Łożyska samosmarujące: czym są i dlaczego są trwałe

In rotating machinery, bearing failure is the leading cause of unplanned downtime — responsible for an estimated 40 to 50 percent of all electric motor failures worldwide, according to the Electric Power Research Institute. Łożyska samosmarujące zostały zaprojektowane specjalnie w celu wyeliminowania błędów smarowania wpływających na te statystyki. Zrozumienie, czym one są, jak faktycznie działa smarowanie wewnątrz łożyska i co powoduje przedwczesne uszkodzenie łożysk, daje inżynierom zajmującym się konserwacją i projektantom sprzętu podstawę do podejmowania za każdym razem właściwej decyzji dotyczącej specyfikacji.

Co to jest łożysko samosmarujące?

A łożysko samosmarujące to łożysko ślizgowe zaprojektowane do pracy bez zewnętrznego smarowania — bez smaru, bez oleju, bez przerw konserwacyjnych. Osiąga to poprzez wprowadzenie środka smarnego bezpośrednio do jego struktury, albo jako stały dodatek do materiału łożyska, jako porowata matryca, która uwalnia olej pod ciśnieniem i ciepłem, albo jako osadzona wyściółka, która przenosi cienką warstwę smaru na wał podczas jego obrotu.

Definicja mająca znaczenie z technicznego punktu widzenia: łożysko samosmarujące to każde łożysko, którego działanie tribologiczne jest utrzymywane całkowicie przez materiały lub struktury znajdujące się wewnątrz samego łożyska, bez zależności od zewnętrznego smaru w zakresie jego znamionowej żywotności.

Czy łożyska należy smarować?

Standardowe łożyska toczne — kulkowe, wałeczkowe i stożkowe — bez wyjątku wymagają smarowania. Bez filmu smarnego oddzielającego elementy toczne od bieżni, w ciągu kilku sekund od uruchomienia następuje kontakt metalu z metalem, powodując nagrzewanie się, wżery powierzchniowe i przyspieszone zużycie, które prowadzi do awarii.

The lubricant in a conventional bearing serves four functions simultaneously:

• Tworzy warstwę hydrodynamiczną, która zapobiega bezpośredniemu kontaktowi metalu pomiędzy elementami tocznymi a bieżnią
• Odprowadza ciepło powstające w wyniku kontaktu tocznego i tarcia wewnętrznego
• Chroni powierzchnie wewnętrzne przed utlenianiem, wnikaniem wilgoci i żrącymi mediami procesowymi
• Zawiesza i wypłukuje pozostałości zużycia i cząstki zanieczyszczeń, zanim spowodują uszkodzenia ścierne

Krytyczne rozróżnienie: łożysko samosmarująces fulfill all four of these functions through their material structure rather than through periodic maintenance. Łożysko ze spiekanego brązu uwalnia zmagazynowany olej w warunkach pracy; łożysko pokryte PTFE przenosi folię transferową na wał; łożysko wypełnione grafitem uwalnia smar w wysokich temperaturach, gdy konwencjonalny smar zawiedzie. Smarowanie jest wbudowane, a nie dodawane z zewnątrz.

Dlaczego łożyska ulegają awariom: sześć głównych przyczyn

The SKF Bearing Failure Analysis program, drawing on over 100 years of field data, attributes approximately 80 percent of premature bearing failures to preventable causes. Zrozumienie tych pierwotnych przyczyn jest pierwszym krokiem w kierunku ustalenia, czy a łożysko samosmarujące lub konwencjonalnie smarowane łożysko jest właściwym wyborem dla danego zastosowania.

Same awarie związane ze smarowaniem odpowiadają za ponad jedną trzecią wszystkich przedwczesnych awarii łożysk w terenie. Jest to główny przypadek inżynieryjny łożysko samosmarująces w zastosowaniach, w których dostęp do konserwacji jest ograniczony, okresy smarowania są trudne do wyegzekwowania lub środowiska pracy (wysoka temperatura, wysoka wilgotność, narażenie chemiczne) szybko powodują degradację konwencjonalnych środków smarnych.

Zanieczyszczenie: cichy akcelerator awarii

Zanieczyszczenie jest najbardziej niedocenianą przyczyną awarii łożysk w środowiskach przemysłowych. A single particle of hard debris just 1 micron larger than the bearing's lubricant film thickness is sufficient to initiate surface denting on the raceway. In cement plants, steel mills, and mining operations, airborne silica and metallic debris create contamination conditions that reduce bearing life by 75 percent or more compared to clean-room test conditions — regardless of lubrication quality.

Sealed łożysko samosmarująces w konstrukcji z polimeru lub kompozytu PTFE oferują tutaj przewagę konstrukcyjną: nie ma smarowniczek, nie ma otwartych portów i nie ma okresów konserwacji, które wymagałyby naruszenia integralności uszczelnienia. Łożysko stanowi zamknięty system od momentu montażu do końca eksploatacji.

Często zadawane pytania

Czy łożyska samosmarujące można stosować w zastosowaniach wymagających dużych prędkości?

To zależy od typu łożyska. Łożyska z brązu impregnowanego olejem spiekanym dobrze sprawdzają się przy średnich i wysokich prędkościach (wartości PV do 1,8 MPa·m/s dla gatunków standardowych). Łożyska kompozytowe PTFE lepiej nadają się do zastosowań oscylacyjnych lub wolnoobrotowych, gdzie tworzenie się powłoki hydrodynamicznej jest ograniczone. Łożyska zaślepione grafitem są zazwyczaj przeznaczone do niskich prędkości, ale doskonale sprawdzają się w środowiskach o wysokiej temperaturze. Przed określeniem wartości znamionowej PV (ciśnienia i prędkości) łożyska należy zawsze sprawdzić łączne obciążenie i prędkość aplikacji.

Po czym poznać, że łożysko samosmarujące wymaga wymiany?

Kluczowe wskaźniki obejmują zwiększony hałas lub wibracje podczas pracy, mierzalny luz na wale przekraczający określony luz roboczy łożyska, podwyższoną temperaturę roboczą powyżej wartości bazowej lub widoczne zużycie powierzchni styku wału. W przypadku metali spiekanych wymiana jest wskazana, gdy łożysko osiągnie około 80 procent projektowanej grubości ścianki. Łożyska polimerowe zwykle wykazują widoczne zużycie powierzchni lub zmianę wymiarów otworu przed awarią.

Are self-lubricating bearings suitable for food processing applications?

Tak — łożyska samosmarujące na bazie polimerów z UHMWPE, acetalu lub PTFE zgodnego z FDA są szeroko stosowane w przetwórstwie żywności i napojów właśnie dlatego, że eliminują ryzyko zanieczyszczenia smarem lub olejem przedostającym się do strumienia produktu. Są odporne na korozję, łatwe do czyszczenia, nietoksyczne i nie wymagają smarowania, które mogłoby stwarzać problemy w zakresie zgodności z bezpieczeństwem żywności. Przed instalacją w strefie kontaktu z żywnością należy zawsze sprawdzić zgodność z FDA lub EU 10/2011 dla konkretnego gatunku polimeru.

Jaka jest typowa żywotność łożyska samosmarującego w porównaniu z łożyskiem smarowanym?

Under ideal conditions with correct lubrication, a high-quality rolling element bearing can outlast a self-lubricating plain bearing on a per-cycle basis. Jednakże w rzeczywistych zastosowaniach, w których występuje zmienność konserwacji, trudne warunki lub niedostępne punkty instalacji, łożyska samosmarujące stale zapewniają dłuższą rzeczywistą żywotność. Badania na podstawie danych terenowych SKF i NSK pokazują, że przejście z łożysk smarowanych na samosmarujące alternatywy w przenośnikach górniczych wydłużyło średni czas między wymianami od 2,5 do 4 razy, głównie poprzez wyeliminowanie przypadków awarii smarowania.