Shell Gadus - Wszystko o smarach

AGENDA:

• Klasyfikacja smarów ISO, NLGI
• Formulacje i rodzaje smarów (zagęszczacze, wypełniacze, bazy olejowe, dodatki uszlachetniające) i ich właściwości
• Parametry fizykochemiczne smarów (o czym mówią)
• Zastosowanie smarów w różnych węzłach tarcia
• Zasady doboru smarów łożyskowych

KLASYFIKACJA JAKOŚCIOWA SMARÓW ISO 6743-9

• L – środki smarne
• X – smary plastyczne
• Symbol 1 – A 0 [C]; B -20 [C]; C-30 [C]; D -40 [C], E<-40 [C]
• Symbol 2 – A 60 [C]; B 90 [C]; C 120 [C]; D 140 [C]; E 160 [C]; F 180 [C]; G <180 [C]
• Symbol 3 – A; B; C; D; E; F; G; H; I
• Symbol 4 – A - nie zawiera dodatków EP; B – zawiera dodatki EP
• Symbol 5 – NLGI

FORMULACJE I RODZAJE SMARÓW

Bazy olejowe:
• Olej mineralny – < VI; -25 – 120[C], niska odporność na oksydację, częsta stosowalność
• PAO – HVI; temp zast. -55 – 170 [C]; stabilność oksyd. termiczna, ochrona przeciw korozji, ochrona przed H2O, kompatybilność z uszczelnieniami, lakierami, farbami, dobre właściwości plastyczne,
• PAG – HVI; temp zast. -40 – 240 [C]; stabilność oksyd. termiczna, ochrona przeciw korozji, ochrona przed H2O, kompatybilność z uszczelnieniami, lakierami, farbami,dobre właściwości plastyczne, brak mieszalności z innymi bazami,
• Silikon – HVI; temp zast. -75 – 240 [C]; stabilność oksyd. termiczna, ochrona przeciw korozji, ochrona przed H2O, kompatybilność z uszczelnieniami, lakierami, farbami, dobre właściwości plastyczne, brak toksyczności, brak mieszalności z innymi bazami,
• Olej poliestrowy – HVI; temp zast. -40 – 200 [C]; stabilność oksyd. termiczna, ochrona przeciw korozji, ochrona przed H2O, kompatybilność z uszczelnieniami, lakierami, farbami, dobre właściwości plastyczne, brak toksyczności

Zagęszczacze:
• Mydła metaliczne proste: Li, Ca, Na, Al, Ba (np. stearinian Li)
• Mydła metaliczne proste mieszane: Li-Ca
• Związki kompleksowe: LiX, CaX, NaX, AlX, BaX
(mydło + proste kwasy organiczne (kwas octowy, benzoesowy))
• Związki organiczne: parafina, asfalt, polimocznik, PTFE, polioamid, polietylen
• Związki nieorganiczne : bentonit (montmorylit), polimerowy SiO2

Wypełniacze:
• MoS2 - smar stały
• Grafit - smar stały
• PTFE – politetrafluoroetylen (teflon)
Dodatki uszlachetniające w smarze są tymi samymi związkami chemicznycmi co w olejach smarowych.

MIESZALNOŚĆ SMARÓW

RODZAJE SMARÓW WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIE

Smary proste:
• Ca – temp. -20 – 50 [C], antykorozja, słaba przyczepność, odporność na H2O, dobra pompowalność; (zastosowanie: łożyska ślizgowe, prowadnice, łożyska w pompach wody),
• Li – temp. -20 – 120 [C], wielozadaniowość, średnia przyczepność, średnia odporność na H2O, odporność na utlenianie i korozję, dobra trwałość mechaniczna; (zastosowanie: uniwersalne, wielozadaniowe),
• Na – temp. -20 – 100 [C], brak odporności na działanie H2O, dobre właściwości ochronne i przeciwutleniające; (zastosowanie: łożyska bez dostępu wody),
• Al – temp. -20 – 80 [C], dobra odporność na H2O, bardzo dobra przyczepność; (zastosowanie: do obciążonych maszyn),

Smary mieszane:
• Li-Ca – 20 – 130 [C], wielozadaniowość, średnia przyczepność, dobra odporność na H2O, odporność na utlenianie i korozję, dobra trwałość mechaniczna dobra pompowalność; (zastosowanie: uniwersalne, wielozadaniowe, samochodowe),

Smary kompleksowe:
• LiX, CaX, AlX, NaX – temp. -30 – 150 [C], antykorozja, dobra przyczepność, odporność na H2O, dobra pompowalność;

Zastosowanie:
• LiX (łożyska toczne, sprzęgła), dobra odporność na H2O, stabilość w wysokich ciśnieniach,
• AlX (łożyska toczne i ślizgowe, łożska z tworzw sztucznych, małe przekładnie), dobra odporność na H2O, stabilość w wysokich ciśnieniach, duża przyczepność,
• CaX (łożyska toczne i ślizgowe, uszczelnienia, łańcuchy), bardzo dobra odporność na H2O, bardzo dobra stabilość w wysokich ciśnieniach,
• NaX (łożyska toczne, wibracje), odporność na H2O, stabilość w wysokich ciśnieniach,

Smary organiczne:
• Polimocznik (łożyska toczne „for life”), szeroki zakres temperatur >180 [C] bardzo dobra odporność na H2O, bardzo dobra stabilość w wysokich ciśnieniach,
• PTFE (zawory w wysokiej temp. i agresywne środowisko, łożyska toczne), wysoka temperatura pracy >270 [C], odporność na czynniki agresywne,

Smary nieorganiczne:
• Bentonit – (wielozadaniowe, zawory, łożyska w lotnictwie, przekładnie), odporne na działanie wysokich temperatur 150 [C], odporne na H2O, ługów i kwasów, mniejsza ochrona przed korozją, niemieszalność z innymi smarami,
• Krzemionkowe SiO2 (koloidalne lub polimerowe) – wielozadaniowe, dobra odporność na termooksydację, nietopliwe, 200 [C], mała wrażliwość na zmiany temperatury,

Smary stałe: MoS2, grafit, proszki metali np. Cu
• Bardzo duże obciążenia,
• Udarność, oscylacje
• Wolne ruchy robocze
• Wibracje
• Wysokie temperatury

Działanie: zapobieganie tarciu granicznemu, zmniejszenie kontaktu metal - metal przezwypełnianie szczelin i nierowności, zmniejszenie niebezpieczeństwa zatarcia, zwiększeniezdolności smaru do przenoszenia dużych obciążeń,

SMARY – PARAMETRY FIZYKOCHEMICZNE

• Penetracja po ugniataniu – odporność smaru na odkształcenia (konsystencja), po 60 cyklach ugniatania mierzy się penetrometrem głębokośc zanużenia stożka, skala NLGI odzwierciedla ta wartość (np. 44,7 mm daje penetrację 447 co w skali NLGI 000),


Stabilność mechaniczną smaru bada się przez porównanie penetracji po ugniataniu po 60 cyklach w porównaniu do penetracji po 100000 cyklach.

• Wydzielanie się oleju ze smaru – odporność na wydzielanie oleju w trakcie exploatacji, olej poddawany dużemu cisnieniu w metalowym cylindrze, wynik to masowa ilość wydzielonego oleju po 167 godzinach,
• Odporność na utlenianie – smar jest podgrzewany do temp. 99 [C] w specjalnej bombie w obecności tlenu (ciśnienie ~7 bar), spadek ciśnienia tlenu świadczy o odporności na utlenianie,
• Stabilność termiczna – warunkuje górną temperaturę stosowania smaru, ze wzrostem temperatury smar mięknie (zwiększenie rozpuszczalnosci zagęszczacza w oleju). Graniczna temperatura pracy smaru musi być co najmniej o 35 [C] niższa od temperatury kroplenia,
• Temperatura kroplenia – zależy od składu chemicznego, najnizsza temperatura, w której smar wypływa w postaci kropli, temperatura granicza, po przekroczeniu smar nie wraca do poprzedniej struktury, zostaje zniszczony,

• Określenie właściwości EP i AW, smarność – zdolność do tworzenia trwałej warstwy granicznej na współpracujących powierzchniach, im wyższe obciążenie wytrzymuje smar tym lepiej,
• Odporność na działanie wody – odporność na działanie H2O zależy głównie od rodzaju zagęszczacza, oleju bazowego i NLGI. Najbardziej odporne smary to Ca, bentonit i smary kompleksowe.

SMARY – ZASTOSOWANIE W WĘZŁACH TARCIA

Dobór smaru polega na ustaleniu:
• Rodzaj podzespołu (łożysko, przekładnia itd.)
• Przenoszone obciążenie
• Temperatura pracy
• Prędkość obrotowa (współ. prędkości)
• Czas pracy
• Obecność wody
• Agresywność warunków (ciśnienie, chemikalia)
• Sposób doprowadzenia smaru
• Ochronę środowiska (H-1)

Dobór smaru za wzgl. na NLGI:
• NLGI 2 – najbardziej uniwersalna,
• NLGI 3 – smar bardziej odporny na zanieczyszczenia (pył woda), odporny na wyciekanie w wysokich obrotach, lepsza stabilność strukturalna (mniej wycieka) w wyższych temperaturach,
• NLGI 1 – lepsza pompowalność,lepsze smarowanie w niższych temperaturach, mniejsze zużycie energii przy rozruchu przekładni,

Smar nie odbiera ciepła !!!

• Łożyska toczne – szeroki zakres stosowanych smarów , lepkość oleju 15-1600 [mm2/s] zależy od prędkości (im wyższa tym mniejsza lepkość), syntetyczne i mineralne,
• Łożyska ślizgowe – smary wielofunkcyjne, różne konstrukcje wymagają stosowania różnych wartości penetracji, małe prędkości łożyska (brak odprowadzenia ciepła), temperatura pracy nie może przekraczyć temperatur granicznych pracy smarów,

• Przekładnie otwarte (małe moce) – smary Li, LiX, Ca, CaX, AlX, bazy olejowe mineralne, PAO, PAG; mogą również występować w układach tworzywo sztuczne – metal, zakres lepkości 20-650 [cSt], NLGI 00, 0 ,1 i 2, tłumienie szumów, wysoki stopień FZG 12,
• Przekładnie otwarte (duże moce) – duża przyczepność, smary asfaltowe, oleje o dużel lepkości, mogą zawierać grafit, baza olejowa mineralna, lepkość 300-3500 [cSt], temperatura pracy: -15 do 95 [C], NLGI 00, 0, 1, 2; FZG 12,
• Łańcuchy – smary ogólnego zastosowania NLGI 2, baza mineralna (temp. pracy normalne), przy temperaturach wyższych smary na bazie grafitu, MoS2, WS2, w wysokich temperaturach pracy >250 [C] PFPE (perfluoropolieter) z zagęszczaczem PTFE (politetrafluoroetylen), NLGI 1-2 (1.5), lepkość 100-220 [cSt],
• Liny – smary do lin powinny mieć właściwości antykorozyjne, przeciwzużyciowe, duża przyczepność, pompowalność, odporność na warunki atmosferyczne. Stosuje się smary półpłynne 0, 00, 000 lub 1 zawierające grafit, dodatki EP, AW. Smary AlX, LIX, Li, zakres temperatur to -30 do 200 [C], baza olejowa PAO, poliestrowa, zakres lepkości zależny or rodzaju wykonywanych prac. Np. górnictwo, dzwigi, lepkość oleju w 100 [C] 8-25 [cSt], 46-110 cSt. Stosuje się również dużo wyższe lepkości ,
• Sprężyny – stosuje się smary Li z bazą mineralną lub syntetyczną PAO, poliestry, w przypadku narażenia układu na wysoka temperature lub korozyjne środowisko pracy stosuje się smary z z bazą PFPE (perfluoropolieter) z zagęszczaczem PTFE (politetrafluoroetylen) temp, >260 [C] -35 [C]. Stosuje się również MoS2, grafit w przypadku dużych i krótkotrwalych przeciążeń, NLGI 1, 2, 3
• Pneumatyka – smary ogólnego zastosowania Li, AlX, Ca/Li, temp. -50 do 150 [C] lepkość bazy 100-220 [cSt] NLGI 2, smary typu EP, funkcja uszczelniająca,
• Armatura – w tym przypadku smary US FDA H-1 szczególnie w przypadku zastosowania w gazownictwie, spożywce, wodociągi itp. Smary standardowe NLGI 2, lepkość 100-220 [cSt],
• Łączniki i styki elektryczne – dobra przewodność elektryczna, odporność na utlenianie, kompatybilność z tworzywami sztucznymi, przyczepność, właściwości antykorozyjne Li, LiX, AlX, baza PAO lub w wyższych temperaturach >250 [C] PFPE z zagęszczaczem PTFE, NLGI 1-2 (1.5), lepkość 100-220 [cSt],
• Śruby – smarowanie odbywa się za pomocą past np. Cu, baza mineralna lub syntetyczna, zagęszczacz krzemionkowy, temp-45 do 200 [C], NLGI 1, 2, stosuje się również smarowanie suche np. MoS2,
• Przeguby – smary EP, AW, zagęszczacz LiX, Li/Ca, polimocznik, baza PAO, NLGI 1, 2, dodatek MoS2, grafit (udarność),

SMARY – ZASADY DOBORU - ŁOŻYSKA

Wymagania dla środka smarnego dla łożysk tocznych:
• Chłodzenie łożyska, zapobieganie przed dostępem ciepła z otoczenia,
• Właściwości przeciwkorozyjne,
• Ochrona przed zabrudzeniami z zewnątrz,
• Uszczelnienie,
• Usuwanie produktów zużycia,

dla smaru nie jest możliwe spełnienie wszystkich powyższych wymagań,

Dobór smaru zależy od:
• Temperatury pracy
• Prędkości obrotowej
• Obciążenia łożyska
• Konstrukcji łożyska


Temperatura łożyska tocznego
• Standatdowe temperatury pracy łożysk to ~ 50 [C],
• Temperatura pracy smaru będzie wyższa gdy zwiększymy obciążenia, obroty lub wydłużymy okres pracy ciągłej,
• Smary o wyższych lepkościach poprzez tarcie wewnętrzne mogą również zwiększać temperaturę pracy łożyska,
• Smary NLGI >2 w mniejszym stopniu wpływają na wzrost temperatury pracy,
• NLGI ≤ 2 są zwykle stosowane do temperatury -30 [C], poniżej stosuje się bazy syntetyczne np. PAO,
• Górna temperaturowa granica pracy smaru to 35-40 [C] niżej temperatury kroplenia,

Prędkość obrotowa
• Im wyższe obroty tym coraz większa ilość ciepła, średnio:
1000 [obr/min] – temp.25-45 [C]; 2000 - 40-55 [C]; 5000 ~75 [C]; 20000 ~ 100 [C]
• Przydatność smaru do łożysk o różnym zakresie obrotów łączy się z odpronością na wysokie temperatury oraz lepkością oleju,
• Im większa jest prędkość łożyska tym zależność temp. łożyska od lepkości oleju jest znacząca,
• Im większa jest lepkość oleju bazowego tym wolniej wydziela się on ze smaru i tym samym lepkość jego decyduje o maksymalnej prędkości łożyska,
• Maksymalną prędkość dla smaru można określić iloczynem „ndm” [obr/min * średnica łożyska [mm]

Obciążenie łożyska tocznego
• Obciążenia łożysk są bardzo zróżnicowane od niemal zerowych do bardzo dużych jak w łożyskach pojazdów drogowych,
• Ze względu na małą powierzchnię styku występują w nich bardzo duże naprężenia kontaktowe (ciśnienia) 1000-5000 [MPa] (~ 50.000 atmosfer),
• Dla w/w warunków pracy przewiduje się użycie smarów typu EP, AW o znacznie zwiększonej odporności na ścinanie (odporność mechaniczna)
Przy zwiększonych obciążeniach łożysk smarowanych smarami plastycznymi muszą być spełnione dwa warunki:
• Prędkości obrotowe nie mogą przekroczyć 75 % maksymalnych,
• Przy wzroście prędkości łożyska obciążenie musi być zmniejszane,

Konstrukcja łożyska tocznego
• Rodzaj konstrukcji łożyska ma wpływ na warunki pracy smaru np. łożyska wałeczkowe mają większe obciążenia w stosunku do kulkowych, ponieważ kulki mają lepszą zdolność do tworzenia filmu olejowego, więc lepiej stosować w wałeczkowych NLGI 1, 0 (płynność),
• Wymiary łożyska mają wpływ na pracę smaru ze względu na fakt, iż ze wzrostem średnicy łożyska zwiększa się predkość obrotowa ruchomych części co zwiększa siłę odśrodkową, dlatego > 65 [mm] NLGI powinna być > niż 2,
• Zjawisko szumu łożysk jest skutkiem drgań ich elmenemtów, może to prowadzić do zwiększenia temperatury pracy łożyska, stosuje się więc specjalne smary niskoszumne o gładkiej strukturze,

SMARY PLASTYCZNE – NOWE W PORTFOLIO

• Gadus S4 V150KP 2 – LiX, półsyntetyczny (GTL+ mineral), -50 [C]
• Gadus S5 U150X 1.5 – PTFE, syntetyczny (PFPE), 270 [C]
• Gadus S2 V220D 2 – litowy z MoS2, środowisko udarowe
• Gadus S3 V460D 1.5 – LiX z MoS2, środowisko udarowe max 150 C
• Naturelle Grease S5 V120P 2 – litowy, biodegradowalny, max 120 C
• Gadus S5 V220 2 – LiX, syntetyczny 220, PAO, temp. krop. >260C, HD, -40C, HVI
• Gadus S2 V145KP 2 – Li, niskie temperatury, MAN 283 Li-P 2, MB 267.0

SMARY PLASTYCZNE – SHELL GADUS (TRANSPORT)

• Shell Gadus S2 V220 – NLGI 00,0,1,2; uniwersalny, EP
• Shell Gadus S2 V220AC – NLGI 2; odporny na wodę, EP
• Shell Gadus S2 V220AD – NLGI 2; odporny na wodę, EP, MoS2
• Shell Gadus S3 T220 – NLGI 2; odporny na H2O, EP, 180C, polimocz.
• Shell Gadus S4 V45AC – NLGI 00/000; półpłynny, EP, cen. ukł. smar.