Mazání od A do Z

Mějte k dispozici náležité informace, abyste si mohli správně vybrat.

Potřeba náležitého mazání mechanických systémů je obecně chápána, avšak někdy může být tato problematika považována za samozřejmost. Následující informace se týkají některých základních problémů, kterým v oblasti mazání čelíme, například jak správně vybrat mezi oleji a plastickými mazivy, a my se podíváme zblízka na to, jaký dopad mohou mít distribuční metody maziva, viskozita a teplo na celý proces. Následující informace a materiály jsou vyňaty z katalogu maziv společnosti Timken a jsou použity s jejím svolením.

Široká škála typů ložisek a provozní podmínky vylučují jakékoli jednoduché paušální prohlášení nebo pokyny umožňující výběr správného maziva. Během fáze návrhu si musíme jako první položit otázku, zda mazací olej nebo plastické mazivo je tou nejlepší variantou pro danou konkrétní aplikaci. Má-li být teplo odvedeno pryč z ložiska, musíme použít mazací olej. Tato volba je téměř vždy výhodná pro vysokorychlostní aplikace. 

Mazání olejem

Oleje používané pro mazání ložisek by měly být vysoce kvalitní minerální nebo syntetické oleje s podobnými vlastnostmi. Volba správného typu oleje závisí na rychlosti otáčení daného ložiska, jeho zatížení, provozní teplotě a způsobu mazání. Níže uvádíme některé vlastnosti a výhody, které přináší mazání olejem.

  • Mazací olej je lepším druhem maziva v případě vysoké rychlosti otáčení a vysoké teploty. Je možné jej chladit a přispět tak ke snížení teploty ložiska.
  • Manipulace a řízení potřebného množství maziva, které se má dostat do ložiska, je snazší ve srovnání s plastickými mazivy, avšak udržet mazivo uvnitř ložiska je již těžší.
  • Ztráty u mazacího oleje bývají vyšší než u plastických maziv.
  • Mazací olej může být přiveden do ložiska mnoha způsoby, v praxi se můžeme setkat s kapacím mazáním, knotovým mazáním, přetlakovými systémy s nuceným oběhem (cirkulační), olejovou lázní nebo mazáním olejovou mlhou. Každý z těchto způsobů je vhodný pro určité typy aplikací.
  • Mazací olej lze snadněji udržet v čistotě v rámci recirkulačních systémů. 

Olej a ložiska

Olej může být do ložiskového pouzdra přiváděn mnoha způsoby. Mezi nejběžnější systémy patří:

Olejová lázeň. Kryt ložiska je konstrukčně navržen tak, že obsahuje jímku, skrze kterou procházejí valivé prvky ložiska. Obecně platí, že hladina oleje by neměla být vyšší, než je střed nejnižšího valivého tělesa. Pokud jsou otáčky vysoké, hladina oleje by měla být nižší, aby se snížilo víření. K dosažení a udržení správné hladiny oleje jsou používány měřicí přístroje nebo regulovatelné odtokové kanálky. 

Cirkulační systém. Typický systém s nuceným oběhem oleje se skládá z olejové nádrže, čerpadla, spojovacího potrubí a filtru. Může sem být zahrnut i výměník tepla. Tento systém skýtá následující výhody:

  • adekvátní dodávku mazacího oleje pro účely chlazení i mazání;
  • odměřené množství oleje přiváděného do každého ložiska;
  • odstranění znečišťujících látek a vlhkosti z ložiska díky systému proplachování;
  • použitelnost pro větší množství nainstalovaných ložisek;
  • velkou nádrž, díky níž se snižuje znehodnocování mazacího oleje; zvýšená životnost maziva posiluje ekonomickou účinnost;
  • začlenění filtračních zařízení oleje;
  • spolehlivé řízení přivádění mazacího oleje přesně do potřebného místa. 

Mazání olejovou mlhou. Mazací systémy využívající olejovou mlhu se používají u vysokorychlostních aplikací s nepřetržitým provozem. Tento systém umožňuje přesné řízení množství maziva dodávaného do ložisek. Množství oleje je možno přesně odměřit, rozprášit pomocí stlačeného vzduchu, smíchat se vzduchem nebo může být odebíráno ze zásobníku pomocí Venturiho jevu. V obou případech je vzduch filtrován a dodáván pod dostatečným tlakem, aby bylo zajištěno odpovídající mazání ložisek. Ovládání tohoto typu mazacího systému je dosaženo monitorováním provozní teploty mazaných ložisek. Kontinuální průchod stlačeného vzduchu a oleje přes labyrintová těsnění, použitá v daném systému, brání vniknutí nečistot z atmosféry do systému.

Úspěšné provozování tohoto typu systému je založeno na následujících faktorech:

  • správné umístění vstupních otvorů maziva s ohledem na mazaná ložiska;
  • zamezení nadměrnému poklesu tlaku v rámci systému;
  • správný poměr tlaku vzduchu a množství oleje, které bude vyhovovat konkrétní aplikaci;
  • odpovídající odsávání olejové mlhy poté, co proběhlo úspěšné mazání. 

Pro zajištění náležitého „smáčení“ ložisek a zabránění možnému poškození valivých těles a kroužků je nutné, aby systém mazání olejovou mlhou byl zapnut několik minut před spuštěním hlavního zařízení. Význam smáčení ložisek před samotným spuštěním snad nelze ani dostatečně zdůraznit; tento proces má rovněž zvláštní význam pro zařízení, které nebylo v provozu během delšího časového úseku. 

Mazací oleje jsou komerčně dostupné v mnoha formách pro použití v automobilovém průmyslu, letectví a dalších průmyslových odvětvích. Oleje jsou klasifikovány buď jako minerální (rafinované z ropy), nebo syntetické (vyprodukované pomocí chemické syntézy).

  • Minerální oleje jsou vyrobeny ze směsí naftových uhlovodíků derivovaných z ropy, do nichž se dodávají aditiva pro zlepšení určitých vlastností. Minerální oleje se používají téměř pro všechny známé aplikace mazání ložisek.
  • Syntetické oleje pokrývají širokou škálu kategorií a zahrnují polyalfaolefiny, silikony, polyglykoly a různé estery. 

Viskozita

Při volbě viskozity oleje pro jakoukoli aplikaci ložiska je nutno vzít v úvahu několik faktorů: zatížení, rychlost otáčení, uspořádání ložiska, typ oleje a environmentální faktory. Vzhledem k tomu, že viskozita se mění nepřímo úměrně s teplotou, musí být hodnota viskozity vždy uvedena s teplotou, při které byla stanovena. Vysokoviskózní olej se používá pro ložiska s nízkou rychlostí otáčení nebo v rámci aplikací s vysokou teplotou prostředí. Nízkoviskózní olej se používá pro ložiska s vysokou rychlostí otáčení nebo v rámci aplikací s nízkou teplotou prostředí.

Existuje několik klasifikačních tříd olejů založených na stupních viskozity. Mezi nejznámější z nich patří klasifikace pro automobilové motory a převodové oleje vydaná Společností automobilových konstruktérů (SAE). Americká společnost pro zkušebnictví a materiály (ASTM) spolu s Mezinárodní organizací zabývající se tvorbou norem (ISO) se společně podílely na sestavení standardních tříd viskozity průmyslových kapalin. 

Oleje pro mazání ložisek

Průmyslové převodové oleje určené pro zatížení extrémním tlakem (EP – extreme-pressure) by měly být složeny z vysoce rafinovaných minerálních olejů, vhodných inhibitorů a aditiv. Neměly by obsahovat materiály, které by měly korozní či abrazivní účinek na ložiska. Inhibitory by měly poskytovat dlouhodobou ochranu před oxidací a chránit ložisko před korozními účinky i v prostředí se zvýšenou vlhkostí. Tyto oleje by měly odolat zpěňování během provozu a mít dobré vlastnosti vodní separace. EP mazivostní aditiva zabraňují tvorbě svarových můstků s následnými projevy vysokého opotřebení (např. scoringu). Ložiska pracující za vysokých teplot okolního prostředí nebo s nízkou rychlostí otáčení obvykle vyžadují oleje s vyšší viskozitou. Ložiska pracující za nízkých teplot okolního prostředí nebo s vysokou rychlostí otáčení obvykle vyžadují oleje s nižší viskozitou. 

Mazání plastickými mazivy

Mazání plastickými mazivy je obecně použitelné pro ložiska s nízkou až střední rychlostí otáčení, u nichž se provozní teploty pohybují v mezích maziva. Neexistuje univerzální plastické mazivo pro valivá ložiska. Každé mazivo má své limitující vlastnosti a charakteristiky.

Plastická maziva se skládají ze základního oleje, zpevňovadla a různých aditiv. Tradičně se plastická maziva pro ložiska skládají z minerálních olejů zpevněných na požadovanou konzistenci nějakou formou kovového mýdla. V poslední době se používají syntetické základové oleje dohromady s organickými a anorganickými zpevňovadly.

Použití zpevňovadel uvedených v tabulce 1 se syntetickým uhlovodíkem nebo základovými oleji na bázi esteru zvyšuje maximální provozní teplotu přibližně o 10 °C (50 °F).

Použití polymočoviny (polyurea) jako zpevňovadla pro maziva je jedním z nejvýznamnějších vývojových trendů v oblasti mazání za posledních 30 let. Výkonová charakteristika polymočovinového maziva je pozoruhodná a našla si své místo v širokém rozsahu ložiskových aplikací; v relativně krátké době se tento druh maziva prosadil na trhu jako nejčastěji odebírané mazivo pro kuličková ložiska. 

Nízké teploty

Startovací moment při rozběhu ložisek mazaných plastickým mazivem v prostředí s nízkými teplotami může být kritickým faktorem. Některá plastická maziva jsou schopna odpovídajícím způsobem fungovat, pokud je ložisko v provozu, ale odpor proti počátečnímu pohybu může být enormní. Některé menší stroje není ani možno spustit, když je velmi chladno. Za takovýchto provozních podmínek, pokud je rozsah provozních teplot velmi široký, jsou obecně vyžadována maziva obsahující nízkoteplotní oleje.

Plastická maziva na bázi vápníku a hliníku mají vynikající odolnost proti vodě a jsou používána v průmyslových aplikacích, kde by vniknutí vody způsobilo vážné problémy. Maziva na bázi lithia jsou víceúčelová a používají se v mnoha průmyslových aplikacích a ložiscích kol.

Syntetické základové oleje, jako jsou například estery, organické estery a silikony, používané s konvenčními zpevňovadly a aditivy mají obvykle vyšší maximální provozní teploty než plastická maziva na bázi ropy. Syntetická maziva mohou být určena pro provoz při teplotách od –73 °C (–100 °F) do +288 °C (+550 °F).

Důležitým bodem, co se týče plastických maziv, je ta skutečnost, že startovací moment při rozběhu není nutně závislý na konzistenci nebo schopnosti maziva protlačit se mazacími kanálky. Startovací moment je funkcí jednotlivých reologických vlastností konkrétního maziva a jeho vyhodnocení bude nejlepší provádět na základě zkušeností s danou aplikací. 

Vysoké teploty

Limitní hodnota maziv, co se týče vysokých teplot, je obvykle závislá na tepelné a oxidační stabilitě kapaliny a účinnosti inhibitorů oxidace. Teplotní rozsah maziva je definován bodem skápnutí zpevňovadla daného maziva a složením základního oleje. 

Orientační pravidlo, které bylo vypracováno po letech testování ložisek mazaných plastickými mazivy, naznačuje, že životnost maziva se zkrátí na polovinu, vzroste-li teplota o 10 °C (50 °F). Pokud tedy konkrétní mazivo vykazuje životnost 2 000 provozních hodin při teplotě 90 °C (194 °F), zvýšením provozní teploty na 100 °C (212 °F) dojde ke snížení životnosti maziva přibližně na 1 000 provozních hodin. Na druhé straně při snížení provozní teploty na 80 °C (176 °F) lze očekávat prodloužení životnosti maziva na 4 000 hodin. Tepelná stabilita, odolnost proti oxidaci a teplotní omezení – to vše je zapotřebí vzít v úvahu při výběru plastických maziv pro aplikace, kde se vyskytují vysoké teploty. U aplikací přesahujících provozní teplotu 121 °C (250 °F), kde není možno opakovaně doplňovat mazivo (přemazávat), je vyžadováno použití vysoce rafinovaných minerálních olejů nebo chemicky stabilních syntetických kapalin, které budou tvořit olejovou složku daného maziva.

 

Tabulka 1: Obecná charakteristika zpevňovadel používaných s mazivy na bázi minerálních olejů

Zpevňovadlo

Typický bod skápnutí

Maximální teplota

Typická odolnost proti vodě

 

°C

°F

°C

°F

 

Lithiové mýdlo

193

380

121

250

Dobrá

Komplex lithia

260+

500+

149

300

Dobrá

Komplex hliníku

249

480

149

300

Výborná

Sulfonát vápenatý

299

570

177

350

Výborná

Polymočovina (Polyurea)

260

500

149

300

Dobrá

 

Tabulka 2: Výhody mazacích olejů a plastických maziv

Olej

Plastické mazivo

Odvádí teplo z ložisek

Zjednodušuje konstrukční řešení těsnicích prvků a samo o sobě funguje jako těsnicí hmota

Odvádí vlhkost a pevné částice

Umožňuje předběžné mazání uzavřených nebo zakrytých ložisek

Snadno ovladatelný způsob mazání

Obecně je vyžadován méně častý interval mazání

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz