Samomazná ložiska: co jsou a proč vydrží

U rotujících strojů je selhání ložisek hlavní příčinou neplánovaných odstávek – podle odhadů je odpovědné za 40 až 50 procent všech poruch elektromotorů na celém světě, uvádí Electric Power Research Institute. Samomazná ložiska byly speciálně navrženy tak, aby eliminovaly chyby mazání, které řídí tuto statistiku. Pochopení toho, co to je, jak vlastně funguje mazání uvnitř ložiska a co ložiska předčasně zabíjí, dává technikům údržby a konstruktérům zařízení základ pro to, aby pokaždé udělali správné rozhodnutí o specifikaci.

Co je samomazné ložisko?

A samomazné ložisko je kluzné ložisko navržené pro provoz bez jakéhokoli vnějšího mazání – žádné mazivo, žádný olej, žádné intervaly údržby. Dosahuje toho začleněním maziva přímo do jeho struktury, buď jako pevnou přísadu v materiálu ložiska, jako porézní matrici, která pod tlakem a teplem uvolňuje olej, nebo jako zapuštěnou vložku, která přenáší tenký mazací film na hřídel, když se otáčí.

Definice, která je z technického hlediska důležitá: samomazné ložisko je jakékoli ložisko, jehož tribologický výkon je plně udržován materiály nebo strukturami uvnitř samotného ložiska, bez závislosti na externě aplikovaném mazivu po dobu jeho jmenovité životnosti.

Potřebují ložiska mazat?

Standardní valivá ložiska – kuličková ložiska, válečková ložiska, kuželíková ložiska – vyžadují bez výjimky mazání. Bez mazacího filmu oddělujícího valivá tělesa od oběžné dráhy dochází během několika sekund po spuštění ke kontaktu kov na kov, generování tepla, povrchových důlků a zrychleného opotřebení, které vede k selhání.

Mazivo v konvenčním ložisku plní čtyři funkce současně:

• Vytváří hydrodynamický film, který zabraňuje přímému kontaktu kovu mezi valivými prvky a oběžnými drahami
• Odvádí teplo generované valivým kontaktem a vnitřním třením
• Chrání vnitřní povrchy před oxidací, vnikáním vlhkosti a korozivními procesními médii
• Suspenduje a vyplachuje úlomky opotřebení a nečistoty dříve, než způsobí abrazivní poškození

Kritický rozdíl: samomazné ložiskos plní všechny čtyři tyto funkce spíše díky své materiálové struktuře než prostřednictvím pravidelné údržby. Ložisko ze slinutého bronzu uvolňuje za provozních podmínek uložený olej; ložisko potažené PTFE přenáší přenosový film na hřídel; ložisko s grafitovou zátkou uvolňuje mazivo při vysokých teplotách, kdy by konvenční mazivo selhalo. Mazání je zabudované – nepřidává se externě.

Proč selhávají ložiska: Šest hlavních příčin

Program SKF Bearing Failure Analysis, čerpající z více než 100 let provozních údajů, připisuje přibližně 80 procent předčasných selhání ložisek příčinám, kterým lze předejít. Pochopení těchto základních příčin je prvním krokem k určení, zda a samomazné ložisko nebo konvenčně mazané ložisko je správnou volbou pro danou aplikaci.

Samotné poruchy související s mazáním představují více než jednu třetinu všech předčasných selhání ložisek v terénu. Toto je primární inženýrský případ samomazné ložiskos v aplikacích, kde je omezený přístup k údržbě, je obtížné dodržet intervaly mazání nebo provozní prostředí (vysoká teplota, vysoká vlhkost, vystavení chemikáliím) rychle degradují konvenční maziva.

Kontaminace: tichý akcelerátor selhání

Kontaminace je nejvíce podceňovaným způsobem selhání ložisek v průmyslovém prostředí. Jediná částice tvrdých nečistot o pouhý 1 mikron větší, než je tloušťka mazacího filmu ložiska, je dostatečná k tomu, aby iniciovala povrchové promáčknutí na oběžné dráze. V cementárnách, ocelárnách a důlních provozech vytváří vzduchem přenášený oxid křemičitý a kovové úlomky podmínky kontaminace, které snižují životnost ložisek o 75 procent nebo více ve srovnání s testovacími podmínkami v čistých prostorách – bez ohledu na kvalitu mazání.

Zapečetěno samomazné ložiskos konstrukce z polymeru nebo kompozitu PTFE zde nabízí konstrukční výhodu: nejsou žádné maznice, žádné otevřené porty a žádné intervaly údržby, které by vyžadovaly porušení celistvosti těsnění. Ložisko je uzavřený systém od instalace až do konce životnosti.

Často kladené otázky

Mohou být samomazná ložiska použita ve vysokorychlostních aplikacích?

Záleží na typu ložiska. Bronzová ložiska impregnovaná slinutým olejem fungují dobře při středních až vysokých rychlostech (hodnoty PV až 1,8 MPa·m/s u standardních jakostí). Kompozitní ložiska z PTFE jsou vhodnější pro oscilační nebo pomalu rotující aplikace, kde je omezená tvorba hydrodynamického filmu. Ložiska s grafitovou zátkou jsou obecně omezena na nízké otáčky, ale vynikají v prostředí s vysokou teplotou. Před specifikací vždy ověřte jmenovitou hodnotu PV (tlak-rychlost) ložiska vzhledem ke kombinovanému zatížení a rychlosti vaší aplikace.

Jak poznám, že je potřeba vyměnit samomazné ložisko?

Mezi klíčové indikátory patří zvýšený provozní hluk nebo vibrace, měřitelná vůle hřídele mimo specifikovanou provozní vůli ložiska, zvýšená provozní teplota nad základní čáru nebo viditelné opotřebení kontaktní plochy hřídele. U typů slinutých kovů je výměna indikována, když ložisko dosáhne přibližně 80 procent své projektované tloušťky stěny. Polymerová ložiska typicky vykazují viditelné povrchové opotřebení nebo rozměrovou změnu v otvoru před selháním.

Jsou samomazná ložiska vhodná pro potravinářské aplikace?

Ano – samomazná ložiska na bázi polymerů v UHMWPE, acetalu nebo PTFE vyhovujícím FDA jsou široce používána při zpracování potravin a nápojů právě proto, že eliminují riziko kontaminace mazivem nebo olejem vstupujícím do proudu produktu. Jsou odolné proti korozi, snadno se čistí, jsou netoxické a nevyžadují žádné mazání, které by mohlo způsobit problém s dodržováním bezpečnosti potravin. Před instalací v zóně, která přichází do styku s potravinami, vždy ověřte shodu s FDA nebo EU 10/2011 pro konkrétní druh polymeru.

Jaká je typická životnost samomazného ložiska ve srovnání s namazaným ložiskem?

Za ideálních podmínek se správným mazáním může kvalitní valivé ložisko přečkat životnost samomazného kluzného ložiska na základě cyklu. V reálných aplikacích s variabilitou údržby, náročným prostředím nebo nepřístupnými instalačními místy však samomazná ložiska trvale poskytují delší skutečnou životnost. Studie z terénních údajů SKF a NSK ukazují, že přechod z ložisek s mazivem na samomazné alternativy v aplikacích důlních dopravníků prodloužil střední dobu mezi výměnami 2,5 až 4krát, a to především eliminací případů selhání mazání.