Źródło: Pixabay

Optymalne smarowanie przekładni zębatych pomaga zmniejszyć tarcie, a tym samym zużycie i uszkodzenie boków zębów, dzięki czemu można wydłużyć wydajność systemów i ich żywotność.

Przekładnie zębate – często stosowane w różnych gałęziach przemysłu, takich jak np. produkcja maszyn czy urządzeń transportowych – to przekładnie mechaniczne, które przenoszą napęd przy pomocy co najmniej dwóch współpracujących ze sobą kół zębatych. Spośród nich można wyróżnić przekładnie jednostopniowe, w których współpracuje jedna para kół, a także wielostopniowe, w których współpraca odbywa się szeregowo – z większą liczbą kół.

W trosce o optymalną eksploatację przekładni zębatych należy zadbać o ich prawidłowe smarowanie. Warunkiem właściwego smarowania jest duża przyczepność środka smarnego do przesuwających się powierzchni oraz zapewnienie między nimi pewnej grubości smaru, która powinna utrzymywać się niezależnie od prędkości poślizgu, wielkości nacisku czy wysokości temperatury.

Właściwe smarowanie gwarancją trwałości

Przekładnie zębate stosowane są w układach napędowych pracujących w różnorodnych warunkach. W każdym przypadku odpowiednia eksploatacja urządzenia, w którym zastosowano przekładnię, zależy od jej trwałości, co przekłada się na zapewnienie ciągłości pracy oraz produkcję na wymaganym poziomie jakości. Wśród czynników mających duży wpływ na trwałość przekładni znajduje się smarowanie, a zwłaszcza sposób smarowania kół zębatych oraz łożysk, ilość smaru znajdującą się w przekładni lub do niej dostarczana oraz rodzaj smaru. W przypadku nieprawidłowej pracy przekładni dochodzi do wzrostu temperatury smaru powyżej wartości dopuszczalnej oraz zwiększenia poziomu hałasu. Dlatego też należy mieć na uwadze, czy prawidłowo działa przyjęty system smarowania, a także filtry i odpowietrzniki, lub czy nie doszło do niekontrolowanego wycieku smaru.

Nie można zapominać o sprawdzaniu, czy w przekładni zastosowano właściwy, tzn. zalecany przez producenta, smar oraz czy jest go wystarczająca ilość. Należy również upewnić się, czy dokonywano wymiany smaru po upływie przewidzianego dla niego czasu eksploatacji. Istotne jest również zweryfikowanie skuteczności zastosowanego sposobu smarowania.

Szczególnie istotną czynnością mającą wpływ na pracę przekładni i jej trwałość jest okresowe dokonywanie pomiarów temperatury smaru. Należy pamiętać o tym, że w przypadku gdy temperatura przekracza zalecaną wartość dopuszczalną, trzeba skrócić okres wymiany oleju, bo inaczej nie będzie on spełniał swojej funkcji, czego następstwem będzie zwiększenie intensywności zużycia zębów, łożysk a nawet uszczelnień.

Smarowanie na dwa sposoby

W przypadku przekładni zębatych stosowane są dwa rodzaje smarowania – zanurzeniowe i ciśnieniowe. Niekiedy smarowanie sprowadza się do ręcznego, jednorazowego nakładania smaru do zazębienia oraz łożysk.

Przy smarowaniu zanurzeniowym wykorzystuje się zjawisko zwilżania smarem wirujących elementów przekładni, które dostarczają go bezpośrednio lub pośrednio do zazębienia oraz łożysk, wykorzystując specjalne środki konstrukcyjne. Smarowanie zanurzeniowe polega na przenoszeniu oleju do skojarzenia trącego przez ruchomy element maszyny, który jest częściowo zanurzony w oleju. Element ten, zazwyczaj wykonujący ruch obrotowy, nabiera na swoją powierzchnię olej z miski olejowej i przenosi go do skojarzenia trącego. Następnie olej z miski olejowej jest transportowany przez zanurzone w nim koło zębate na kolejne współpracujące z nim koła, przy czym nadmiar oleju spływa do miski olejowej. W niektórych rozwiązaniach mamy do czynienia z kilkoma miskami olejowymi, w których są zanurzone kolejne koła zębate – wówczas część oleju jest rozbryzgiwana i smaruje łożyska przekładni.

Zaletami smarowania zanurzeniowego są z pewnością prostota postaci konstrukcyjnej oraz niskie koszty. Z kolei do wad można zaliczyć: konieczność specjalnego ukształtowania odpływu w celu wymywania zanieczyszczeń przy wymianie oleju, duży zbiornik oleju  chłodnica i osadnik zanieczyszczeń, a także duże rozmiary przykładni i znaczna masa.

Faktem jest, że prędkość obwodowa kół zębatych wpływa na sposób ich smarowania. Dla przekładni wielostopniowych prędkość obwodową przyjmuje się jako: prędkość obwodową stopnia wolnobieżnego (dla przekładni dwustopniowych) oraz średnią prędkość obwodową drugiego i trzeciego stopnia (dla przekładni trzystopniowych). W przypadku większej liczby stopni nie ma zwyczaju podawania podobnych zaleceń – wówczas jednym z rozwiązań jest stosowanie smarowania ciśnieniowego.

Jeśli chodzi o smarowanie ciśnieniowe, zasada działania polega na tym, że pompa tłoczy smar instalacją w określone miejsca przekładni. Tego typu smarowanie może być realizowane na dwa sposoby. Po pierwsze – poprzez bezpośrednie dostarczanie smaru pod ciśnieniem do punktów smarowania przy użyciu przewodów o dobranej średnicy, które są zakończone np. zwężką. Specjalną odmianą tego typu smarowania jest nawilżanie mgłą olejową, stosowane przy dużych prędkościach obwodowych i wysokich wymaganiach stawianych smarowi jako chłodziwo. Drugim sposobem realizowania smarowania ciśnieniowego jest pośrednie dostarczanie smaru do punktów smarowania. Odbywa się to w ten sposób, że smar jest dostarczany pod ciśnieniem do zbiornika, z którego grawitacyjnie zasila wybrane strefy tarcia. Co istotne, wybór sposobu smarowania oraz rodzaju smaru jest uzależniony przede wszystkim od prędkości obwodowej kół zębatych. Należy podkreślić, że smarowanie ciśnieniowe może być stosowane zawsze, jednak przy zmniejszonych prędkościach obwodowych jest po prostu ekonomicznie nieuzasadnione. Ograniczanie prędkości obwodowej dla smarowania zanurzeniowego do V0=15 m/s wynika z faktu, że smar transportowany ze zbiornika przez częściowo zanurzone koło zębate może być przez siłę odśrodkowa odrzucony, zanim zostanie dostarczony do zazębienia.

Warto dodać, że na wybór rodzaju smarowania mogą mieć wpływ także inne czynniki niż prędkość obwodowa. Przykładem może być zastosowanie w przekładni łożyska ślizgowego oporowego wymagającego smarowania ciśnieniowego, co przekłada się na wybór sposobu smarowania całej przekładni. Ogólnie rzecz ujmując, przekładnie zębate ogólnego przeznaczenia, zabudowane w zamkniętych korpusach smaruje się i chłodzi olejami, natomiast przekładnie otwarte mogą być smarowane również smarami plastycznymi lub półpłynnymi.

Jak wynika z praktyki, w większości przekładni do łożyskowania wałków stosowane są łożyska toczne smarowane takim samym smarem co zazębienie. Tego typu łożyska mogą być smarowane zanurzeniowo, obiegowo lub mgłą olejową. W przypadku smarowania zanurzeniowego ilość oleju w łożysku tocznym jest ściśle limitowana, a poziom oleju nie może przekraczać osi najniżej położonego elementu tocznego. Co ważne, przy większych prędkościach obrotowych poziom ten powinien być mniejszy, a przy niewielkich prędkościach napełnienie olejem może być większe.

Dla łożysk tocznych lepszym rozwiązaniem jest smarowanie obiegowe, dzięki któremu można zwiększyć funkcję chłodzącą smaru. Wybór sposobu smarowania łożysk tocznych w przekładni zębatej można zrealizować różnymi środkami konstrukcyjnymi w zależności od przyjętego sposobu smarowania zazębienia. Przykładowo przy smarowaniu zanurzeniowym kół uzyskanie obiegu oleju w łożysku możliwe jest dzięki dostarczaniu go za pomocą pierścieni, odrzutników lub rynien. Z kolei przy smarowaniu natryskowym (ciśnieniowym) kół olej do łożysk można doprowadzić pod ciśnieniem przez odpowiednie otwory w korpusie. Jeśli chodzi o przekładnie ogólnego przeznaczenia, stosowane są także łożyska ślizgowe, w przypadku których smar musi być dostarczony na powierzchnię ślizgową w sposób ciągły oraz w wystarczającej ilości, tzn. takiej, która zapewni wystąpienie tarcia płynnego. Oprócz tego pełni on tam funkcję chłodzącą, mimo że ciepło wytwarzane w łożysku jest odprowadzane nie tylko przez strumień smaru przepływającego przez łożysko, ale również przez korpus, wał lub specjalne układy chłodzące. Bardzo często łożyska ślizgowe przekładni zębatych są smarowane obiegowo.

Główny cel – zmniejszenie tarcia

Środki smarne wykorzystywane do przekładni zębatych mają za zadanie ochronę i smarowanie mechanizmów, które generują duże siły tarcia. Stosując odpowiedni środek smarny, można zredukować ryzyko nadmiernego zużycia elementów konstrukcyjnych oraz zapobiec ich korozji. Wydłużenie żywotności przekładni zębatych oznacza zmniejszenie kosztów serwisu i remontów maszyn oraz efektywniejsze wykorzystanie floty sprzętowej.

Doboru odpowiedniego środka smarnego dokonuje się przede wszystkim w celu zmniejszenia tarcia na powierzchni styku zębów będących w przyporze oraz zminimalizowania ich zużycia. Co więcej, olej ten, doprowadzony w obszar styku zębów, usprawnia chłodzenie, czyli odprowadzanie ciepła z tego miejsca, a także produktów zużycia. O równowadze cieplnej przekładni, czyli o jej temperaturze eksploatacyjnej, decyduje strumień smaru przepływającego przez strefę tarcia. Niekiedy jest tak, że w warunkach przeciążeń przekładni, przy stałej ilości dostarczanego smaru, o jego funkcji chłodzącej decyduje intensywność chłodzenia samego smaru lub przekładni jako całości.

W jaki sposób można w sposób efektywny zmniejszyć tarcie oraz niemalże całkowicie zredukować zużywanie się powierzchni zębów? Efekt ten można osiągnąć wyłącznie w procesie tarcia płynnego, który ma miejsce wtedy, gdy między powierzchniami zębów będących w przyporze wytworzy się warstwa środka smarnego, czyli tzw. film olejowy/smarowy. Wytworzenie się tej warstewki jest jednoznaczne ze zmianą suchego tarcia zewnętrznego na tarcie wewnętrzne w środku smarnym. Efektem tej zmiany niewątpliwie jest zmniejszenie intensywności zużywania się powierzchni zębów.

Aby doszło do oddzielenia współpracujących ze sobą powierzchni, należy zadbać o takie fizykochemiczne właściwości smaru, aby dla danych warunków eksploatacyjnych (wyznaczonych przez prędkość i naciski stykowe), grubość tworzącej się warstwy smaru była większa od wysokości mikronierówności powierzchniowych. Z uwagi na to, że zęby w zazębieniu pracują w warunkach dużych nacisków stykowych, przy dużych rozpiętościach prędkości obwodowych i poślizgu, jedynie smary odpowiedniej jakości mogą spełnić wysokie wymagania dobrego smarowania oraz zabezpieczać powierzchnie przed uszkodzeniem w wyniku tarcia. Przy czym efektywność smarowania powierzchni zależy od wielu cech smaru, ze szczególnym wskazaniem na lepkość i smarowność.

Smar w przekładni zębatej pełni funkcję nośnika energii rozproszonej w procesach tarcia. To właśnie tej funkcji jest często podporządkowany wybór sposobu smarowania przekładni. Zapotrzebowanie przekładni na daną ilość smaru zasadniczo jest zależna od ilości ciepła wytwarzanego w procesach tarcia.

Zasadniczo przy określeniu wymaganej ilości smaru należy uwzględnić wielu czynników, wśród których na szczególną uwagę zasługują: ilość ciepła wytwarzanego w przekładni, założona trwałość smaru oraz jego zanieczyszczenie. Zależnie od układu, z którym współpracuje przekładnia zębata, wykorzystywane są różne rozwiązania zbiorników smaru. W typowej przekładni ogólnego zastosowania zbiornik smaru stanowi dolną część korpusu, a ilość smaru określa się jedynie dla potrzeb przekładni.

Odpowiedni środek smarny

Dobór środka smarnego do smarowania przekładni ma istotne znaczenie dla jej prawidłowej pracy oraz trwałości. W większości przypadków producent przekładni podaje w instrukcji eksploatacji wymagania, jakim powinien odpowiadać stosowany środek smarny.

W obecnie produkowanych przekładniach najczęściej podawana jest klasa jakościowa oleju oraz klasa lepkościowa. W tym przypadku dobór środka smarnego powinien się sprowadzić do zestawienia wymagań producenta przekładni z danymi katalogowymi środka smarnego.

Oczywiście podczas doboru środka smarnego powinny zostać uwzględniane następujące czynniki eksploatacyjne oraz konstrukcyjne: typ przekładni, prędkość obrotowa, stopień redukcji, przenoszona moc, powierzchnia styku zębów, charakterystyka obciążeń, sposób sterowania, sposób smarowania, zawartość wody w oleju oraz możliwość wycieków oleju.

Ważnym parametrem, który trzeba wziąć pod uwagę, jest również zakres temperatury pracy, a zwłaszcza temperatura najniższa i najwyższa, Gdy mamy do czynienia z przekładnią pracującą w ujemnych temperaturach, należy wziąć pod uwagę również niskotemperaturowe właściwości oleju, a zwłaszcza jego temperaturę płynięcia. Powinna ona być niższa o 5–10°C od przewidywanej najniższej temperatury uruchamiania przekładni.

Obecnie oferowane oleje do przekładni zębatych zachowują swoje właściwości smarujące nawet w przypadku ekstremalnie wysokich temperatur lub szczególnie trudnych warunków pracy, co sprawia, że maszyny mogą pracować niezawodnie nawet podczas prac w górnictwie, tunelarstwie czy betoniarstwie. W naszym kraju, ze względu na nasze zróżnicowane warunki klimatyczne, szczególnie istotne jest wykorzystanie olejów o wysokiej odporności na niskie temperatury.

Autor: Marta Gajewska

Pełny tekst w wersji PDF znajduje się poniżej lub proszę kliknąć niniejszy link do pobrania pliku PDF
GM_2024_5_44_47_Przekladnie