9.1. Виды смазывания

Для уменьшения потерь мощности на трение и снижения интенсивности изнашивания трущихся поверхностей, а также для предохранения их от заедания, задиров, коррозии и для лучшего отвода тепла, трущиеся поверхности деталей должны иметь надёжное смазывание. [1]

Изнашивание – процесс разрушения и отделения материала с поверхности твёрдого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела (детали).

Смазка – действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшается сила трения и (или) интенсивность изнашивания.

Основное назначение смазки состоит в образовании слоя из смазочного материала, разделяющего поверхности трения, и, благодаря этому, уменьшающие силы трения и износа.

Различают три режима смазывания:

  1. Граничное смазывание имеет место при недостаточной толщине смазочного слоя для разделения трущихся поверхностей, возникает при:
    • недостатке смазочного материала;
    • недостаточной скорости перемещения сопряженных поверхностей;
    • низкой вязкости масла.

    Следствием является:

    • металлический контакт сопряженных поверхностей
    • схватывание выступающих пиков шероховатости, в результате чего имеет место:
      • значительное трение;
      • большой износ;
      • разрушение сопряженных поверхностей.
  2. Гидродинамическое смазывание возникает при полном разделении сопряжённых поверхностей смазочным слоем. Трение в этом случае значительно ниже, отсутствует металлический контакт поверхностей трения.
  3. Контактно-гидродинамический режим возникает при упругом деформировании поверхностей в местах контакта, однако масло из зоны контакта не выдавливается. В зоне контакта вязкость масла резко возрастает, а после снятия нагрузки – снова снижается до исходного значения.

9.2. Классификация смазочных материалов

Наиболее широко в технике используются жидкие и пластичные смазочные материалы. Менее распространены твёрдые и газообразные смазочные материалы.

Пластичные смазочные материалы применяют для смазывания подшипников качения при частоте вращения до 3000 об/мин. и температуре до 100 °С. Большая часть подшипников качения (до 90%) смазывается этими материалами.

Преимущества пластичных смазок:

  • простая и дешевая конструкция подшипниковых узлов;
  • лучшее уплотнение против проникновения влаги и загрязнения из внешней среды.

Жидкие масла применяются при высоких частотах вращения, превышающих допустимые для смазывания пластичной смазкой, а также при необходимости отвода тепла от узлов механизма. Используются также при необходимости смазывания ряда узлов: подшипников, уплотнений, зубчатых колёс.

Твёрдые смазочные материалы применяют в виде порошков или покрытий. Это графит, дисульфид молибдена, имеющие чешуйчатое строение и малые усилия при смещении слоев относительно друг друга. Применяются при отрицательных температурах и при температурах более 100 °С.

9.3. Характеристики, особенности, способы подачи и контроля пластичных смазочных материалов

Пластические смазки состоят из двух компонентов: жидкой основы (минеральные, растительные, синтетические и другие масла) и загустителя (твёрдые углеводороды, различные соли высокомолекулярных жирных кислот, высокодисперсные силикагели и бентониты, другие продукты органического и неорганического происхождения). В своём составе содержат присадки, улучшающие эксплуатационные характеристики, а также наполнители (графит, дисульфид молибдена, порошкообразные металлы или их окислы, слюду и другие).

Преимущества пластичных смазок:

  • способность удерживаться в негерметичных узлах трения;
  • работоспособность в широких температурном и скоростном диапазонах;
  • лучшая смазывающая способность;
  • высокие защитные свойства от коррозии;
  • работоспособность в контакте с водой и агрессивными средами;
  • экономичность.

Недостатки пластичных смазок:

  • плохая охлаждающая способность;
  • высокая склонность к окислению;
  • сложность подачи к узлу трения.

В зависимости от загустителя различают:

  1. Кальциевые (солидолы) смазки – влагостойкие (могут содержать до 4% влаги). Имеют хорошую механическую стабильность и низкий коэффициент внутреннего трения. Смешиваясь с водой, не образуют эмульсии. Используются в условиях высокой влажности при температуре -30…+55 °С. Расплавляясь, теряют содержащуюся в них воду, после охлаждения не восстанавливают свои физико-химические свойства.
  2. Натриевые смазки – чувствительны к влаге (соединяясь с водой, образуют эмульсию и выделяют коррозирующие щелочи и кислоты). Применяются при отсутствии контакта с водой при температуре -30…+150 °С. Обладают хорошими маслянистостью и уплотняющими свойствами, восстанавливают свои характеристики после расплавления.
  3. Кальциево-натриевые смазки – по влагостойкости и температурному диапазону занимают промежуточное место, эффективны для применения в условиях небольшой влажности при температуре 0…+110 °С.
  4. Литиевые смазки – имеют положительные свойства кальциевых и натриевых смазок, но без их недостатков: хорошую маслянистость, отличную температурную устойчивость. Применяются при температуре -50…+150 °С при возможности проникновения воды.
  5. Смазки с синтетическими маслами – отличаются большой устойчивостью против старения, имеют малые потери на трение, работают при температуре -70…+150 °С.

В зависимости от температуры каплепадения различают пластичные смазки:

  • низкотемпературные;
  • среднетемпературные;
  • высокотемпературные.

По назначению пластичные смазки бывают:

  • антифрикционные;
  • защитные;
  • уплотнительные.

Маркировка пластичных смазок:

  • область применения (У – универсальная; И – индустриальная; П – прокатная; А – автотракторная; Ж – железнодорожная);
  • наименование группы (Н – низкотемпературная, С – среднеплавкая; Т – тугоплавкая);
  • марка и специфические свойства (М – морозостойкая; В – влагостойкая; З – защитная; К – канатная).

Системы смазывания:

  • закладная смазка в корпус подшипника;
  • периодическое смазывание при помощи шприца;
  • смазывание при помощи ручных станций;
  • централизованные системы смазывания.

Условия заполнения подшипника пластичной смазкой:

  • правильное количество смазки;
  • правильный способ закладки;
  • правильный сорт и качество смазки;
  • правильные интервалы повторного смазывания.

При нормальных условиях эксплуатации полную замену смазки подшипников осуществляют через 4-6 месяцев работы, при тяжёлых условиях эксплуатации – через 2-3 месяца. Повышение температуры на 15 °С требует подачи смазки вдвое чаще.

Требования по эксплуатации централизованных систем:

  • исключить возможность попадания в систему грязи, песка, воды, воздуха;
  • используемая смазка должна быть однотипной, однородной – без комков и посторонних включений;
  • запрещается заполнять резервуар ручной станции через верх со снятой крышкой;
  • исключить утечки смазки через питатели и трубопроводы;
  • при замене труб новая труба должна быть протравлена или обработана пескоструйной машиной, промыта и наполнена смазкой;
  • запорные приспособления, установленные на маслопроводе возле станций, должны быть открыты при работе;
  • соблюдать сроки заполнения резервуара смазкой, не допускать их опорожнение;
  • соблюдать периодичность замены диаграммы на самопишущем манометре;
  • результаты предыдущих суток анализировать;
  • не допускать попадание смазки в механизм самопишущего манометра;
  • регулярно проверять показания манометров на контрольных точках;
  • один раз в смену проверять работу питателя.

Требования по эксплуатации ручных станций:

  • при нагнетании не доводить рукоятку до крайнего положения;
  • обеспечить постоянный контроль давления;
  • не оставлять систему под давлением (рукоятка станции должна быть в вертикальном положении);
  • предохранять станцию от загрязнения и от воздействия влаги;
  • все питатели, смазываемые точки и отводы пронумеровать однотипно.

Типичные случаи неполадок питателей:

  • повреждён корпус ограничителя – заменить, по возможности, восстановить;
  • погнут шток линейного питателя – заменить шток либо ограничитель;
  • питатель срабатывает только вверх – у золотника очень длинный нижний хвостовик;
  • при нормальном давлении питатель пропускает смазку свыше положенной нормы – износ либо отсутствие золотника.

9.4. Характеристики, особенности, способы подачи и контроля жидких смазочных материалов

Типы жидких масел:

  • минеральные, получаемые как продукт перегонки нефти;
  • синтетические;
  • растительные – работают при низких и высоких температурах;
  • животные – добавляют в минеральные при особых условиях трения.

В результате действия кислорода воздуха минеральные масла окисляются с образованием кислот, смол, карбонидов. При этом изменяются физико-механические свойства масел: вязкость, повышается кислотное число. Чем выше рабочая температура масла и чем больше длительность пребывания постоянного объёма в механизме (маслобаке), тем интенсивнее протекает окисление и тем больше продуктов окисления скапливается в масле. Это приводит к загрязнению, коррозии, что вызывает через определённое время необходимость замены отработанного масла свежим.

Маркировка жидких масел:

  • цифра показывает среднюю кинематическую вязкость в сантистоксах;
  • буквы обозначают тип масла: Л – лёгкое; С – среднее; Т – тяжёлое (высоковязкое); В – выщелоченное; А – автотракторное; К – кислотной очистки; С – селективной очистки; З – загущенное.

Чаще всего в подшипниках качения используют минеральные масла прямой перегонки без присадок. Масла, содержащие присадки, которые улучшают определённые свойства смазочного материала, используют в особых случаях. Синтетические масла применяются в подшипниках в крайних случаях, например, при очень низких или очень высоких температурах.

Выбор масла основан на величине вязкости, необходимой для эффективного смазывания подшипника при рабочей температуре. Вязкость масла зависит уменьшается с ростом температуры. В подшипниках качения рекомендуется применять масла с высоким индексом вязкости (малые изменения при росте температуры) – не менее 85 единиц.

Масло меняется 1 раз в год, если рабочая температура не превышает 50 °С. Если температура свыше 100 °С замена масла должна проводиться каждые три месяца.

Способы подачи жидкостной смазки к поверхности трения:

  • индивидуальная (капельная, фитильная);
  • погружением (разбрызгиванием, при скорости вращения колёс до 10 м/с).

При погружении зубчатых колес в масляную ванну жидкий смазочный материал попадает в узлы трения частично, большая часть масла не используется. При циркуляционной системе смазки, масло можно очищать, регулировать и контролировать его качество и замену.

Требования по эксплуатации систем жидкой смазки:

  1. Запуск системы смазки разрешается при исправном состоянии всех систем контроля.
  2. За 15-20 минут до пуска агрегата масло подогревают до 60…70 °С.
  3. Механизмы разрешается запускать только после того, как давление в магистрали достигнет как минимум 0,15 МПа.
  4. При остановке оператор должен лично убедиться, что все механизмы остановлены.
  5. Следить за показаниями приборов, состоянием масла в отстойнике.
  6. Не реже одного раза в год промывать резервуары горячей водой и убирать грязь в корпусах фильтров.
  7. Периодически чередовать рабочие и резервные насосы.
  8. Давление масла на входе в теплообменник должно быть выше, чем давление охлаждающей воды.
  9. Необходимо следить за чистотой внутренней поверхности систем смазки.
  10. Аварийный сигнал должен быть одновременно световым и звуковым.
  11. Необходимо наблюдать за работой указателей течения и подачи масла. Следить за состоянием сопел, брызгал в редукторах, фланцевых и резьбовых соединений.
  12. Не реже одного раза в день спускать воду из водоотделителя.

Возможные неисправности в работе шестеренных насосов:

  1. Насос не засасывает масло:
    • насос не залит маслом;
    • подсос воздуха на линии всасывания;
    • велика высота всасывания.
  2. Насос не нагнетает масло в систему:
    • низкий уровень масла в баке или его отсутствие;
    • неправильное вращение насоса;
    • засорение всасывающего трубопровода или масляного фильтра;
    • срезана шпонка вала или муфта проворачивается по валу;
    • сломан вал;
    • недостаточна скорость вращения;
    • увеличены торцевые зазоры между шестернями и втулками.
  3. Увеличенная потребляемая мощность:
    • увеличенное давление нагнетания;
    • насос перекачивает холодное масло;
    • насос перекачивает загрязнённое масло;
    • неравномерная затяжка болтов;
    • деформация рамы или фундамента.
  4. Повышенный шум при работе насоса:
    • загрязнения трубопровода или фильтра;
    • засорение всасывающих каналов;
    • повышенная скорость вращения;
    • повышенная вязкость масла;
    • отсутствие сообщения пространства над маслом в баке с атмосферой.
  5. Наружные утечки по валу насоса или в соединениях крышки с корпусом:
    • засорение дренажных отверстий;
    • износ или повреждение уплотнений;
    • повреждение уплотнений в крышках.

9.5. Проверка качества подачи смазочных материалов и продуктов износа в смазке

Операции по контролю поступления смазочного материала определяются способом его подачи к деталям механизма. При этом проверяют:

  • количество масла в редукторе (по уровнемеру, масляным щупом);
  • работу насоса подачи масла (при принудительной смазке);
  • утечки, просачивания пластичного смазочного материала из уплотнительной части (чрезмерное просачивание или сухая уплотнительная часть являются симптомами неисправности);
  • давление масла по манометру;
  • работу питателей (равномерность работы штоков, их перемещения при переключении системы смазывания);
  • подачу масла (по расходомеру, через смотровое стекло на маслопроводе – оптимальная толщина струи масла составляет 2-3 мм);
  • состояние обрызгивания маслом зубчатых колёс (достаточность, равномерность).

Включения в масло отражают характер и интенсивность износа элементов механизма, смазываемых маслом, и характеризуются числом, концентрацией частиц и их химическим составом. При нормальном износе обнаруживаются частицы размером до 15 мкм и толщиной до 1 мкм. При трении – это гладкие круглые частицы. Начало интенсивного изнашивания сопровождается увеличением концентрации частиц и их размера до 50 мкм и появлением определенной формы (осколки, пластины неправильной формы, стружка). Дальнейшее развитие неисправности приводит к увеличению размера частиц до 100-300 мкм, а при выходе из строя – более 1000 мкм. Возрастание концентрации элементов износа в масле начинается за 100-150 часов до возможного нарушения работоспособности сопряжения.

9.6. Уплотнение подвижных соединений

Область применения уплотнений – герметизация входных и выходных валов машин. Уплотнения предупреждают утечку масла из корпуса машин и защищают внутренние полости корпуса от внешних воздействий (проникновения пыли, грязи и влаги), герметизируют полости в машинах, содержащих газы и жидкости при высоких давлениях или под вакуумом. В роторных машинах необходимо уплотнение вращающихся валов и роторов; в поршневых машинах – уплотнение возвратно-поступательно движущихся частей.

Все системы уплотнений делят на:

  • контактные – уплотнение достигается непосредственным соприкосновением подвижной и неподвижной частей уплотнений; обеспечивают более высокую герметичность соединений; ограниченность допустимых скоростей относительного движения, изнашиваемость и потери уплотнительных свойств с износом;
  • бесконтактные – уплотнение достигается с помощью центробежных сил, гидродинамических явлений; не имеют пределов по скорости относительного движения; срок службы не ограничен; уплотнительные свойства ниже, чем у контактных уплотнений; полной герметизации можно добиться лишь применением дополнительных устройств.

9.6.1. Контактные уплотнения

Сальник – кольцевая полость вокруг вала, набитая уплотняющим материалом (хлопчатобумажные ткани, шнуры, вываренные в масле, фетр, асбест и подобные материалы с добавлением металлических порошков (свинца, баббита), графита, дисульфида молибдена и других самосмазывающихся веществ).

Недостатки сальника:

  • повышенный износ, сопровождающийся потерей уплотнительных свойств;
  • неприспособленность к высоким окружным скоростям.

Надёжность возрастает при подводе смазки (уменьшается коэффициент трения, тепловыделение, повышается герметичность). Для компенсации осуществляют периодическую затяжку набивки. Перетяжка сальника приводит к перегреву и выходу уплотнения из строя.

Манжетные уплотнения – кольцо с воротником, охватывающим вал, выполненное из мягкого упругого материала (поливинилхлорид выдерживает температуру до 80 °С; фторопласт – до 300 °С). Под действием давления в уплотняемой полости воротник манжеты плотно охватывает вал с силой, пропорциональной давлению. Для обеспечения постоянного натяга воротник стягивают на валу кольцевой пружиной. Наружную сторону манжеты плотно крепят к корпусу. Манжета должна быть расположена воротником навстречу уплотняемому давлению (при обратном расположении давление отжимает воротник от вала). При необходимости двустороннего уплотнения устанавливают две манжеты с воротниками, направленными в разные стороны.

Уплотнение разрезными пружинными кольцами надёжно, оно может держать большие перепады давления, долговечно. Изготовляют из закалённой стали, перлитного чугуна, кованой бронзы и устанавливают в термообработанном стальном корпусе. Под действием перепада давления кольца прижимаются торцами к стенкам канавок корпуса. Обычно устанавливают два-три кольца; при повышенном перепаде давления число колец доводят до пяти-шести. Со временем на торцевой поверхности колец образуется ступенчатая выработка – результат прижатия кольца к стенке канавки. Для равномерного распределения нагрузки между кольцами и для подвода масла к трущимся поверхностям в кольцах выполняют разгрузочные отверстия.

Уплотнение резиновыми кольцами, вводимыми в канавки вала или промежуточной втулки, имеет ограниченное применение. Кольца выполняют из мягких сортов маслостойкой и термостойкой синтетической резины.

Недостатки уплотнения резиновыми кольцами:

  • низкая надёжность работы;
  • быстрый износ;
  • неопределённость сил прижатия.

Чаще применяют резиновые кольца в установках с возвратно-поступательным движением вала.

9.6.2. Беcконтактные уплотнения

Щелевые уплотнения – наиболее простой вид бесконтактного уплотнения – кольцевая щель между валом и корпусом. Уплотняющая способность кольцевой щели пропорциональна длине и обратно пропорциональна величине зазора. При практически осуществимых длинах щели и величинах зазора уплотнение малоэффективно.

Уплотнения отгонной резьбой применяют для герметизации полостей, содержащих жидкости. На валу и (или) во втулке выполняют многозаходную резьбу. Направление резьбы согласовывается с направлением вращения вала так, чтобы витки отгоняли уплотняемую жидкость в корпус. Уплотнение нереверсивное; при перемене направления вращения витки гонят жидкость из корпуса. Уплотняющая способность отгонной резьбы пропорциональна длине резьбового пояса, скорости вращения вала, вязкости жидкости, обратно пропорциональна высоте резьбы и очень зависит от зазора между гребешками витков и стенками отверстия. Уплотнение работает удовлетворительно, если радиальный зазор не превышает 0,05-0,06 мм. При зазоре свыше 0,1 мм уплотнение бесполезно.

Гребешковые уплотнения – разбивают масляную плёнку, ползущую по валу, и отбрасывают масло действием центробежных сил в кольцевую полость, откуда оно стекает в корпус по дренажным отверстиям. Маслосбрасывающие гребешки выполняют непосредственно на валу или на съёмных деталях. При невысоких частотах вращения гребешок заменяют разрезным пружинным кольцом.

Уплотнение отражательными дисками – устанавливают перед щелевыми уплотнениями с целью преградить доступ масла в щель и отогнать действием центробежной силы частицы масла.

Лабиринтные уплотнения применяют для уплотнения полостей, заполненных газами. Действие их основано на торможении (завихрении) газа в узкой кольцевой щели с последующим расширением в смежной кольцевой камере большего объёма. Последовательной установкой ряда камер, разделённых узкими щелями, достигают существенного уменьшения перетекания. Лабиринтные уплотнения применяют при высоких окружных скоростях и температурах, когда исключена возможность установки контактных уплотнений. Лабиринтное уплотнение не может полностью исключить истечение, а может только ослабить поток газа через уплотнение.

9.6.3. Комбинированные уплотнения

Для повышения надёжности устанавливают последовательно два и более уплотнения разного вида.

9.6.4. Уплотнение неподвижных соединений

Плоские стыки уплотняют листовыми прокладками из упругого материала. Наилучшими свойствами обладают прокладки из синтетических материалов. Для соединений, работающих при высоких температурах, применяют прокладочные материалы с асбестом. Паропроводы уплотняют паронитом (композиция асбеста с натуральной или синтетической резиной выдерживает до 450 °С). При более высоких температурах применяют прокладки из листового свинца, алюминиевой или медной фольги (требуют повышенного усилия затяжки).

Широко применяют герметики (уплотняющие мази на основе натуральной или синтетической резины, с соответствующими растворителями), выпускаемые в виде паст и лаков. Для уплотнений, работающих при высоких температурах, применяют термостойкие мази.

Прокладки из мягких материалов после однократного использования подлежат замене.

Применяют армированные прокладки, состоящие из упругого материала (резины, пластика, асбеста и т.д.), заключённого в оболочку из мягкого металла (меди, латуни).

Круглые фланцы уплотняют упругими металлическими (гофровыми) кольцами, часто Z-образного сечения. Круглые фланцы с центрирующими буртиками уплотняют шнурами из упругих материалов (резины, синтетики), которые закладывают в канавки, проделанные в буртике.

9.7. Нарушение смазывания как причина отказов оборудования

Основные причины повреждений при нарушении смазывания [2, 3]:

  • накопление продуктов износа в смазочном материале (рисунок 9.1);

    Продукты окисления и износа в смазочном материале Продукты коксования на поверхности роликов
    Рисунок 9.1 – Накопление продуктов износа в смазочном материале:
    а) продукты окисления и износа в смазочном материале;
    б) продукты коксования на поверхности роликов
  • неравномерное смазывание беговых дорожек двухрядных подшипников (рисунок 9.2);

    Следы коксования смазочного материала на деталях подшипника Усталостное выкрашивание на беговых дорожках подшипника
    Рисунок 9.2 – Неравномерное смазывание беговых дорожек двухрядных подшипников:
    а) следы коксования смазочного материала на деталях подшипника;
    б) усталостное выкрашивание на беговых дорожках подшипника
  • ошибки в конструкции систем смазки (рисунок 9.3);

    Ошибки в конструкции систем смазки (двигателя) Ошибки в конструкции систем смазки (бустерного насоса)
    Рисунок 9.3 – Ошибки в конструкции систем смазки:
    а) двигателя;
    б) бустерного насоса
  • накопление продуктов окисления смазочного материала в окнах сепараторов (рисунок 9.4);

    Повреждения радиально-упорного шарикоподшипника из-за недостатка смазочного материала (цвета побежалости на сепараторе разрушенного подшипника) Повреждения радиально-упорного шарикоподшипника из-за недостатка смазочного материала (повреждения подшипника 3530)
    Рисунок 9.4 – Повреждения радиально-упорного шарикоподшипника из-за недостатка смазочного материала:
    а) цвета побежалости на сепараторе разрушенного подшипника;
    б) повреждения подшипника 3530
  • недостаток смазочного материала (рисунок 9.5);


  • Повреждения радиально-упорного шарикоподшипника из-за недостатка смазочного материала Повреждения радиально-упорного шарикоподшипника из-за недостатка смазочного материала
    Рисунок 9.5 – Повреждения радиально-упорного шарикоподшипника из-за недостатка смазочного материала

Перечень ссылок

  1. Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. — Донецк: Юго-Восток, 2011. — 238 с.
  2. Сидоров В.А. Нарушение смазывания как причина отказов подшипников качения // Металлообработка: оборудования и технологии для профессионалов, 2010. – №4. – С. 18-22.
  3. Сидоров В.А. Нарушение смазывания как причина отказов подшипников качения // Металлообработка: оборудования и технологии для профессионалов, 2010. – №5. – С. 72-74.

Вопросы для контроля

  1. Что обеспечивает смазывание трущихся поверхностей?
  2. Назовите основные виды смазочных материалов.
  3. Перечислите основные требования к эксплуатации систем пластичной смазки.
  4. Перечислите основные требования к эксплуатации систем жидкой смазки.
  5. Что проверяют при контроле поступления смазочного материала?
  6. Чем отличается принцип работы контактных и бесконтактных уплотнений?
  7. Назовите основные причины повреждений при нарушении смазывания.