Виды смазочных материалов применяемых в подшипниках качения. Пластичная смазка для подшипников качения

При проектировании опор осей и валов перед конструктором возникает, прежде всего, вопрос о том, что в данном конкретном случае предпочтительнее - подшипник качения или подшипник скольжения. Существенную роль при этом играют экономические соображения, условия монтажа и требования взаимозаменяемости. Все эти факторы связаны с организацией производства подшипников.

С развитием машиностроения было организовано централизованное массовое изготовление подшипников качения, начиная от самых маленьких для часов и приборов и кончая крупногабаритными для кранов большой грузоподъемности, обжиговых печей, конвертеров, тяжелых прокатных станов и пр. Для каждого подшипника качения установлены определенные технические показатели - работоспособность, предельная частота вращения и максимальная статическая нагрузка, которые указываются в каталогах. При проектировании опорных узлов трения машин инженеру не приходится рассчитывать подшипник качения, поскольку достаточно лишь выбрать соответствующий типоразмер из каталога. Стандартизация и массовое производство подшипников качения обусловили их взаимозаменяемость, относительно низкую стоимость и, как следствие,- широкое применение в различных областях машиностроения.

Широкое применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения.

При этом коэффициент трения снизился до 0,0015-0,006. Производство подшипников качения ведущими промышленными странами исчисляется сотнями миллионов штук в год. Отечественной промышленностью изготовляются подшипники наружным диаметром от 1,5 до 2600 мм, а массой от 0,5 г до 3,5 т. К недостаткам подшипников качения можно отнести ограниченную способность воспринимать ударные нагрузки вследствие большой жесткости конструкции. При очень больших частотах вращения в этих подшипниках возникают значительные динамические нагрузки (центробежные отоскопические моменты и т. п.).

По форме тел качения подшипники качения разделяются на:

шариковые,

роликовые (цилиндрические, конические, витые, игольчатые и т. д.).

По направлению воспринимаемой нагрузки разделяют на:

радиальные,

упорные,

радиально-упорные.

По нагрузочной способности (или по габаритам) подшипники качения разделяют на три основные серии:

легкую,

среднюю,

тяжелую.

По классам точности разделяют на:

нормального класса Н,

повышенного П,

высокого В,

особо высокого А,

сверхвысокого С.

От точности изготовления в значительной степени зависит работоспособность подшипника, однако следует помнить, что одновременно возрастает его стоимость.

Смазочный материал оказывает существенное влияние на долговечность подшипников. Он уменьшает трение, снижает контактные напряжения, защищает от коррозии, способствует охлаждению подшипника.

Жидкий смазочный материал в подшипнике более эффективен в смысле уменьшения потерь на трение и охлаждения. Необходимое количество жидкого смазочного материала для подшипников качения очень небольшое (табл. 1 ). Следует отметить, что излишнее количество смазочного материала в подшипнике только ухудшает его работу. Это, например, можно пронаблюдать на таком простом примере: если подшипник смазать маслом, то последнее будет препятствовать свободному вращению тел качения в сепараторе и в целом в подшипнике. При этом увеличиваются не только потери на трение, но при работе такого подшипника увеличивается и нагрев подшипника.

При выборе смазочного материала для подшипника (жидкого или пластичного) следует учитывать, что пластичная смазка сильно повышает момент трения, который существенно увеличивается при понижении температуры. В тех случаях, когда частота вращения подшипника не превышает нескольких сотен мин-1, подшипник необходимо смазывать жидким смазочным материалом (маслом). При скорости, превышающей эту величину, лучше использовать для смазывания высоковязкое масло или, как заменитель, пластичный смазочный материал.

Таблица 1 . Одноразовое количество смазочного материала (Км), необходимое на заполнение корпуса подшипника и для периодического добавления.

d, мм	К м, г при использовании подшипников серии											Единовременный расход смазочного материала для периодического добавления
	Для мелких прижимных фланцев		Для глубоких прижимных фланцев			Для крышек с уплотняющим войлоком			Для разъемных фланцев корпуса

										1090	1660
										1210	1895
										1410	2050
					1000			1395	1170	1910	2790
					1225		1120	1720	1370	2230	3430		11,2	11,2
					1480		1290	2070	1470	2580	4150		13,3	13,0
		1100		1055	1650		1475	2350	1800	2960	4630		14,8	15,0

Примечание: d-внутренний диаметр.

Допускаемые скорости подшипников качения при использовании пластичной смазки определяют из соотношения внутреннего диаметра d, мм и частоты вращения ω, мин -1 . Практически же окружная скорость вращения не должна превышать 4-5 м/с. Однако для этой цели существуют определенные формулы.

Подшипниковые узлы необходимо тщательно защищать от попадания пыли, грязи и воды. В противном случае долговечность подшипников резко снижается. Для защиты подшипников разработаны и успешно эксплуатируются специальные уплотнения. В связи с этим следует помнить некоторые рекомендации по ходовым зазорам в лабиринтных и других уплотнениях вала. Они изменяются в зависимости от конструкции и во многом зависят от механической точности, вибрационного перемещения вала в подшипнике и они необходимы во избежание фрикционного контакта на высокой скорости. Для неответственных конструкций подшипниковых опор размер этих зазоров колеблется в пределах от 0,076 до 0,127 мм на радиус и почти столько же в осевом направлении.

При назначении жидкого (подшипников качения) следует иметь в виду, что они весьма чувствительны к количеству подаваемого в них масла и периодичности его подачи в подшипники. Так, для очень низких скоростей при d*ω= 10000 и температуре не выше 50 °С достаточно одной-двух капель масла для нескольких тысяч часов работы подшипника.

Если же требуется достичь минимального значения момента трения (при том же произведении d*ω= 10000), следует использовать масло с меньшей вязкостью, чем это было до этого

Масла для подшипников качения (и скольжения тоже), заключенных в общий картер с зубчатыми передачами (редукторы), подбираются в первую очередь исходя из требований по смазыванию зубчатых передач, однако и с учетом эффективности смазывания подшипников.

Смазывание погружением можно успешно применять до значения d*ω = 100000 (при условии соблюдения необходимого низкого уровня масла в ванне с жидким смазочным материалом) При применении смазывания погружением важно поддерживать в процессе эксплуатации правильный уровень масла в ванне подшипника. Этот уровень должен находиться между 1 /3 и 1/2 высоты нижнего шарика или ролика подшипника, поскольку даже небольшое повышение уровня масла в ванне приводит к повышению коэффициента трения и температуры подшипника. Об этом свидетельствует следующее экспериментальное исследование. Повышение уровня масла в ванне подшипника от центра нижнего шарика до его верхней точки вызывает сильный нагрев подшипника (эквивалентный повышению частоты вращения подшипника в 2-2,5 раза или увеличению радиальной нагрузки от 2 до 6 раз, а иногда и более. При d*ω ≤ 200000 рекомендуется капельное смазывание, при котором к поверхностям трения жидкий смазочный материал подводится в виде капель.

При d*ω ≈ 600000 и когда температура может достигать 150 ˚С многие пластичные смазки оказываются недостаточно работоспособными, а иные могут оставаться годными к работе не более нескольких сотен часов. В связи с этим при высоких скоростях необходимо в зону трения подавать только чистое смазочное масло, питая подшипники методом капельного смазывания или смазывания под давлением, при котором смазочный материал подводится к поверхностям трения под давлением. При необходимости может быть использовано смазывание масляным туманом, при котором смазочный материал подводится к поверхностям трения в виде легкого или густого тумана, обычно образуемого путем введения смазочного материала в струю воздуха или газа. Кроме того, следует предупреждать возникновения разности воздушного давления (в корпусе подшипника и за его пределами), для чего могут потребоваться специальные уплотнения. Следует применять только определенные уплотнения, которые обеспечивают надежную работу подшипников, в частности лабиринтные уплотнения. Необходимо также использовать корпуса подшипников с минимальным воздушным пространством.

Капельное смазывание является наилучшим методом смазывания для подшипниковых опор металлургического оборудования.

Оно обеспечивает довольно устойчивое охлаждение и исключает турбулентное сопротивление подшипника, как весьма ответственного узла оборудования отрасли. Однако если по каким-либо причинам (например, по условиям конструкции) нельзя применить капельное смазывание или смазывание под давлением или смазывание масляным туманом, используют фитильное смазывание, при котором жидкий смазочный материал подводится к поверхности прения с помощью фитиля. При этом масло всасывается через подшипник при помощи маслоотражателей и насосных устройств с целью преодоления сопротивления вращению подшипника.

Часто используют метод фитильного смазывания. При этом фитили должны иметь определенные размеры, особенно в поперечном сечении. Они всегда должны быть погруженными в масло. Их следует использовать парами и располагать как можно ближе к подшипнику. Если большая площадь фитилей хорошо окружает вал, то они способны вновь поглощать масло, которое при работе отбрасывается от вала. Вязкость смазочного масла должна быть такой, чтобы его можно было подавать к фитилям при низких температурах при давлении ниже атмосферного и пониженных скоростях. При этом маслоотражатели должны пропускать через подшипник масляный туман, а маслосборники должны тщательно охлаждаться.

При больших нагрузках и высоких скоростях (d*ω > 600000) рекомендуют осуществлять капельное смазывание подшипников . Если же имеется источник сухого и чистого воздуха, а некоторая потеря смазочного масла не имеет существенного значения, тогда нужно использовать смазывание подшипников масляным туманом. При этом в линии подачи воздуха в таких системах устанавливают воздухоотделитель и фильтр, для чего необходимо тщательно охлаждать маслосборник, чтобы маслоотражатели легко.

Изобретение относится к области трибологии, а именно созданию пластичных смазок для подшипников качения, применяемых во всех областях машиностроения, во многих узлах машин, автомобилей и других транспортных средств, сельскохозяйственных машин и механизмов, электрических машин и т.п. Сущность: смазка содержит в мас.%: порошок наноалмаза 0,01-0,05, мыльная основа - смазка Литол-24 - остальное до 100. Используют порошок наноалмаза детонационного синтеза, очищенный до содержания несгораемых примесей менее 0,1% от массы наноалмаза, с размерами частиц не более 5 нм. Технический результат - улучшение антифрикционных и износоустойчивых свойств смазки и, следовательно, самих подшипников. 1 табл.

В отечественной промышленности широко используется пластичная многоцелевая антифрикционная смазка марки Литол-24 (ГОСТ 21150-87), рекомендованная для всех типов подшипников качения и скольжения, шарниров зубчатых и иных передач, индустриальных механизмов, электромашин. Зарубежные аналоги: SHELL-ALVANIA3; R3; CYPRINA - 3; RA; MOBILUX 3; CASTROL-SPHEROL АР3. Смазка содержит следующие компоненты, мас.%: литиевое мыло - 13, антиокислительная присадка - 0,7, вязкостная присадка - 4, минеральное масло - до 100.

Недостатком данной пластичной смазки является пониженная нрирабатываемость пар трения и недостаточная сохранность дорожек качения подшипников в процессе длительной эксплуатации. Кроме того, зарубежные аналоги являются сравнительно дорогостоящими.

Известен состав повышения противоизносных и антифрикционных свойств узлов трения, содержащий смазочный материал (одним из вариантов которого предлагается пластичная смазка Литол-24) и измельченный природный минерал с дисперсностью не более 10 мкм, содержащий, мас.%: серпентин 78-85, хлорит 2-3, магнетит 1-2, амакенит 1-2, амфибол 1,5-2, кальцит 0,5-1, рентгеноаморфная фаза 9-12 (пат. РФ № 2243252, МПК C10M 125/00, C10M 125/02, опубл. 27.12.2004). Предлагаемый состав добавляется в пластичную смазку в количестве 0,5-1 мас.%.

Недостатком данного решения является наличие большого количества компонентов, входящих в противоизносный антифрикционный состав, и длительная механоактивация для получения наноразмерных частиц состава.

Известен состав консистентной смазки (заявка ЕПВ № 1498472, МПК С10М 169/06, опубл. 19.01.2005), содержащей базовую смазку на основе поли-альфа-олефиновой или дифенилэфирной синтетической смазки и диуренового загустителя, в которую добавляют дитиокарбамат висмута. Такая смазка сохраняет вязкость при работе в жестких условиях работы подшипников, таких как высокие скорости вращения, создающие большие давления на поверхность качения подшипников, и повышенные температуры. Добавление дитиокарбамата висмута позволяет увеличить устойчивость к высоким температурам. Однако такая смазка имеет сложную технологию изготовления, является дорогостоящей и недостаточно доступной для российской промышленности.

Известно использование пластичной антифрикционной смазки, содержащей Литол-24, ультрадисперсный алмазографитовый порошок (УДП-АГ) 2-5%, высокодиспресную соль металла 2-15% (пат. РФ № 2163921, МПК С10М 125/00, С10М 125/02, опубл. 10.03.2001). Соотношение компонентов в УДП-АГ может составлять от 2 до 50% алмаза и от 50 до 98% графита. В качестве высокодисперсной соли металла были использованы соли из группы: сульфаты олова, меди, бария или свинца, а также сульфид бария. В процессе приготовления смазки предлагается УДП-АГ вместе с солью металла диспергировать в промежуточной дисперсионной среде (бензин, ацетон и др.) 15 мин, затем растворитель выпарить. Смазка обладает высокими антифтрикционными свойствами за счет того, что соль металла заполняет макротрещины, а твердые частицы алмаза и мягкие частицы графита заполняют микротрещины и неровности, уплотняя поверхностный слой и масляную пленку.

Однако процесс приготовления данной смазки усложнен, т.к. выполняется в несколько стадий, недостатком смазки является использование вредных растворителей (бензин, ацетон, и т.д.) дисперсионной среды, которые затем выпариваются.

Известна смазочная композиция для подшипников качения (пат. Украина № 48457, МПК С10М 125/02, опубл. 15.08.2002, примеры композиций 13-15, табл.5), содержащая базовую смазку Литол-24 и нанодисперсные частицы алмаза в количестве 3-6 мас.% от массы композиции. Согласно украинскому патенту, частицы характеризуются тем, что 10-40% из них имеют положительный заряд поверхности, а 60-90% частиц - отрицательный заряд. Варьируя число частиц с положительным и отрицательным зарядами в определенных пределах, получают стойкие коллоидные суспензии, повышающие антифрикционные и противоизносные характеристики.

Однако такие условия пригодны для изготовления смазок из масел с наночастицами алмаза, а в вязких композициях типа Литол-24 эти условия не выполняются ввиду того, что в них затруднен процесс седиментации даже крупных частиц. В этой связи процесс предварительной электрофоретической обработки с целью придания части частиц порошка положительного заряда и последующее выравнивание соотношений положительно и отрицательно заряженных частиц в готовой композиции лишь усложняет технологию приготовления композиции. Недостатком данной композиции является также использование большого количества порошка нанодисперсного алмаза - 3-6 мас.% (на два порядка выше, чем в композиции, предлагаемой в изобретении), что существенно удорожает получаемую композицию.

Композиция имеет довольно крупный размер частиц, о чем можно судить по размеру фильтра - 5 мкм, через который они фильтровались и затем диспергировались в воде УЗ-диспергатором. Размер частиц влияет на равномерность распределения в композиции и соответственно на качество поверхности в узлах трения, в которых она вводится.

Известна смазочная композиция (WO 91/04311, С10М 125/02, С10М 20/06, C10N 30/06, опубл. 04.04.1991) с твердым модификатором трения, используемая в качестве смазки для подшипников скольжения, направляющих, ползунов и других механизмов с трущимися поверхностями, требующими использования масляной основы.

Смазочная композиция содержит масляную основу, в качестве которой могут быть использованы минеральные или синтетические масла или смазывающие жидкости. В качестве твердого модификатора трения используют кластерный углерод, представляющий собой смесь необразивного алмаза и графита с размером кластеров 1-10 нм. Соотношение компонентов смазочной композиции составляет, мас.%: - кластерный углерод 0,01-1,0; - масляная основа- 100.

Недостатком данной композиции является использование жидкой масляной основы, которая не применима для подшипников качения общего назначения. Суть смазывания пластичными смазками в качестве основы, предназначенными для подшипников качения, заключается в том, что благодаря своей структуре они обладают прекрасными адгезионными свойствами и, постепенно расходуясь на смазывание, длительное время удерживаются в узлах трения, в то время как жидкие масла не способны удерживаться и вытекают, а так же требуется периодическая замена смазки (Лиханов В.А. и др. Пластичные смазки: Учебное пособие. - Киров: Вятская ГСХА, 2006. - 68 с.). Кроме того, используемые алмазно-углеродные кластеры содержат значительное количество углеродной фазы, т.е. несгораемых примесей, (от 1,0 до 98 мас.% при предпочтительном содержании 20-50 мас.%), которая в смазках для подшипников качения является практически загрязняющим инородным включением. Даже в случае наименьшей концентрации графита в составе смазки (1,0 мас.%) порошок алмаза остается графитизированным. Частицы алмаза в нем неочищенные и со временем их поверхность еще больше графитизируется (В.Ю.Долматов. Успехи химии. Т.76. № 4. С.385), теряя поверхностную активность наноалмаза. Такая шихта при использовании в смазке значительно сокращает срок ее службы в узлах трения подшипников качения, по сравнению с использованием очищенных наноалмазов.

Наиболее близкой к предлагаемой по составу и сферам применения является пластичная смазка для роликоподшипников (в том числе для подшипников качения) (патент US 5840666, F16C 33/66, С10М 169/00, 06, опубл. 24.11.1998), в которой смазочная композиция содержит базовое масло, загуститель из группы, включающей металлическое (в т.ч. литиевое) мыло, и неорганический наполнитель из группы, включающей алмаз.

По первому варианту смазочной композиции, принятому за базу для сравнения, неорганический наполнитель, который может быть любым порошком, усиливающим коллоидную структуру смазки (оксиды, нитриты и карбиды металлов, глинистые минералы и алмаз), используется в количестве 0,05-15 мас.%. Если содержание неорганического наполнителя менее 0,05 мас.%, его усиливающий эффект недостаточен и не влияет на качество смазки. При превышении 15 мас.% неорганический наполнитель ухудшает акустические свойства и ускоряет износ поверхностей трения подшипника. Для обеспечения усиливающего эффекта на смазку без отрицательного воздействия на срок ее службы в подшипниках предпочтительно содержание неорганического наполнителя 0,1-10% по массе композиции (строки 20-30, колонка 4 описания патента). Второй вариант смазки с уреновыми загустителями в составе не имеет общих признаков с заявляемым решением. Основными недостатками пластичной смазки по прототипу являются:

Недостаточно большой срок службы смазки, за который принят срок работы подшипников до заклинивания (nonseizurelife, например колонка 8, строки 55-60), составляющий 1000 часов при стендовых испытаниях;

Использование повышенного количества неорганического наполнителя, более 0,05% по массе смазочной композиции;

Использование более крупных частиц неорганического наполнителя со средним размером 10-200 нм (таблица 3 и все примеры описания) может приводить к ускорению износа дорожек качения подшипников, что также влияет на срок службы подшипников;

Отсутствие характеристики используемого алмаза и примеров с его применением, что затрудняет сравнение характеристик смазок приведенных в таблицах, с заявляемой смазкой;

Усложненная технология приготовления пластичной смазки, включающая подготовку базовой пластичной основы реакцией загустителя в базовом масле, введение всех необходимых добавок, и необходимость предварительной подготовки поверхности неорганических наполнителей перед введением в состав смазки. При этом может применяться тепловое воздействие.

Таким образом, техническим результатом предлагаемого изобретения является создание пластичной смазки для подшипников качения с использованием загустителя - литиевого мыла и неорганического наполнителя - алмаза, имеющей многократно увеличенный срок службы при меньших количествах используемого порошка алмаза, а также упрощение технологии подготовки смазки.

Поставленная задача решается за счет того, что пластичная смазка для подшипников качения содержит пластичную основу - смазку Литол-24 и присадку в виде порошка наноалмаза детонационного синтеза, очищенного до содержания несгораемых примесей менее 0,1% от массы наноалмаза, с размером частиц не более 5 нм при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пластичную смазку для подшипников качения готовят простым перемешиванием двух коммерчески готовых компонентов: смазки Литол-24 и порошка наноалмаза до гомогенного состояния.

Известно, что наноалмазы, благодаря своим разнообразным и необычным свойствам, которые обусловлены нанометровым масштабом их структурных элементов, нашли широкое применение в создании новых материалов и технологий для практического использования в биологии, медицине и промышленности.

Основой предлагаемого изобретения является получений композиционного материала - пластичной смазки для подшипников качения с использованием порошка наноалмаза детонационного синтеза, свойства частиц которого позволяют при минимальной их концентрации в смазке (менее 0,05 мас.%) достичь увеличения срока службы смазки в несколько раз. Эти свойства частиц наноалмаза получены за счет глубокой химической очистки алмазо-графитовой шихты детонационного синтеза до получения основной фракции порошка наноалмаза с размером частиц 3-5 нм с выходом до 60% (патент РФ 2081821 С01В 31/06, 20.06.1997). По данным рентгенофазового анализа, количество несгораемых примесей в выделенной алмазной фракции составляет менее 0,1%. Также установлено, что полученные порошки наноалмаза сохраняют в течение длительного периода (более 15 лет) неизменными свои физико-химические свойства, в то время как порошки наноалмаза, очищенные по другим технологиям, начинают графитизироваться намного раньше и теряют свои ценные свойства (В.Ю.Долматов. Успехи химии. Т.76. № 4. С.385).

Экспериментально установлено, что стабилизация поверхности полученного нами наноалмаза, его коллоидная устойчивость, электрокинетические, ионообменные и сорбционные свойства определяются, главным образом, наличием и количеством поверхностных функциональных групп (Еременко А.Н. и др. Журнал прикладной химии. 2004. Т.77. Вып.12, С.194-197). Установлено, что стабильность поверхности наночастиц алмаза в течение длительного времени обусловлена полным покрытием частиц кислородсодержащими функциональными группами. Поверхностные функциональные группы существенно повышают гидрофобные свойства наночастиц алмаза, что приводит к улучшению взаимодействия с компонентами композиционного материала (смазки) и предохраняет поверхность наночастиц алмаза от графитизации. В результате наноалмаз длительно и надежно сохраняет повышенную коллоидную устойчивость смазки и увеличивает срок ее службы, который, по данным стендовых испытаний, увеличивается более чем в 2 раза (таблица), по сравнению с данными, приведенными в патенте US 5840666.

Номинальный срок службы подшипников (L, ч), приведенный в таблице, был рассчитан по стандартной методике с режимами, аналогичными приведенным в прототипе.

Порошок наноалмаза, полученный из алмазо-углеродной шихты методом детонационного синтеза и глубокой химической очистки (пат. РФ 2081821) является готовым продуктом, не требующим технологической обработки. Он имеет наименьшее количество несгораемых примесей (менее 0,1%), которые являются практически загрязнителями смазки. Частицы наноалмаза размером 3-5 нм равномерно распределяются в объеме пластичной смазки Литол-24 и при введении в подшипники качения проникают во все микродефекты поверхности (поры, микротрещины, царапины). В результате создается ровная антифрикционная поверхность качения подшипников. При этом для достижения такого эффекта достаточно небольшого количества порошка наноалмаза (0,01-0,05% от массы смазки), что объясняется наибольшей каталитической активностью поверхности наночастиц указанных размеров. Добавление наноалмаза размером частиц 3-5 нм в базовую смазку Литол-24 в концентрациях около 0,01-0,05 мас.% более чем в 3 раза уменьшает шероховатость и количество дефектов дорожек качения, вследствие чего срок службы подшипников качения возрастает более чем в два раза (таблица), по сравнению с использованием только Литол-24.

Как видно из таблицы, увеличение концентрации порошка наноалмаза свыше 0,05% приводит к увеличению значения шероховатости и количества дефектов на дорожках качения и, следовательно, ухудшению качества смазки.

Процесс приготовления смазки заключается в механическом диспергировании наноалмаза в пластичной смазке Литол-24.

Полученной смазкой заполнялись подшипники качения 6205-2RS (ГОСТ 21150-87), которые устанавливались в специальную машину для испытания подшипников качения на долговечность (ЦКБ-72).

Испытания подшипников проводились в течение 4,5 часов с частотой вращения 8925 об/мин и радиальной нагрузкой 10290 Н, что соответствует 75% от максимально допустимой динамической грузоподъемности подшипников качения заданного типа.

После испытания проводилась оценка шероховатости дорожек качения подшипников (Ra, мкм) на профилографе-профилометре «Talysurf -5М» (фирма «RankTAYLORHOBSON», Великобритания). Необходимость измерения этих параметров обусловлена тем, что они лежат в основе современных методик расчета ряда эксплуатационных свойств деталей машин, таких как контактная жесткость, сопротивление усталости, герметичность соединений, прочность посадок, износостойкость и др.

Качественная и количественная оценка металлографических параметров проводилась на растровом сканирующем электронном микроскопе JEOLJSM 6390 LA (Япония). При увеличении дорожек качения в 100 раз подсчитывалось количество видимых дефектов (V, шт.) на определенном участке. Под видимыми дефектами понимались глубокие борозды, оставленные телами качения на поверхности дорожек качения подшипников.

Участок, на котором измерялось количество дефектов, имеет размеры 1×1 мм.

Для экспериментальной проверки заявленной смазки были приготовлены четыре состава смазок, приведенных в таблице.

Результаты, приведенные в таблице, позволяют заключить, что концентрация наноалмазов в значительной степени влияет на качество поверхности дорожек качения подшипников, причем с уменьшением концентрации наноалмазов в базовой смазке качество поверхности улучшается, а при концентрациях наноалмазов больше 0,05% мас. количество дефектов больше, чем при использовании только базовой смазки. Это означает, что наноалмазы при концентрациях выше 0,05% частично выполняют роль абразивных примесей и наносят повреждения поверхности дорожки качения подшипника.

При концентрациях наноалмазов в смазке менее 0,05% мас. шероховатость и количество дефектов значительно ниже, чем при использовании чистой смазки. Это обуславливает более продолжительный срок службы подшипника, так как чем выше качество поверхности дорожек качения, по которым происходит основной контакт и движение в подшипнике качения, тем более большую контактную долговечность имеет сам подшипник. Результаты исследования показали, что при уменьшении концентрации с 0,1% до 0,01% шероховатость уменьшается в среднем на 30%, а количество дефектов - 40%.

Таким образом, простое добавление порошка наноалмазов в базовую смазку Литол-24 в оптимальных концентрациях 0,01-0,05 мас.% значительно упрощает технологию изготовления и многократно улучшает свойства смазки. Добавление порошка в больших концентрациях не ведет к улучшению качества подшипников. А добавление свыше 0,1 мас.% порошка существенно ухудшает качество поверхности качения подшипников и удорожает полученную смазку.

Средние значении шероховатости (Ra, мкм), количество дефектов (V, шт.), дорожек качения подшипников и номинальный срок службы (L, час)

№ опыта	Вид смазки	Ra, мкм	V, шт.	L, ч
1	Литол 24	0,0917	9	1000
2	Литол 24+0,5% мас. наноалмазов	0,0583	15	1360
3	Литол 24+0,1% мас. наноалмазов	0,0487	11	1500
4	Литол 24+0,05% мас. наноалмазов	0,0387	4	1900
5	Литол 24+0,01% мас. наноалмазов	0,0293	3	2200

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пластичная смазка для подшипников качения, содержащая пластичную основу - смазку Литол-24 и присадку в виде порошка наноалмаза детонационного синтеза, очищенного до содержания несгораемых примесей менее 0,1% от массы наноалмаза, с размером частиц не более 5 нм при следующем соотношении компонентов, мас.%.

Подшипниковый узел является одним из наиболее важных элементов как в автомобилестроении, так и в других сферах и отраслях. Основная функция заключается в обеспечении качения, скольжения, горизонтальных и вертикальных перемещений, а также уменьшение осевой нагрузки за счет распределения и передачи ее на смежные прилегающие детали. Осуществление бесшумного продолжительного вращения подшипника с наименьшей силой трения между ее элементами выполняется за счет специальных смазочных материалов. Посему эффективная и надежная работа подшипника обеспечивается периодической смазкой конструктивных элементов подшипникового механизма.

Смазочные бывают разных видов: сухие, жидкостные, тонкопленочные, газовые. Эксплуатационный срок подшипникового элемента зачастую зависит от качества используемого смазочного вещества. Иными словами, обеспечение безопасности эксплуатационной среды и ресурс подшипника зависит от выбора смазочного вещества и способа смазки. Смазка в подшипниковых элементах выполняет основные функции присущие нормальной работе подшипника в условиях эксплуатации:

Уменьшение силы трения, появляющееся между телами скольжения, качения.
Минимизация уровня издаваемых шумов при осуществлении вращения.
Обеспечение защиты элементов подшипника от коррозии.

Выбор типа смазки должен осуществляться, опираясь на следующие показатели и критерия.

Наименьший коэффициент трения. Чем меньше, тем лучше.
Стабильные химические и физические значения.
Отсутствие в составе механических примесей и коррозирующих веществ.
Обладание определенной вязкостью и пластичными свойствами, исключающий выброс смазки при вращении.

В зависимости от эксплуатационной среды и конструкции подшипника в качестве смазки для подшипников могут использоваться жидкие и консистентные смазочные вещества.

Выбор марки должен осуществляться с учетом эксплуатационных особенностей:

номинальной нагрузки,
скорости вращения,
рабочей температуры.

Вязкость смазки для подшипника прямо пропорциональна нагрузке и температуре и обратно пропорциональна скорости вращения подшипника.

То есть при высокотемпературных условиях и больших нагрузках смазочные материалы должны обладать наибольшей вязкостью. А при низких температурах, больших оборотах и минимальных нагрузках меньшей вязкостью.

Растительные и животные масла не рекомендуется использовать для смазки подшипника, так как в их составе имеется большое содержание органических кислот, обладающие высокими коррозийными свойствами. Основным недостатком использования таких масел является изменение химических и физических качеств в процессе эксплуатации, особенно в высокотемпературных средах. Жидкая смазка для подшипников в основном используются для смазки герметичных подшипников качения, требующих высокоскоростных нагрузок, требующих теплового рассеивания. Обеспечение максимальной текучести и минимального трения между телами качения, способствует достижению очень высоких оборотов. Рекомендуется выбирать такие масла, которые не содержат в составе добавок и обладают вязкостью при рабочей температуре не ниже двенадцати мм2/с. Хотя в исключительных случаях можно использовать не только смазки с добавками, но и синтетические масла.

Типы смазки подшипников.

Капельное – выполняются для подшипников радиального типа, обеспечивает высокие обороты. Используется только тогда, когда подшипник оснащен специальным отверстием для смазывания на наружном кольце.

Погружное – такой тип выполняется для подшипниковых узлов, используемых на низких скоростях. Требует постоянного контроля за уровнем масла при эксплуатации. При этом уровень масла должен достигать низшей точки внутреннего кольца подшипникового механизма. Требуемое количество масла в обойме выполняет огромную роль, так как нехватка масла способна замедлить процесс смены масла в короткие промежутки времени. Централизованное – выполняется в тех случаях, когда требуется смазка различных точек оборудований. Применяется это при помощи специального централизованного насоса, который осуществляет распределение смазочного вещества в различные участки. Масляным туманом – выполняется в тех случаях, когда требуется достигнуть высоких оборотов, за счет дозируемого впрыскивания смазочного вещества незначительным количеством. При впрыскивании внутри установки должен использоваться сухой чистый воздух и обеспечиваться исключение попадания загрязняющих сред. С циркуляцией масла – выполняется для эксплуатации подшипника на высоких оборотах в высокотемпературных средах. Этот метод используется для обеспечения длительного срока службы и минимизации периодичности замены смазки. Консистентная смазка для подшипников – это смазочный материал, обладающий более стойкими свойствами к коррозии и окислению. Они являются пластичными некристаллизующимися веществами, сохраняющими в условиях нормальных температур свою форму. Используются они чаще всего в условиях загрязненных сред, за счет образования пластичного затвора между элементами подшипника. Широко применяются те консистентные смазки, в которых в качестве загустителя содержатся естественные или синтетические жирные кислоты. Консистентные смазки отличаются составом загустителя и масел. Металлическое мыло и минеральное масло является основой большинства консистентных смазывающих веществ. Консистентные смазки не применяют в условиях низкого трения в подшипнике в эксплуатационных условиях. Основным его свойством является защита от воздействия внешней среды. Для подачи масла в подшипник существуют определенные системы. Смазка в подшипники может подаваться из специальных капельных масленок, расположенных на горизонтальных валах, фитильных масленок, расположенных на вертикальных элементах, масляной ванной, методом погружения или разбрызгивания. Метод погружения подшипникового узла в масляную ванну при скорости вращения до трех тысяч в минуту уровень смазки не должен быть выше центральной точки нижерасположенного ролика(шарика). При оборотах более трех тысяч оборотов в минуту смазка должна находиться на уровне нижней точки тел качения. Выбор системы подачи смазки для высокооборотных подшипников требует определенной осторожности, так как они нуждаются в регулярной подаче масла в маленьких количествах в условиях температурных условий от 70 до 80 градусов по Цельсию, а при условиях чрезмерно нагревающегося подшипника требуется до трех литров масла в минуту. Важнейшим критерием создания условий безопасной работы и увеличение срока службы подшипниковых механизмов является правильность при выборе смазочных материалов и способа смазывания. Смазочные материалы на рынке имеются достаточно большого ассортимента различных марок и производителей. Поэтому перед приобретением смазочного материала необходимо знать условия дальнейшей эксплуатации. К ним относятся температурный режим эксплуатации, скоростные показания, условия окружающей среды. После чего следует обратить внимание на производителя смазочного вещества. Покупайте товар известных брендов и марок. Это будет являться залогом качества и стабильности.

Подшипники в редукторах смазывают тем же маслом, что и детали передач. При картерной смазке колес подшипники качения смазываются брызгами масла. При окружной скорости вращения колес более 1 м/с брызгами масла покрываются все детали передач и внутренние поверхности стенок корпуса. Стекающее масло попадает в подшипники. Если доступ масла к подшипникам из картера затруднен или его вообще нет, как, например, для валов открытых передач, то подшипники смазывают пластичной смазкой. В настоящее время из пластичных смазок наибольшее распространение получили литиевые смазки:

ЦИАТИМ-201 используется в подшипниках с двумя защитными шайбами в случае небольших нагрузок;

ЦИАТИМ-202 используется в подшипниках опор, работающих с повышенными окружными скоростями;

ЦИАТИМ-203 употребляется при низких температурах, например, в оборудовании, работающем на открытом воздухе.

Для защиты подшипникового узла от пыли и влаги извне, а также для предохранения от вытекания смазки из узла применяют уплотнения. В машиностроении наибольшее распространение получили контактные уплотнения:

Уплотнение с войлочными (фетровыми) кольцами применяют только при консистентной смазке. Эти уплотнения предназначены для подшипников, работающих в условиях малой загрязненности и при окружной скорости вала до 5 м/с. В настоящее время их применение очень ограничено;

Манжетные армированные контактные уплотнения (рис. 83). Эти манжеты изготовлены из специальной синтетической маслостойкой резины (севатина). Они обладают относительно малым коэффициентом трения, создают хорошую герметичность. Применяются при жидкой и консистентной смазке. Вал под манжету должен иметь твердость не ниже 50 HRC. Допускаемая окружная скорость до 10 м/с, а при полировке вала – до 15 м/с.

Обозначение манжеты: манжета 1-1-608510-1, ГОСТ 8752-79.

Размеры в мм

Рис. 83. Манжеты резиновые армированные с пружиной типа I, исполнение I по ГОСТ 8752-79: 1 – манжета однокромочная, резина; 2 – каркас, сталь 08; 3 – пружина сталь 65Г; d 1 = d + 1 мм; d 2 =3…4 мм; h =B-3мм (отверстие для демонтажа)

Как указывалось, при окружной скорости зубчатых колес менее 1-3 м/с надежная смазка подшипниковых узлов не обеспечивается. Обычно в этом случае применяется консистентная смазка. Для предотвращения вымывания консистентной смазки жидким маслом, служащим для смазки зацепления, полость подшипника должна быть изолирована от внутренней части корпуса редуктора. Для этого применяют мазе удерживающие кольца (рис. 84), а смазку в полость подшипника набивают через пресс-масленку (рис.85).

Широкое применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения.

По форме тел качения подшипники качения разделяются на:

шариковые,

роликовые (цилиндрические, конические, витые, игольчатые и т. д.).

По направлению воспринимаемой нагрузки разделяют на:

радиальные,

упорные,

радиально-упорные.

По нагрузочной способности (или по габаритам) подшипники качения разделяют на три основные серии:

легкую,

среднюю,

тяжелую.

По классам точности разделяют на:

нормального класса Н,

повышенного П,

высокого В,

особо высокого А,

сверхвысокого С.

Для смазывания подшипников качения применяют жидкие (смазочные масла) и пластичные (пластичные смазки) смазочные материалы.

К м, г при использовании подшипников серии

Единовременный расход смазочного материала для периодического добавления

Для мелких прижимных фланцев

Для глубоких прижимных фланцев

Для крышек с уплотняющим войлоком

Для разъемных фланцев корпуса

Примечание: d-внутренний диаметр.

При назначении жидкого смазочного материала для узлов трения (подшипников качения) следует иметь в виду, что они весьма чувствительны к количеству подаваемого в них масла и периодичности его подачи в подшипники. Так, для очень низких скоростей при d*ω= 10000 и температуре не выше 50 °С достаточно одной-двух капель масла для нескольких тысяч часов работы подшипника.