процессе трения и окисления механические и химические свойства пластичной смазки изменяются. Тип окисления зависит от условий работы – физическое старение преобладает при меньших температурах и высоких скоростях, а химическое старение преобладает при высоких температурах. Физическое старение приводит к изменению реологических свойств, и, в результате, к утечкам, ухудшению характеристик маслоотделения и ухудшению способности пополнения смазки в зоне контакта. Химическое старение в основном является результатом окисления. Антиоксиданты замедляют этот процесс, но когда они заканчиваются, окисление приводит к потере смазочного материала в результате превращения в летучие продукты и лак, который не может смазывать подшипник.

Системы смазывания
В тех ситуациях, когда пластичная смазка не может обеспечить достаточный срок службы подшипника в случае попадания загрязняющих частиц или воды, повторное смазывание можно обеспечить посредством систем смазывания. Эти системы состоят из насосов, трубопроводов, клапанов, распределителей и контроллеров. Пластичная смазка с оптимальными для подшипника свойствами часто может отличаться от той, которую эффективно может перекачивать система смазывания. Система смазывания должна быть рассчитана на перекачку оптимальной для подшипника пластичной смазки.

Конструкция определяется характеристиками текучести пластичной смазки, также называемыми прокачиваемостью.

Мониторинг состояния
Обычно для определения состояния подшипника (смазки) в режиме реального времени измеряются уровни вибрации. Однако всё большее распространение получают акустико-эмиссионные методы. Для определения состояния пластичной смазки в автономном режиме используются методы измерения маслоотделения, содержания масла, консистенции, загрязнения частицами и окисления (инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье).

Заключение
За последние несколько десятилетий уровень знаний SKF о пластичных смазках значительно увеличился. Сегодня с высокой степенью уверенности можно предсказать срок службы пластичной смазки и контролировать оставшийся срок службы. Уплотнение продлевает срок службы подшипника в условиях загрязнённости, при этом пластичная смазка обеспечивает дополнительный уплотнительный эффект. Системы смазывания можно использовать для периодического заполнения подшипника свежей пластичной смазкой.

Источник информации-Evolution-деловой и технический журнал фирмы SKF.