Mazání valivých ložisek P.Bloudíček Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology, Technická 2, 616 69 Brno, The Czech Republic ABSTRACT Mazání valivých ložisek je nedílnou součástí funkce valivého ložiska. Bez mazání nemůže valivé ložisko trvale pracovat a jistě brzy dojde k jeho destrukci. Mazivo a způsob mazání významně ovlivńuje efektivní a bezporuchový chod ložiska. Tento článek se snaží poodhalit funkci maziv ve valivém kontaktu, způsoby mazání valivých ložisek, systém mazání a kritéria podle nichž se vhodné mazivo vybírá. 1. ÚVOD Mazání valivých ložisek závisí na způsobu zatížení (statické, dynamické, rázové), směru působení zatěžující síly (radiální, axiální, libovolně působící) a zvoleného režimu mazání (hydrodynamické, hydrostatické) [1]. Nejčastěji používaným typem ložiska bývají ložiska kuličková. U nich se kuličky odvalují v hluboké drážce. Při tom nedochází k čistému odvalování, nýbrž vzniká prokluz. Poloměr zaoblení drážky je o málo větší než poloměr kuličky a teprve zatížením a pružnou deformací obou těles vzniká vzájemný kontakt ve větším rozsahu přimknutí drážky ke kuličce. Kontakt bez zatížení bývá bodový, ale vlivem zatížení se deformuje kulička i drážka, takže se stýkají ne v bodovém, nýbrž v liniovém respektive v eliptickém kontaktu. Ve středním pásu dráhy kuličky je obvodová rychlost větší než v pásech krajních, proto uprostřed dochází k prokluzu. V místech s prokluzem jsou stykové plochy po určité době provozu matné, poškrábané, neboť prokluz na nich působí opotřebení. Toto opotřebení bývá malé, když je ložisko dobře mazáno. [2] Mazivo ve valivém ložisku zabrańuje bezprostřednímu dotyku valivého tělesa s oběžnou dráhou a klecí a kromě mazání chrání ložisko před opotřebením a korozí. Zároveń působí jako těsnící prostředek proti vnikání prachu a nečistot do ložiska. Pro volbu druhu maziva je rozhodující provozní teplota a v závislosti na ní je možno použít na všechny druhy valivých ložisek plastická maziva, mazací oleje a v ojedinělých případech bývá použito i tuhé mazivo. Dalšími činiteli na volbu maziva bývá velikost ložiska, otáčky, druh zatížení, požadavky na těsnění a konstrukční vyhotovení uložení. Při normálních provozních podmínkách se valivá ložiska mažou plastickými mazivy, které mají výhodu, že lehce vyplňuje mazací prostory (objemově stačí 30 až 50%) a zároveň chrání ložisko před vnikáním vlhkosti a nečistot. [1] Kromě toho má mazivo zabránit korozi ložiska. [3] Plastická maziva podléhají opotřebení vlivem zatížení a času, a proto bývá ložisko v pravidelných intervalech domazáváno (domazávací interval bývá od jednoho případně několika dnů až rok i více). Jako další mazací médium valivých ložisek bývá olej. Olejem se maže tehdy když mazání plastickým mazivem nezaručuje bezpečný chod ložiska, především při vysokých otáčkách, vysokých provozních teplotách, nuceném chlazení ložiskového uzlu, a když bývyjí ložiska umístěna spolu s jinými částmi mazanými olejem (například ozubená kola). Mazání tuhými mazivy býva použito jen velmi zřídka. Do úvahy přicházejí pouze maziva použité formou suspenze v mazacích olejích a nebo jako plniva ve značkových plastických mazivech. Většinou se jejich použití omezuje na grafit a molybdendisulfid. [1] Nejčastější příčinou poruch valivých ložisek je provoz bez maziva, nečistoty v mazivu, případně přetěžování. Totální zničení ložiska nastává při vklínění většího úlomku mezi valivý element a dráhu, kdy dojde k zabránění valení. Při
následujícím tření stoupá teplota, odpaří se mazivo a není-li provoz přerušen, při zadírání se svaří některé části k sobě. 2. FUNKCE MAZIVA VE VALIVÉM KONTAKTU Mazání valivých ložisek bývá podobné jako mazaní kluzných ložisek hlavně slouží k jednomu účelu. A to vyhnout se nebo přinejmenším zredukovat kontakt kov na kov mezi valivým tělískem a styčnou plochou tj. snížit tření a opotřebení v ložisku. Olej se drží ve valivém kontaktu mezi plochami styku. Tento takzv. olejový film odděluje styčné plochy a chrání před kontaktem kov na kov. Kromě valení, nastává ve styčných plochách valivých ložisek také skluz. Tento skluz je způsoben elastickou deformací mezi valivými tělísky a zakřivenou funkční dráhou ložiska. Podmínky kluzného kontaktu existují například mezi valivým elementem a klecí ložiska nebo mezi valivým elementem a krajními povrchy dráhy ložiska, kontaktní tlak zde bývá zpravidla daleko nižší než přímo ve valivém kontaktu. Dokonce za nepříznivých mazacích podmínek bývají energetické ztráty kvůli tření jen velmi nízké. Proto, bývá možné mazat valivá ložiska tuky různé konzistence a oleji různé viskozity. Někdy plochy dotyku nejsou úplně odděleny mazacím filmem a v těchto případech dochází k opotřebení. Za vysoké teploty se spuští chemické reakce mezi přísadami v mazadle a povrchem nebo valivými elementy. Tato tribochemická reakce vytvoří vrstvu, která má mazací účinek (mluvíme o tkzv. chemickém mazání). Účinek mazání je zlepšen nejen těmito reakcemi přísad ale také suchým mazadlem přidaným k oleji nebo tuku, a dokonce zahušt ovačem tuku. V mimořádných případech, je možné mazat valivá ložiska pouze suchými nebo tuhými mazivy. Další funkce mazadla ve valivém ložisku bývají: ochrana proti korozi, odvod tepla z kontaktu ložiska (mazání olejem), odvod částeček a kontaminujících látek z kontaktu ložiska (olejové mazání s nuceným objehem, s filtrováním oleje). Zvýšení těsnících účinků ložiska (mazací límec, olejové letecké mazadlo).[4] 2.1. Druhy mazacích podmíneky ve valivém ložisku Celkový život valivého ložiska a jeho opotřebení závisí na podmínkách jeho mazání. Ve valivém ložisku existují následující mazací podmínky: Plný mazací film: Povrchy jednotlivých částí valivého ložiska v pohybu musí být úplně nebo téměř kompletně odděleny mazacím filmem (Obr.1a). Toto je podmínka téměř čistého tekutinového tření. Vždy bývá snaha o tento typ mazání pro nepřetržitý chod. 1a) Plný mazací film. Plochy jsou kompletně odděleny vrstvou mazacího filmu. Smíšené mazání: Mazací film je příliš tenký a místy nastane kontakt kov na kov, který má za následek smíšené tření (Obr.1b). 1b) Smíšené mazání. Plochy se dotýka ve vrcholcích mezi povrch. Příliš tenká mazací vrstva. Mezné (hraniční) mazání: Jestliže mazadlo obsahuje vhodné přísady, spouští se reakce mezi přísadami a kovovými povrchy za vysokých tlaků a teplot v kontaktní oblasti. Výsledné zpětné mazací účinek vytvoří příliš tenkou mazací vrstvu (Obr.1c).
1c) Mezné mazání. Mazací účinek závisí především na vlastnostech maziva hraniční vrstvy. Vrstva hraniční Vrstva maziva Plný mazací film, smíšené mazání a mezné mazání se vyskytují jak v mazání tukem tak v mazání olejem. Mazací podmínka u mazání tukem závisí hlavně na viskozitě základního oleje. Také zahušt ovač má mazací účinek. Suché mazání: Tuhá maziva (např. grafit a molybdendisulfid), bývají aplikovány jako tenká vrstva na funkční plochy a zabrańuje kontaktu kov na kov[4]. 2.2. Mazací film při mazání olejem Hlavním kritériem pro analýzu z mazací podmínky je tloušt ka mazacího filmu mezi valivými prvky a styčnou plochou ložiska. Mazací film mezi valivými prvky a styčnou plochou ložiska může být popisován prostřednictvím elastohydrodinamické teorie mazání (EHD) [4]. Mazací podmínky, které existují v kluzném kontaktu, například uprostřed valivého tělíska kuželíkového valivého ložiska, je adekvátně popisován teorií hydrodynamického mazání, protože styčný tlak v kluzné kontaktní oblasti je menší než ve valivé kontaktní oblasti. Minimální tloušt ka mazacího filmu hmin pro EHD mazání je dána rovnicí pro bodový kontakt a liniový kontakt viz. Obr.2. Rovnice pro bodový kontakt bere do úvahy skutečnost, že mazivo uniká z mezery na straně.[4] Obr.2: Elastohydrodynamický mazací film. Tloušt ka mazacího filmu pro bodový a liniový kontakt. V rovnici má velký vliv valivá rychlost v, dynamická viskozita ηo a tlakově-viskozitní koeficient α na hmin. Zatížení ložiska má malý vliv, protože viskozita roste s rostoucím zatížením a styčné plochy se rozšíří kvůli elastické deformaci. Výsledky výpočtu mohou být použity ke kontrole toloušt ky mazacího filmu vytvořeného za daných podmínek. Obecně by měla být tloušt ka mazacího filmu přibližně jedna desetina až několik desetin mikrometru. Za příznivých podmínek je film tlustý jen několik mikrometrů. Viskozita mazacího oleje se mění s tlakem ve valivém kontaktu a určí ze vztahu : η dynamická viskozita při tlaku p [Pa.s] ηo dynamická viskozita za normálního tlaku [Pa.s] e (2.71828) základ přirozeného logaritmu α tlak-viskozitní koeficient [m²/n] p tlak [N/m²] Výpočty z podmínek mazání podle EHD teorie pro mazání se základovým minerálním olejem bere do úvahy velké ovlivnění tlakem. Tlak viskozitní chování několika mazadel ukazuje Obr.3
- vzniká nízký třecí moment Za normálních podmínek prostředí, bývá možné ložisko namazat tkzv. doživotně (po celou dobu jeho života). Jestliže se v ložisku vyskytují vysoké tlaky (rychlost, teplota) bývá ložisko přemazáváno ve vhodných intervalech. Za tímto účelem bývají vytvořeny takzv. domazávací komory, pro kratší intervaly mazání bývá používáno mazací čerpadlo. 3.2. Mazání olejem Obr.3: Tlakový koeficient viskozity α jako funkce kinematické viskozity ν, pro tlaky od 0 do 2000 barů [4]. 3. DRUHY MAZIV A SYSTÉM MAZÁNÍ Již při navrhování nového stroje bývá vybírán jeho mazací systém (mazací soustava) pro valivá ložiska. Může být mazán bud plastickým mazivem nebo mazacím olejem. V mimořádných případech bývají ložiska mazána i tuhými mazivy. 3.1. Plastická maziva Mazání plastickými mazivy bývá užíváno u 90% všech valivých ložisek. Hlavní výhody mazání plastickými mazivy bývají: - velmi jednoduché mazání (návrh) - plastické mazivo zvýší těsnící účinek - dlouhá životnost bez údržby maziva - vhodné až do indexu rychlosti n*dm (1,8*106min-1*mm), (n=ryclost, dm=průměr ložiska) - u středního indexu rychlosti, může být mazivo po nějakou dobu použitu i po skončení jeho životnosti Mazání olejem je doporučené jestliže jsou přilehlé strojní součásti mazány olejem nebo jestliže mazivo má pracovat za vysoké teploty. Odvod tepla bývá nezbytný při vysokých rychlostech nebo velikém zatížení nebo jestliže je ložisko vystavené vnějšímu teplu. Systém mazání olejem s malým množstvím oleje (jednorázové mazání), navržený jako přívod maziva kapáním, mazání olejovou mlhou nebo olej-atmosférové systémy mazání, vynucuje si přesné dávky oleje. Toto nabízí výhody, že zabrańuje výření oleje v ložisku a tím klesá i tření v ložisku. Jestliže olej je přenášený vzduchem múže být mazivo doplńováno přímo ve specifické oblasti. Pro dodávku většího množství oleje do všech kontaktních oblastí ložiska při běhu za velmi vysoké rychlosti,bývá použito mazání vstřikem to poskytuje velmi účinné chlazení. 3.3. Suché mazání Mazání pevnými nebo suchými mazivy bývá použít, když je mazivo mazáno přímo k funkčním povrchům, např. jako kluzný lak nebo, když jsou příznivé provozní podmínky. Jestliže, bývají suchá maziva používána jako pasty nebo prášky, mohou být ložiska znovu přemazávány. Nadměrné mazání však brání klidnému chodu. Při přenosu maziva valivé elementy sbírají malé množství z tuhého maziva a přenáší je do plochy styku (kontaktu). Tuhé mazivo se otáčí společně s valivými elementy nebo je v mimořádných případech obsahuje už materiál ložiskové klece. Tento typ mazání je velmi efektivní a s relativně dlouhou provozní dobou. Toto zabezpečuje kontinuální (neustálé) znovu namazání případně přemazání až do vyčerpání tuhého maziva.
3.4. Výběr systému mazání Pro výběr mazacího systému by se měli vzít do úvahu následující body: - provozní podmínky pro valivá ložiska - požadavky na rychlostní, hlukové, třecí a teplotní chování ložisek - požadavky na bezpečnost provozu, tj. bezpečí proti předčasnému selhání ložiska např. opotřebování, únava, koroze a proti poškození způsobené nečistotou, které pronikne do ložiska (např. voda, písek) - cena instalace a údržby mazacího systému Důležitým předpokladem pro vysokou provozní spolehlivost bývají zásoby maziva v ložisku a neustálá přítomnost maziva na všech funkčních površích, kvalita dodávky maziva není stejná ve všech mazacích systémech. Nejspolehlivější je kontrolovaný kontinuální přívod maziva. Jestliže jsou ložiska mazána v olejové lázni, stav oleje by měl být kontrolován pravidelně, k zajištění bezpečnostních standardů v provozu. Plastické mazání ložisek funguje spolehlivě jestliže jsou předepsány pravidelné přemazávací intervaly. Provozní spolehlivost ložiska závisí na řádném fungování mazacího zařízení a tudíž i na pravidelných přemazávacích intervalech. Ochrana ložiska od nečistot bývá řešena oboustranně uzavřeným valivým ložiskem, provozní spolehlivost může chránit dokonce i po dosažení konce jeho životnosti kvůli mazacímu účinku oleje.[4] 3.5. Příklady různých systémů mazání Centrální systém mazání Okruhový systém mazání Systém mazání olejovou mlhou Systém mazání olej-vzduch Mazání sprškou oleje a plastického maziva 4. VÝBĚR DRUHU MAZIVA Valivá ložiska nemají žádné speciální požadavky na mazání. Oblast použití určuje druh maziva za daných provozních podmínek. Mnoho ložisek dokonce pracuje v oblasti smíšeného tření. Jestliže, má být funkce valivého ložiska plně využita, musí být sledováno jeho chování. Vhodně vybraný druh mazání poskytuje bezpečné mazání pro široký rozsah rychlostí a zatížení. Plastická maziva pro valivá ložiska jsou standardizovaná v normě DIN 51825. Maziva pro smíšené tření v rozsahu vysokého zatížení nebo s malou operační viskozitou za vysokých teplot bývají hodnoceny na základě jejich třecího chování a opotřebení. Zde může být opotřebení zabráněno pouze oddělovací hranicí, která je vytvořena v plochách styku, např. následkem reakcí s aditivy (přísadami) u kovových povrchů kvůli vysokému tlaku a teploty v plochách styku valivého elementu pro který je aditivum (přísada) vhodná. Tato maziva jsou testovány na testovacích přístrojích dle normy DIN 51819. Když používáme vysoce dotované minerální oleje, např. hipoidní oleje se syntetickými oleji, jejich kompatibilita musí být posouzena s materiálem ložiska. 4.1. Výběr vhodného plastického maziva Plastická maziva jsou charakterizována jejich hlavní složkou, a to je zahušt ovadlo a základový olej. Obvykle se jako zahušt ovadlo používají kovová mýdla, ale také komplexní mýdla jako je bentonit, polyurea, PTFE nebo FEP. Jako základové oleje bývají používány minerální oleje nebo sintetické oleje. Viskozita základového oleje určuje, spolu s množstvím užívaného zahušt ovadla konzistenci (hustotu) plastického maziva a změny mazacího filmu. Mazací oleje, plastických maziv obsahují additiva (přísady), které zlepšují jejich chemické a fyzikální vlastnosti jako jsou oxidační stálost, ochrana proti korozi nebo ochrana před opotřebením při vysokém zatížení (EP přísady).
4.1.1. Vliv rychlosti a zatížení na výběr plastického maziva Obrázek 4 ukazuje jak je ovlivněn výběr plastického maziva rychlostí a zatížením. Parametry použité v diagramu: C [kn] dynamické hodnocení zatížení P [kn] ekvivalentní zatížení působící na ložisko (vypočtené) n [min-1] otáčky dm [mm] průměr ložiska (D+d)/2 ka faktor beroucí v úvahu podíl kluzného pohybu na typu ložiska Graf je rozdělen podle zatížení na tři typy (rozsahy). Pro radiální zatížení je užívána levá strana grafu, pro axiální zatížení je užívána pravá strana grafu. Valivá ložiska za podmínek v oblasti grafu N (Range N) mohou být mazány téměř všemi tuky třídy K podle DIN 51825. Vyjímkou jsou tuky s extrémně nízkou nebo vysokou viskozitou základového oleje, extrémně tuhá nebo měkká maziva a některá speciální maziva, např. silikonové tuky, které mohou být užity pouze u poměru zatížení P/C=0.03. Pro oblast vekých rychlostí a zatížení, které jsou v pravém horním rohu oblasti N (Range N) pro vyšší operační teploty se užívají tuky teplotně stálé. Tuk by měl být odolný vůči teplotám, které jsou vyšší než očekávané provozní teploty v ložisku. Zatížení v oblasti HL (Range HL) bývají vysoké. Pro tyto ložiska se používají tuky s vyšší viskozitou základového oleje, EP přísady. V případě velkého zatížení a nízké rychlosti, tyto přísady zapříčiní chemické mazání nebo suché mazání kde mazací film může být přerušen (smíšené mazání). Tlak v oblasti HN (Range HN) bývá charakterizován velkými rychlostmi a nízkého zatížení. Za vysokých otáček by mělo být tření nízké a mazivo by mělo mít dobrou soudržnost (adhesion). Takovéto vlastnosti mívají tuky jako jsou esterové oleje,které mají nízkou viskozitou základováho oleje. Obecně sníží viskozitu základového oleje, bývají u nich vyšší dovolené rychlosti.[4] Obr.4: Výběr plastického maziva podle koeficientu zatížení P/C a ložiskovému indexu rychlosti ka*n*dm Range N Normální provozní podmínky. Plastická maziva třídy K podle DIN 51825. Range HL Rozsah pro velká zatížení. Plastická maziva třídy KP podle DIN 51825, nebo jiné vhodné tuky. Range HN Pro rozsah vysokých rychlostí. Tuky pro vysokorychlostní ložiska. Pro ložiska s ka > 1, maziva třídy KP podle DIN 51825 nebo jiné vhodné tuky. Hodnota ka ka=1 kuličková ložiska, čtyřbodová ložiska (fourpoint), radiálně zatížená válečková ložiska ka=2 kulovitá válcová ložiska, kuželíková valivá ložiska, jehlová valivá ložiska ka=3 osově namáhaná válečková ložiska
4.2. Výběr vhodného mazacího oleje Minerální i syntetické oleje jsou obecně vhodné pro mazání valivých ložisek. Mazací olej je založený na minerálních olejích a ty jsou dnes nejběžněji užívány. Tyto minerální oleje musí splńovat požadavky dle normy DIN 51501. Speciální oleje, často syntetické oleje, bývají užívány pro extrémní provozní podmínky nebo speciální (zvláštní) požadavky na stabilitu oleje za nepříznivých podmínek prostředí (teploty, radiace, atd.). Zvláštní význam mají přísady pro chování v oblasti smíšeného tření. 4.2.1. Doporučená viskozita oleje Viskozita bývá definována jako koeficient úměrný vnitřnímu tření tekutiny, který charakterizuje odpor proti tečení [5]. Dosáhne zvýšení únavové životnosti a bezpečnosti proti opotřebení. Plochy styku jsou odděleny mazacím filmem. Tloušt ka mazacího filmu se zvyšuje s rostoucí viskozitou oleje, proto by měl být vybrán olej s vysokou provozní viskozitou. Velice dlouhá únavová životnost může být dosažena, jestliže provozní viskozita χ=υ/υ1=3..4. Vysoká viskozita oleje má ale také své nevýhody. Vysoká viskozita způsobuje vyšší mazivostní tření, za nízkých a normálních teplot, dodávání ale i odvádění oleje může způsobit problémy (olejové zadržení, olejová zácpa). Proto, by měla být viskozita oleje vybrána tak, aby byla dosažená maximální únavová životnost a je zabezpečena postačující dodávka oleje k ložisku. V ojedinělých případech nemůže být potřebná provozní viskozita dosažena: - jestliže, výběr oleje také závisí na dalších strojních komponentech, požadují řídký olej - jestliže, pro oběžné olejové mazání, olej musí být dostatečně ředěný aby odváděl teplo a odváděl znečist ující látky z ložiska - jestliže, v případě dočasně vyšších teplot nebo za velmi nízkých obvodových rychlostí, požadovaná provozní viskozita nemůže být získána dokonce ani s olejem nejvyšší možné viskozity V takových případech, pro tyto aplikace může být použit olej s nízkou viskozitou. Musí však obsahovat účinné EP přísady, a jeho vhodnost musí být prokázána testy. Jinak se v závislosti na stavu odchyluje od předepsaných hodnot, zmenšuje se únavová životnost a musí být vypočítaný dosažitelný život. 4.2.2. Výběr oleje podle provozních podmínek Normální provozní podmínky: Pod pojmem normální provozní podmínky si můžeme představit (atmosferický tlak, max. teplota 100st.C pro olejovou lázeń a 150st.C pro oběžné mazání olejem, zatížení s poměrem P/C < 0.1, otáčky v dovolených mezích), mohou být použity oleje bez přísad nebo s anti-korozními přísadami, jestliže doporučená hodnota viskozity není udržována, měl by být vybrán olej s vhodnými EP přísadami proti opotřebení. Velké obvodové rychlosti: Pro vysoké obvodové rychlosti (ka*n*dm>500000 min-1*mm), by měl být použit olej, který je stabilní k oxidaci, má dobré odpevńovací vlastnosti a má kladné viskozitně-teplotní (V-T) chování (režim), jehož viskozita se snižuje s klesající rychlostí a s rostoucí teplotou. Vhodné syntetické oleje s kladným V-T režimem jsou estery, polyalphaolefines a polyglycols. Při spouštění je teplota obecně nízká, vysoké tření má za následek prudké zvýšení teploty, abychom jsme se tomuto stavu vyhnuli, musí být viskozita maziva v klidu (v ustáleném stavu) dostačující, aby zabezpečila adekvátní mazání.[4] Velké zatížení: Jestliže jsou ložiska pod velkým zatížením (P/C > 0.1) nebo jestliže provozní viskozita υ je menší než normální viskozita υ1, měl by být používán olej s přísadami proti opotřebení např. EP oleje (oleje pro vysoké tlaky) označováno písmenem P v DIN 51502. EP přísady snižují nepříznivé účinky při kontaktu kov na kov. Vhodnost použití EP přísad se mění a obvykle závisí velkou měrou na teplotě. Jejich účinnost, může být hodnocena přes testy valivých ložisek (FAG test FE8).[4]
Vysoké teploty: Výběr olejů pro vysoké provozní teploty závisí hlavně na provozním teplotním rozsahu a na V-T chování oleje. Olej musí být vybrán podle jeho vlastností. 4.3. Výběr vhodného suchého mazání Suchá maziva se používají jen ve zvláštních případech, například tam kde se používají keramická ložiska, nebo tam kde je použití olejů a plastických maziv nevhodné, např: - ve vakuu kde se olej intenzivě odpařuje - za extrémě vysokých teplot - tam kde oleje a plastická maziva mají být v ložiskách zadrženy jen velmi krátkou dobu - u atomových a kosmických technologií kde je mazivo vystaveno intenzivnímu záření Nejčastěji používaná suchá maziva bývají, grafit a molybden disulfid (MoS2). Aplikují se jako prášky a spojené s olejem vytvářejí pastu, nebo spolu s plastickým materiálem kluzný lak (sliding lacquer). Dalšímy používanými tuhými mazivy jsou polytetrafluorethylen (PTFE) a měkké kovové filmy (např. měd a zlato), které bývají užívány velmi zřídka. Suché mazání bývá obvykle používáno při nízkých zatíženích ložisek. Zvláště stabilní bývá kovový film, který se vytváří pomocí elektrolýzy, nebo katodovým vypařováním ve vakuu. Vůle v ložisku bývá snížena množstvím maziva (tloušt kou filmu) v ploše styku. Teplotní a chemická stálost suchých maziv je limitována. Provoz ložiska za nízkých provozních rychlostí (n*dm<1500 min-1*mm) bývají mazány molybdenem disulfidem nebo grafitovou pastou. Olej obsažený v pastě se vypařuje při teplotě asi 200st.C. Valivá ložiska s rychlostí vyšší než n*dm=1500 min-1*mm bývají ve většině případech mazány prášky nebo kluznými laky namísto pasty. Práškový film je vytvořen přitíráním tuhého maziva do mikroskopických nerovností povrchu.[4] Grafit, může být použit pro provozní teploty až do 450st.C, má tedy široký teplotní rozsah použití. Grafit však není moc odolný vůči radiaci. Molybden disulfid, může být použit pro provozní teploty až do 400st.C. Udržuje si dobré kluzné vlastnosti i při nízké teplotě. Přítomnosti vlhkosti může zapříčinit elektrochemickou korozi. Bývá málo odolný vůči kyselinám. Organické vazače kluzných laků se změkčují za vysokých teplot a ovlivńují adhezivní vlastnosti kluzných laků. Anorganické laky obsahují anorganické soli jako vazače. Tyto laky mají vysokou teplotní stálost a nevypařují se za vysokého vakua (high vacuum). Ochrana proti korozi, bývá menší u anorgnických laků než u organických laků. Pasta ztuhne, jestliže se prach z okolního prostředí dostane do ložiska. V prašném prostředí, proto bývají výhodné kluzné laky. V mimořádných případech mohou být valivá ložiska také vybavena takzv. samomaznou klecí, tj. klece s uloženým (zabudovaným) suchým mazivem, nebo s náplní skládající se ze suchého maziva a vazače. Mazivo je transportováno do drážek valivých elementů. 4.4. Maziva schopná rychlého bio-rozpadu Výrobci maziv v dnešní době nabízejí několik plastických maziv a olejů pro mazání valivých ložisek, které mají rostlinný základ oleje (rapeseed oil). Většina maziv má syntetický základ oleje (ester oils). Jejich schopnost bio-rozpadu je testována v souladu s CEC-L33-A9 a na základě DIN 51828. Obvyklé požadavky na tyto maziva bývají, aby co nejméně znečišt ovaly vodu a musí být rovněž zdraví neškodné. Schopnost maziva bio-rozpadu na základě rostlinného oleje je vhodný jen pro malý teplotní rozsah. Syntetická maziva s esterovým základem, na rozdíl mohou nabídnout větší možnosti (capacity) a jejich vlastnosti bývají přibližně rovny mazivům s tradičními základovými oleji. Kvůli jejich schopnosti bio-rozpadu bývají užívány pro jednorázové mazání, např. tam kde mazivo může unikat přímo do životního prostředí.[4]
5. ZPŮSOBY MAZÁNÍ Valivá ložiska potřebují extrémně málo maziva. V praktických aplikacích, bývají ložiska zásobeny větším množstvím maziva v zájmu provozní spolehlivosti. Nicméně, příliš mnoho maziva v ložisku může mít škodlivý efekt. Jestliže, je v ložisku nadbytek maziva a nemůže z něho uniknout, dochází k jeho víření a to způsobí zvýšení teploty do takové výše, že může dojít k poškození nebo dokonce zničení ložiska. Obecně, postačující zásoba maziva v ložisku bývá zajištěna: - vybráním vhodného množství maziva uvnitř ložiska - musí se brát do úvahy životnost maziva, - doplńování maziva do ložiska respektive domazávací intervaly - návrh uložení ložiska - soustava mazání a související výbava 5.1. Životnost maziva Životnost maziva je doba od začátku provozu až do poruchy ložiska v důsledku selhání díky mazivu.[6] To je určené: - množstvím maziva - typem maziva (zahušt ovače, základového oleje, přísad) - typ ložiska a jeho rozměry - velikost a druh zatížení - rychlostní index - teplota v ložisku Provozní život maziv, bývá určován laboratorními zkouškami (testy). Takové testy bývají uskutečńovány na základě statistických dat a porovnávají se s zkušebními podmínkami (identické provozní podmínky, ložiska stejné kvality, identické množství maziva), závisí na typu použitého maziva. Proto tedy vypočítané hodnoty životnosti maziva závisí na pravděpodobnosti selhání, podobné jako výpočty únavové životnosti ložiska.[4] 5.2. Intervaly mazání Intervaly mazání jsou definovány jako minimální provozní doba maziva za standartních podmínek.[6] V případě vyššího zatížení ložiska nebo teploty, bývají mazací intervaly kratší. 6. POŠKOZENÍ KVŮLI NEDOKONALÉMU MAZÁNÍ Více než 50% všech poškození valivých ložisek vděčí nedokonalému mazání. To bývá jedna ze základních příčin poškození ložiska. Nedokonalé mazání v kontaktní oblasti vede k opotřebení. Navíc se díky únavě může vyskytnout poškození (odlupování (flaking)). Ložiska se přehřívají, při nedostatečném mazání nebo přemazání, ložiskové kroužky bývají zahřívány na vyšší teploty kvůli nepříznivému odvodu tepla, ta má za následek zmenšení radiální vůle nebo dokonce přetížení. Hlavní příčiny poškození: - nevhodné mazivo (olej s malou viskozitou, nedostatkem přísad, nevhodné přísady, korozivní přísady) - nedostatek maziva v plochách styku - kontaminující látky v mazivu (pevné i kapalné látky) - změna vlastností maziva - přemazání (velké množství maziva v ložisku) Nedostatek maziva, nebo naopak přebytek maziva, mohou být vyřešen vhodným výběrem mazacího systému pro dané použití. Poškození díky nevhodnému mazivu nebo díky změnám jeho vlastností se může zabránit když se vezmou v úvahu všechny provozní stavy a vybere se vhodné mazivo nebo se přemaže v pravý čas. 6.1. Kontaminující látky v mazivu Neexistuje skoro žádný mazací systém, který je zcela zbaven znečišt ujících látek. Všechny maziva obsahují určité množství znečišt ující látky, které pocházejí z jejich výroby. Požadavky na maziva jsou specifikována v určených normách, které určují limity dovoleného znečištění maziva. Během údržby, mohou znečišt ující látky proniknout do
ložiska, např. během manuálního mazání. Pro hodnocení škodlivého účinku znečišt ujících látek je podstatné vědět: - typ a tvrdost cizích částic - koncentrace cizích částic v mazivu - velikost cizách částic 6.2. Pevné cizí částice Pevné cizí částice způsobují provozní hluk, opotřebení a předčasnou únavu. Tvrdé částice ve valivých ložiskách zapříčińují opotřebení odíráním, zvláště v kontaktní oblasti při vysokých rychlostech kluzného tření. Opotřebení se zvyšuje s tvrdostí částic a i stejně úměrně s koncentrací částic v mazivu a jejich velikostí. Opotřebení může dokonce nastat i s extrémně malou částicí nečistoty. Abrazivní opotřebení (otěr) ve valivých ložiskách je do jisté míry přijatelný, přípustné množství opotřebení závisí na aplikaci.[4] Větší částice (velikost do 0.1mm) způsobují vtisky v drážkách. Zatížení zapříčińuje vyšší tlaky v oblasti vtisku, který má za následek snižovat životnost ložiska. 6.3. Snížení koncentrace cizích částic Opatření pro redukci cizích částic: REFERENCE [1] Blaškovič, P. - Balla, J. - Dzimko, M. Tribológia. 1. vyd. Bratislava: Alfa, 1990. [2] Klimeš, P. Části a mechanismy strojů. II, Tribologie, ložiska, převody. vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2003, ISBN: 80-214-2422-2. [3] Bečka, J. Tribologie. 1. vyd. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1997, ISBN: 80-01-01621-8. [4] FAG: Rolling Bearing Lubrication [online], FAG, Publ. No. WL 81 115/4 EA 97/12/02, URL: <http://www.fag.com>, [cit. 2006-04-12]. [5] přednáška z tribologie č. 3, březen 2006 [6] Weigand, M. Machinery Lubrication Magazine. Lubrication of rolling bearings / technical solutions for critical running conditions [online]. Januar 2006, [cit. 2006-04-14] URL: <http://www.machinerylubrication.com/ article_detail.asp> - důkladné čištění ložisek a sdužených součástí - zvýšení čistoty operace a údržby - u mazání olejem, filtrování oleje - u mazání tukem, dostatečné domazávací intervaly 6.4. Kapalné znečišt ující látky Hlavní kontaminující látky v mazivech bývají voda nebo agresivní prchavé látky, jako kyseliny, základy nebo rozpouštědla. Výskyt vody v mazivu lze pozorovat pouhým okem, s výskytem vody vzniká riziko koroze a život ložiska se tak výrazně snižuje. Voda v plastických mazivech způsobuje strukturální závislost na zhušt ovači. U znečištění vodou plastických maziv se musí zkrátit přemazávací intervaly v závislosti na množství vody. Agresivní látky (kyseliny), můžou drasticky změnit chemicko-fyzikální charakteristiky maziva a posléze se zhorší jeho mazací schopnost.[4]