CS logo ZKL Group

Historie je základem současnosti
a výzvou pro budoucnost.

9. Mazání ložisek

9.1 Druhy mazání
9.2 Mazání plastickým mazivem
9.3 Mazání olejem
9.4 Mazání pevnými mazivy

Hlavním účelem mazání je snížit tření a opotřebení v ložisku. V kontaktní oblasti mezi kroužky a valivými elementy dochází k valení a k prokluzu, jehož velikost závisí na druhu ložiska, zatížení a režimu mazání. U valivých ložisek nastává za provozních podmínek elastohydrodynamické mazání, které se vyznačuje výrazným zvýšením tlaku v mazacím filmu uvnitř kontaktní oblasti.

Hlavní úlohy maziva:

  • Snížení tření a opotřebení – přímému kontaktu kov na kov mezi ložiskovými kroužky, valivými elementy a klecí je zabraňováno mazivovým filmem, který snižuje tření a opotřebení v kontaktních oblastech.
  • Prodloužení únavové životnosti – únavová životnost ložiska je závislá zejména na viskozitě maziva a tloušťce filmu maziva mezi kontaktními povrchy.
  • Odvod tepla – cirkulace oleje může odvádět přebytečné třecí teplo nebo teplo z vnějšího prostředí z ložiska a tím chránit ložisko před přehřátím a olej před degradací.
  • Ochrana povrchu ložiska proti korozi
  • Zabránění vnikání cizích částic (nečistot) do ložiska, odvod cizích částic z ložiska cirkulací oleje.

9.1 Druhy mazání

K mazání ložisek se za běžných podmínek používá olej nebo plastické mazivo, ve speciálních případech se používá pevné mazivo např. pro velmi vysoké teploty, provoz ve vakuu. Při rozhodování o druhu maziva a způsobu mazání je potřebné zohlednit provozní podmínky, charakteristické vlastnosti použitého maziva, konstrukci zařízení a hospodárnost jeho provozu. Mazání olejem nabízí lepší mazací schopnosti, ale mazání plastickým mazivem umožňuje snadnější použití v ložisku.

Porovnání mazání olejem a plastickým mazivem je v tabulce 9.1.

Tabulka 9.1

9.2 Mazání plastickým mazivem

Ve většině uložení se za běžných provozních podmínek používá mazání plastickým mazivem. Výhoda plastického maziva spočívá v lepším udržení maziva v uložení, v utěsnění uložení proti vniknutí nečistot, vlhkosti a vody a zejména v jednoduché údržbě ložiska.

Obrázek 9.1

Plastická maziva na mazání valivých ložisek jsou nejčastěji vyráběna z jakostních minerálních nebo syntetických olejů zahuštěných kovovými mýdly mastných kyselin. Plastická maziva musí mít dobrou mazací schopnost a vysokou chemickou, tepelnou a mechanickou stálost. Maziva mohou být obohacena aditivy, která zvyšují provozní životnost maziva a ložiska. Při volbě plastického maziva je nutné brát v úvahu nejdůležitější vlastnosti maziva, jako viskozitu základového oleje, konzistenci, únosnost a protikorozní vlastnosti.

9.2.1 Složení plastických maziv

  • Základový olej – nejčastěji je použit minerální nebo syntetický olej, mazací vlastnosti plastického maziva vychází hlavně z charakteristik základového oleje. Viskozita základového oleje je rozhodující při výběru plastického maziva. Plastická maziva s nízkou viskozitou základového oleje jsou vhodná pro vysoké rychlosti a nízké teploty a maziva s vysokou viskozitou základového oleje jsou vhodná pro vysoké teploty a velká zatížení.
  • Zahušťovadlo – typ zahušťovadla zejména ovlivňuje bod skápnutí plastického maziva a rozhoduje zejména o použití pro konkrétní provozní teploty, čím vyšší je bod skápnutí, tím vyšším provozním teplotám mazivo odolává. Nejvyšší provozní teplota plastického maziva je ale ovlivněna tepelnou odolností základového oleje. Voděodolnost plastického maziva je závislá pouze na druhu zahušťovadla.
  • Aditiva – plastická maziva často obsahují aditiva, která zlepšují některé vlastnosti maziva a případně prodlužují jeho životnost. Nejčastěji jsou používány antioxidanty (prodloužení životnosti), korozní inhibitory (zlepšení korozní odolnosti) a EP přísady (extrémně vysoká zatížení).

9.2.2 Základní vlastnosti plastických maziv

  • Viskozita základového oleje – viskozita plastického maziva je dána základovým olejem, je to nejdůležitější faktor při výběru maziva a ovlivňuje nejvýrazněji tloušťku mazacího filmu v kontaktní oblasti a tím i životnost ložiska. Viskozita oleje je definována jako míra odporu proti tečení při smykovém namáhání maziva. Viskozita exponenciálně roste v závislosti na tlaku a exponenciálně se snižuje v závislosti na teplotě.
  • Vlastnosti zadržovaného oleje – plastické mazivo přebírá všechny vlastnosti základového oleje jako je viskozita, bod tuhnutí a bod vzplanutí, tyto vlastnosti výrazně ovlivňují chování plastického maziva.
  • Konzistence – plastická maziva jsou rozdělena do několika konzistenčních tříd podle klasifikace NLGI (National Lubricating Grease Institute). Konzistence plastického maziva by se neměla příliš měnit v teplotním rozsahu a při mechanickém zatěžování. Při nevhodném zvolení konzistence maziva pro dané uložení může docházek k vytékání maziva z ložiska nebo ke zvýšenému odporu proti otáčení a nedostatečnému vylučování oleje v kontaktní oblasti.

9.2.3 Mísitelnost

Zpravidla se nedoporučuje míchat různá plastická maziva. Při míchání plastických maziv s odlišnými typy zahušťovadel může dojít k narušení kompozitních a fyzikálních vlastností, což může vést k vytečení maziva z ložiska a případné havárii ložiska. Plastická maziva vyrobená na bázi stejného zahušťovadla a podobného základového oleje se zpravidla mohou smísit bez nežádoucích účinků.

Přehled plastických maziv pro valivá ložiska je v tabulce 9.2.

9.2.4 Množství maziva

Množství plastického se odvíjí od konstrukce ložiskového uložení, množství volného prostoru, vlastností použitého plastického maziva a provozní teplotě. Při velkém množství plastického maziva v uložení dochází ke zvyšování provozní teploty. Zpravidla je plastickým mazivem naplněno ložisko a volný prostor v ložiskovém uložení je naplněn jen zčásti. Množství plastického maziva ve volném prostoru uložení můžeme určit v závislosti na otáčkách:

  • 1/2 až 2/3 volného prostoru při otáčkách menších než 50 % mezních otáček ložiska
  • 1/3 až 1/2 volného prostoru při otáčkách větších než 50 % mezních otáček ložiska

Ložisko s plastickým mazivem by se mělo zaběhnout, aby se plastické mazivo mohlo rovnoměrně rozložit v ložisku a případně přebytečné mazivo mohlo vytéct z ložiska, poté může ložisko pracovat při maximálních otáčkách. Konec záběhu poznáme snížením teploty ložiska a ustálením provozní teploty.

U ložisek s velmi nízkou frekvencí otáčení je vhodné naplnit ložisko i celý volný prostor ložiskového uložení plastickým mazivem, aby bylo ložisko chráněno před korozí a znečištěním.

Tabulka 9.2

9.2.5 Domazávání

Valivá ložiska je nutné domazávat v případě, že předpokládána provozní trvanlivost ložiska je delší než životnost použitého plastického maziva. Délka domazávacího období je výrazně ovlivněna typem a velikostí ložiska, frekvencí otáčení, provozní teplotou a druhem a kvalitou plastického maziva.

Domazávací období je doba, během které má plastické mazivo potřebné mazací vlastnosti. Po uplynutí této doby se ložisko musí opět namazat, přičemž se staré mazivo z ložiskového prostoru musí zcela odstranit. Doporučované domazávací období je pro jednotlivé druhy ložisek při normálním zatížení (P ≤ 0,15 C) a normálních provozních podmínkách uvedeno v diagramech na obrázcích 9.2 a 9.3. Diagramy platí pro běžná plastická maziva pro teploty do +70 °C. Při teplotách nad +70 °C se domazávací období zkracuje pro každých 15 °C na polovinu původní hodnoty. Při teplotách pod 40 °C se může domazávací období zvýšit na dvojnásobek.

Pro malá, zejména jednořadá kuličková ložiska jsou domazávací období několikanásobně delší, než je životnost ložiska, proto se tato ložiska zpravidla nedomazávají. Z uvedeného důvodu je výhodné používat tato ložiska v provedení s krycími plechy nebo s těsněním na obou stranách, která jsou výrobcem naplněna plastickým mazivem na celou dobu své životnosti. Pro určité frekvence otáčení vychází domazávací období mimo křivky diagramu, to znamená, že je přesažena přípustná mez pro mazání plastickým mazivem. V těchto případech doporučujeme řešit konstrukci uložení pro mazání olejem.

Obnovení náplně plastického maziva je doporučováno vždy, pokud je domazávací interval delší než 6 měsíců. Při použití plastických maziv pro vysoké výkony mohou být domazávací intervaly delší. Další informace sdělí technicko-konzultační služby ZKL.

Obrázek 9.2

Potřebné množství plastického maziva na domazávání se vypočítá z rovnice

Q = 0,005 × D × B

[g]

kde

Q . . . . . . množství plastického maziva [g]
D . . . . . . vnější průměr ložiska [mm
B . . . . . . šířka ložiska [mm]

Obrázek 9.3

Pro ložiska s vyšší frekvencí otáčení, která vyžadují častější domazávání, je potřebné po určité době odstranit použité mazivo z ložiskového prostoru. Tím se předejde k nežádoucímu zvyšování provozní teploty. Na tento účel je vhodný tzv. odstřikovač plastického maziva, který brání přemazání ložiska. Je tvořen kotoučem, který se otáčí s hřídelí a svou rotací vytahuje přebytečné a staré mazivo štěrbinou mezi ložiskovým tělesem ven z ložiska (obr.9.4)

Obrázek 9.4

Další faktory ovlivňující domazávací období:

  • Vibrace – při velkých vibracích a rázech dochází k hnětení maziva a je nutné zkrátit domazávací období. Pokud mazivo změkne, je nutné použít mazivo s vyšší mechanickou stabilitou nebo mazivo s vyšší tuhostí.
  • Svislá hřídel – je třeba zkrátit domazávací období na polovinu a je vyžadováno použití těsnění a krytů, které brání úniku maziva z uložení.
  • Znečištění maziva – je třeba zkrátit domazávací období, částice v mazivu jsou nežádoucí a mají negativní vliv na životnost ložiska.

9.3 Mazání olejem

Mazání olejem se používá v těch případech, když je frekvence otáčení tak vysoká, že domazávací období pro mazání plastickým mazivem je příliš krátké. Dalším důvodem může být i potřeba odvodu tepla z ložiska, případně vysoká teplota prostředí, která nedovoluje použití plastického maziva, nebo pokud jsou sousední části z konstrukčního hlediska už mazány olejem (např. ozubená kola v převodovce). Mimo několika případů uložení soudečkových ložisek se tato vždy mažou olejem.

Při mazání olejem musí být zabezpečen takový stav, aby mazání bylo zabezpečeno při rozběhu a potom i během provozu. Nadměrné použití oleje zvyšuje jeho teplotu, a tím i teplotu ložiska. Přívod oleje do ložiska se zabezpečuje různými konstrukčními způsoby:

  • Mazání olejovou lázní – nejrozšířenější a nejjednodušší způsob olejového mazání, pro nízké a střední frekvence otáčení. Hladina oleje sahá do výšky středu spodního valivého tělesa a musí být v této výšce udržována. Olej je unášen rotujícími částmi ložiska a rozptylován v ložisku a poté se vrací zpět do olejové lázně.
  • Mazání oběhem oleje – je nejčastěji používáno pro provoz při vysokých otáčkách, kde je vyžadováno chlazení ložiska a pro provoz při vysokých provozních teplotách. Oběh oleje je zajištěn pomocí čerpadla, po průchodu oleje ložiskem je olej vrácen zpět do nádrže, kde je olej přefiltrován a podle potřeby ochlazen.
  • Mazání kapáním – je široce rozšířeno pro mazání malých kuličkových ložisek provozovaných při vysokých otáčkách.
  • Mazání rozstřikem oleje – olej je rozstřikován na ložisko rotujícím ozubeným kolem nebo jednoduchým rotujícím kotoučem umístěným blízko ložiska. Ložisko nemusí být ponořeno v olejové lázni, tento způsob mazání je často používán v automobilových převodovkách.
  • Mazání vstřikovaným olejem – je zpravidla použito pro vysokootáčková ložiska. Olej je vstřikován pod tlakem přímo do ložiska. Rychlost paprsku oleje musí být natolik vysoká, aby olej pronikl vzduchovými víry vyvolanými rotujícími částmi ložiska.
  • Mazání olejovou mlhou – využívá stříkání olejové mlhy do ložiska. Tento způsob mazání je často využíván pro mazání vřetenových ložisek obráběcích center.
  • Mazání systémem olej-vzduch – do každého ložiska je pomocí tlakového vzduchu přiváděno velmi malé, přesně odměřené množství oleje, které zajistí dostatečné mazání a umožňuje lépe dosáhnout nižších provozních teplot a vysokých otáček. Tento způsob mazání je použit pro mazání většiny vřetenových ložisek a pro další vysokootáčkové aplikace.

9.3.1 Mazací oleje

Pro mazání ložisek se používají zpravidla rafinované oleje s dobrou chemickou stabilitou, která může být vylepšena antioxidačními přísadami. Pro mazání valivých ložisek se dává přednost čistým minerálním olejům bez přísad, přísady se používají jen ve speciálních případech. Syntetické oleje jsou určeny pouze pro náročné použití při velmi vysokých a velmi nízkých provozních teplotách.

Některé typy ložisek, např. soudečková ložiska, axiální soudečková ložiska nebo kuželíková ložiska dosahují obvykle vyšší provozní teploty než jiné typy, jako např. kuličková nebo válečková ložiska za stejných provozních podmínek. To je také třeba brát v úvahu při volbě druhu oleje.

Rozhodující vlastností oleje je kinematická viskozita, která klesá s rostoucí teplotou. Vhodnou viskozitu oleje můžeme stanovit z diagramu na obr. 5.4 v závislosti na středním průměru ložiska ds = (d+D)/2 a frekvenci otáčení.

Pokud je známa provozní teplota, nebo je možno ji zjistit, určí se z diagramu na obr. 5.5 vhodný olej a viskozita při mezinárodně normalizované porovnávací teplotě 40 °C, která je potřebná pro výpočet poměru χ. Obrázky jsou umístěny v kapitole 5 Určení velikosti ložiska.

Při poměru χ < 1 se doporučuje použít olej s EP přísadami, které zvyšují únosnost olejového filmu. Při poklesu hodnoty χ pod 0,4 se vždy musí použít oleje s EP přísadami. Pokud je χ > 1 dosáhne se v provozu zvýšená spolehlivost řešení příslušného uložení.

Příklad:

  • ložisko: d = 180 mm, D = 320 mm, ds = 250 mm
  • frekvence otáčení n = 500 min-1
  • předpokládaná provozní teplota 60 °C

Pro tyto podmínky je podle diagramu na obr. 5.4 potřebná minimální kinematická viskozita

ν1 = 17 mm2s-1.

Při zohlednění provozní teploty 60 °C musí mít použitý olej vybraný podle diagramu na obr. 24 při normalizované teplotě 40 °C kinematickou viskozitu ν minimálně 35 mm2s-1.

Pro axiální soudečková ložiska se kinematická viskozita mazacího oleje stanoví podle tabulky 9.3 přibližně v závislosti na součinu n*d, kde n je frekvence otáčení ložiska v otáčkách za minutu a d je průměr díry v mm. Nižší hodnoty viskozity platí pro ložiska méně zatížená, pro která platí Pa ≤ 0,1 Ca. Vyšší hodnoty platí pro Pa > 0,1 Ca.

Tabulka 9.3

9.3.2 Výměna oleje

Délka časového intervalu pro výměnu oleje je závislá na provozních podmínkách a kvalitě oleje. V podmínkách, kdy provozní teplota je menší než 50 °C a olej pracuje v dobrých provozních podmínkách s malým množstvím prachu, se zpravidla olej vyměňuje jednou ročně. V případech, kdy se teplota oleje pohybuje kolem 100 °C je nutné olej měnit přibližně každé tři měsíce. Při náročných provozních podmínkách je třeba olej měnit častěji s ohledem na čistotu maziva a stav oxidace maziva. I pro oleje platí, že použití specializovaných druhů olejů pro určité provozní podmínky může jejich životnost značně prodloužit.

9.4 Mazání pevnými mazivy

Pevná maziva se používají na mazání ložisek pouze v případech, když plastická maziva nebo oleje nemohou splnit požadavky na spolehlivé mazání v podmínkách mezního tření nebo z hlediska odolnosti proti vysokým provozním teplotám, chemickým vlivům a podobně.

Pro mazání ložisek se používají zejména grafit, MoS2, PTFE. Mazací mechanismus je dán mřížkovou strukturou látek, vrstvy částic kloužou lehce po sobě a dobře ulpívají na povrchu kovů, což zamezuje odsunutí částeček maziva při kluzném nebo valivém pohybu.

Nevýhody pevných maziv:

  • Vysoký koeficient tření
  • Neschopnost působit jako chladivo
  • Limitovaná životnost
  • Malé tlumení vibrační nestability valivých elementů a klece

Na začátek

ZKL

ZKL je největší výrobce velkorozměrových soudečkových, speciálních a dělených ložisek ve střední Evropě.

Copyright © 2012 ZKL, a.s.