Чем смазать подшипник скольжения

Смазка подшипников скольжения

Режимы смазки

Подшипник скольжения работает при наличии смазочного материала в зазоре между цапфой вала и вкладышем.
Смазыванием называют подведение смазочного материала в зону трения, смазкой – действие смазочного материала.

При неподвижном вале жидкий смазочный материал в подшипнике из зоны контакта выдавлен (рис .1, а), но на поверхностях цапфы и вкладыша сохраняется его тонкая пленка толщиной порядка 0,1 мкм. Толщины этой пленки не хватает для полного разделения поверхностей трения в момент пуска и при малой угловой скорости. Работу подшипника скольжения в этот момент характеризует режим граничной смазки .

Вращающийся вал вовлекает смазочный материал в клиновый зазор между цапфой и вкладышем (рис. 1, б), в результате чего возникает несущий масляный слой, характеризуемый большой гидродинамической подъемной силой, под действием которой вал всплывает в смазочном материале.
По мере увеличения скорости вращения толщина смазочного слоя увеличивается, но отдельные микроскопические выступы на трущихся поверхностях касаются друг друга при относительном перемещении. Работу подшипника в этот момент характеризует режим полужидкостной смазки .

Граничную и полужидкостную смазку объединяют одним понятием – несовершенная смазка .

При дальнейшем возрастании угловой скорости возникает сплошной устойчивый слой масла, полностью разделяющий поверхности трения (рис. 2). Возникает режим жидкостной смазки , при котором изнашивания и заедания не происходит.

По способу образования масляного слоя различают гидродинамические и гидростатические подшипники скольжения.

Подшипники скольжения, в которых несущий масляный слой создается при вращении цапфы вала, называются гидродинамическими .

В гидростатических подшипниках режим жидкостной смазки создается за счет подвода масла под цапфу принудительно, от специального жидкостного насоса. Создаваемое давление должно быть таким, чтобы вал всплывал в масле. В гидростатических подшипниках создание несущего масляного слоя не зависит от угловой скорости вала.

Смазочные материалы

В механизмах и агрегатах смазка служит для выполнения нескольких функций – уменьшение сил трения, охлаждение деталей и защита их от коррозии, смывание продуктов износа с поверхностей деталей, а также для демпфирования при динамических нагрузках.
Для уменьшения трения и изнашивания, охлаждения и очистки от продуктов износа, защиты от коррозии, повышения демпфирующей способности контакта подшипники скольжения смазывают материалами, обладающими вязкостью и маслянистостью.

Вязкость характеризует объемное свойство смазочного материала оказывать сопротивление относительному перемещению его слоев.
Вязкость является важнейшим свойством масел. В гидродинамических расчетах используют динамическую вязкость μ , измеряемую в Па×с. В технических характеристиках масел указывают кинематическую вязкость v в мм 2 /с, равную динамической вязкости, деленной на плотность ρ масла.
Значения вязкости приводят для температур, близких к рабочим (50˚, 100˚С и т. п.).
Вязкость существенно зависит от температуры – с повышением температуры вязкость уменьшается, с понижением температуры вязкость увеличивается.

Маслянистость характеризует способность смазочного материала образовывать на поверхности трения устойчивые тонкие пленки, предотвращающие непосредственный контакт поверхностей.

Смазочные материалы могут быть жидкими (масла), пластичными (мази), твердыми (порошки, покрытия) и газообразными (газы).

Масла являются основным смазочным материалом. Они имеют низкий коэффициент внутреннего трения, хорошо очищают и охлаждают рабочие поверхности, их легко подводить в зоны смазывания, но требуются уплотняющие устройства, препятствующие вытеканию масла.
Различают масла: нефтяные (минеральные), синтетические и жировые.

Нефтяные масла – продукты перегонки нефти – наиболее часто применяют для подшипников скольжения. К ним относятся масла индустриальные (марок И-Л-А-22, И-Г-А-46 и др.), моторные масла (М8В, М10Г2 и др.), а также другие аналогичные типы масел, получаемых из нефти.

Синтетические масла получают искусственными методами из различных материалов и веществ. Масла, получаемые в результате синтетических добавок в минеральные масла называют полусинтетическими . Синтетические масла обладают рядом существенных преимуществ перед минеральными – они стойки к разложению и потере свойств в агрессивной среде, а также изменению вязкости при изменении температуры. Однако в настоящее время технология получения синтетических масел относительно дорогая, поэтому они используются лишь в ответственных агрегатах и механизмах.

Жировые масла – растительные (касторовое и др.) и животные (костное и др.) – обладают высокими смазывающими свойствами, но дороги и дефицитны. Их применяют редко.

Воду как смазочный материал применяют для подшипников с вкладышами из дерева, резины и пластмасс. Во избежание коррозии вал выполняют с покрытием или из нержавеющей стали.

Пластичные смазочные материалы (мази) изготавливают загущением жидких масел мылами жирных кислот.
В зависимости от загустителя пластичные смазочные материалы делят на солидолы, литолы, консталины и др. Они хорошо заполняют зазоры, герметизируя узлы трения, стойки от вымывания водой. Вязкость пластичных смазочных материалов мало изменяется при изменении температуры.
Применяют мази в подшипниках, работающих при ударных нагрузках и малых скоростях.

Твердые смазочные материалы применяют в машинах, когда по условиям работы или производства невозможно применять масла и мази (автомобильные рессоры, ткацкие станки, продуктовые машины и др.). Используют их в виде порошков (графит, дисульфиды и др.), мягких металлических покрытий (олово, серебро, золото), а также твердосмазывающих покрытий (ВНИИ НП-209 и др.).

Газообразные смазочные материалы – воздух, пары углеводородов и др. – применяют в малонагруженных подшипниках при очень высоких частотах вращения – до 250 тыс. оборотов в минуту (электро- и пневмошпиндели, центрифуги, турбины и т. п.).

Подвод смазочного материала

Смазочный материал подводится в подшипник по ходу вращения цапфы вала в зону максимального зазора, где отсутствует гидродинамическое давление (см. рис. 1, б). Распределение масла по длине вкладыша осуществляется смазочными канавками, которые располагаются в ненагруженной зоне. В местах стыка вкладышей делают неглубокие карманы-холодильники 1 (рис. 3), которые охлаждают смазочный материал, распределяют его по длине цапфы и собирают продукты изнашивания.
Жидкие масла подают в подшипники самотеком или, чаще всего, с помощью смазочных устройств, а также принудительно под давлением от жидкостных насосов (обычно шестеренчатых).

Смазочные устройства по конструкции могут быть очень разнообразными. По характеру подачи смазочного материала различают устройства для периодического (рис. 4, рис. 5, рис. 7) и непрерывного (рис. 6, рис. 8) смазывания, а в зависимости от вида смазочного материала – для пластичного (рис. 7) и жидкого (рис. 8) материала.

Через пресс-масленки (рис. 4, рис. 7) смазочный материал подают к трущимся поверхностям под давлением с помощью специального шприца-нагнетателя. Такие масленки малогабаритны, позволяют упростить подвод смазочного материала к труднодоступным узлам трения.

Колпачковые масленки (рис. 5) служат для подачи пластичного смазочного материала. Здесь мазь периодически выдавливают через канал масленки путем подвинчивания колпачка, заполненного мазью.

Фитильные масленки (рис. 6) обеспечивают непрерывность подачи масла ,фильтруя его при прохождении через фитиль. Фитильное смазывание основано на принципе сифона, осуществляемого капиллярами хлопчатобумажного фитиля. Конец фитиля, вставленный в трубку масленки, должен быть ниже дна масляного резервуара. Недостатком таких масленок является зависимость подачи масла от его уровня в масленке, а также расход масла в нерабочий период.

Подвод масла кольцом (рис. 8), свободно висящим на цапфе. Вследствие трения между цапфой и кольцом последнее вращается, захватывает из ванны масло и подает его на цапфу. Отработавшее масло самотеком стекает в ванну и вновь захватывается кольцом. Обычно такие кольца называют маслоподъемными.

Смазывание разбрызгиванием применяют в герметически закрытых механизмах (редукторах, коробках передач и т. п.), в которых подвижные и вращающиеся детали захватывают и разбрасывают масло в объеме корпуса механизма, создавая брызги и своеобразный масляный туман, оседающие на поверхностях, нуждающихся в смазке.

Наиболее совершенным является циркуляционное смазывание , когда к трущимся поверхностям непрерывно подводят свежее охлажденное и профильтрованное масло, а отработавшее масло непрерывно отводят для последующего охлаждения и очистки.

В подшипниках скольжения используются 3 основные разновидности смазки: полужидкостная, жидкостная, граничная.

Жидкостная смазка

При использовании жидкостной смазки поверхности детали и вала разделяет сплошной масляный слой. В данном случае непосредственного трения между стальными поверхностями детали и вала нет.

При жидкостной смазке коэффициент трения очень мал, потери в подшипнике на трение и выделение тепла незначительны. Поскольку износа стальных деталей при использовании жидкостной смазки не происходит, она считается наиболее подходящей для функционирования подшипниковых узлов.

Использование жидкостной смазки сопровождается непрерывной подачей большого количества смазки в подшипник. Создаются давления в масле (нужные для выдерживания действующих на деталь нагрузок и недопущения контакта между стальными поверхностями) с помощью эксцентричного положения вала в детали. Это положение достигается непрерывным нагнетанием масла в сужающийся отрезок зазора вращающимся валом. Данный саморегулируемый процесс, направленный на создание в масляной пленке давления, называют гидродинамической смазкой.

Полужидкостная смазка

При использовании полужидкостной смазки масляный слой не является сплошным и обильным. Поверхности детали и вала соприкасаются между собой. Смазка такого типа используется при отсутствии специального механизма гидродинамической смазки либо в случае недостаточной подачи масла.

Смазка полужидкостная в гидродинамических подшипниках может образоваться при недостаточной толщине слоя масла, не способной предупредить соприкосновение неровностей детали и подшипника.

Полужидкостная смазка обладает более высоким, нежели жидкостная, коэффициентом трения. При ее использовании тепловыделение в детали выше. Поэтому ее возникновение, особенно в тех подшипниках, работа которых сопровождается большими частотами вращения, может вызвать перегрев детали и ее поломку.

Граничная смазка

Граничная смазка предусматривает соприкосновение поверхностей детали и вала полностью либо на больших участках. Между ними нет разделительного слоя масла. Масло находится на стальных поверхностях лишь в качестве адсорбированной пленки.

Благодаря присутствию адсорбированного масла, сила трения при использовании граничной смазки меньше, нежели при сухом трении, но значительно выше, нежели при полужидкостном либо жидкостном.

Сказка делается граничной при слишком слабой подаче масла. Она встречается в подшипниках с недостаточной либо периодической подачей смазочного вещества. Также она может возникнуть в деталях жидкостной смазки в случае поломки механизма гидродинамической смазки.

Возникновение граничной смазки в быстроходных подшипниках, работающих под высокой нагрузкой, способно вызвать расплавление заливки, перегрев, схватывание, а также заедание подшипника.

Смазочные материалы подразделяются на жидкие, консистентные, т. е. густые (мази), твердые и газообразные. Жидкие масла равномерно распределяются по трущимся поверхностям, обладают малым внутренним трением, хорошо работают в значительных диапазонах температур и поэтому являются основными смазочными материалами подшипников скольжения. Наиболее распространены минеральные масла — продукты переработки нефти. У растительных (льняное, касторовое и др.) и животных масел по сравнению с минеральными более высокие сказывающие свойства, но они дороже и находят применение лишь в специальных случаях.

Важнейшие свойства масел, определяющие их смазывающую способность, в условиях жидкостного трения — вязкость, а при отсутствии жидкостного трения — маслянистость. Вязкость, или внутреннее трение жидкостей,— свойство сопротивляться сдвигу одного слоя жидкости по отношению к другому. Различают динамическую и кинематическую вязкость. За единицу динамической вязкости принята вязкость среды, касательное напряжение в которой при ламинарном течении и разности скоростей слоев, находящихся на расстоянии 1 м по нормали к направлению скорости, равной 1 м/с, равно 1 Па. Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости смазочного материала к его плотности.

Маслянистость (смачиваемость, липкость) — способность смазочного материала к адсорбции, т. е. образованию и удержанию на поверхности трения трущихся деталей машин тонких пленок масла. Вязкость — индивидуальное качество данного масла, а маслянистость зависит от свойств не только масла, но и цапфы вала и вкладышей подшипника. Для повышения эксплуатационных показателей в минеральные масла вводят различные присадки (растительные и животные масла, олеиновую кислоту, серу и др.). Как отмечено в предыдущем параграфе, в некоторых подшипниках скольжения в качестве смазочного материала применяют воду.

Консистентные смазочные материалы.

Консистентные смазочные материалы изготовляют путем загущения жидких минеральных масел кальциевыми (солидолы) или натриевыми (консталины) мылами. Они хорошо герметизируют подшипники и допускают в подшипниках большое давление; по сравнению с маслами внутреннее трение в них более высокое. Консистентные смазочные материалы применяют в подшипниках машин цементной промышленности, ткацких станках и т. п., требующих надежной герметизации или работающих в широком диапазоне температур и режимов эксплуатации.

Твердые смазочные материалы.

Твердые смазочные материалы — графит, тальк, слюда и некоторые другие — применяются для смазки подшипников скольжения, работающих при высоких температурах рабочей среды (например, в транспортерах, вагонетках различных печей).

В некоторых подшипниках скольжения быстроходных и малонагруженных валов применяют воздушную смазку.

Достоинство воздушной смазки — небольшие потери мощности в подшипниках на трение и теплообразование, так как вязкость воздуха очень низкая.

Подача смазочных материалов к трущимся поверхностям подшипника и другим различным узлам и деталям машин в зависимости от назначения может быть индивидуальной или централизованной, периодической или непрерывной, без принудительного давления или под давлением. Централизованную подачу смазочного материала осуществляют от одного общего устройства к нескольким обслуживаемым узлам и деталям. Периодической подачей смазочного материала пользуются, когда требуется небольшое количество его, например при редкой периодической работе смазываемых деталей машин. В остальных случаях пользуются непрерывной подачей его. Подачу материала без принудительного давления осуществляют тогда, когда режим работы смазываемых узлов и деталей умеренно напряженный и требуемое количество смазочного материала небольшое. К трущимся поверхностям деталей, работающих при больших давлении и скорости, а также при гидростатической смазке, подачу смазочных материалов производят от насоса под давлением.

Рис. 1

Для индивидуальной смазки трущихся поверхностей деталей машин маслами и консистентными смазочными материалами пользуются раз- личными масленками, нормализованными ГОСТом. Для осуществления индивидуальной периодической смазки маслом без принудительного давления применяют масленки с поворотной крышкой (рис. 1, а) и пресс-масленки под запрессовку (рис. 1, б). Заправку первой масленки осуществляют ручной масленкой-лейкой, а второй — шприцем. Для индивидуальной непрерывной смазки маслом без принудительного давления применяют масленки фитильную (рис. 1, в) и капельную с регулировочно-запорной иглой (рис. 1, г). Фитильная масленка обеспечивает непрерывную подачу масла через фитиль.

Недостаток ее заключается в том, что она подает масло в подшипники и тогда, когда они не работают. Капельная масленка перемещением иглы позволяет регулировать смазку и в нерабочее время прекращать подачу масла.

Периодическую индивидуальную смазку консистентными материалами осуществляют колпачковыми масленками (рис. 2, а). Подвинчиванием время от времени крьппки мазь выдавливается из масленки и поступает к трущимся поверхностям. Для индивидуальной смазки консистентными материалами под давлением пользуются пресс-масленками (рис. 2, б, в), через которые мазь подается к трущимся поверхностям под большим давлением с помощью ручного шприца или механизированного подающего устройства. Непрерывную индивидуальную смазку консистентными материалами осуществляют посредством автоматически действующих масленок (рис. 2, г), в которых мазь непрерывно подается поршнем, находящимся под давлением пружины. Централизованную смазку маслом производят без давления и под давлением. Централизованную смазку консистентными материалами осуществляют под давлением. Подачу смазочного материала на рабочую поверхность подшипника производят в зоне наименьшего давления. Распределение смазочного материала в подшипнике скольжения осуществляют с помощью смазочных канавок на рабочей поверхности вкладышей в ненагруженной зоне.