Reżim smarowania to stan pracy decydujący o tym, czy dwie ruchome metalowe powierzchnie są rozdzielone przez warstwę płynu, czy ocierają się o siebie przez nią. Błędne określenie reżimu może spowodować, że łożysko lub przekładnia ocenione na lata pracy zużyją się w ciągu tygodni, a znaczna część tego uszkodzenia ma miejsce w sekundach wokół rozruchu i zatrzymania, a nie podczas pracy w stanie ustalonym.
Każdy smarowany kontakt, łożysko ślizgowe, łożysko toczne, zazębienie kół zębatych, znajduje się w jednym z trzech reżimów zależnie od prędkości, obciążenia, lepkości oleju i chropowatości powierzchni.
Krzywa Stribecka przedstawia współczynnik tarcia w funkcji parametru roboczego łączącego lepkość, prędkość i obciążenie (często zapisywanego jako liczba Herseya lub podobna bezwymiarowa wielkość). Czytając ją od lewej do prawej przy rosnącej prędkości: tarcie zaczyna się wysoko w reżimie granicznym, gwałtownie spada w obszarze smarowania mieszanego w miarę tworzenia się częściowego filmu, osiąga minimum, a następnie powoli rośnie w reżimie hydrodynamicznym, gdy opór lepkościowy w pogrubiającej się warstwie rośnie. To minimum jest punktem przejścia ze smarowania mieszanego do pełnego smarowania hydrodynamicznego i jest także bliskie najefektywniejszemu punktowi pracy dla wielu łożysk.
Inżynierowie klasyfikują reżim kontaktu używając specyficznej grubości filmu, czyli współczynnika lambda (λ): minimalnej grubości filmu smarowego podzielonej przez zespoloną chropowatość RMS obu powierzchni. Jako ogólna zasada stosowana w tribologii i inżynierii przekładni:
| Współczynnik lambda (λ) | Reżim |
|---|---|
| λ ≤ 1 | Smarowanie graniczne |
| 1 < λ < 3 | Smarowanie mieszane |
| λ ≥ 3 | Smarowanie hydrodynamiczne / elasto-hydrodynamiczne (pełny film) |
Dla łożysk tocznych ISO 281 formalizuje tę zależność przez współczynnik lepkości kappa (κ), czyli stosunek rzeczywistej lepkości roboczej środka smarowego do minimalnej referencyjnej lepkości wymaganej przez łożysko przy danej prędkości. Kappa wpływa na współczynnik modyfikujący żywotność łożyska, więc niewystarczająca grubość filmu objawia się bezpośrednio jako krótsza obliczona żywotność łożyska L10, nie tylko jako jakościowe ostrzeżenie „więcej zużycia”.
Wirujący wał generuje film hydrodynamiczny dopiero po osiągnięciu wystarczającej prędkości, by wciągnąć wystarczającą ilość oleju do zbieżnego klina między powierzchniami. Poniżej tej prędkości, podczas rozruchu i podczas wybiegu przy zatrzymaniu, kontakt jest nieuniknienie w reżimie granicznym: metal do metalu z jedynie cienką, zależną od dodatków, powłoką ochronną. To dobrze udokumentowane w literaturze łożysk, krótki okres przed ustabilizowaniem się pełnej warstwy olejowej przy rozruchu to moment, w którym zachodzi większość zużycia adhezyjnego i ściernego, ponieważ wypukłości chwytają się i rwą nawzajem bez warstwy płynu je rozdzielającej. Częste cykle rozruch-zatrzymanie mnożą tę ekspozycję. Maszyna, która uruchamia się i zatrzymuje dziesięć razy dziennie, kumuluje znacznie więcej cykli zużycia w reżimie granicznym niż ta pracująca ciągle z ustaloną prędkością, nawet jeśli łączna liczba godzin pracy jest identyczna.
Obliczenia żywotności łożysk (L10, wg ISO 281) zakładają jako bazę odpowiednią grubość filmu smarowego. Gdy łożysko pracuje głównie w reżimie mieszanym lub granicznym z powodu niskiej lepkości, niskiej prędkości, niewyrównania lub intensywnego użytkowania z częstymi rozruchami, jego rzeczywista żywotność może być znacznie krótsza niż obliczona, niezależnie od klasy obciążenia. W praktyce oznacza to, że dobór lepkości, czystość oleju i procedury rozruchu mają taką samą wagę jak sam dobór łożyska. Objawy chronicznego niedosmarowania (narastające drgania, podwyższona temperatura, charakterystyczne częstotliwości) często pojawiają się długo przed katastrofalną awarią i są tymi samymi sygnaturami wychwytywanymi przez analizę drgań; zobacz tryby uszkodzeń łożysk i objawy oraz ISO 10816-3, nasilenie drgań, aby zobaczyć, jak to wygląda na hali produkcyjnej.
Zęby kół zębatych pracują w jeszcze bardziej wymagających warunkach kontaktowych niż łożyska, ponieważ ciśnienie kontaktowe w linii zazębienia jest wysokie, a film musi się odtwarzać przy każdym obrocie. Badania korelujące specyficzną grubość filmu z żywotnością przeciw pittingowi wykazały, że żywotność L10 w reżimie smarowania mieszanego wynosiła zaledwie około 11% żywotności osiąganej w reżimie z pełnym filmem, czyli około dziesięciokrotnej różnicy wynikającej czysto z tego, po której stronie przejścia lambda pracuje zazębienie. Wynik ten jest zgodny z trendem przewidywanym przez metodykę AGMA 925‑A03, która także opiera się na logice specyficznej grubości filmu i służy do oceny ryzyka zatarcia i mikropittingu w projektowaniu przekładni. W praktyce oznacza to, że skrzynie biegów pracujące nieco pod zalecaną lepkością, nieco za gorąco lub nieco przeciążone nie zawodzą stopniowo i przewidywalnie, mogą wyjść z reżimu pełnego filmu i przejść do znacznie wyższego tempa zużycia przy tylko niewielkiej zmianie warunków pracy.
Większość zakładów nie jest w stanie monitorować każdego łożyska i każdej skrzyni biegów wystarczająco ciągle, by wychwycić przejście z pełnego filmu smarowego zanim zacznie się uszkodzenie. Fabrico odczytuje stan maszyn i OEE z linii i automatycznie kieruje zlecenie pracy w momencie wykrycia spadku (wizja komputerowa wychwytuje to, co pomijają czujniki), rozwiązanie jest zbudowane i hostowane w UE z lokalizacją danych w UE oraz działa zgodnie z ISO 27001, ISO 20000‑1 i ISO 9001. Zarezerwuj demo Fabrico.
W smarowaniu granicznym warstwa oleju jest cieńsza niż chropowatość powierzchni, więc szczyty chropowatości stykają się bezpośrednio, a tarcie i zużycie są wysokie. W smarowaniu hydrodynamicznym warstwa jest na tyle gruba, że powierzchnie nigdy się nie stykają, ruch sam wytwarza podtrzymujące ciśnienie, a tarcie i zużycie spadają do najniższych, najbardziej stabilnych wartości.
Smarowanie mieszane oznacza, że obciążenie jest dzielone w sposób nieprzewidywalny między częściową warstwę płynu a bezpośredni kontakt wypukłości. Nawet niewielkie zmiany prędkości, obciążenia lub temperatury oleju mogą przesunąć kontakt w stronę warunków granicznych, więc elementy, które spędzają dużo czasu w smarowaniu mieszanym, doświadczają przyspieszonego i mniej przewidywalnego zużycia niż te pracujące w stabilnych warunkach z pełnym filmem.
Inżynierowie używają współczynnika lambda (specyficznej grubości filmu): obliczanej minimalnej grubości filmu olejowego podzielonej przez zespoloną chropowatość powierzchni części współpracujących. Dla łożysk tocznych ISO 281 używa równoważnego współczynnika lepkości kappa, który wpływa bezpośrednio na współczynnik modyfikujący żywotność łożyska.
Tak, w tym sensie, że każdy rozruch i zatrzymanie przeprowadza kontakt przez reżim smarowania granicznego, gdzie szybkości zużycia są najwyższe, ponieważ podtrzymująca warstwa płynu nie zdążyła się jeszcze wytworzyć przy niskiej prędkości. Urządzenia, które cyklicznie się włączają i wyłączają często, gromadzą więcej ekspozycji na zużycie w reżimie granicznym niż te pracujące ciągle przez ten sam łączny czas godzin pracy.
Zaloguj
Blog
