Smary – Początki – Historia:

Według zapisów historycznych pierwsze smaropodobne substancje-  oleje i wodę stosowano do redukcji tarcia już 2400 lat p.n.e. Na wyrytej płaskorzeźbie na ściana grobowca faraona w Egipcie datowanej na 2400 p.n.e. można zobaczyć postać człowieka lejącego substancję smarną-redukującą tarcie do przesuwania bloków kamiennych i posągów.

Rydwany z innego grobowca faraona egipskiego sprzed około 1400 p.n.e miały smarowane piasty substancją smaropodobną na bazie tłuszczu zwierzęcego. Są dowody również, że w tych czasach stosowano pierwszy naturalny asfalt, ale większość olejów smarnych i substancji smarujących była pochodzenia roślinnego i zwierzęcego oraz dodatków mineralnych (wapieni).

Historia smarów opartych na technologii zagęszczacza:
1845	Wynaleziono w USA smar wapniowy na bazie oleju mineralnego, tłuszczu zwierzęcego.
1853	W Wielkiej Brytani wynaleziono smar sodowy na bazie łoju wołowego i sodu.
1912	W Japoni zaczęto produkcję smarów wapniowych.
1942	Wynaleziono smar litowy, który szybko stał się uniwersalnym smarem stosowanym na całym świecie.
1955	W USA wynaleziono pierwszy smar mocznikowy.
1962	Stworzono smar kompleksowo-glinowy do zastosowań wysokotemperaturowych.
1972	W Japonii zaczęto produkcję smarów mocznikowych nowej generacji.

Co to jest smar:

Smar jest produktem o konsystencji od płynnej do stałej otrzymywanym poprzez dyspersję zagęszczacza (substancji żelującej) w oleju bazowym tworząc jednolity chemicznie preparat (usieciowanie trójwymiarowe – system koloidalny). Aby udoskonalić niektóre właściwości smarów, w ich skład mogą również wchodzić inne składniki – dodatki uszlachetniające. Mikroskopowy obraz smaru przypomina gąbkę nasyconą cieczą. Gąbkę stanowi zagęszczacz, a ciecz stanowi olej bazowy.

OLEJ	+	ZAGĘSZCZACZ	=	SMAR
Mineralny, Syntetyczny, Roślinny		Mocznik aromatyczny (organiczny) Mydła alkaliczne (metaloorganiczne) Krzem, krzemian glinu (nieorganiczny)

Smar płynny::                       olej smarujący
Smar półstały:                      smar plastyczny
Smar stały:                            Grafit, MoS2, azotek boru, PTFE, itp.

Nie należy mylić smarów plastycznych z pastami smarowymi, które są tworzone poprzez mechaniczne rozpuszczenie dodatków i smarów stałych w oleju bazowym, bez tworzenia chemicznie jednorodnego układu trójwymiarowego.

Typy olejów bazowych smarów:

Do produkcji smarów najczęściej stosowane są oleje bazowe, które są podstawowym składnikiem i stanowią około 70-95% zawartości smarów. Wyróżniamy: oleje mineralne, oleje syntetyczne węglowodorowe PAO, oleje poliglikolowe PAG, syntetyczne estry, oleje silikonowe, tłuszcze roślinne i zwierzęce, etery polifenolowe, chlorofluorowęglowodory i inne.

Porównanie cech i właściwości olejów bazowych smarów:

	Rodzaj oleju:	Mineralny	Diester	Synt. Poliester	Synt. PAO	Poligliokolowy	fenyloeterowy	silikonowy	perfluorowy
Właściwości smarowe:	Smarowalność:	C	B	B	C	D	C	E	B
	Wysokie temperatury:	E	D	C	C	C	B	A	A
	Zakres temperatur:	-30÷130	-70÷160	-50÷160	-60÷160	-50÷150	-20÷200	-70÷200	-90÷300
	Stabilność, Utlenianie:	E	D	C	C	D	B	A	A
	Niskie temperatury:	D	A	B	B	C	C	A	A
	Kompatybilność z gumami:	D	E	E	B	A	C	A	A
	Kompatybilność z plastikami:	D	E	E	B	E	B	A	A
Uwagi:		Niski koszt początkowy zakupu	Słaba kompatybilność z gumami	Słaba kompatybilność z gumami	Dobra kompatybilność z gumami z wyjątkiem EPDM i gumy naturalnej	Dobra kompatybilność z gumami włącznie z EPDM i gumą naturalną	Doskonała odporność na promieniowanie	Słabe smarowanie na styku metal / metal	Najlepsza odporność chemiczna i termiczna. Wysoki koszt początkowy zakupu.
(A): Doskonałe,                        (B): Bardzo dobre,                   (C): Dobre,              (D): Dostateczne,                     (E): Słabe

• Oleje mineralne na bazie ropy naftowej – stanowią bazę dla większości tanich smarów serwisowych.
• Oleje syntetyczne PAO stosowane gdy konwencjonalne smary mineralne zawodzą. Dobre właściwości w niskich i wysokich temperaturach, niski moment obrotowy i współczynnik tarcia, dłuższa żywotność. Dobra kompatybilność plastik/guma z wyjątkiem EPDM.
• Oleje estrowe gwarantują doskonałą smarowalność. Bardzo szeroki zakres temperatur od bardzo niskich doba rdzo wysokich. Mogą reagować z gumami.
• Oleje poliglikolowe są polecane do aplikacji w kontakcie z gumami ze względu dobrą kompatybilność. Są higroskopijne, więc absorbują wodę.
• Oleje fenyloeterowe są polecane szczególnie do komponentów elektrycznych i samochodowych ze względu stabilność termiczną, oksydacyjną i odporność na promieniowanie.
• Oleje silikonowe posiadają doskonałą stabilność termiczną i oksydacyjną w bardzo szerokim zakresie temperatur. Słabe właściwości smarne metal/metal.
• Oleje perfluorowe gwarantuję najlepszą spośród wszystkich olejów stabilność termiczną, odporność chemiczną i oksydacyjną, ale są najdroższe. Optymalne dla sektora chemicznego, do wysokich temperatur, itp.
• Nie wszystkie oleje bazowe są wzajemnie mieszalne, m.in. z tego powodu również smary na bazie tych olejów nie są kompatybilne ze sobą.

Kompatybilność – mieszalność olejów bazowych smarów:

Typ oleju:	Mineralny	Syntetyczny węglowodorowy PAO	Estrowy	Poliglikolowy PAG	Metylo-Silikonowy	Fenylo-silikonowy	Polifenyloeterowy	Perfluorowy
Mineralny	+	+	+	-	-	0	+	-
Syntetyczny węglowodorowy PAO	+	+	+	-	-	-	+	-
Estrowy	+	+	+	0	-	0	+	-
Poliglikolowy PAG	-	-	0	+	-	-	-	-
Metylo-Silikonowy	-	-	-	-	+	0	-	-
Fenylo-silikonowy	0	-	+	-	0	+	+	-
Polifenyloeterowy	+	+	+	-	-	+	+	-
Perfluorowy	-	-	-	-	-	-	-	+
(+): Dobra,             (0): Dopuszczalna,             (-): Słaba

Kompatybilność olejów bazowych smarów z elastomerami:

Rodzaj oleju:	NBR	HNBR	FKM FPM	EPDM	ACM	AU	CR	NR	SBR	MFQ MPQ MVFQ
Mineralny	+	+	+	-	+	+	0	-	-	+
Synt. Polialfaolefinowe PAO	+	+	+	-	+	0	0	-	-	+
Estrowy	0	0	+	-	0	0	-	-	-	0
Poliglikolowy PAG	0	0	+	+	+	0	-	+	-	-
Sillikonowy	+	+	+	+	+	+	+	+	0	-
Perfluorowy	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
(+): Dobra,             (0): Dopuszczalna,             (-): Słaba

Kompatybilność olejów bazowych smarów z tworzywami sztucznymi:

Rodzaj oleju:	POM	PA	PE	PC	ABS	PTFE	PFT PBT	PP	PUR	PVC
Mineralny	+	+	0	-	+	+	0	+	0	+
Biały	+	+	0	+	+	+	+	+	0	+
Synt. Polialfaolefinowe PAO	+	+	0	+	+	+	+	+	+	+
Estrowy	+	+	0	-	-	+	-	0	-	-
Poliglikolowy PAG	+	+	+	+	0	+	-	0	-	-
Sillikonowy	0	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Perfluorowy	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
(+): Dobra,             (0): Dopuszczalna,             (-): Słaba

Dodatki stosowane w smarach:

Dodatki ulepszające smary są przedmiotem badań, które określają lepsze właściwości eksploatacyjne smarów jak i skutki uboczne wynikające z ich reakcji z innymi dodatkami i zanieczyszczeniami. Nie są stosowane przez producentów w dużych ilościach, ponieważ ich degradacja pod wpływem obciążeń doprowadza często do ogólnego starzenia i w efekcie skrócenia żywotności smaru.

Wśród tych dodatków możemy wyróżnić:

• dodatki anty-korozyjne: (neutralizujące kwasy)
• dodatki przeciw-zużyciowe: (tworzą trwałą warstwę smarną na powierzchniach metalowych)
• dodatki wysokociśnieniowe EP: (tworzą nowe wiązania poprzez reakcję z powierzchniami metalicznymi)
• dodatki przeciw-utleniające: (zmniejszają ilość kwasów poprzez absorpcję tlenu w oleju)
• Inhibitory korozji: (tworzą warstwę ochronną na powierzchniach metalicznych)
• dodatki polepszające wskaźnik lepkości oleju
• dodatki adhezyjne polepszające przyczepność smaru.
• Dodatki w postaci smarów stałych: (grafit, dwusiarczek molibdenu MoS2, politetrafluoroetylen PTFE, tetra-azotku boru, itp.). Dodatki te separują stykające się powierzchnie, zmniejszają współczynnik tarcia, zwiększają odporność na obciążenia, itp.

Zagęszczacz smaru:

Zagęszczacz pełni rolę tworzenia struktury sieciowej (gąbki), która wiąże fazę ciekłą i dodatki w jednolitą strukturę. Nadaje on smarom własności amortyzujące, utrzymuje smar w punkcie smarowym i zabezpiecza przez penetracją ciał obcych. W smarach plastycznych najczęściej stosowanym zagęszczaczem są mydła. Najczęściej są one wytwarzane z kwasów tłuszczowych i zasad, np.:

Kwas tłuszczowy + wodorotlenek / tlenek metalu = mydło + woda

R-COOH + MeOH => R-COO-Me + H20

Spośród zagęszczaczy wyróżnia się mydła proste, hydroksylowe i kompleksowe.
Mydła proste są to sole kwasów organicznych, żywicznych i naftenowych. Mydła hydroksylowe są to sole kwasów organicznych, zawierających w cząsteczce grupę hydroksylową (-OH). Mydła kompleksowe mają bardzo złożoną (kompleksową) strukturę cząsteczki zagęszczacza - Zawierają mydła co najmniej dwóch kwasów o różnej długości łańcucha: małocząsteczkowego np.:octowego i wielkocząsteczkowego np.: stearynowego.
Stosowane są również zagęszczające żele nieorganiczne np.: glinki bentonitowe, krzemionki, oraz stałe węglowodory np.: parafiny, woski, itp.

Klasyfikacja smarów plastycznych ze względu na rodzaj zagęszczacza:

Ze względu na rodzaj zagęszczacza wyróżniamy następujące smary:

• Smary mydlane, z mydłami prostymi i kompleksowymi: (litowe, kompleksowe litowe, wapniowe, kompleksowe wapniowe, glinowe, kompleksowe glinowe, na bazie kompleksu sulfonianu wapnia, sodowe, kompleksowe sodowe)
• Smary z mydłem mieszanym: (Li-Ca, Ca-Li kompleks, Polimocznikowe/wapniowe, kompleksowo glinowe/bentonitowe)
• Smary węglowodorowe: (wazelina)
• Smary z zagęszczaczem nieorganicznym (nietopliwe): (bentonitowe, krzemionkowe)
• Smary z zagęszczaczem polimerowym – organicznym: (polimocznikowe)

Smary polimocznikowe często określa się jako smary bez mydła (niemetaliczne) i ze względu na brak metali w zagęszczaczu wykazują znaczenie lepsze właściwości smarne, chemoodporność i dłuższą żywotność w wysokich temperaturach i w obecności wody.

Szczególnym rodzajem smarów niemetalicznych są smary fluorowe (teflonowe), PFPE na bazie oleju perfluoropolieterowego z zagęszczaczem teflonowym, które ze względu na proces tworzenia i skład można zaliczyć do past. Są one jednak szeroko stosowane jako smary łożyskowe do bardzo wysokich temperatur i pracy w agresywnym chemicznie środowisku. Ze względu na najwyższą chemoodporność i stabilność termiczną nawet do 300°C i kompatybilność z tworzywami i elastomerami są one najbardziej zaawansowanymi smarami często wybieranymi przez producentów na pierwszy montaż lub jako smar dożywotni.

Zdjęcia struktury włóknistej zagęszczaczy smarów z mikroskopu elektronowego. (smary Kyodo Yushi):

Mydło wapniowe (stearynian)	Mydło sodowe (stearynian)
Mydło litowe (stearynian)	Mydła litowe (hydroksystearynian)
Di-mocznik alifatyczny	PTFE

Właściwości smarów ze względu na rodzaj zagęszczacza (smary Kyodo Yushi):

Typ zagęszczacza				Maks.temp. pracy (°C)	Odporność na wodę:	Stabilność i obciążalność	Uwagi:
Zagęszczacz mydlany		Mydło metaliczne	Wapniowe (stearynian)	70	0	0	Zawiera 1% wody jako strukturalny stabilizator
			Wapniowe (Hydroksystearynian)	100	+	+	Nie zawiera wody
			Glinowe	80	+	-	Doskonała przyczepność
			Sodowe	120	-	0	Emulguje z wodą
			Litowe (stearynian)	130	+	+	Smar uniwersalny, mało ujemnych cech
			Litowe (Hydroksystearynian)	130	+	++	Smar uniwersalny, mało ujemnych cech
		Mydła złożone (kompleksowe)	Kompleks wapnia	150	+	+	Twardnieje z czasem i pod wpływem wysokich temperatur
			Kompleks glinu	150	++	++	Odpycha wodę, dobra pompowalność
			Kompleka litu	150	+	++	Smar litowy z lepszą odpornością termiczną
Zagęszczacz bez mydła	Mocznik	Di-mocznik	Aromatyczny di-mocznik	180	+++	+++	Najbardziej stabilny mocznik do aplikacji zamkniętych
			Alifatyczny di-mocznik	180	++	++	Wielozadaniowy, ulega zmięknieniu pod wpływem obciążenia, optymalny do układów centralnych
			Alicykliczny di-mocznik	180	++	++	Wielozadaniowy, ale niektóre mają tendencją do twardnienia pod wpływem obciążeń
		Tri-mocznik		180	+	0	Twardnieje w temperaturze
		Tetra-mocznik (polimocznik)		180	+	+	Tendencja do pocenia pod obciążeniem. Brak powtarzalności produkcji-niestabilny proces produkcji.
	Orga-niczny	Teraftalamian sodowy		180	+	+	Tendencja do separacji oleju bazowego. Podatny na utlenianie ze względu na grupę metalową
		PTFE		250	+++	+++	Najwydajniejszy, ale kosztowny.
	Nieorga-niczny	Bentonit		200	0	+	Zwęgla się w wysokich temperaturach w dłuższym okresie
		żel krzemionkowy		200	-	-	Podatny na rdzewienie w obecności wilgoci
(+++): Doskonałe;                   (++):Bardzo dobre;   (+): Dobre;   (0): Dostateczne; (-): Słabe

Wpływ zagęszczacza na właściwości smarów SMARMAX®:

Zagęszczacz	Zakres temp.pracy (°C)		Punkt kroplenia (°C) DIN ISO 2176	Odporność na wodę	Obciążalność	Zastosowanie:
	Olej min.	Olej synt.
Glin	-20÷70	-	120	B	C	Przekładnie, armatura (gaz koksowniczy)
Kompleks glinu	-30÷160	-60÷180	>230	B	B	Łożyska toczne, styki
Wapń	-30÷50	-	<100	A	B	Uszczelnienia labiryntowe w kontakcie z wodą
Kompleks wapnia	-30÷140	-60÷160	>245	A	A	Łożyska toczne, uszczelnienia (wysokie obroty, smar dołańcuchów
Lit	-30÷130	-60÷150	<200	B	C	Łożyska toczne, styki
Kompleks litu	-30÷160	-60÷180	240/300	B	B	Łożyska toczne, sprzęgła
Sód	-30÷100	-	<170	D	C	Przekładnie
Kompleks sodowy	-30÷150	-40÷160	>220	C	C	Łożyska toczne (wibracja, trybokorozja)
Bentonit	-40÷160	-60÷200	bez	B	C	Armatura (na bazie silikonu, do próżni wysokiej), przekładnie, styki
Kompleks barowy	-30÷160	-60÷180	>220	A	A	Łożyska toczne, uszczelnienia, wrzeciona, armatura, łożyska ślizgowe praca w obecności chemii i wody.
Polimocznik	-30÷160	-60÷200	>250	A	B	Łożyska toczne (smarowanie długoterminowe lub dożywotnie łożysk  2Z lub 2RS)
PTFE (politetrafluoroetylen)	-	-70÷300	bez	A	A	Łożyska toczne, armatura, praca w obecności agresywnej chemii, kompatybilny z gumami i tworzywami
(A):Bardzo dobra;   (B) Dobra;   (C):Dostateczne;   (D): Niedostateczna

Kompatybilność – mieszalność zagęszczaczy smarów:

W przypadku zmiany smaru na inny bardzo ważną rzeczą jest mieszalność zagęszczaczy smarów, która wpływa na właściwości i deklarowaną charakterystykę pracy smarów. Słaba mieszalność oznacza, że rezultat po zmieszaniu będzie zupełnie inny, niż oczekiwany odnośnie właściwości i charakterystyki smarów. W takim przypadku zaleca się wypchanie smaru starego i dodatkowo dosmarować węzeł łożyskowy nowym smarem, aby uzupełnić wszelkie braki nowym smarem.

W przypadku mieszania smarów trzeba wziąć pod uwagę zarówno kompatybilność olejów bazowych, jak i zagęszczaczy. Należy ponadto pamiętać, że niektóre dodatki mogą wpływać na stabilność struktury zagęszczacza.

Kompatybilność – mieszalność zagęszczaczy smarów:

Zagęszczacz:	Li prosty	Li hydroks.	Li kompl	Li/Ca hydroks	Ca prosty	Ca hydroks	Ca kompl	Al kompl.	Ba komp.	Na kompl	Pu	Be
Li prosty	+	+	+	+	+	+	-	-	-	-	-	-
Li hydroks.	+	+	+	+	-	+	-	-	-	-	-	-
Li kompleks	+	+	+	+	+	+	+	+	-	0	-	-
Li/Ca hydroks.	+	+	+	+	0	+	-	-	-	-	-	-
Ca prosty	+	0	+	0	+	+	0	-	-	-	-	+
Ca hydroks.	+	+	+	+	+	+	0	+	-	0	-	+
Ca kompleks	0	-	+	-	0	0	+	-	-	0	+	0
Al kompleks	-	-	+	-	-	+	-	+	-	-	-	-
Ba kompleks	-	-	-	-	-	-	-	-	+	-	-	-
Na kompleks	-	-	0	-	-	0	0	-	-	+	-	-
Polimocznik	-	-	0	-	-	-	+	-	-	-	+	-
Bentonit	0	-	-	-	+	+	0	-	-	-	-	+
(+): Dobra,    (0): Dopuszczalna,   (-): Słaba

Mieszalność – kompatybilność smarów Kyodo Yushi:

	Mydło wapniowe	Mydło glinowe	Mydło litowe	Mocznikowy
Mydło wapniowe:	+	0	0	+
Mydło glinowe:	0	+	-	0
Mydło litowe:	0	-	+	0
Mocznikowy:	+	0	0	+
(+): Dobra,   (0): Dopuszczalna,   (-): Słaba

Klasyfikacja smarów wg klasy konsystencji NLGI:

Konsystencja jest miarą sztywności/twardości smaru określaną poprzez stopień penetracji smaru. Konsystencja jest stopniowana zgodnie ze skalą opracowaną przez NLGI (National Lubricating Grease Institute). Opiera się ona na stopniu wniknięcia standardowego stożka w smar w temperaturze 25°C w czasie 5 sekund. Głębokość zagłębienia jest mierzona w skali 1/10 mm i im smar jest bardziej miękki tym stożek wnika głębiej w smar i niższy jest numer klasy konsystencji.

Klasyfikacja smarów według klasy konsystencji NLGI:

Klasa konsystencji wg NLGI:	Penetracja (10-1 mm) zgodnie z ASTM D 217	Wygląd w temperaturze otoczenia	Zastosowanie:
000	445 - 475	Bardzo płynny	Najczęściej do smarowania rzekładni lub w centralnym układzie smarowania
00	400 - 430	Płynny
0	355 - 385	Półpłynny
1	310 - 340	Bardzo miękki	Smarowanie łożysk tocznych i ślizgowych
2	265 - 295	Miękki
3	220 - 250	Średnio twardy
4	175 - 205	Twardy	Smar uszczelniający do uszczelnień labiryntowych i armatury
5	130 - 160	Bardzo twardy
6	85 - 115	Najbardziej twardy

Podstawowe metody oceny jakości smarów plastycznych:

Stabilność mechaniczna: Przedłużona penetracja (odporność na ścinanie). Próbka smaru jest umieszczana w pojemniku i przy użyciu automatycznego urządzenia poddawana 100.000 nacisków. Pod koniec testu jest mierzony stopień penetracji smaru. Różnica między penetracją zmierzoną po 60 naciskach i po 100.000 nacisków jest podawana jako zmiana w 10-1 mm.

Stabilność mechaniczna: Odporność na przepracowanie. Konsystencja smaru do łożysk tocznych nie powinna się zmieniać lub tylko zmieniać się nieznacznie podczas pracy łożyska. Zmiana w strukturze smaru (wielkość zmiękczenia lub stwardnienia) może być oceniona w następujący sposób. Cylindryczny zbiornik napełnia się określoną ilością smaru. Wewnątrz zbiornika jest umieszczana rolka i cały zestaw obraca się przez 2 godziny w temperaturze otoczenia zgodnie z normą ASTM D 1403. SKF zmodyfikował standardową procedurę badania, aby odzwierciedlić warunki pracy smaru. Przeprowadzane testy trwają 72 lub 100 godzin w temperaturze 80 lub 100°C. Pod koniec trwania testu pojemnik ochładza się do temperatury otoczenia i mierzy stopień penetracji smaru. Różnica między pierwotną penetracją i zmierzoną jest podawana jako zmiana penetracji w 10-1 mm.

Lepkość oleju bazowego. Olej bazowy jest to olej będący składnikiem smaru, i faktyczny środek smarujący podczas pracy. Lepkość jest miarą zdolności przepływu cieczy i jest zwykle wyrażana jako czas potrzebny aby standardowa ilość cieczy, w danej temperaturze, przepłynęła przez standardowy otwór. Ponieważ lepkość spada ze wzrostem temperatury, temperatura pomiaru jest zawsze stała. Lepkość oleju bazowego jest zawsze mierzona jako lepkość kinematyczna i wyrażana w cSt, w temperaturze 40°C, a często także 100°C.

Punkt kroplenia. Punkt kroplenia oznacza temperaturę, przy której podgrzewana próbka smaru zacznie wypływać przez otwór wyjściowy i jest mierzona zgodnie z normą DIN ISO 2176. Punkt kroplenia nie oznacza dopuszczalnej temperatury pracy smaru.

Punkt topienia. Punkt topienia oznacza temperaturę, w której smar przechodzi ze stanu stałego w ciekły. Zwykle odbywa się to w wyższej temperaturze niż punkt kroplenia.

Oddzielanie oleju / Separacja oleju. Olej może wydzielać się ze smaru, gdy smar jest długo przechowywany lub na skutek działania temperatury. Stopień oddzielania oleju zależy od rodzaju zagęszczacza, oleju bazowego i metody produkcji. Pojemnik jest napełniany określoną ilością smaru (pomiar przed testem) i obciążnik o masie 100 g jest umieszczany na próbce. Cały zestaw jest wkładany do pieca o temperaturze 40°C na okres jednego tygodnia. Pod koniec tygodnia ilość oleju, która przeszła przez sito jest ważona i podawana jako utrata wagi w %. Ilość oddzielonego oleju jest mierzona zgodnie z normą DIN 51817.

Odporność na działanie wody. Odporność smaru na działanie wody jest mierzona zgodnie z normą DIN 51807 część 1 (test statyczny). Szklany pasek jest otaczany badanym smarem i umieszczany w wypełnionej wodą probówce. Probówka jest zanurzana w kąpieli wodnej na trzy godziny w określonej temperaturze. Zmiana w smarze jest oceniana wizualnie i określana jako wielkość między 0 (bez zmian) i 3 (duże zmiany) w temperaturze badania.

Ochrona przed korozją. Smary powinny chronić powierzchnie metalowe przed korozją podczas pracy. Własności przeciwkorozyjne smarów do łożysk tocznych są oceniane za pomocą metody SKF-Emcor, opisanej w normie DIN 51802. W tej metodzie badawczej w łożysku znajduje się mieszanina smaru i wody destylowanej. Cykl pracy łożyska zmienia się podczas testu od zatrzymania do prędkości obrotowej 80 obr/min. Pod koniec badania stopień korozji jest oceniany według skali między 0 (brak korozji) i 5 (bardzo duża korozja). W ostrzejszej metodzie zamiast wody destylowanej używa się wody z solą, pozostałe czynności są bez zmian. Może być przeprowadzony dodatkowy test polegający na ciągłym przepływie wody przez węzeł łożyskowy. Ta metoda badawcza nosi nazwę testu wymywania za pomocą wody destylowanej. Sposób oceny jest identyczny jak w metodzie standardowej. Jednakże ta metoda nakłada na smar większe wymagania na własności przeciwkorozyjne.

Długość życia smaru w łożyskach tocznych. Urządzenie testowe SKF ROF określa długość życia i maksymalną temperaturę pracy smaru. Łożyska kulkowe są umieszczane w pięciu oprawach i napełniane określoną ilością smaru. Test jest przeprowadzany przy

określonej prędkości łożyska i w określonej temperaturze. Podczas pracy jest przyłożona zarówno siła promieniowa jak i osiowa. Łożysko pracuje aż do uszkodzenia. Czas pracy do momentu uszkodzenia jest liczony w godzinach i obliczana jest długość życia smaru (metoda Weibulla). Ta informacja może być potem używana do określania okresów dosmarowywania w danym zastosowaniu.

Stabilność mechaniczna: Przedłużona penetracja (odporność na ścinanie)
Próbka smaru jest umieszczana w pojemniku i przy użyciu automatycznego urządzenia poddawana 100.000 nacisków. Pod koniec testu jest mierzony stopień penetracji smaru. Różnica między penetracją zmierzoną po 60 naciskach i po 100.000 nacisków jest podawana jako zmiana w 10-1 mm.

Stabilność mechaniczna: Odporność na przepracowanie. Konsystencja smaru do łożysk tocznych nie powinna się zmieniać lub tylko zmieniać się nieznacznie podczas pracy łożyska. Zmiana w strukturze smaru (wielkość zmiękczenia lub stwardnienia) może być oceniona w następujący sposób. Cylindryczny zbiornik napełnia się określoną ilością smaru. Wewnątrz zbiornika jest umieszczana rolka i cały zestaw obraca się przez 2 godziny w temperaturze otoczenia zgodnie z normą ASTM D 1403. SKF zmodyfikował standardową procedurę badania, aby odzwierciedlić warunki pracy smaru. Przeprowadzane testy trwają 72 lub 100 godzin w temperaturze 80 lub 100°C. Pod koniec trwania testu pojemnik ochładza się do temperatury otoczenia i mierzy stopień penetracji smaru. Różnica między pierwotną penetracją i zmierzoną jest podawana jako zmiana penetracji w 10-1 mm.

Moment rozruchowy w ujemnej temperaturze. W tym teście małe łożysko kulkowe załadowane badanym smarem jest zamontowane na urządzeniu pozwalającym mierzyć moment rozruchowy w komorze klimatycznej. Po 2 godzinach w określonej niskiej temperaturze mierzy się moment rozruchowy, a następnie powtarza się pomiar po 1 godzinie. Różnica tych pomiarów jest miarą przydatności smaru do zastosowań w ujemnej temperaturze.

Aparat 4-kulowy – właściwości przeciwzużyciowe. W tym teście 3 stalowe kulki umieszczone w naczyniu zawierające smar, który ma zostać poddany próbie, są unieruchamiane i dociskane ze zmienną siłą czwartą kulką, umieszczoną w uchwycie zamontowanym na wałku silnika elektrycznego. Określa się ciężar przy zespawaniu kulek i średnicę skazy. Im mniejsza średnica skazy zatarcia i mniejszy współczynnik tarcia, tym lepsze właściwości przeciwzużciowe smaru.

Współczynnik obrotowy DN jest wyznaczany jako iloczyn średniej średnicy łożyska (dm)=(D+d)/2 w milimetrach i maksymalnych obrotów (n) [min-1] wg wzoru: DN=n·dm. Wyznacza się go przy doborze smaru do łożysk tocznych. Dodatkowo bierzemy pod uwagę typ łożyska, sposób smarowania oraz warunki pracy.

Maszyna Timkena. W teście pierścień stalowy obraca się wokół poziomo ustawionego wałka trąc o opierający się na nim stalowy blok. Nacisk bloku jest określony i może być zmienny. Badany smar jest natryskiwany w miejscu styku. Testy są przeprowadzane przy stałej prędkości i rosnącym obciążeniu. Określa się obciążenia przy zatarciu i ubetek mas smarowanych elementów.

Odporność na zjawisko efekt Brinella (FEB). Zjawisko Brinella polega na powstawaniu na bieżniach łożysk kulkowych odcisków, spowodowanych naciskiem nieruchomych kulek. (np.: łożyska kół samochodowych, elektrowni wiatrowych). W specjalnym aparacie dwa nasmarowane łożyska kulkowe SA poddawane obciążeniu 800daN przy oscylacji 30 i częstotliwości 24 Hz). Po 50 godzinach zużycie w wyniku efektu Brinella określa się wagowo.

Porównanie międzynarodowych metod badań smarów:

Standard Badanie:	ISO	DIN	IP	ASTM	JIS	NF	Preferowana metoda Kyodo Yushi:
Penetracja wypracowana 60cykli	2137		50	D 217	K-2220 7	T-60 132	JIS K-2220 7
Wydłużona penetracja  100.000 cykli	2137		50	D 217	K-2220 7	T-60 132	JIS K-2220 7
Roll Stability				D 1831			ASTM D 1831
Punkt kroplenia -automat	2176	396					ISO 2176
-blok	6299			D 2265¹
-kąpiel	2176		132¹	D 566¹	K-2220 8	T-60 102	JIS K-2220 8
Separacja oleju -ważona		51817	121¹
-ważona							FTMS 791C - 321
-ciśnieniowa				D 1742
Lepkość oleju bazowego:	3104	51562	71	D 445	K-2283	T-60 100	JIS K-2283
Odporność na działanie wody: -Statyczne		51807/1					DIN 51807/1
-Wymywanie	11009	51807/2	215	D 1264	K-2220 16		JIS K-2220 16
Korozja płytki miedzi:	2160	51759	154	D 130	K-2220 9	M-07 015	JIS K-2220 9
Aparat 4-kulowy: -zespawanie	110082	51350/4	2392	D 25962			ASTM D 2596
-średnica odcisku		51350/5	2392	D 22662			ASTM D 2266
Emcor-test antykorozyjności:	11007	51802	220			T-60 135	IP220 / ISO 11007
Anti-brinelling:				D 4170			ASTM D 4170
Granica niskich temperatur:	13737		186
				D 1478	K2220 18		JIS K2220 18
Uwaga: Wszystkie metody są równoważne o ile nie wskazano inaczej. 1 Metoda porównywalna, wyniki mogą nie być równoważne, więc należy potwierdzić referencje sprzętu i nr serii przed końcowym wynikiem. 2 Testy w aparacie 4-kulowym nie są równoważne i nie powinno się ich porównywać, różnica polega różnej prędkości obrotowej urządzenia.

Zastosowanie smarów plastycznych:

Smary plastyczne są stosowane w przypadkach, gdy zastosowanie olejów jest nieuzasadnione względami technicznymi lub ekonomicznymi.

Smary są stosowane m.in. do: łożysk tocznych, łożysk ślizgowych, łożysk liniowych, śrub kulkowych, wrzecion, połączeń wał/piasta, sworzni, przegubów, przegubów homokinetycznych, prowadnic, armatury, uszczelnień, sprężyn, przekładni, gwintów, śrub, łańcuchów, lin, wyłączników, połączeń metal/plastik, plastik/guma, metal/guma, itp.

Smary odgrywają dużą rolę w wielu częściach maszyn i zespołach konstrukcyjnych maszyn, przy czym są im stawiane różne wymogi, do których zaliczamy m.in.: kompatybilność z uszczelnieniami i materiałami smarowanymi, obciążalność (wibracje, udarność, naciski), redukcja tarcia, stabilność termiczna, odporność chemiczna na media, ochrona przed korozją, odporność na utlenianie, przyczepność i odporność na działanie wody, możliwość pracy w próżni, przewodność elektryczna lub termiczna oraz możliwość dozowania (ręczne-okresowe lub w systemie centralnym).

Klasyfikacja smarów plastycznych ze względu na przeznaczenie wg ISO 6743/9

Budowa symbolu smaru plastycznego wg zasad ISO 6743/9:1987

Symbol klasyfikacji	Klasa środki smarne	Rodzina smary	Najniższa temperatura pracy	Najwyższa temperatura pracy	Odporność na działanie wody i ochrona przeciwrdzewna	Odporność na obciążenia	Konsystencja
ISO –	– L –	X	symbol 1	symbol 2	symbol 3	symbol 4	Klasa wg NLGI

Kolejne elementy symbolu smaru:	Znaczenie danego elementu symbolu:
X	Ogólny symbol smaru
A ÷ E (Symbol 1)	Minimalna temperatura stosowania: A (0 °C), B (–20 °C), C (–30 °C), D (–40 °C), E (poniżej –40 °C).
A ÷ G (Symbol 2)	Maksymalna temperatura stosowania: A (60°C), B (90°C), C (120 °C), D (140 °C), E(160 °C), F (180 °C), G (>180 °C).
A ÷ I (Symbol 3)	Zdolność smaru do pracy w obecności wody i ochrony przed korozją, wg tabeli poniżej:
A ÷ B (Symbol 4)	Element opisujący zdolność do przenoszenia obciążeń: A – do zastosowań nie wymagających stosowania dodatków EP, B – do zastosowań wymagających stosowania dodatków EP
000 ÷ 6	Symbol klasy konsystencji NLGI

Sposób wyznaczania Symbolu 3:

Symbol 3	Warunki środowiska	Ochrona przed rdzewieniem	Wyjaśnienie:
A	L	L	warunki środowiska: L – suche, M – wilgotne, H – wymywanie wodą; ochrona przed rdzewieniem: L – bez ochrony, M – ochrona w obecności wody słodkiej, H – ochrona w obecności wody morskiej.
B	L	M
C	L	H
D	M	L
E	M	M
F	M	H
G	H	L
H	H	M
I	H	H

Przykład:

Klasa ISO-L-XCFB-2 jest przypisana dla smaru plastycznego, odznaczającego się następującymi właściwościami eksploatacyjnymi:

• (symbol 1): najniższa temperatura pracy: –30°C;
• (symbol 2): najwyższa temperatura pracy: +180°C;
• (symbol 3): praca w środowisku wilgotnym, jest wymagana ochrona przed rdzewieniem w obecności wody morskiej;
• (symbol 4) warunki obciążeń: do dużych obciążeń, wymagane właściwości EP;
• klasa konsystencji wg NLGI = 2

Temu samemu smarowi plastycznemu może odpowiadać tylko jeden symbol i klasa. Z tego względu należy podawać symbol odpowiadający najostrzejszym warunkom pracy, w których smar może pracować.

Porównanie smarów i olejów smarujących: Zalety i wady:

	Smary plastyczne:	Oleje smarujące:
Dozowanie:	Dozowanie smaru co pewien wydłużony czas w uszczelnionych łożyskach. (dłuższe pozostawanie w miejscu tarcia/styku)	Wymaga urządzenia dozującego olej – smarowanie ciągłe (kropelkowe, rozbryzgowe, recyrkulacyjne)
Zużycie:	Można zredukować do wymaganego minimum.	Wymagana znacząca ilość.
System smarowania:	Prosty	Złożony
Możliwość wycieków, nieszczelności:	Mało prawdopodobne przy zastosowaniu tradycyjnych uszczelnień. Dobre właściwości uszczelniające.	Możliwe, jeśli system uszczelnień jest niewłaściwy lub przeciążony - ryzyko wycieków.
Zastosowanie do dużych prędkości:	Ograniczone	Tak
Usuwanie zanieczyszczeń:	Nie	Ciągłe usuwanie zanieczyszczeń poprzez filtrację i wirowanie.
Zdolność odprowadzenia ciepła:	Brak /Ograniczone	Właściwości chłodzące
Tarcie wewnętrzne i opory przepływu:	Ogólnie wyższe, ale redukcję momentu obrotowego można osiągnąć poprzez tunel smarowy w łożysku tocznym.	Ogólnie niska
Obciążalność, wibracje:	Bardzo dobra	Ograniczona
Praca w wilgotnym środowisku bez ryzyka korozji:	Tak	Ograniczona
Zakres temperatury pracy:	-73 do 300	-90 do 200

Sposób doboru smarów plastycznych w zależności od zastosowań:

Zastosowanie smaru – dobór smaru plastycznego do urządzenia wymaga uwzględnienia wielu czynników:

• Konstrukcję punktu tarcia – miejsce zastosowania
• Obciążenia (przedział zmienności, kierunek, czas trwania, częstotliwość, wibracje, uderzenia)
• Prędkość
• Zakres temperatury pracy
• Częstotliwość uruchamiania urządzenia
• Wymaganą niezawodność
• Precyzję wykonania, np.: możliwą niewspółosiowość
• Sposób dozowania smaru
• Środowisko pracy: (kontakt z wodą, zapyleniem kurzem, media agresywne płynne lub gazowe, korozyjne środowisko)
• Rodzaj materiału uszczelnień
• Rodzaj materiałów smarowanych
• Zakładany czas pracy do wymiany
• Wymagania specjalne (przemysł spożywczy, farmaceutyczny, górniczy)

Dobór smaru do łożysk tocznych:

Okres pracy smaru w urządzeniu jest bardzo zróżnicowany. Może wahać się od 100 godzin aż do całego okresu pracy maszyny „dożywotnio” (for life). Czas użytkowania smaru zależy m.in. od warunków pracy, jakości smaru, konstrukcji punktu tarcia, prędkości, obciążeń i drgań punktu smarowanego, temperatury pracy, kontaktu z wodą, zanieczyszczeń zewnętrznych.

Aby odpowiednio dobrać smar do łożyska tocznego należy określić warunki pracy łożyska, jego podstawowe cechy konstrukcyjne i warunki eksploatacji (średnie obciążenie, współczynnik obrotów DN, prędkość obwodową łożyska, czynniki atmosferyczne, zakres temperatury pracy i inne).

Współczynnik obrotowy DN jest wyznaczany jako iloczyn maksymalnych obrotów (n) [min-1] i średniej średnicy łożyska (dm)=(D+d)/2 [mm] wg wzoru:  DN = n•dm. [n·mm]. Jest powiązany z lepkości oleju bazowego w maksymalnej temperaturze stosowania.

Wg SKF średni podstawowy czas pracy (L10) wyrażany w milionach obrotów obliczamy wg wzoru: L10 = (C)p / P
Gdzie:
C - podstawowe obciążenie łożyska, P - równoważne obciążenie łożyska, p – wykładnik;
(p=3 dla łożysk kulkowych, p=2 dla łożysk ślizgowych.)

Istnieją również nomogramy pozwalające na wyznaczenie maksymalnego czasu pracy łożysk kulkowych i ślizgowych. W przypadku łożysk tocznych często występującym problemem jest ustalenie okresu wymiany smaru (tf).

W praktyce, okres wymiany dla normalnych warunków pracy smaru, w temperaturze poniżej <70°C i stosunku P/C < 0,1 może być wyznaczony w godzinach [h], na podstawie poniższego wykresu:

Współczynnik kf niezbędny do tego celu podano w tabeli poniżej:

Typ łożyska:	Charakterystyka łożyska	Wartość współczynnika kf
Łożysko kulkowe	Jednorzędowe	0,9…1,1
	Dwurzędowe	1,5
Łożysko poprzecznowzdłużne (kątowe)	Jednorzędowe	1,6
	Dwurzędowe	2
Łożysko wrzecion	α= 15°	0,75
	α= 25°	0,9
Łożysko czteropunktowe		1,6
Łożysko kulkowe, wahliwe (samonastawne)		1,3…1,6
Łożysko oporowe, kulkowe		5…6
Łożysko oporowe, poprzeczno-wzdłużne (kątowe)	Dwurzedowe	1,4
Łożyska wałeczkowe	Jednorzędowe	3…3,5a)
	Dwurzędowe	3,5
	Łożyska kompletne	25
Łożysko oporowe, wałeczkowe		90
Łożysko wałeczkowe, igiełkowe		3,5
Łożysko stożkowe		4
Łożysko wałeczkowe, baryłkowe		10
Sferyczne łożysko wałeczkowe bez rowka prowadzącego		7…9
Sferyczne łożysko wałeczkowe ze środkowym rowkiem prowadzącym		9…1
kf=2 w przypadku nacisku promieniowego lub zmiennego kf=3 w przypadku stałego kierunku działania nacisku

Wyznaczony na tej podstawie okres wymiany smaru tf powinien być skorygowany do wartości tfq
wg wzoru: tfq=f1•f2•f3•f4•f5•tf poprzez uwzględnienie współczynników f1, f2, f3, f4, f5, których wartości podano w tabeli:

Współczynniki korygujące okres wymiany smaru w łożysku:

Czynniki wpływające na współczynniki korekcyjne:		Współczynniki do wzoru na tfq
Czynniki zanieczyszczające łożysko f1:	Umiarkowane	0,7…0,9
	Duże	0,4…0,7
	Bardzo duże	0,1…0,4
Obciążenia szokowe i wibracje f2:	Umiarkowane	0,7…0,9
	Duże	0,4…0,7
	Bardzo duże	0,1…0,4
Temperatura pracy łożyska f3:	Umiarkowana (<75°C)	0,7…0,9
	Wysoka (75÷85°C)	0,4…0,7
	Bardzo wysoka (85÷120°C)	0,1…0,4
Obciążenie łożyska f4:	P/C = 0,1÷0,15	0,7…1,0
	P/C = 0,15÷0,25	0,4…0,7
	P/C = 0,25÷0,35	0,1…0,4
Efekt przepływu powietrza przez łożysko f5:	Lekki przepływ	0,5…0,7
	Silny przepływ	0,1…0,5

Częstą przyczyną nadmiernego grzania lub nawet uszkodzenia łożyska, jest wprowadzenie zbyt dużej ilości smaru. W przypadku łożyska uszczelnionego, przyczyną uszkodzenia jest blokowanie obrotu elementów tocznych przez zbyt dużą ilość smaru. Następuje znaczne zwiększenie udziału tarcia ślizgowego, co powoduje wzrost zużycia i wydzielania ciepła. Łożysko się rozgrzewa, aż do przekroczenia temperatury kroplenia smaru. Następuje wyciek smaru; brak smarowania, co pociąga za sobą przyśpieszone zużycie powierzchni skojarzeń trących. Proces ma charakter sprzężenia zwrotnego.

W przypadku nowego, dotychczas nie smarowanego łożyska, przyjmuje się, że smar powinien zapełniać 30…50% wewnętrznej, swobodnej przestrzeni łożyska, obliczanej wg wzoru:

V = (Π/4) • B • (D2 – d2) • 10–9 – (G/7800) [m3]

gdzie: d – wewnętrzna średnica łożyska, [mm], D – zewnętrzna średnica łożyska, [mm], B – szerokość łożyska, [mm], G – waga łożyska, [kg].

Zarówno niedostateczne jak i nadmierne napełnienie łożyska smarem niekorzystnie wpływa na trwałość łożyska. Napełnienie niewystarczające jest mniej szkodliwe. W skrajnych przypadkach, gdy Dn >1.000.000, jest zalecane napełnianie łożyska ilością smaru, niewystarczającą do wytworzenia ciągłej warstwy pomiędzy elementami tocznymi i bieżnią łożyska.

Najczęściej ilość smaru uzupełniana w łożysku może być obliczona na podstawie jednego z poniższych wzorów:

Ilość smaru (m1) uzupełniana w łożysku okresowo, w trakcie eksploatacji: m1 = D • B • x [g] gdzie x przyjmuje wartość: tygodniowo x = 0,002 miesięcznie x = 0,003 rocznie x = 0,004

Ilość smaru (m2) do przesmarowania dla bardzo krótkich okresów międzyobsługowych: m2 = (0,5…20) • V [kg/h],

Ilość smaru (m3) do przesmarowania przed ponownym uruchomieniem łożyska, po kilku latach postoju : m3 = D • B • 0,01 [g]

W przypadku, gdy jest możliwe odprowadzenie smaru przez szczelinę w uszczelnieniu, całkowite zapełnienie łożyska może być korzystne. Wówczas smar uszczelnia szczelinę pomiędzy wałem i obudową, co zabezpiecza samo łożysko przed zanieczyszczeniem.

***********

Drogi Czytelniku.

• Jeśli czytając ten artykuł masz jakieś pytania w zakresie trybo technicznym,
• Jeśli potrzebujesz pomocy w doborze odpowiedniego smaru,
• Jeśli Twój smar, który obecnie stosujesz nie do końca spełnia Twoje oczekiwania,
• Jeżeli szukasz obniżenia kosztów smarowania,
• Jeśli lub chcesz wyeliminować awarie i wydłużyć żywotność smarowanego urządzenia,
• Jeżeli szukasz najbardziej odpowiedniego smaru do zastosowania w Twoim urządzeniu,

to chętnie pomożemy i nawiążemy współpracę.

10 rzeczy, które Tobie gwarantujemy:

1)  Bezpłatne doradztwo techniczne
2)  Współudział w projektowaniu inżynieryjnym urządzeń,
3)  Badania i testy w najlepszym laboratorium na świecie,
4)  Niezawodne produkty najwyższej jakości,
5)  Obniżenie twoich kosztów poprzez dobranie właściwego smaru
oraz określenie optymalnego okresu pracy i dosmarowania łożysk,
6)  Monitoring zużycia smaru w laboratorium,
7)  Szkolenia pracowników,
8)  Niezawodną obsługę,
9)  Terminową dostawę,
10) 100% satysfakcji

Życzę samych najlepszych decyzji

i zapraszam do współpracy

dr inż. Rafał Rogalewicz
Szef Doradców MCPOLSKA.PL

Zadzwoń teraz: Tel: 61 822 65 61 lub napisz: biuro@mcpolska.pl