Как снизить износ линейных подшипников

Загрязнения и недостаток смазки сокращают срок службы линейных подшипников. Ниже рассмотрены пути борьбы с обеими этими проблемами

Для того, чтобы линейный подшипник проработал подольше, его важно поддерживать в чистом и хорошо смазанном состоянии. Данный совет обусловлен здравым смыслом, и на первый взгляд прост в реализации.
Тем не менее, круглосуточно работая с высокой частотой циклов в условиях реального промышленного производства, подшипники нередко страдают и от высокой загрязнённости, и от масляного голодания.
При этом любой из этих проблем по отдельности уже достаточно для того, чтобы линейный подшипник начал изнашиваться с повышенной интенсивностью.

В наименее благоприятных случаях, вследствие загрязнений и неадекватного смазывания, в паре «элемент качения подшипника — поверхность качения направляющей» может возникать сухое трение металла по металлу.
Возникающим в результате повышенным износом могут быть вызваны такие дефекты металлических поверхностей, как вмятины, точечная коррозия или задиры. То, что загрязнения опасны, а смазывание важно, известно всем, имеющим хоть какое-то отношение к проектированию или эксплуатации промышленного оборудования.
При интеграции линейных направляющих в оборудование, используемое в медицине, в упаковочной или полупроводниковой промышленности, либо используемое для иных ответственных задач, проектировщиками этого оборудования зачастую предусматриваются просто-таки экстраординарные меры защиты направляющих как от попадания в них загрязнений, так и от потери ими смазочных веществ.

В качестве подобных мер может применяться дорогостоящая закрывающая направляющие гофрозащита, или же выбор делается в пользу также недешёвых систем автоматического смазывания.
При этом, в своём устремлении обеспечить надёжность и бесперебойность работы систем линейного перемещения, проектировщики промышленного оборудования нередко забывают об иных, вполне эффективных и менее дорогостоящих, технических решениях проблем с загрязнениями и смазкой.

Борьба с загрязнениями

Загрязнения бывают самые разные, причём некоторые из видов загрязнений отличаются от остальных своей повышенной агрессивностью. Так, одним из наиболее опасных с точки зрения вызываемого ими повышенного износа типов загрязнений признана металлическая стружка, образующаяся в процессе машинной обработки заготовок. Также достаточно агрессивной по отношению к поверхностям линейных подшипников является кремниевая пыль, образующаяся в процессе производства полупроводников.
Но и, помимо этого, список абразивных и вызывающих повышенный износ загрязнителей, образующихся при современных техпроцессах, весьма велик.

Менее агрессивные загрязнители тоже могут создавать проблемы.
Даже мягкие загрязнения — характерные, например, для пищевой промышленности — способны забивать собою линейные подшипники.

Хотя подобные загрязнения и не во всех случаях приводят к существенному увеличению интенсивности износа, однако и они способны помешать системе линейного перемещения работать нормально.
В частности, из-за них может снизиться точность позиционирования, а с нею — и качество выпускаемой продукции. Предельная степень забитости линейного подшипника мягкими загрязнениями способна повлечь за собой остановку оборудования, вследствие чего предприятие понесёт затраты, связанные с простоем и внеплановым техобслуживанием.

При этом проблема загрязнений имеет и ещё одну сторону.
Хотя в большинстве случаев имеет место ситуация, когда загрязнения, образующиеся на стороне технологической линии, создают помехи для нормальной работы систем линейного перемещения, в некоторых случаях проектировщикам оборудования более критично, наоборот, не допустить попадания на производимую продукцию загрязнений, источником которых является сам линейный подшипник — например, частиц смазки или продуктов износа механических деталей. Это характерно для отраслей промышленности, где действуют повышенные требования к чистоте — например, для фармацевтики, полупроводниковой промышленности, и производства электронного оборудования и компонентов. Для борьбы с загрязнениями проектировщиками оборудования нередко предусматриваются, в дополнение к штатным уплотнениям линейных подшипников, дополнительные защитные меры — такие, как гофрозащита, крышки и кожухи.

Несмотря на то, что применение подобных дополнительных мер нередко существенно удорожает оборудование, а также усложняет его техническое обслуживание, необходимость в таких мерах действительно присутствует.
В так называемых «чистых комнатах», например, может быть необходим физический барьер между продукцией и элементами технологического оборудования. Также и в металлообрабатывающих центрах критично обеспечить защиту всех систем перемещения от попадания в них металлической стружки.
Однако в промышленности существуют и ситуации, в которых проблема загрязнений не стоит столь остро.
В таких случаях достаточным явился бы выбор проектировщиками подшипников, конструктивно менее чувствительных к внешним загрязнениям и менее склонным к загрязнению окружающей среды продуктами собственного износа. К такой категории относятся, например, подшипники с крупноразмерными и снабжёнными уплотнениями элементами качения.

Зазоры в обычных линейных направляющих с системами рециркуляции мелких шариков минимальны.
Соответственно, попадание в такие зазоры даже мелких частиц загрязнений способно помешать нормальной работе этих систем. Подшипники же с крупноразмерными роликами, напротив, способны перекатиться даже через сравнительно большие частицы загрязнений. Тут уместна следующая аналогия: через «лежачего полицейского» гораздо проще перевалить на джипе с большими колёсами, чем на скейтборде.
Системы семейства «COMPACT» от компании «PUSH PULL», например, отличаются использованием в их конструкции роликов диаметром в целый дюйм.

Подобные линейные подшипники являются малочувствительными даже к загрязнениям, способным приводить к полному отказу и заклиниванию систем с элементами качения меньших диаметров — например, к металлической стружке, частицам пластика, бумажной пыли, и другим.

Крупноразмерные ролики также обладают гораздо более высокой стойкостью к отказу в условиях прогрессирующих дефектов, чем элементы качения небольших размеров.
Иными словами, даже если каким-либо загрязнениям и удастся повредить поверхность такого ролика, или поверхности направляющей, по которой этот ролик обкатывается, это повреждение в большинстве случаев не приведёт к отказу системы.

Проблемы со смазыванием часто обозначают общим термином «недостаток смазки», причём под смазкой понимаются любые смазочные материалы — будь то консистентные смазочные материалы или жидкие масла.
Причины подобных проблем нередко связаны с тем, что изначально адекватно смазанные компоненты со временем теряют смазку — например, помещённые в линейные подшипники смазочные материалы со временем выдавливаются из последних наружу, в результате чего в подшипниках возникает сухое трение металла по металлу, и, как следствие, повышенный износ. Однако, у проблем со смазкой имеется и своя «обратная сторона». Так, при техническом обслуживании оборудования рабочие, вооружившись маслёнками пистолетного типа, зачастую закачивают в линейные подшипники недопустимо большое количество смазки, что в некоторых случаях приводит к выдавливанию уплотнений, и к попаданию смазочных материалов в окружающую среду.
Нельзя забывать, что смазочные материалы также квалифицируются как загрязнители. Таким образом, заправка подшипников избыточным количеством смазки способна лишь усугубить проблемы с загрязнениями — или же вынудить проектировщиков оборудования предусматривать дополнительные защитные меры типа гофрозащиты или крышек / кожухов.

Регулярная, осуществляемая с правильными временными интервалами, заправка линейного подшипника точно выверенным количеством смазочного средства — непростая задача, поскольку её параметры существенно зависят от специфики условий реальной эксплуатации, включая рабочий цикл, а также от типа подшипника.
Важна также степень опасности масляных загрязнений для технологической среды вне линейного модуля — на тех производствах, где степень этой опасности высока, целесообразно применять линейные модули, требующие как можно более редкого смазывания. Существуют различные способы, позволяющие обеспечить работу линейных подшипников в течение длительного времени в условиях достаточности смазки, и тем самым минимизирующие необходимость их регулярного технического обслуживания.
Некоторые из этих способов — например, применение автоматических систем смазывания — являются достаточно дорогостоящими. Подобные системы впервые начали активно использоваться во встроенных системах линейного перемещения компонентов обрабатывающих станков.
Автоматическими системами смазывания обеспечивалось постоянное наличие масляной плёнки в парах трения подшипников таких систем.

В дальнейшем такие дорогостоящие автоматические системы смазывания стали использоваться и с современными линейными направляющими, где они подтвердили свою способность обеспечивать адекватное смазывание и уменьшать потребность в техобслуживании. Однако, даже если отвлечься от высокой стоимости таких систем, автоматические системы смазывания способны создавать неприемлемую интенсивность загрязнения производственной среды смазочными материалами — что делает неоптимальным применение подобных систем в «чистых комнатах» и в иных случаях, когда производственниками выдвигаются высокие требования к отсутствию подобных загрязнений. При этом у подобных систем существует и менее дорогостоящая, и при этом представляющая собою меньший источник загрязнений, альтернатива — специальные имеющие функцию автоматического смазывания направляющих грязесъёмники, интегрированные в конструкцию каретки линейного подшипника. Имеющие такую функцию автоматического смазывания грязесъёмники предлагаются, например, компанией «PUSH PULL» в качестве опции к системам «COMPACT».
До замены они способны обеспечить системе адекватное смазывание на протяжении двух миллионов рабочих циклов — и это по цене, составляющей малую часть от стоимости автоматических систем смазывания, работающих под управлением программируемого контроллера. Однако и само по себе представление о том, что без каких-либо средств автоматического дополнительного смазывания обеспечить работу систем линейного перемещения в условиях достаточности смазки невозможно, в настоящее время несколько устарело.
Действительно, некоторые линейные направляющие — например, основанные на системах рециркуляции шариков — в любом случае требуют для своей нормальной работы регулярного смазывания. Однако существуют и иные подшипники — например, имеющие в своей конструкции снабжённые уплотнениями элементы качения — которым для нормальной работы во многих случаях либо совсем не требуется регулярного дополнительного смазывания, либо объёмы такого необходимого смазывания минимальны.

Так, например, у изделий серии «COMPACT» сам ролик практически представляет собою подшипник с уплотнением. У изделий данной серии и шарикоподшипники, и дорожки качения, и необходимое количество смазочного материала заключены внутри наружного корпуса ролика.
В таких условиях добавление смазки в пару «ролик — профильная направляющая» становится существенно менее критичным, а при эксплуатации изделий с небольшой нагрузкой / в относительно благоприятных условиях — и необязательным. Данное техническое преимущество может оказаться решающим для выбора изделий именно данной серии для их применения на производствах, где предъявляются повышенные требования к отсутствию дополнительных загрязнений, источниками которых могло бы являться само оборудование. Для выполнения этого требования в конструкции изделий, не имеющих описанного преимущества, пришлось бы дополнительно предусматривать дорогостоящую гофрозащиту или дополнительные кожухи, призванные не допустить попадания частиц смазочных материалов из систем перемещения в воздух производственного помещения, на его пол, и на выпускаемую продукцию.
В отличие от направляющих с системами рециркуляции шариков, в изделиях серии «COMPACT» от «PUSH PULL» применены крупноразмерные элементы качения, способные перекатываться через практически любые попадающие на направляющие загрязнения.

Шарикоподшипники, использованные в изделиях данной серии, заправлены смазкой, рассчитанной на весь срок службы, и заключены вовнутрь роликов, корпус которых не допускает проникновения загрязнений снаружи вовнутрь этого подшипника, к его шарикам.