Smarowanie łożysk stalowych jest kluczowym etapem, jeśli mówimy o ich prawidłowej konserwacji. Smar stanowi bez wątpienia podstawę skutecznej obsługi serwisowej, a w niektórych branżach prawdziwą nowość stanowią łożyska ceramiczne, które – w przeciwieństwie do stalowych – nie wymagają smarowania.
Podczas wyboru rodzaju łożyska tocznego do zastosowania w maszynie lub instalacji, zazwyczaj bierze się pod uwagę przede wszystkim jego nośność statyczną i dynamiczną. Często jednak pomija się kluczowy aspekt prawidłowej pracy łożyska, jakim jest odpowiednie smarowanie.
Dlaczego smarowanie łożysk jest tak ważne?
Łożyska są stosowane w celu prowadzenia i podparcia ruchu obrotowego.
- Składają się z następujących elementów:
- pierścień wewnętrzny
- pierścień zewnętrzny
- elementy toczne: kulki, wałeczki, wałki cylindryczne, wałki baryłkowe, wałki stożkowe
- koszyk, który prowadzi ruch elementów tocznych; w niektórych łożyskach specjalnych może nie występować
- uszczelnienia (mogą też nie występować – wtedy mówimy o łożysku otwartym; jeżeli są obecne, mogą być typu RS, czyli stykowe, wykonane z materiału gumowego, np. NBR, teflonu, silikonu, lub typu Z, niestykowe, wykonywane głównie ze stali).
Gdy obserwujemy łożysko w trakcie pracy, może się wydawać, że elementy toczne wykonują wyłącznie ruch obrotowy; w rzeczywistości, oprócz toczenia, występuje również istotna składowa poślizgu.
Z punktu widzenia teorii kontakt między elementem tocznym a bieżnią powinien być punktem, jeśli element toczny jest kulką, lub linią, jeśli element toczny jest wałkiem. Taki model jest poprawny tylko wtedy, gdy przyjmujemy, że ciała stykające się są nieskończenie sztywne. W rzeczywistości, ze względu na odkształcalność materiałów, strefa styku nie jest punktem ani linią, lecz powierzchnią. Można to wyjaśnić na prostym przykładzie: jeśli położymy gumową piłeczkę na stole, początkowo styk między piłeczką a stołem jest punktem, ale gdy choć trochę ją dociśniemy, piłeczka odkształca się i kontakt staje się powierzchnią. Im bardziej odkształcalne są piłeczka i stół oraz im większą siłę przykładamy, tym większa jest ta powierzchnia styku.
Dokładnie to samo dzieje się w kontakcie między elementem tocznym a bieżnią łożyska. W przypadku kulki powierzchnia styku ma kształt elipsy, przy czym jej półoś większa jest zorientowana wzdłuż kierunku ruchu. Idealnie czysty ruch toczny występuje jedynie wzdłuż tej półosi większej, natomiast w pozostałej części elipsy pojawia się ruch poślizgowy, który rośnie, im dalej od tej półosi się znajdujemy.
Gdy powierzchnie elementu tocznego i bieżni przesuwają się względem siebie, pojawiają się dwa bardzo istotne i niebezpieczne zjawiska:
-
- mechaniczne ścieranie
- wzrost temperatury
Ścieranie mechaniczne występuje dlatego, że stykające się powierzchnie mają swoją chropowatość i podczas wzajemnego przesuwania tworzy się swoisty „efekt tarki”.
Ścieranie jest więc niebezpieczne z następujących powodów:
- odrywa cząstki stali z bieżni i/lub elementu tocznego, które mogą dostać się między dwa poruszające się względem siebie elementy, dodatkowo wzmacniając „efekt tarki”
- zmienia geometrię bieżni i elementów tocznych (powodując m.in. zwiększenie luzów, zmianę nośności łożyska, wzrost hałasu i drgań)
- inicjuje pęknięcia zmęczeniowe w stali, które w konsekwencji prowadzą do zniszczenia łożyska.
Wzrost temperatury spowodowany ślizganiem się dodatkowo komplikuje sytuację. Otóż stal łożysk musi być hartowana, aby zapewnić odpowiedni poziom twardości. Wraz ze wzrostem temperatury występuje zjawisko zwane odprężeniem, które zmniejsza twardość stali i tym samym ułatwia ścieranie.
Dlatego kluczowe jest kontrolowanie ścierania i wzrostu temperatury.
Głównym celem smarowania jest właśnie to. Warstwa smaru, która znajduje się między elementem tocznym a bieżnią, zapobiega bezpośredniemu kontaktowi między nimi, unikając w ten sposób ścierania i pomagając w rozpraszaniu ciepła, utrzymując temperaturę łożyska w akceptowalnych granicach. Smar ma jednak swoją ograniczoną trwałość. Wykonując swoją funkcję, smar ulega degradacji i dlatego musi być okresowo odnawiany. Dla łożyska stalowego wybór odpowiedniego smaru oraz przestrzeganie prawidłowych procedur konserwacji jest absolutnie kluczowy i fundamentalny.
