Pobierz Rozdział II: Podstawy techniki smarowniczej i więcej Egzaminy w PDF z Ochrona środowiska tylko na Docsity!
Rozdział II: Podstawy techniki smarowniczej
Pod pojęciem smarowania, powszechnie rozumie się proces
polegający na wprowadzeniu substancji smarującej pomiędzy
współpracujące powierzchnie, dalej zwane skojarzeniem trącym
1
w celu zmniejszenia oporów tarcia i procesów zużywania. Znajo-
mość praw, jakie obowiązują w procesie smarowania pozwala na
konstruowanie maszyn zużywających minimalną ilość energii pod-
czas pracy i odznaczających się niezawodnością i trwałością.
Jedną z dziedzin działalności ludzkiej, w której smarowanie zna-
lazło szerokie zastosowanie, są maszyny. Powszechnie przyjmuje
się, że elementami konstrukcyjnymi maszyn są: urządzenia smaro-
we i środki smarne. Sposób doprowadzenia środka smarnego do
skojarzenia trącego jest określany jako technika smarowania lub
technika smarownicza.
2.1 Tarcie
Wzajemnemu ruchowi dwóch stykających się ciał towarzyszą
opory tarcia, których miarą jest siła tarcia T. Tarcie występujące
w maszynach, w większości przypadków jest zjawiskiem niepo-
żądanym w niektórych jednak konstrukcjach (hamulce, sprzęgła,
napędy linowe, transportery, itp.) tarcie jest wykorzystywane do
przeciwdziałania ruchowi lub zmiany prędkości względnej styka-
jących się ciał.
Tarcie – zjawisko fizyczne, przeciwdziałające względnemu ru-
chowi dwóch stykających się ciał, w rezultacie którego powstają
opory tarcia, wyrażane siłami tarcia i mają miejsce procesy zuży-
wania współpracujących powierzchni skojarzenia trącego.
Opory tarcia – miara tarcia określana jako siła styczna, powsta-
jąca podczas przemieszczania współpracujących powierzchni
skojarzenia trącego, względem siebie.
Skojarzenie trące – styk współpracujących powierzchni ele-
mentów konstrukcyjnych maszyny.
Z naukowego punktu widzenia procesem smarowania zajmuje
się trybologia (zwana też tribologią
2
), a technicznymi rozwiązania-
mi w tej dziedzinie trybotechnika (tribotechnika).
2.1.1 Tarcie suche
Jedną z form tarcia jest tarcie suche.
Tarcie suche – tarcie występujące w skojarzeniu trącym, gdy
współpracujące powierzchnie nie są rozdzielone całkowicie lub
częściowo środkiem smarnym.
Tarcie suche jest opisane prawami, dla których wyjaśnienie jest
ujmowane następującymi teoriami:
Tomilsona – tarcie jest rezultatem wzajemnego oddziaływania
sił międzycząsteczkowych, jakie występują na trących się po-
wierzchniach;
Dieragina – tarcie jest wynikiem pokonywania nierówności na
powierzchniach trących ciał;
Kragielskiego – tarcie jest wynikiem odkształcania materiału
(spęcznianie spotęgowane powstawaniem fal odkształceniowych)
w pobliżu powierzchni;
Bowdena-Tabora – tarcie jest spowodowane powstawaniem
i zrywaniem mikrospoin, występujących w punktach styku mikro-
nierówności.
Ze względu na ruch wyróżnia się: tarcie kinetyczne (ruchowe):
ślizgowe i toczne oraz tarcie statyczne (spoczynkowe).
Tarcie kinetyczne (ruchowe) – tarcie występujące w skojarze-
niu trącym podczas względnego przemieszania się dwóch róż-
nych ciał, jako tzw. tarcie zewnętrzne lub różnych części jednego
ciała, jako tzw. tarcie wewnętrzne.
W przypadku tarcia kinetycznego wyróżnia się tarcie ślizgowe
i tarcie toczne.
Tarcie ślizgowe – tarcie występujące w skojarzeniu trącym
wówczas, gdy prędkość względna dwóch stykających się ciał
jest różna od zera.
Tarcie ślizgowe, zwane jest również tarciem posuwistym. Tarcie
ślizgowe jest powszechnie spotykane w wielu mechanizmach ma-
szyn: łożyskach ślizgowych, przekładniach zębatych, przekładniach
pasowych, hamulcach tarciowych, niektórych typach sprzęgieł,
podczas obróbki metali skrawaniem i wielu innych powszechnie
znanych przypadkach.
Tarcie toczne – tarcie występujące w skojarzeniu trącym wów-
czas, gdy jedno ze stykających się ciał toczy się po powierzchni
innego, a prędkość względna obu ciał w punkcie styku jest rów-
na zero. Ruch względny ciała toczącego się może być określony
jako obrót dookoła kolejnych punktów styku.
Tarcie toczne ma miejsce w przypadku, gdy jedno ze stykają-
cych się ciał toczy się po płaskiej lub krzywej powierzchni innego
ciała bez poślizgu. Przykładem może być tarcie występujące pod-
czas toczenia się kuli lub walca po płaskiej lub krzywej powierzchni.
W praktyce eksploatacyjnej tarcie toczne występuje w wielu przy-
padkach, np.:
q ruch koła pojazdu po powierzchni,
q toczenie się kulek lub wałeczków po bieżni łożyska tocznego,
q ruch walców po powierzchni walcowanej blachy,
q ruch koła pasowego względem pasa transmisyjnego itp.
1
Przyjęty przez autorów termin „skojarzenie trące” w innych publikacjach jest określa-
ny jako: „węzeł tarcia” , „węzeł trybologiczny”.
2
W niektórych publikacjach słowa „trybologia” i „trybotechnika” są pisane przez
„i”: „tribologia” , „tribotechnika” obie pisownie mają swoje uzasadnienia. Autorzy
w niniejszej publikacji słowa te piszą przez „y”; różnica pisowni, z merytorycznego
punktu widzenia, nie ma żadnego znaczenia.
Rozdział II
PODSTAWY
TECHNIKI
SMAROWNICZEJ
Tarcie statyczne (spoczynkowe) – tarcie występujące w sko-
jarzeniu trącym wówczas, gdy dwa stykające się ciała są wzglę-
dem siebie w spoczynku.
Ze względu na lokalizację wyróżnia się tarcie zewnętrzne oraz
wewnętrzne.
Tarcie wewnętrzne przeciwdziała odkształceniom materiału,
jest przyczyną tzw. histerezy sprężystej, zmęczenia materiałów,
tłumienia drgań, itp.
2.1.2 Tarcie płynne
Tarcie wewnętrzne niekiedy jest utożsamiane z tarciem płyn-
nym, występującym w obrębie płynu (gazu lub cieczy) i przeciw-
działającym wzajemnemu przemieszczaniu się „warstw” płynu.
Tarcie płynne – tarcie występujące w skojarzeniu trącym, gdy
współpracujące powierzchnie skojarzenia trącego są całkowicie
rozdzielone przez środek smarny.
2.1.3 Tarcie graniczne
W przypadku, gdy między powierzchniami trących ciał znajduje
się warstwa środka smarnego, zbyt cienka by wytworzyć tarcie
płynne, wówczas ma miejsce tarcie graniczne. W tym przypadku,
warstewka środka smarnego jest cieńsza niż suma wysokości nie-
równości, na trących powierzchniach.
Tarcie graniczne – tarcie występujące w skojarzeniu trącym,
gdy współpracujące powierzchnie skojarzenia trącego są czę-
ściowo oddzielone od siebie środkiem smarnym, a stykają się ze
sobą tylko nierównościami.
Niekiedy tarcie graniczne jest nazywane tarciem półsuchym.
W procesach eksploatowania maszyn dopuszcza się jedynie
tarcie płynne i tarcie graniczne. Tarcie suche jest zjawiskiem po-
żądanym tylko w szczególnych przypadkach (hamulce tarczowe,
sprzęgła cierne itp.).
Klasyfikację rodzajów tarcia przedstawiono w tabeli 2.1, a na
rys. 2.1 przedstawiono schematy obrazujące podstawowe rodzaje
tarcia.
Od rodzaju tarcia i przyłożonego obciążenia zależy zużycie
współpracujących powierzchni skojarzenia trącego, co ilustruje
wykres przedstawiony na rys. 2.2.
2.1.4 Współczynnik tarcia
Tarcie jest charakteryzowane parametrem zwanym współczyn-
nikiem tarcia.
Współczynnik tarcia (μ) – liczba bezwymiarowa, określana jako
stosunek wartości siły tarcia ( T ) do wartości siły normalnej ( N ) do
powierzchni, wyrażana zależnością (2.1):
T
μ = (2.1)
N
Wyróżnia się współczynnik tarcia spoczynkowego, gdy sty-
kające się powierzchnie mają wzajemną prędkość v = 0 oraz
współczynnik tarcia dynamicznego, gdy ta prędkość jest różna
od zera.
Współczynnik tarcia statycznego jest wielkością mierzalną.
Obrazuje to następujący klasyczny model pomiaru (rys. 2.3),
oparty o zasadę równi pochyłej. Klocek leżący na równi pochyłej,
wywierający na jej powierzchnię siłę G jest w spoczynku, dopóki
kąt α jest mniejszy od pewnego kąta granicznego. Zsuwaniu
się klocka przeciwdziałają opory tarcia, których wypadkową jest
siła tarcia T. Dla określonego kąta, na sile G można zbudować
równoległobok sił O, F, G, H. Uwzględniając zasady geometrii,
zdefiniowany wcześniej współczynnik tarcia można opisać wzo-
rem (2.2):
T G sin α
μ = = = tg α (2.2)
N G cos α
Równowaga sił na równi pochyłej będzie miała miejsce dotąd,
dopóki kąt α nie przekroczy pewnej wartości granicznej α
g
, po
osiągnięciu której klocek zacznie się zsuwać. Współczynnik tarcia
statycznego jest określony wzorem (2.3):
μ = tg α
g
(2.3)
W zależności od rodzaju występującego tarcia, wyróżnia się
współczynnik tarcia ślizgowego, tocznego i statycznego.
TABELA 2.1 Klasyfikacja rodzajów tarcia, ze względu na ruch i lokaliza-
cję (na podstawie Hebdy i Wachala)
Kryterium
podziału
Rodzaje tarcia
Ruch
Tarcie spoczynkowe
Tarcie kinetyczne
Tarcie ślizgowe
Tarcie toczne
Lokalizacja
Zewnętrzne Tarcie suche
Wewnętrzne
W płynach
Tarcie płynne
Tarcie graniczne
W ciałach
stałych
Odkształcenia
plastyczne
Odkształcenia
sprężyste
Rys. 2.1 Rodzaje tarcia
A – tarcie suche; B – tarcie graniczne; C – tarcie półsuche; D – tarcie płynne
1 – środek smarny, 2 – film smarowy
Rys 2.2 Zależność zużycia od rodzaju tarcia i obciążenia (linia ciągła)
A – smarowanie hydrodynamiczne, B – smarowanie graniczne lub elastohydrody-
namiczne, obszar zużycia adhezyjnego, C – obszar zacierania, D – zatarcie,
Z – zespawanie; linią przerywaną oznaczono linię Hertza
wyporu podnosi wał, co powoduje że między wałem 1 i panwią
2 ma miejsce tarcie płynne.
Smarowanie hydrostatyczne najczęściej jest stosowane pod-
czas rozruchu maszyn, których skojarzenia trące są bardzo silnie
obciążone. Zapobiega to zużywaniu powierzchni trących wału
i panwi w początkowym okresie pracy.
Smarowanie hydrostatyczne występuje w różnych rozwiąza-
niach konstrukcyjnych, a także w warunkach naturalnych. Przy-
kładem smarowania hydrostatycznego jest tarcie płynne, jakie
ma miejsce między płynącą krą i dnem rzeki.
2.4.2 Smarowanie hydrodynamiczne
Zasada smarowania hydrodynamicznego polega na roz-
dzieleniu współpracujących powierzchni skojarzenia trącego
samoistnie powstającym klinem smarowym, w którym ciśnienie
równoważy istniejące siły (obciążenia). Zasadę smarowania hy-
drodynamicznego, na przykładzie poprzecznego łożyska ślizgo-
wego, przedstawiono na rys. 2.5.
W stanie spoczynkowym (rys. 2.5A) wał leży na panwi, za-
nurzony w środku smarnym. W tym położeniu występuje tarcie
spoczynkowe. Siły wyporu hydrostatycznego nie równoważą sił
ciężkości. Początkowy obrót wału (rys. 2.5B) powoduje powstanie
klina smarującego. Następuje uniesienie wału z jednoczesnym
przemieszczeniem środka obrotu wału, na jedną ze ścian panwi.
Dalszy obrót wału powoduje przemieszczenie klina smarującego,
zgodnie z kierunkiem obrotu wału i jednoczesne przemieszczenie
środka obrotu na drugą ze ścian panwi (rys. 2.5C). Przy pewnych
obrotach wału, klin smarujący rozłoży się w miarę równomiernie
tak, że obracający się wał nie będzie dotykać żadnej ze ścian pan-
wi (rys. 2.5D).
Model smarowania hydrodynamicznego poprzecznego łoży-
ska ślizgowego, z zaznaczeniem sił występujących podczas obro-
tu wału, przedstawia rys. 2.6. Na rys. zaznaczono siły występujące
w poprzecznym łożysku ślizgowym we wzdłużnym przekroju
panwi (rys 2.6A) i w przekroju poprzecznym (rys 2.6B). W wyniku
działania siły wyporu klina smarującego, wał zostaje uniesiony.
Środek obrotu wału tylko nieznacznie jest przemieszczony wzglę-
dem geometrycznej osi panwi.
W smarowaniu hydrodynamicznym siła wyporu, unosząca wał
łożyska, powstaje samoistnie w rezultacie ruchu
współpracujących wzajemnie przemieszczających
się powierzchni wału i panwi.
Przedstawiona zasada smarowania hydrody-
namicznego dobrze tłumaczy fakt, że wał zużywa
się na całej powierzchni walca, natomiast panew
zużywa się tylko na powierzchni ograniczonej od-
cinkiem X-Y-Z. Jest to istotna wada tego rodzaju
smarowania. Mimo tej wady, ze względu na prosto-
tę rozwiązań konstrukcyjnych, jest to najczęściej
stosowany sposób smarowania. w szczególnych
przypadkach jest stosowane tzw. smarowanie
hybrydowe. Smarowanie hybrydowe polega na
jednoczesnym smarowaniu hydrostatycznym i hy-
drodynamicznym. Łączy ono zalety obu rodzajów
smarowania, jednak w tym przypadku, rozwią-
zania konstrukcyjne są bardziej skomplikowane.
W niektórych rozwiązaniach konstrukcyjnych
maszyn, smarowanie hybrydowe jest stosowane
tylko w okresie rozruchu maszyny, następnie po
osiągnięciu warunków smarowania hydrodyna-
micznego, urządzenia zapewniające smarowanie
hydrostatyczne są wyłączane.
2.4.3 Smarowanie elastohydrodynamiczne
W niektórych rozwiązaniach konstrukcyjnych
skojarzeń trących, np. w przekładniach zębatych,
niektórych typach łożysk tocznych i ślizgowych, na
krzywkach itp. może mieć miejsce specjalny proces
smarowania, zwany smarowaniem elastohydro-
dynamicznym. W odpowiednio ukształtowanym
skojarzeniu trącym powstaje wysokie ciśnienie,
wskutek tego lepkość środka smarnego zwiększa
Rys. 2.4 Model smarowania hydrostatycznego poprzecznego łożyska ślizgowego
A – przekrój poprzeczny łożyska ślizgowego, B – rozkład ciśnień w łożysku wy-
wołany czynnikami zewnętrznymi; 1 – panew łożyska, 2 – wał łożyska, 3 – środek
smarny, 4 – wlot środka smarnego, 5 – wylot środka smarnego
Rys. 2.5 Tworzenie klina smarującego w poprzecznym łożysku ślizgowym
A – położenie spoczynkowe, B, C – kolejne fazy rozruchu; tworzenie się klina sma-
rującego, D – faza ustabilizowanej pracy łożyska
Rozdział II: Podstawy techniki smarowniczej
się, a powierzchnie trące odkształcają się sprężyście (tzw. kontakt
Hertza). Jest to powodem rozdzielenia smarowanych powierzchni
skojarzenia trącego. Model smarowania elastohydrodynamiczne-
go, na przykładzie toczących się po sobie walców, przedstawia
rys. 2.7A. Rysunek 2.7B przedstawia rozkład ciśnień środka smar-
nego w takim skojarzeniu trącym.
2.4.4 Wykres Stribecka
Czynnikami istotnie wpływającymi na zużycie ścierne współpra-
cujących powierzchni skojarzenia trącego są:
q lepkość dynamiczna środka smarnego ( η ),
q grubość filmu smarującego (h),
q prędkość wzajemnego przemieszczania się współ-
pracujących powierzchni skojarzenia trącego (v),
q obciążenie (P),
q chropowatość powierzchni (R).
Wzajemne powiązanie tych parametrów przedsta-
wia rys. 2.8.
Syntetyczne ujęcie zależności między wymienio-
nymi parametrami opisuje tzw. wykres Stribecka,
przedstawiony na rys. 2.9. Część A tego rysunku jest
krzywą określającą grubość filmu olejowego w sko-
jarzeniu trącym. Przebieg tej krzywej jest dowolny.
W tym przypadku dobrany jest w taki sposób, aby
uwidocznić grubość filmu olejowego h oraz wygod-
nie przenieść dane o grubości filmu z krzywej A na
krzywą na rys. B.
Wykres Stribecka przedstawia zależność współ-
czynnika tarcia μ od zmiennej nazywanej liczbą Hersey’a [ He ],
określoną wzorem (2.4):
η
v
He = (2.4)
P
gdzie:
η – lepkość dynamiczna środka smarnego,
v – prędkość przemieszczania się powierzchni skojarzenia trącego,
P – obciążenie.
Rys. 2.6 Model smarowania hydrodynamicznego poprzecznego łożyska ślizgowego
A – przekrój wzdłużny łożyska ślizgowego, B – przekrój poprzeczny łożyska ślizgo-
wego, 1 – panew łożyska, 2 – wał łożyska, 3 – środek smarny
Rys. 2.7 Model smarowania elastohydrodynamicznego na przykładzie dwóch
toczących się po sobie walców
A – obracające się walce, B – rozkład ciśnienia w skojarzeniu trącym, 1– miejsca
sprężystego odkształcenia warstw wierzchnich, 2– środek smarny
Rys. 2.8 Parametry wpływające na współczynnik tarcia w skojarzeniu trącym
1, 2 – przemieszczające się elementy skojarzenia trącego, 3 – środek smarny
Rozdział II: Podstawy techniki smarowniczej
w procesie zwanym blendowaniem (blendingiem). Oleje smarne są
końcowym wyrobem rafinerii lub zakładów zwanych blendowniami.
Są to oleje gotowe do stosowania.
Współcześnie, jako oleje smarne, są stosowane: oleje mineralne,
oleje syntetyczne oraz emulsje olejowe.
Oleje mineralne – ciecze, w warunkach stosowania, otrzymy-
wane w wyniku komponowania olejów podstawowych lub tzw.
olejów bazowych, pochodzących z zachowawczej lub przetwórczej
przeróbki ropy naftowej lub surowców bitumicznych oraz dodatków
uszlachetniających.
Oleje mineralne stanowią większość współcześnie stosowanych
olejów smarnych. W niektórych zastosowaniach ich właściwości
eksploatacyjne są niewystarczające, wówczas są stosowane oleje
syntetyczne.
Oleje syntetyczne – ciecze, w warunkach stosowania, otrzymy-
wane na drodze syntezy chemicznej lub na drodze głębokiej prze-
róbki przetwórczej surowców mineralnych. Współcześnie jako oleje
syntetyczne znalazły zastosowanie:
Syntetyczne oleje węglowodorowe – oleje smarne, których
bazy stanowią węglowodory z hydrokrakingu lub produkty syntezy
chemicznej, będące węglowodorami analogicznymi do występują-
cych w ropie naftowej. Stanowią one mieszaniny niewielkiej liczby
indywidualnych węglowodorów o pożądanych właściwościach.
Do tej grupy olejów zalicza się oleje, dla których bazami są: poli- a -
olefiny, poli-izo-butyleny, alkilowane aromaty, a także niektóre inne
węglowodory, otrzymywane na drodze syntezy.
Właściwości reologiczne syntetycznych węglowodorów są za-
leżne od:
q długości łańcucha alkilowego,
q liczby i długości podstawników alkilowych,
q liczby pierścieni benzenowych.
Ich właściwości termooksydacyjne są lepsze niż baz węglowo-
dorowych, otrzymywanych w procesach zachowawczej przeróbki
ropy naftowej. Syntetyczne bazy węglowodorowe są stosowane
do produkcji olejów: silnikowych, przekładniowych i hydraulicz-
nych oraz smarów plastycznych wówczas, gdy właściwości baz
węglowodorowych są niewystarczające, np.: w przypadku olejów
i smarów stosowanych w lotnictwie.
Poli-α-olefiny (PAO) są to węglowodory otrzymywane w proce-
sie oligomeryzacji α-olefin o długich liniowych łańcuchach R i na-
stępnie uwodornienie otrzymanego oligomeru do oligomeru nie
zawierającego podwójnych wiązań, wg schematu przedstawionego
wzorem (2.6).
Katalizator Ni lub Pd
R–CH=CH
2
® [oligomery nienasycone] ® [oligomery nasycone] (2.6)
H 2
Jako produkt jest otrzymywana mieszanina: monomerów, dime-
rów i polimerów o dłuższych łańcuchach. Jest ona rozdestylowywa-
na na frakcje o lepkości kinematycznej w temperaturze 40°C: 2, 4,
6, 8, 10, 40, 100 mm
2
/s, handlowo oznakowywanych: jako PAO 4,
PAO 6, itd.
Budowę cząsteczki PAO przedstawia wzór (2.7):
CH
3
–CH – (CH
2
–CH – CH
2
)x – CH 2
(2.7)
I I I
(CH)
n
(CH)
n
(CH)
n
I I I
CH
3
CH
3
CH
3
gdzie: n >/= 7; x = 1 … 4
PAO są stosowane jako oleje bazowe lub składniki olejów bazo-
wych do otrzymywania:
q olejów silnikowych,
q olejów do turbinowych silników lotniczych,
q olejów przekładniowych,
q olejów hydraulicznych,
q olejów sprężarkowych,
q cieczy do obróbki metali,
q olejowych nośników ciepła,
q smarów plastycznych.
PAO charakteryzują się:
q niską temperaturą płynięcia (–60°C),
q wysokim wskaźnikiem lepkości (VI ≥ 135),
q małą lotnością,
q odpornością termooksydacyjną do temperatury 200°C.
Dodatki o polarnej budowie cząsteczki typu: AW i EP, inhibi-
tory utlenienia, inhibitory korozji itp. źle rozpuszczają się w PAO.
Oleje, które zawierają wyłącznie PAO, niekorzystnie oddziałowują
na niektóre elastomery uszczelnień, powodując ich skurcz. Z tych
względów, jako bazy olejów smarnych, PAO są stosowane w mie-
szaninach z estrami.
Poli-izo-buteny są to węglowodory otrzymywane w procesie
polimeryzacji izobutenu, węglowodoru nienasyconego o budo-
wie (2.8):
CH
3
\
C = CH
2
(2.8)
CH
3
Surowiec do polimeryzacji najczęściej zawiera również inne
izomery butenu.
Poli-izo-buteny wykazują większą odporność na utlenianie niż
PAO i alkilowane aromaty.
Poli-izo-buteny o masie cząsteczkowej z przedziału 300 … 6000
są stosowane jako dodatki poprawiające wskaźnik lepkości oraz
składniki:
q olejów silnikowych,
q olejów przekładniowych,
q olejów hydraulicznych,
q olejów sprężarkowych,
q cieczy do obróbki metali,
q smarów plastycznych,
q ochrony przeciwkorozyjnej lin stalowych.
Alkilowane aromaty są to węglowodory otrzymywane w pro-
cesie reakcji benzenu z olefinami. Typową strukturę chemiczną al-
kilobenzenu z łańcuchem akilowym, składającym się z pierścienia
benzenu i łańcuchów alikilowych, przedstawia wzór (2.9), gdzie: R1;
R2; R3; R4 … – podstawniki alkilowe.
R
1
R
2
R
3
(2.9)
R
4
Alkilowane aromaty, ze względu na niższą cenę od pozostałych
syntetycznych węglowodorów, są stosowane jako bazy wielu grup
cieczy eksploatacyjnych np.:
q olejów transformatorowych,
q olejów hydraulicznych,
q olejów do sprężarek chłodniczych,
q olejowych nośników ciepła,
oraz jako składnik innych, wysokiej jakości olejów przemysło-
wych.
Oleje węglowodorowe z hydrokrakingu, są to mieszaniny
węglowodorów otrzymywane jako ciężkie frakcje w procesie
rozdestylowania produktów z hydrokrakingu. Nie zawierają węglo-
wodorów aromatycznych, związków siarki i innych niestabilnych
składników występujących w olejach naftowych.
Oleje z hydrokrakingu odznaczają się dobrymi właściwościami
reologicznymi i termooksydacyjnymi. Znajdują zastosowanie jako
bazy wielosezonowych olejów silnikowych i przekładniowych,
a także innych olejów, od których są wymagane specjalne właści-
wości. Zaletą olejów z hydrokrakingu jest ich niższa cena niż innych
węglowodorowych olejów syntetycznych, z tego względu są czę-
sto składnikami innych olejów węglowodorowych.
Oleje hydrosyntetyczne™ – są to oleje o wysokim wskaźniku
lepkości (VI > 130), stanowiące mieszaniny baz olejowych z izohy-
drokrakingu, w ilości 80 … 95% i 5 … 20% syntetycznych estrów
(tzw. bazy hydrosyntetyczne™). Hydroizomeryzowany węglowodo-
rowy olej podstawowy jest otrzymywany w procesie hydrokrakin-
gu połączonego z izomeryzacją, wobec specjalnych katalizatorów,
w rezultacie czego uzyskiwany produkt ma doskonałe właściwości
reologiczne i termooksydacyjne. Połączenie hydroizomeryzowa-
nego oleju węglowodorowego z odpowiednio dobranym estrem
syntetycznym pozwala na uzyskanie oleju bazowego, szczególnie
przydatnego do zestawiania energooszczędnych olejów silniko-
wych, przekładniowych i innych.
Oleje estrowe, dla których bazami są:
Estry proste – estry alkoholi monowodorotlenowych i mono-
karboksylowych kwasów tłuszczowych o ogólnym wzorze (2.10):
R
1
– C – O – R
2
(2.10)
O
Estry proste znalazły zastosowanie jako bazy lub składniki baz
wielu grup przemysłowych olejów syntetycznych oraz jako dodatki
smarnościowe, przeciwkorozyjne oraz spęczniające niektóre ela-
stomery.
Diestry – estry alkoholi zawierających w cząsteczce dwie grupy
wodorotlenowe i monokarboksylowych kwasów tłuszczowych lub
estry alkoholi monowodorotlenowych i kwasów organicznych,
zawierających w cząsteczce dwie grupy karboksylowe (dikarbok-
sylowych). Przykładami tego typu związków mogą być związki
o ogólnych wzorach (2.11 i 2.12).
R
1
– C–O– C
n
H
2n
– O – C – R
2
(2.11)
\ \
O O
diester alkoholu dihydroksylowego i kwasu monokarboksylowego
R
1
– O–C– C
n
H
2n
– C – O – R
2
(2.12)
\ \
O O
diester kwasu dikarboksylowego alkoholu monohydroksylowego
Diestry znalazły szerokie zastosowanie jako bazy olejów synte-
tycznych do smarowania skojarzeń trących turbinowych silników
lotniczych oraz w innych zastosowaniach, gdzie temperatury pracy
oleju wahają się w szerokich granicach.
Estry poliolowe (poliestry) – estry alkoholi wielowodorotle-
nowych i kwasów monokarboksylowych lub estry alkoholi jedno-
wodorotlenowych i kwasów zawierających w cząsteczce kilka grup
karboksylowych. Są to tzw. estry zablokowane (hindered esters),
których cząsteczki są tak zbudowane, że dostęp czynników utlenia-
jących (tlenu z powietrza), do najbardziej wrażliwej części cząsteczki
jest zablokowany przez ugrupowania atomów odpornych na utle-
nianie. Związki tego typu odznaczają się doskonałymi właściwościa-
mi reologicznymi, w szerokim zakresie temperatury od –60°C do +
225°C, dobrymi właściwościami smarnymi i termooksydacyjnymi.
Przykładami tego typu związków, mogą być estry pentaerytrytolu
lub trimetylolopropanu oraz monokarboksylowych kwasów tłusz-
czowych.
Estry poliolowe jako bazy olejów syntetycznych znalazły szero-
kie zastosowanie do smarowania skojarzeń trących turbinowych
silników lotniczych oraz w innych zastosowaniach, gdzie tempera-
tury pracy oleju wahają się w szerokich granicach.
Estry kompleksowe – estry, których cząsteczki kwasów i alkoholi
są przedzielone cząsteczką glikolu. Właściwości i zastosowania es-
trów kompleksowych są analogiczne jak estrów poliolowych.
Estry fosforanowe – jedno, dwu, a najczęściej trójpodstawione
estry kwasu fosforowego i alkoholi jednowodorotlenowych lub
pochodnych fenolu. Są one otrzymywane w reakcji (2.13) tleno-
chlorku fosforu z alkoholem lub fenolem.
POCl 3
+ R–OH ®(R–O–)
3
P=O + 3 HCl (2.13)
Odpowiedni dobór alkoholi i fenoli pozwala na modyfikację
właściwości estrów.
Wyróżnia się estry fosforanowe:
q arylofosforanowe, w których R jest grupą arylową; są to ciecze
o dużej lepkości, nierozpuszczalne w wodzie, rozpuszczalne
w węglowodorach i estrach, o budowie wg wzoru (2.14):
(Ar – O -) 3
– P=O (2.14)
q alkilofosforanowe, w których R jest grupą alkilową; są to ciecze
o zróżnicowanej lepkości (w zależności od długości łańcucha
w grupie R), rozpuszczalne w wodzie (gdy łańcuch R jest krótki)
aż do nierozpuszczalnych w wodzie (gdy łańcuch R jest długi),
rozpuszczalne w węglowodorach i estrach, o budowie wg wzo-
ru (2.15):
(R – O -)
3
– P=O (2.15)
q mieszane, alkilo-arylowe, w których jako R występują zarówno
grupy arylowe jak i alkilowe, charakteryzujące się właściwościa-
mi pośrednimi.
gdzie we wzorach (2.14 i 2.15):
Ar – grupa arylowa, R – grupa alkilowa.
Są to substancje trudnopalne, o konsystencji małolepkiej cieczy
do ciała stałego i gęstości w przedziale 1000 … 1400 kg/m
3
. Tempe-
ratura samozapłonu jest wyższa od 600°C … 650°C, a temperatura
płynięcia, w niektórych przypadkach, jest niższa od –65°C.
Estry fosforanowe są stosowane jako:
q bazy trudnopalnych syntetycznych olejów smarnych, do spe-
cjalnych zastosowań,
q trudnopalne ciecze hydrauliczne lub składniki takich cieczy,
q dodatki przeciwzużyciowe do cieczy hydraulicznych, olejów
syntetycznych i mineralnych oraz smarów plastycznych,
q zagęszczacze smarów plastycznych,
q plastyfikatory.
Z punktu widzenia zastosowań ważną właściwością estrów
fosforanowych jest stabilność hydrolityczna. Zależy ona od bu-
dowy i wielkości podstawnika. Niekorzystny wpływ na stabilność
hydrolityczną mają zanieczyszczenia w postaci mono- i diestrów.
Hydroliza estrów fosforanowych prowadzi do kwasu fosforowe-
go oraz mono- i diestrów, co zwiększa agresywność korozyjną,
w stosunku do niektórych metali ale poprawia właściwości smar-
ne oleju.
Estry alkilofosforanowe wykazują dobrą stabilność termo-
oksydacyjną do temperatury 125 … 150°C, a arylofosforanowe
do temperatury 175°C. Do tych temperatur nie wykazują one
agresywności korozyjnej. Powyżej tych temperatur ulegają one
rozkładowi, z powstawaniem składników stanowiących zagroże-
nie korozyjne. Kontakt z takimi metalami jak: żelazo, miedź i glin
pogarsza stabilność termooksydacyjną estrów. Wprowadzenie do
składu oleju aminowych inhibitorów utlenienia i korozji istotnie
poprawia stabilność termoksydacyjną nawet o 100 … 120°C.
Estry fosforanowe odznaczają się bardzo dobrymi właściwo-
ściami smarnymi i przeciwzużyciowymi, stąd ich zastosowanie
jako dodatków poprawiających właściwości smarne. Mogą być
niekompatybilne z niektórymi elastomerami, stosowanymi jako
drauliczne, przekładniowe, sprężarkowe, a także specjalne oleje
silnikowe, np. do silników samochodów i motocykli wyścigowych
oraz innych silników bardzo wysilonych, eksploatowanych w krót-
kim czasie. Inhibitowane oleje poliglikolowe znalazły również za-
stosowania jako ciekłe nośniki ciepła, w układach pracujących do
temperatury 250°C.
Niektóre polialkilenoglikole są rozpuszczalne w wodzie. Roz-
puszczalność w wodzie jest tym lepsza im większy jest udział
w cząsteczce grup hydroksylowych (-OH). Wodne roztwory polial-
kilenoglikoli znajdują zastosowanie jako:
q trudnopalne ciecze hydrauliczne, np. w elektrowniach, kopal-
niach itp.
q ciecze do obróbki metali skrawaniem,
q ciecze do odladzania pasów startowych, samolotów, sprzętu
bojowego i innych obiektów,
q ciecze obiegowe w układach chłodzenia.
Polialkilenoglikole są trudnopalne. Wytrzymują długotrwałą pra-
cę w temperaturze 150 … 200°C. W mieszaninach zawierających 50%
wody są praktycznie niepalne. Z tego względu, na ich podstawie, są
produkowane trudnopalne ciecze hydrauliczne.
Większość olejów na bazie polialkilenoglikoli i wodne roztwory
polialkilenoglikoli są nierozpuszczalne w olejach mineralnych,
syntetycznych węglowodorowych, estrowych itp. z tego względu,
w przypadku wymiany takiego oleju na polialkilenoglikolowy lub
odwrotnie, wymagane są specjalne procedury czyszczenia układu
z pozostałości poprzedniego oleju.
Etery polifenylowe – organiczne związki chemiczne, w których
pierścienie aromatyczne, najczęściej benzenowe, są połączone
ze sobą wiązaniem eterowym, atomami tlenu. Wiązania eterowe,
w stosunku do siebie mogą być usytuowane w położeniu orto-,
meta- lub para-. W związkach stosowanych jako bazy olejów
smarnych lub hydraulicznych liczba pierścieni aromatycznych nie
przekracza sześciu. Pierścienie mogą posiadać różne podstawni-
ki: alkilowe, chlorowce, chlorowcoalkilowe, grupę hydroksylową.
Pozwala to na modyfikowanie właściwości oleju. Budowę eteru
polifenylowego ilustruje wzór (2.21).
_
O
_ _
O
_ (2.21)
Oleje na bazie eterów polifenylowych charakteryzują się dosko-
nałymi właściwościami smarnymi w podwyższonych temperatu-
rach do 200°C. Wykazują dobrą stabilność termiczną i termooksy-
dacyjną. Mogą pracować przez długi okres czasu w temperaturach
rzędu 450 … 550°C. Wadą ich jest stosunkowo wysoka temperatura
płynięcia (–10 … +5°C). Odznaczają się one nadzwyczajną odpor-
nością na promieniowanie.
Właściwości olejów polifenylowych oraz smarów plastycznych
na ich bazie są powodem ich stosowania w technice kosmicznej,
eksperymentalnej technice lotniczej oraz technice jądrowej. Prze-
szkodą w ich powszechnym stosowaniu jest wysoka cena.
Fluoro – i chloropochodne węglowodorów – ciekłe związki
chemiczne, pochodne węglowodorów parafinowych, nafte-
nowych lub aromatycznych, w których atomy wodoru zostały
podstawione atomami fluoru (F) lub chloru (Cl) lub obu tych pier-
wiastków. Są otrzymywane w wyniku fluorowania lub chlorowania
odpowiednich węglowodorów lub polimeryzacji tetrafluoroetyle-
nu (F 2
C=CF
2
). Jako bazy olejowe najszersze zastosowanie znalazły
pochodne fluorowe i chlorowe węglowodorów aromatycznych.
Fluorowane i chlorowane węglowodory odznaczają się dobrą sta-
bilnością termiczną i termooksydacyjną. Mają bardzo dobre właści-
wości smarne. Wykazują stosunkowo złe właściwości reologiczne
(mały wskaźnik lepkości i wysoka temperatura płynięcia). Nieco
lepsze właściwości reologiczne mają oleje zawierające w cząstecz-
ce jednocześnie atomy fluoru i chloru. Ważną ich cechą, decydującą
o zastosowaniu tego typu olejów, jest brak palności.
Oleje na bazie fluorowanych i chlorowanych węglowodorów
są stosowane jako niepalne ciecze hydrauliczne w technice lotni-
czej i kosmicznej, a także jako niepalne nośniki ciepła pracujące
w wysokich temperaturach i w warunkach dużego zagrożenia
pożarowego.
Perfluoropolietery – ciekłe związki chemiczne, pochodne
polieterów. Są otrzymywane metodami analogicznymi jak polialki-
lenoglikole, w reakcji pochodnych fluorowych tlenków alkilowych
ze związkami zawierającymi aktywny wodór, przykładowo z wodą,
pochodnymi fluorowymi alkoholi lub kwasów organicznych,
w obecności katalizatorów.
Przykładami tego typu związków mogą być perfluoropolietery
wg wzorów (2.22) i (2.23) :
F
3
C–O–[CF
3
–CF
2
–O]
m
–[CF
2
–O]
n
–CF
3
(2.22)
CF
3
I
F
3
C–O–[CF–CF
2
–O]
m
–[CF
2
–O]
n
–CF
3
(2.23)
i inne polietery, w których atomy wodoru zostały zastąpione ato-
mami fluoru.
Oleje tego typu odznaczają się bardzo dobrą odpornością
TABELA 2.2 Ocena właściwości eksploatacyjnych olejów z wybranych baz syntetycznych i mineralnej
Baza oleju
Właściwości
Poli–α–olefiny Alkilobenzeny Diestry Poliolestry Poliglikole Estry fosforanowe Oleje fluorowe Mineralna
Reologiczne
qqqq q qqq qqq qqqq qqqq qqqqq qq
Niskotemperaturowe
qqqq qqqq qqqqq qqqq qqq qq qqq qq
Smarne
qqqq qqqq qqqq qqqq qqqqq qqqq qqq qqq
Przeciwzużyciowe
qq qqq qq qqq qqqqq qqqq qqq qqq
Termooksydacyjne
qqqq qqq qqqqq qqqqq qqqqq qq qqqqq qq
Odporność na palenie
q q q q q qqqqq qqqqq q
Przeciwkorozyjne i przeciwrdzewne
qqqqq qqqq qqq qqq qqq qq qqq qqqqq
Stabilność hydrolityczne
qqqqq qqqqq qq qqq qqqq qqqq qqqqq qqqqq
Lotność
qqqqq qqq qqq qqq qqq qqq qqq qq
Kompatybilność z uszczelnieniami
qqq qq qq qq qqq qq qqqqq qqqq
Mieszalność z olejami mineralnymi
qqqqq qqqqq qqq qqq q q q qqqqq
q – złe, qq – dostateczne, qqq – średnie, qqqq – dobre, qqqqq – bardzo dobre
Rozdział II: Podstawy techniki smarowniczej
termiczną, są niepalne lub trudnopalne, mają stosunkowo małą
lotność, a także bardzo dobre właściwości smarne. Są kompatybilne
z większością powszechnie stosowanych elastomerów. Są nieroz-
puszczalne w bazach węglowodorowych, eterach polifenylowych,
silikonach i estrach krzemianowych, a rozpuszczalne w bazach
o budowie polarnej. Mają bardzo dobre właściwości dielektryczne,
co pozwala na ich stosowanie jako cieczy izolacyjnych, pracujących
w wysokich temperaturach. Ich wadą są wysokie ceny.
Zastosowanie baz syntetycznych jako składników olejów wyni-
ka z ich specyficznych właściwości, dostosowanych do określonych
warunków pracy. W tabeli 2.2 przedstawiono ocenę najważniej-
szych właściwości eksploatacyjnych, wybranych olejów syntetycz-
nych w porównaniu z olejami mineralnymi, a w tabeli 2.3 zakres
temperatury stosowania (szary pasek) oraz zastosowanie olejów na
bazach syntetycznych i mineralnych.
Coraz powszechniejsze zastosowanie, jako oleje podstawowe,
znajdują ciekłe tłuszcze roślinne oraz estry alkoholi monowodo-
rotlenowych i kwasów tłuszczowych, otrzymywanych z olejów
roślinnych i tłuszczów zwierzęcych. Zaletą tego rodzaju olejów jest
ich mała toksyczność, dobra biodegradowalność, a także odnawial-
ność źródeł pochodzenia.
W zależności od istniejących w określonym rejonie warunków
uprawy, jako surowce do produkcji bazowych olejów roślinnych
są stosowane tłuszcze roślinne, otrzymywane z nasion:
q rzepaku,
q słonecznika,
q soi,
q palmy i innych roślin.
Porównanie eksploatacyjnych właściwości niektórych olejów
roślinnych, w odniesieniu do oleju mineralnego, przedstawiono
w tabeli 2.4.
Oleje roślinne i estry kwasów tłuszczowych znajdują zastosowa-
nia w takich przypadkach, gdy od środka smarnego są wymagane:
nietoksyczność i biodegradowalność. Aktualnie znajdują one za-
stosowane jako:
q oleje hydrauliczne,
q oleje maszynowe,
q oleje technologiczne: natłustki, plastyfikatory,
q składniki emulsji olejowych do uwalniania betonu z form,
q składniki biodegradowalnych smarów plastycznych.
W początkowym okresie rozwoju lotnictwa, aż do lat 60., jako
olej do tłokowych silników lotniczych, był stosowany olej rycyno-
wy, otrzymywany z nasion rącznika (Ricinus communis).
TABELA 2.3 Zakres temperatury stosowania oraz zastosowanie olejów na bazach mineralnej i syntetycznych
Zastosowanie
Baza
Oleje turbinowe Oleje silnikowe Oleje przekładniowe Oleje specjalne Ciecze hydrauliczne Oleje sprężarkowe Oleje maszynowe Nośniki ciepła
Mineralna + + + + + + + +
Diestry + + – + + + + –
Estry poliolowe + + + + + + – –
Estry kompleksowe + + + + + + – –
Polialkilenoglikole – + + + + + – +
Estry fosforanowe – – – + + – – –
Estry krzemianowe – – – – + – – +
Silikony – – – + + – – +
Etery polifenylowe + – – – + – – +
Poli–α–olefiny + + + + + + + –
Temperatura,
0
C –100 –50 0 50 100 150 200 50 300 350 400 450
TABELA 2.4 Porównanie właściwości eksploatacyjnych olejów
mineralnych i roślinnych
Baza oleju
Właściwości
Mineralna Roślinna
Reologiczne
qq qq
Niskotemperaturowe
qq qq
Smarne
qqq qqqq
Przeciwzużyciowe
qqq qqq
Termooksydacyjne
qq q
Odporność na palenie
q q
Przeciwkorozyjne i przeciwrdzewne
qqqqq qq
Stabilność hydrolityczna
qqqqq q
Lotność
qq qqq
Kompatybilność z uszczelnieniami
qqqq qq
Mieszalność z olejami mineralnymi
qqqqq qqqq
q – złe, qq – dostateczne, qqq – średnie, qqqq – dobre,
qqqqq – bardzo dobre
Rozdział II: Podstawy techniki smarowniczej
Wolny rodnik alkilowy następnie reaguje z tlenem, wg reakcji
(2.25), tworząc rodnik nadtlenkowy (ROO*), który w reakcji z kolej-
ną cząsteczką węglowodoru tworzy kwas i kolejny rodnik alkilowy,
wg reakcji (2.26). Reakcje te mają charakter łańcuchowy.
R* + O
2
® ROO* (2.25)
ROO* + R–H ® ROOH + R* (2.26)
Zachodzą również reakcje (2.27) spowalniające procesy utlenia-
nia, polegające na łączeniu się rodników alkilowych w cząsteczki
węglowodorów, na ogół o właściwościach odmiennych niż wystę-
pujące w oleju świeżym.
R
1
* + R
2
* ® R
1
–R
2
(2.27)
Niektóre z produktów utlenienia węglowodorów mają charakter
kwaśny lub łatwo przechodzą w takie związki, co jest powodem
zwiększania liczby kwasowej większości olejów smarnych, podczas
eksploatacji. Procesy utleniania olejów na innych bazach mają
przebieg analogiczny. Ponadto, składniki baz olejów estrowych lub
dodatki o charakterze estrów, mogą ulegać hydrolizie, co również
prowadzi do zwiększenia zawartości kwasów.
W celu przeciwdziałania utlenianiu składników baz olejowych,
do ich składu są wprowadzane związki chemiczne zwane inhibi-
torami utlenienia. W niektórych produktach naftowych występują
także naturalne inhibitory utlenienia. Często są one usuwane wraz
ze składnikami niekorzystnymi dla jakości gotowego wyrobu lub
np. ze względów ekologicznych (związki siarki i azotu w procesach
oczyszczania wodorem).
Wyróżnia się inhibitory utlenienia:
q niskotemperaturowe, działające inhibitująco w zakresie tempe-
ratur do około 50°C, których działanie uwidacznia się podczas
magazynowania oleju,
q wysokotemperaturowe, działające w trakcie eksploatacji.
Jako inhibitory utlenienia jest stosowanych wiele związków
organicznych, o dość złożonej budowie cząsteczki. Mechanizm ich
działania polega na przerwaniu reakcji łańcuchowej poprzez reakcję
z rodnikami lub na dekompozycji powstających nadtlenków. Jako
inhibitory utlenienia najczęściej są stosowane następujące grupy
związków chemicznych:
q alkiloditiofosforany cynku (ZDTP),
q pochodne alkilowe fenoli,
q aminy aromatyczne,
q organiczne pochodne siarki,
q kompozycje składające się z dwóch lub więcej inhibitorów o róż-
nym mechanizmie działania.
Alkiloditiofosforany cynku współcześnie są najczęściej stosowaną
grupą inhibitorów utlenienia. Są one stosowane zarówno w składzie
olejów silnikowych jak i niektórych przemysłowych, głównie w tych
przypadkach, gdy jest możliwe stosowanie dodatków tworzących
w procesach spalania popiół. W przeciwnych przypadkach, są sto-
sowane tzw. bezpopiołowe inhibitory utlenienia, tzn. takie które
w cząsteczce nie zawierają atomów metali. Działanie inhibitorów
utlenienia, typu ZDTP, polega na przerwaniu łańcucha reakcji przed-
stawionych wzorami (2.29 … 2.33), poprzez rozkład nadtlenków oraz
blokowaniu reakcji tworzenia się wolnych rodników lub przyśpiesza-
nia reakcji (2.27) ich łączenia.
Mechanizmy działania innych typów inhibitorów utlenienia są
analogiczne. w zależności od przeznaczenia oleju są stosowane
różne grupy inhibitorów utlenienia, a niekiedy ich kompozycje, np.
inhibitor niskotemperaturowy + wysokotemperaturowy. Budowę
chemiczną oraz podstawowe zastosowania poszczególnych grup
inhibitorów utlenienia, przedstawiono w tabeli 2.5.
Inhibitory utlenienia są wprowadzane do współczesnych ciekłych
paliw, rozpuszczalników, olejów smarnych, smarów plastycznych i in-
nych cieczy eksploatacyjnych, w stężeniach od 0,1 do 3%. Efektem
działania inhibitorów utlenienia jest spowolnienie procesów prowa-
dzących do zwiększania: lepkości, liczby kwasowej, zawartości żywic
oraz wytrącania osadów, co w efekcie prowadzi do wydłużenia okre-
su wymiany oleju i zwiększenia okresu żywotności maszyny, a także
wydłużenia dopuszczalnego okresu magazynowania.
W przypadku olejów na bazach estrowych, niektóre inhibitory
utlenienia przeciwdziałają hydrolizie estrów.
Modyfikatory właściwości reologicznych (modyfikatory lepko-
ści) – są to wielkocząsteczkowe polimery, o masie cząsteczkowej
10 000 … 25 000 g/mol. Rozpuszczone w oleju podstawowym w stę-
żeniu 0,5 … 25%(V/V) zwiększają jego lepkość i wskaźnik lepkości.
Wyróżnia się zagęszczacze (dodatki zagęszczające), których główną
funkcja jest zwiększenie lepkości oleju oraz w iskozatory, które obok
zwiększania lepkości bazy oleju, zwiększają również jego wskaźnik
lepkości. Niektóre dodatki tego rodzaju obniżają również tempera-
turę płynięcia oleju, działając analogicznie jak depresatory.
Mechanizm działania zagęszczaczy polega na utrudnieniu ru-
chów stosunkowo małych cząsteczek oleju, co objawia się zwiększe-
niem lepkości.
Mechanizm działania wiskozatorów jest nieco odmienny. Łań-
cuchy polimerów w niskich temperaturach są zwinięte w kłębuszki.
Podwyższenie temperatury powoduje ich rozwinięcie w niteczki.
Zjawisko to jest powodem, że wiskozatory w wyższych temperatu-
rach relatywnie bardziej zwiększają lepkość niż w niskich. Prowadzi
to zarówno do zwiększenia lepkości jak i wskaźnika lepkości. Przy
czym, im większa masa cząsteczkowa polimeru, tym efekt jego dzia-
łania jest większy. Mechanizm działania wiskozatorów przedstawia
rys. 2.11.
Polimery pod wpływem działania sił ścinających oraz wysokiej
temperatury ulegają rozerwaniu na mniejsze cząsteczki, przy czym
proces ten zachodzi, tym bardziej intensywnie, im jest większa masa
cząsteczkowa polimeru. Zależność tę ilustruje rys. 2.12. Z tego względu
polimery o dużych masach cząsteczkowych są stosowane w ograni-
czonym zakresie. Zjawisko ścinania polimerów zawartych w środkach
smarnych, bardziej szczegółowo przedstawiono w p. 4.11.
Jako modyfikatory właściwości reologicznych olejów najczęściej
są stosowane następujące rodzaje polimerów:
q kopolimery olefin (OCP – olefin copolymers) – oleje silnikowe i hy-
drauliczne,
q polialkilometakrylany (PAMA – polyalkylmethacrylates) – oleje
przekładniowe i hydrauliczne,
q poliizobutyleny (PIB – polyisobutylene) – oleje przekładniowe,
q kopolimery styrenowo-izoprenowe (SIP – styrene isoprene poly-
mers) – oleje silnikowe,
q kopolimery styrenowo-butadienowe (SBR – styrene butadiene
rubbers) – oleje silnikowe.
TABELA 2.5 Budowa oraz podstawowe zastosowania poszczególnych
grup inhibitorów utlenienia
Grupa inhibitorów Wzór chemiczny
Podstawowe
zastosowania
Alkiloditiofosforany
cynku ZDTP
R
1
\
S= P–S– – Zn
/
R 2
q oleje silnikowe,
q oleje przekładniowe,
q oleje hydrauliczne,
q oleje przemysłowe.
Pochodne alkilowe
fenoli (alkilofenole)
OH
R
1
R
2
CH 3
q oleje hydrauliczne,
q oleje turbinowe,
q oleje do silników z
zapłonem iskrowym,
q oleje do tłokowych
silników lotniczych.
Aminy aromatyczne
NH
R R
q oleje do turbinowych
silników lotniczych,
q oleje hydrauliczne,
q oleje przemysłowe
q niektóre oleje
silnikowe,
q smary plastyczne.
Organiczne
pochodne siarki
R
1
–S–(CH
2
)
n
–S–R
2
q oleje przemysłowe,
q smary plastyczne.
Depresatory są to związki chemiczne obniżające temperaturę
płynięcia olejów. Mechanizm ich działania polega na niedopusz-
czaniu do krystalizacji parafin w niskich temperaturach, poprzez
przestrzenne blokowanie zarodków krystalizacji. Depresatory są
stosowane tylko w składzie olejów mineralnych, ponieważ tempe-
ratura płynięcia olejów syntetycznych jest właściwością związków
chemicznych wchodzących w skład bazy i nie może być obniżona
w taki sposób. Jako depresatory najczęściej są stosowane polial-
kilometakrylany (PAMA). W zależności od masy cząsteczkowej,
efektywności działania, zawartości parafin oraz
oczekiwań, co do obniżenia temperatury pły-
nięcia oleju, są one dodawane w stężeniu 0,
do 2,5%. Mechanizm działania depresatorów
przedstawia rys. 2.13.
Detergenty i dyspergatory – są to po-
wierzchniowoczynne związki chemiczne,
działające na granicy faz ciecz (olej) i ciało stałe
(powierzchnia metalu, powierzchnia cząstek
zanieczyszczeń stałych). Ścisłe rozgraniczenie
właściwości detergencyjnych (myjących) oraz
dyspergujących nie jest możliwe. W większości
przypadków, obie funkcje są realizowane jedno-
cześnie, z przewagą jednej lub drugiej. Również
mechanizm ich działania (rys. 2.14) jest bardzo
podobny. Stosowany podział najczęściej jest
oparty na różnicach w budowie chemicznej:
q detergenty (dodatki myjące) – są to organiczne związki metali
(dodatki popiołowe),
q dyspergatory (dodatki dyspergujące) – są to związki organiczne
bezpopiołowe.
Podstawową funkcją detergentów stosowanych w składzie
olejów smarnych i paliw, jest ograniczenie do minimum tworzenia
się trwałych warstw osadów na powierzchni metalu. Utrzymują
one w czystości powierzchnie metaliczne (np. ścianki cylindrów,
tłoków, pierścieni) silnika lub sprężarki. Utrzymywanie cząstek
zanieczyszczeń stałych w stanie zdyspergowanym ułatwia proces
oczyszczania oleju i nie dopuszcza do blokowania przegród filtra-
cyjnych szlamami.
Z chemicznego punktu widzenia detergenty są to związki, które
są zbudowane z długiego łańcucha węglowodorowego (tzw. „ogon”)
i grupy polarnej, zawierającej atom metalu (tzw. „głowa”). Część wę-
glowodorowa ułatwia rozpuszczenie dodatku w bazie olejowej, na-
tomiast grupa polarna przylega do powierzchni metalu lub cząstek
zanieczyszczeń stałych.
Jako detergenty najczęściej są stosowane sulfoniany, fenolany,
siarkowane fenolany oraz salicyniany magnezu lub wapnia.
Detergenty najczęściej są stosowane w składzie olejów silniko-
wych, olejów sprężarkowych, niektórych olejów hydraulicznych,
olejów hartowniczych oraz cieczy do obróbki metali skrawaniem.
W przypadku stosowania w składzie olejów silnikowych detergen-
tów, zawierających w składzie metale, niekorzystną ich cechą jest
tworzenie podczas spalania popiołu osadzającego się na wewnętrz-
nych częściach układu spalania i układu wylotowego silnika.
Podstawową funkcją dyspergatorów jest zwiększanie stanu zdy-
spergowania i przeciwdziałanie aglomeracji zanieczyszczeń stałych,
zwłaszcza w niskich temperaturach. Utrzymują one cząstki zanie-
czyszczeń stałych w stanie zdyspergowanym, nie dopuszczając do
tworzenia się tzw. szlamów niskotemperaturowych.
Z chemicznego punktu widzenia, dyspergatory są to związki,
które podobnie jak detergenty są zbudowane z długiego łańcucha
węglowodorowego i grupy polarnej. W tym przypadku, grupa po-
larna nie zawiera atomu metalu. Część węglowo-
dorowa ułatwia rozpuszczenie dodatku w bazie
olejowej, natomiast grupa polarna przywiera do
powierzchni cząstek zanieczyszczeń stałych. Za-
zwyczaj grupa polarna zawiera jeden lub więcej
spośród pierwiastków takich jak: tlen, azot, fosfor.
Jako dyspergatory najczęściej są stosowane:
q alkilobursztynoimidy,
q estry kwasu alkilobursztynowego,
q alkilowe pochodne fenoli,
q zasady Mannicha
3
Rys. 2.11 Mechanizm działania wiskozatorów. A – baza olejowa z wiskozatorem,
w niskiej temperaturze; cząstki polimeru zwinięte w kłębuszki;
B – Baza olejowa z wiskozatorem, w wysokiej temperaturze; cząstki polimeru
rozwinięte; 1 – baza olejowa, 2 – kłębuszki polimeru, 3 – niteczki polimeru
Rys. 2.12 Wpływ masy cząsteczkowej polimeru na:
1 – właściwości zagęszczające, 2 – odporność na ścinanie
Rys. 2.13 Mechanizm działania depresatorów, w niskich temperaturach
A– baza olejowa bez depresatora, B – baza olejowa z depresatorem; 1 – baza ole-
jowa, 2 – kryształki parafiny, 3 – cząsteczka depresatora, 4 – zarodek krystalizacji
parafiny
3
Zasady Mannicha – organiczne związki chemiczne o cha-
rakterze zasadowym, otrzymywane w procesie kondensacji
alkilofenoli, poliaminy i formaldehydu.
węglowodorowa („ogon”) 1 jest skierowana w stronę oleju, tworząc
tzw. film olejowy. Obie współpracujące powierzchnie skojarzenia
trącego są pokryte takim ściśle przylegającym filmem, co ogranicza
możliwość bezpośredniego styku ich powierzchni, a tym samym
zmniejsza zużywanie. Warstewka cząsteczek dodatku, tworzących
na współpracujących powierzchniach metalu, tzw. „szczotkę” (rys.
2.15B) ułatwia wzajemne ich przemieszczanie, zmniejszając w ten
sposób także współczynnik tarcia.
Dodatki przeciwzatarciowe ( dodatki EP – extreme pressure)
- jest to grupa dodatków smarnościowych, które są wprowadzone
do środków smarnych, przeznaczonych do stosowania w tych przy-
padkach, gdy w skojarzeniu trącym występują bardzo duże naciski
miedzy współpracującymi powierzchniami. Jako dodatki EP najczę-
ściej są stosowane alkilowe pochodne ditiofosforanu cynku (ZDTP),
a także organiczne związki siarki, chloru i fosforu. Rodzaj dodatku EP
jest zależny od metali, jakie olej ma smarować. Przykładowo niektóre
dodatki EP zawierające związki siarki mogą reagować z miedzią i sto-
pami miedzi, a dodatki fosforowe z glinem i jego stopami.
Związki te na powierzchni metalu tworzą trwale przylegającą
warstewkę, wchodząc w reakcję z warstewką tlenków żelaza przyle-
gających do powierzchni metalu, w przypadku wystąpienia dużych
nacisków i w wysokiej temperaturze towarzyszącej procesom tarcia
metal–metal. W przypadku zniszczenia przylegającej warstewki
dodatku, następuje jej szybkie odtworzenie. Mechanizm działania
dodatków EP przedstawiono na rys. 2.16. Dodatki EP przeciwdzia-
łają nadmiernemu zużywaniu współpracujących powierzchni oraz
zmniejszają ryzyko wystąpienia zatarcia.
ZDTP są to związki chemiczne, o budowie strukturalnej przed-
stawionej wzorem (2.29). Na powierzchni metalu tworzą trwałą
warstewkę siarczków lub fosforanów cynku, związków o dobrych
właściwościach ochronnych, smarnych i przeciwzatarciowych.
RO S S OR
\ II II /
P – S –Zn –S – P (2.29)
/ \
RO OR
Dodatki EP znalazły również szerokie za-
stosowania w składzie smarów plastycznych,
zwłaszcza przeznaczonych do smarowania
silnie obciążonych części maszyn, np. przekład-
ni przemysłowych, silnie obciążonych łożysk
ślizgowych i tocznych. Są one wprowadzane
w składzie oleju jak to przedstawiono na rys.
2.17A lub w składzie zagęszczacza, jak przed-
stawia rys. 2.17B. Dodatki EP zawarte w skła-
dzie zagęszczacza działają efektywniej, lecz
technologia otrzymywania takich smarów jest
trudniejsza.
Modyfikatory tarcia. W zakresie niewiel-
kich prędkości poślizgu, przy nieznacznych
naciskach jednostkowych, w przypadku małej
lepkości oleju, smarowanie płynne może ła-
two przejść w tarcie mieszane. Aby zapobiec drganiom ciernym
i zgrzytom oraz w celu redukcji sił tarcia, zwykle są stosowane tzw.
modyfikatory tarcia. Działają one w temperaturach, przy których
dodatki AW i EP nie są jeszcze aktywne, tworząc jednocząsteczko-
we warstwy, fizycznie zadsorbowanych, rozpuszczalnych w oleju
dodatków (analogicznie jak dodatki AW) lub redukują one tarcie
przez przereagowane warstwy, które mają znacznie mniejszy
współczynnik tarcia, niż typowy olej bez dodatków. Z tego wzglę-
du modyfikatory tarcia mogą być uważane za łagodne dodatki
AW lub EP, działające przy umiarkowanych temperaturach i naci-
skach, w miejscach gdzie występuje tarcie mieszane. Zasadnicza
różnica miedzy modyfikatorami tarcia i dodatkami AW i EP polega
na tym, że modyfikatory tarcia działają na zasadzie fizycznej
Modyfikatory tarcia, zależnie od sposobu działania, można po-
dzielić na kilka grup:
q działające mechanicznie (stałe związki smarne np.: disiarczek
molibdenu, grafit, miedź metaliczna, siarczek miedzi, PTFE, po-
liamid, fluorowany grafit itp.),
q tworzące warstwy adsorpcyjne (np. długołańcuchowe kwasy
karboksylowe, estry kwasów tłuszczowych, etery, alkohole, ami-
ny, amidy, imidy),
q tworzące warstwy w wyniku reakcji trybochemicznych (nasyco-
ne kwasy tłuszczowe, estry kwasów fosforowego i tiofosforowe-
go, ksantogeniany, siarkowane kwasy tłuszczowe),
q tworzące polimery (estry etoksylowanego kwasu dikarboksylo
wego, estry dialkilowe kwasu ftalowego, metakrylany, nienasy-
cone kwasy tłuszczowe, siarkowane olefiny),
q związki organometaliczne (związki molibdenu, takie jak ditio-
fosforany molibdenu, ditiokarbaminiany molibdenu i ich syner-
gistyczne kombinacje z ZDTP, związki organiczne miedzi).
Rozpowszechnioną grupą modyfikatorów tarcia są związki
działające na zasadzie adsorpcji, których działanie wzrasta wraz ze
wzrostem ciężaru cząsteczkowego, w kolejności:
alkohol<ester<kwas nienasycony< kwas nasycony (2.30)
Podstawowe znaczenie mają kwasy karboksylowe C12 do C18,
alkohole tłuszczowe i syntetyczne estry kwasów tłuszczowych lub
naturalne tłuszcze (glicerydy).
Typowe zastosowania modyfikatorów tarcia to nowoczesne ener-
gooszczędne oleje silnikowe i przekładniowe, oleje do prowadnic śli-
zgowych, oleje do przekładni automatycznych (ATF), środki smarne
do wrzecion oraz innych części maszyn z ograniczonym poślizgiem,
które wymagają w składzie oleju tzw. dodatków przeciwdziałających
drganiom ciernym (patrz p. 10).
Inhibitory korozji i rdzewienia są to związki chemiczne
przeciwdziałające korozji stopów metali kolorowych lub rdze-
wieniu stopów żelaza oraz hamujące procesy korozji chemicznej
materiałów konstrukcyjnych, z którymi styka się środek smarny.
Rys. 2.16 Mechanizm działania dodatków EP
1 – warstewka dodatku EP (siarczki lub fosforany cynku) przylegająca do warstew-
ki tlenków żelaza, 2 – miejsce styku metali w skojarzeniu trącym, 3 – metal
Rys. 2.17 Dodatki EP w smarach plastycznych
A – dodatek EP w oleju; B – dodatek EP w zagęszczaczu
Rozdział II: Podstawy techniki smarowniczej
Procesy korozji i rdzewienia bardziej szczegółowo przedstawiono
w p. 16. Wyróżnia się:
q inhibitory korozji, działające w strefie ciekłej,
q lotne inhibitory korozji, działające w strefie gazowej,
q inhibitory rdzewienia.
Kwaśne produkty utleniania bazy i dodatków, a w przypadku
olejów silnikowych również kwaśne produkty spalania paliw, mogą
wykazywać agresywność korozyjną w stosunku do materiałów
konstrukcyjnych, czemu przeciwdziała się wprowadzając do oleju
odpowiednie inhibitory korozji i rdzewienia.
Jako inhibitory korozji są stosowane: pochodne kwasu burszty-
nowego, niektóre kwasy, estry oraz aminy.
Niektóre organiczne kwasy rozpuszczają się w wolnej wodzie
będącej w kontakcie z olejem. Woda często w niewielkich ilościach,
towarzyszy środkom smarnym, np. w wyniku kondensacji pary
wodnej z powietrza. Woda ekstrahuje i zatęża kwasy. Po osią-
gnięciu określonego stężenia, mogą one wywoływać rdzewienie.
Specjalną grupą inhibitorów korozji są inhibitory rdzewienia. Ich
zadaniem jest zapobieganie korozji elementów wykonanych ze
stali, a wywołanej kontaktem z wodą lub wilgotnym powietrzem.
Jako inhibitory rdzewienia są stosowane zasadowe sulfoniany
i fenolany metali, o budowie chemicznej, analogicznej do inhibito-
rów utlenienia i detergentów.
Niektóre małocząsteczkowe kwasy organiczne, powstające
w procesach utleniania bazy oleju, takie jak: mrówkowy, octowy,
propionowy i inne są lotne. Mogą one powodować procesy ko-
rozyjne i rdzewienie materiałów konstrukcyjnych, nie będących
w bezpośrednim kontakcie ze środkiem smarnym. W takich przy-
padkach do składu środków smarnych są wprowadzane lotne inhi-
bitory korozji, zapewniające ochronę korozyjną powierzchni metali
będących w kontakcie z fazą gazową.
Jako lotne inhibitory korozji są stosowane małocząsteczkowe
kwasy organiczne i aminy oraz niektóre inne związki organiczne,
charakteryzujące się wystarczającą lotnością, aby odparować ze
środka smarnego, ale jednocześnie nie tak dużą, aby odparowy-
wać z chronionych powierzchni. Z powierzchnią metalu tworzą
one związki chemiczne chroniące przed dalszą korozją tych we-
wnętrznych części maszyny, które bezpośrednio nie stykają się ze
środkiem smarnym lub tracą z nim kontakt podczas długotrwałego
postoju maszyny.
Inhibitory korozji i rdzewienia są dodawane do środków smar-
nych w ilości 0,5 … 3%. W większości przypadków, nie są one doda-
wane do środka smarnego jako samodzielne, lecz w składzie dodat-
ków wielofunkcyjnych. Tworzą one na powierzchni metalu trwałą
warstewkę chroniącą metal przed bezpośrednim działaniem: tlenu,
wody i produktów utleniania składników środka smarnego.
Pasywatory metali są to związki chemiczne wytwarzające na
powierzchni metali cienkie, prawie niewidoczne warstewki, najczę-
ściej tlenków, pod wpływem których metal staje się bardziej od-
porny na korozję (stan pasywny). Pasywatory metali najczęściej są
wprowadzane do cieczy do obróbki metali skrawaniem, będących
roztworami wodnymi lub emulsjami.
Dodatki przeciwpienne. Pienienie się olejów, występujące
w przypadku intensywnego ich mieszania z powietrzem, może
mieć wiele negatywnych skutków, takich jak:
q kawitacja,
q wypływanie oleju z układu poprzez odpowietrzniki,
q zmniejszenie ilości oleju przepływającego przez układ, co może
pogorszyć smarowanie, odprowadzenie ciepła i zanieczyszczeń
mechanicznych.
Powodem pienienia się olejów najczęściej są obecne w nich
substancje zmniejszające napięcie powierzchniowe, stanowiące
zanieczyszczenia lub wprowadzane jako: detergenty, inhibitory
korozji i inne związki chemiczne o charakterze jonowym.
Jako dodatki przeciwpienne najczęściej są stosowane ciekłe
silikony, o budowie liniowej lub cyklicznej, w stężeniu 5 … 100
mg/kg (ppm). Są one nierozpuszczalne w olejach mineralnych,
syntetycznych węglowodorotlenowych oraz estrowych. Me-
chanizm ich działania polega na przerywaniu pęcherzyków
powietrza, na powierzchni których są usytuowane mikrokropelki
silikonu (rys. 2.18).
W niektórych olejach hydraulicznych oraz cieczach do obróbki
metali, obecność silikonów w oleju może być szkodliwa. W takich
przypadkach są stosowane dodatki przeciwpienne nie zawierają-
ce silikonów, takie jak: glikole, polietery, estry fosforanowe.
Barwniki w składzie środków smarnych, są stosowane w celu
odróżnienia niektórych specjalnych gatunków olejów i smarów
plastycznych, np.: lotniczych olejów hydraulicznych. Obecność
barwnika w oleju pozwala na szybką lokalizację miejsca przecie-
ku. Do barwienia olejów smarnych i smarów plastycznych, są sto-
sowane tzw. barwniki tłuszczowe, łatwo rozpuszczalne w olejach,
a nie rozpuszczalne w wodzie. Od barwników wymaga się, aby
nie zmieniały właściwości środka smarnego, nie barwiły lakierów,
a także nie zmieniały koloru podczas pracy. W przypadku niektó-
rych barwników, niezbędne jest dodawanie stabilizatorów koloru,
którymi najczęściej są odpowiednie inhibitory utlenienia.
Substancje zapachowe są stosowane w celu zamaskowania
nieprzyjemnego zapachu składników niektórych środków smar-
nych. Jako środki zapachowe są stosowane różnego rodzaju natu-
ralne olejki eteryczne i niektóre związki chemiczne o przyjemnym
zapachu, np. estry niskocząsteczkowych kwasów tłuszczowych.
Dodatki wielofunkcyjne. Niektóre substancje mogą jednocze-
śnie spełniać kilka funkcji, z tego względu są nazywane dodatkami
wielofunkcyjnymi. Przykładami dodatków wielofunkcyjnych mogą
być:
q ditiofosforan cynku (ZDPP) stosowany jako inhibitor utlenienia
i dodatek smarnościowy
q fosforan trójkrezylu, stosowany jako inhibitor korozji i dodatek
smarnościowy,
q kopolimer metakrylanu i N-winylopirydonu, stosowany jako
modyfikator właściwości reologicznych i dodatek dyspergujący.
Pakiety dodatków. Niektóre wyspecjalizowane firmy oferują
producentom środków smarnych, tzw. pakiety dodatków. Są
to mieszaniny dodatków jednofunkcyjnych i/lub wielofunk-
cyjnych, najczęściej rozpuszczonych w oleju bazowym. Udział
poszczególnych rodzajów dodatków w pakiecie oraz poziom
dozowania pakietu, są związane z wymaganiami, jakie olej
powinien spełniać. Celem stosowania pakietów dodatków jest
uproszczenie procesu blendingu. Niektóre dodatki, ze względu
na zachodzące między nimi reakcje chemiczne, nie mogą być
stosowane w pakietach.
Rys. 2.18 Mechanizm działania silikonowych dodatków przeciwpiennych
1 – kropelki silikonu, 2 – warstwa piany, 3 – powierzchnia cieczy, na której groma-
dzą się cząsteczki silikonu, 4 – olej
Rozdział II: Podstawy techniki smarowniczej
ściej klasyfikowane ze względu na sposób obsługi maszyny.
Wyróżnia się:
q smarowanie ręczne,
q smarowanie samoczynne,
q smarowanie automatyczne.
2.6.2 Smarowanie ręczne
Smarowanie ręczne polega na okresowym doprowadzeniu środ-
ka smarnego do skojarzenia trącego, przez personel obsługujący
maszynę. W takim przypadku, maszyna zazwyczaj jest wyposażona
w specjalne zaworki lub rzadziej otwory, przez które środek smarny
jest doprowadzany do skojarzenia trącego olejarkami lub smarowni-
cami ręcznymi.
Zaworki lub otwory smarownicze są rozmieszczone w pobliżu
wymagających smarowania skojarzeń trących. Środek smarny
jest dozowany i doprowadzany w określonych odstępach czasu,
najczęściej ustalonych przez producenta maszyny, w tzw. kar-
tach smarowniczych lub instrukcjach obsługi maszyny. Przykład
konstrukcji znormalizowanego typoszeregu zaworków o różnych
wymiarach, przedstawia rys. 2.20. Korzystnie jest, gdy zaworek taki
jest wyposażony w pokrywkę, uniemożliwiającą przedostawanie
się zanieczyszczeń stałych i wody do skojarzenia trącego. Otwór
zaworka jest dostosowany do końcówki smarownicy.
Pokrywka w położeniu „zamknięte” chroni układ przed zanie-
czyszczeniami zewnętrznymi, a w położeniu „otwarte” umożliwia
łatwe doprowadzenie środka smarnego do skojarzenia trącego.
Do ręcznego doprowadzania oleju smarnego do układów bezci-
śnieniowych są stosowane ręczne olejarki, o bardzo zróżnicowanej
konstrukcji i pojemności (od kilku mililitrów do kilku litrów), a do
smarów plastycznych ręczne smarownice, przykładowo przedsta-
wione na rysunkach 2.21 oraz 2.22.
Układy, w których środek smarny znajduje się pod niewielkim
ciśnieniem są wyposażone w specjalne zaworki zwrotne, uniemoż-
liwiające wypływanie środka smarnego z układu, o konstrukcji przy-
TABELA 2.6 Ogólna charakterystyka sposobów smarowania
Środek smarny Sposób smarowania Urządzenia smarownicze Najczęstsze zastosowania
Olej smarowy,
smarowanie skąpe
Kroplowe Smarownica kroplowa Wszystkie typy łożysk tocznych, łożyska ślizgowe
Mgłą olejową System smarowania mgłą olejową Wszystkie typy łożysk tocznych
Olejowo-powietrzne System smarowania olejowo-powietrznego Wszystkie typy łożysk tocznych, przekładnie me-
chaniczne
Olej smarowy,
smarowanie pełne
Zanurzeniowe System smarowania zależny od konstrukcji
smarowanego mechanizmu
Wszystkie typy łożysk tocznych, przekładnie me-
chaniczne, przeguby, wrzeciona
Obiegowe System smarowania obiegowego Wszystkie typy łożysk tocznych, łożyska ślizgowe,
przekładnie mechaniczne, wrzeciona
Natryskowe System smarowania obiegowego z dyszami
natryskowymi
Wszystkie typy łożysk tocznych, przekładnie me-
chaniczne
Smar plastyczny Na cały okres żywotności Nie są wymagane Wszystkie typy łożysk tocznych poza łożyskami
baryłkowymi wzdłużnymi, przeguby, sprzęgła
Z dosmarowywaniem Smarowniczka ręczna lub pompa smarowa Wszystkie typy łożysk tocznych, przekładnie me-
chaniczne
Rozpyleniowe System smarowania zależny od konstrukcji
smarowanego mechanizmu
Wszystkie typy łożysk tocznych, przekładnie me-
chaniczne
Smar stały Na cały okres żywotności Nie są wymagane Główne łożyska kulkowe, otwarte przekładnie
mechaniczne
Z dosmarowywaniem Łopatki, smarownice
Rys. 2.20 Konstrukcja znormalizowa-
nego zaworka smarowego z odchylaną
pokrywką
1 – pokrywka w położeniu „zamknięte”,
2 – pokrywka w położeniu „otwarte”,
3 – sprężyna ustalająca położenie
pokrywki, 4 – tulejka z gwintem do umo-
cowania w obudowie skojarzenia trącego
Rys. 2.
Konstrukcja
smarownicy
do ręcznego
wtłaczania
smaru pla-
stycznego
1 – pokrywka
umożliwiają
napełnianie
smarownicy,
2 – przesuw-
na tuleja,
3 – smar
plastyczny,
4 – tłoczek,
5 – przewód
do wtłacza-
nia smaru do
gniazdka
Rys. 2.22 Konstrukcja
smarownicy z tłokiem
do ręcznego wtłaczania
smaru plastycznego
1 – śruba napędzająca
tłok, 2 – tłok, 3 – smar
plastyczny, 4 – pojemnik
na smar, 5 – mechanizm
zaworka, 6 – tłoczek,
7 – przewód do
wtłaczania smaru
do gniazda
Rys. 2.23 Konstrukcja przyłącza bagneto-
wego i zaworku zwrotnego do układów
smarowania, w których olej znajduje się
pod niewielkim ciśnieniem
A – zaworek kulowy, B – przyłącze typu
„bagnetowego”, 1 – przyłącze typu bagne-
towego, 2 – kulka zaworka, 3– sprężyna
utrzymująca kulkę w położeniu zamknięte
Rys. 2.24 Konstrukcja przyłącza „wiertarskiego” i zaworku zwrotnego do układów
smarowania, w których olej znajduje się pod niewielkim ciśnieniem
A – zaworek smarowniczy, kulowy, B – przyłącze typu „wiertarskiego, 1– kulka
zaworka, 2– sprężyna utrzymująca kulkę w położeniu zamknięte
kładowo przedstawionej na rysunkach 2.23B i 2.24A. Wymagają
one stosowania smarownic wyposażonych w tzw. szybkozłącza,
których przykłady konstrukcji również przedstawiono na powyż-
szych rysunkach. Szybkozłącze jest tak skonstruowane, że podczas
łączenia samoczynnie otwiera ono zaworek (najczęściej kulowy),
umożliwiając wtłaczanie środka smarnego do smarowanego me-
chanizmu.
W takich rozwiązaniach konstrukcyjnych, siła niezbędna do
wtłoczenia środka smarnego jest nieco większa. Z tego względu
smarownice są wyposażane we wspomagające sprężyny (rys 2.25)
powodujące przesuw tłoka. W innych rozwiązaniach przesuw tłoka
jest powodowany po przez obrót centralnie usytuowanej śruby (rys.
2.26). Zawór umożliwiający wypłynięcie środka smarnego ze sma-
rownicy jest uruchamiany specjalną dźwignią. W smarownicach tego
typu, końcówka doprowadzająca środek smarny ma gwint umożli-
wiający przyłączenie przewodu wyposażonego w szybkozłącze,
lub innego umożliwiającego hermetyczne połączenie z zaworkiem
smarowniczym maszyny. W smarownicach ręcznych środek smarny
jest uzupełniany okresowo, po wyczerpaniu porcji, jaką zostały na-
pełnione.
Istnieją również rozwiązania konstrukcyjne smarownic ręcznych,
gdzie smar plastyczny jest umieszczony w wymiennej tubie, prze-
znaczonej do jednorazowego zastosowania. Smar z takiej tuby jest
wypychany działaniem tłoka uruchamianego dźwignią, w którą jest
wyposażony specjalny pistolet (rys. 2.27).
2.6.3 Smarowanie samoczynne
Smarowanie samoczynne jest stosowane, gdy smarowanie okre-
sowe jest niewystarczające do zapewnienia smarowania hydrodyna-
micznego lub, gdy częstotliwość smarowania ręcznego powinna być
duża. Smarowanie samoczynne może być: bezciśnieniowe lub pod
ciśnieniem. Wśród indywidualnych urządzeń smarowniczych działa-
jących bezciśnieniowo wyróżnia się smarowanie:
q grawitacyjne,
q knotowe (kapilarne),
q zanurzeniowe,
q rozbryzgowe,
q powielaczowe.
Wiele rozwiązań konstrukcyjnych sposobów doprowadzania
środka smarnego do skojarzeń trących jest oparte na zasadzie działa-
nia urządzeń mechanicznych, napędzanych ręcznie lub poprzez me-
chanizmy o bardzo zróżnicowanej konstrukcji, począwszy od bardzo
prostych jak to przedstawia rys. 2.28, w których smar jest wtłaczany
poprzez okresowe dokręcanie pokrywy lub tłoka (rys.2.29).
Stosunkowo prostym i skutecznym rozwiązaniem są smarownicz-
ki działające okresowo i samoczynnie, w których tłok jest napędzany
sprężyną (rys. 2.30 i 2.31), a ilość podawanego smaru może być regu-
lowana ręcznie, zaworkiem.
W niektórych konstrukcjach przesuw tłoka jest dokonywany
w sposób ciągły, mechanizmem zewnętrznym (rys. 2.32), tylko pod-
czas pracy maszyny.
Istnieją rozwiązania konstrukcyjne indywidualnych smarow-
niczek, działających na zasadzie rozprężania gazu wytwarzanego
przez substancje chemiczne. Uruchomienie smarowniczki nastę-
puje w chwili wprowadzenia zawartego w ampułce inicjatora do
płynnego elektrolitu, znajdującego się w elastycznym zbiorniku.
Zachodząca reakcja powoduje wydzielanie się gazu. Rozprężający
się gaz powoduje nacisk na tłok, który powoduje wypływ smaru
do smarowanego mechanizmu. Przykład tego typu smarowniczki
przedstawia rys. 2.33.
W przedstawionym rozwiązaniu smarowniczka jest urucha-
miana poprzez przekręcenie śruby 1 , która rozgniata ampułkę
2 zawierającą inicjator 3 , wchodzący w reakcję z elektrolitem 4.
W momencie stłuczenia ampułki aktywizuje się komora gazowa,
Rys. 2.25 Smarownica ręcz-
na do podawana smaru pod
naciskiem sprężyny.
1 – uchwyt do wyjmowania
tłoka, 2 – łańcuch,
3 – obudowa, 4 – sprężyna
napędzająca tłok, 5 – tłok,
6 – środek smarny, 7 – zawo-
rek, 8 – dźwignia zaworka,
9 – przewód doprowadzają-
cy środek smarny
Rys. 2.26 Smarownica ręczna do
podawana smaru z mechanizmem
śrubowym
1 – pokrętło śruby, 2 – pokrywa,
3 – śruba napędzająca tłok, 4 – tłok,
5 – środek smarny, 6 – przewód
doprowadzający środek smarny,
7 – dźwignia zaworka, 8 – zaworek
Rys. 2.27 Smarownica pistoletowa z wymienną tubą zawierającą smar plastyczny
1 – przewód doprowadzający środek smarny, 2 – wymienna tuleja ze smarem,
3 – smar plastyczny, 4 – tłok, 5 – cięgło napędzające tłok
Rys. 2.28 Indywidualna ręczna smarow-
nica do smaru plastycznego
1 – pokrywa stanowiąca tłok i pojemnik
na smar plastyczny, 2 – smar plastyczny,
3 – gniazdo smarownicze
Rys. 2.29 Indywidualna smarownica
z ręcznym napędem tłoka
1 – pokrętło tłoka, 2 – pokrywa umożli-
wiająca wprowadzenie smaru,
3 – pojemnik na smar, 4 – tłok, 5 – smar
plastyczny
2 3 4 5
1
