Сравнивая преимущества и недостатки различных типов редукторов, можно сказать, что червячные являются наиболее проблемными. Причина данного суждения кроется в высоком трении, возникающем в зоне контакта червячного вала и червячного колеса, что негативно влияет как на срок службы механизма, так и на КПД привода в целом. К примеру, у червячного редуктора с передаточным отношением 1:100, КПД, в среднем, будет равняться 0.5, что означает 50% потерю мощности, которая уходит в тепловую энергию. Высокие температуры, более 100 оС, приводят к тому, что зубья червячного колеса начинают деформироваться и образовывать задиры, что в свою очередь приводит к поломке редуктора. Для отведения тепла из внутренней полости на корпусе редуктора предусмотрены специальные ребра, которые выполняют роль радиаторов охлаждения. Также, в качестве жидкой смазки используются вязкие теплоемкие редукторные масла, содержащие в своем составе пакет присадок для снижения задирообразования и исключения возникновения зоны сухого трения (когда между червячным колесом и валом отсутствует смазка).
Приобретая червячный редуктор, мало кто задумывается о том, какое масло заливает завод-изготовитель, да и продавцы обычно не акцентируют на этом внимание. Вопрос о том, какую смазку лучше заливать в червячный редуктор встает, когда приходит время его сервисного обслуживания, обычно это каждые 5-7 тыс. часов работы привода.
На сегодняшний день наиболее распространенными являются синтетические масла на основе полиалкиленгликоля (PAG) или полиальфаолефина (PAO), а также минеральные масла.
Отличие минерального масла от синтетического в том, что первое делают непосредственно из нефти, синтетическое же делают из синтезированного этилена, который тоже является производным нефтепродуктов, но имеющим более однородные молекулы и почти полное отсутствие вредных примесей, что делает его более стабильным и чистым.
В интернете часто упоминается, что масла на основе полиалкиленгликоля (PAG), являются предпочтительными из-за наилучшей смазывающей способности. Как именно работает данная смазка и какие преимущества она имеет перед синтетическими полиальфаолефиновыми (PAO) или минеральными маслами?
Есть несколько причин, по которым PAG работает лучше при определенных условиях, чем минеральное масло с теми же характеристиками вязкости, или синтетическое PAO.
1) Редукторные масла на основе PAG являются высоко полярными. Дополнительное поверхностное сродство обеспечивает высокую адгезию (налипание) масла на поверхность металла. Это позволяет получить низкие коэффициенты трения, ниже чем у масел PAO или минеральных. Масла на основе PAO вообще характеризуются низкой полярностью, что является одним из главных недостатков смазки данного типа.
2) Исключительная нагрузочная способность данного типа масел обуславливается оптимальным соотношением между давлением, воздействующим на масляную пленку в области пятна контакта, и толщиной этой пленки. Простыми словами, масляная пленка PAG не выдавливается из зоны контакта трущихся частей механизма, что исключает возникновение зоны сухого трения.
3) Полиалкиленгликолевые масла растворяют в себе продукты термического распада, окисления и полимеризации, а значит не создают нагара на деталях механизма и имеют отличную моющую способность.
4) Нейтральны к резине в отличие от полиальфаолефинов. Это очень важный момент, т.к. на червячных редукторах в качестве уплотнений корпуса и сальников на валах часто устанавливаются армированные резиновые манжеты.
5) Синтетические масла PAG имеют широкий диапазон климатики и могут работать как в экстремально низких, так и экстремально высоких температурах. Если сравнивать PAG, PAO и минеральные масла с одинаковой вязкостью (для примера возьмем смазки марки Total), то мы увидим, что температура застывания у масла PAO ниже всех, это обусловлено тем, что оно изготавливается из попутного нефтяного газа, который в своем составе имеет легкие фракции, что позволяет данной смазке не застывать даже на сильном морозе. Данное свойство высоко оценили авиаторы, при эксплуатации самолетов на больших высотах, где температура опускается сильно ниже 0оС.
Что касается червячных редукторов, работающих в основном в закрытых помещениях, гораздо более важным показателем является вязкость масла. Класс вязкости, в соответствии со стандартами ISO, показывает кинематическую вязкость масла при 40оС, но, как мы уже знаем при работе червячного редуктора из-за трения возникают температуры гораздо выше. В моменты динамических перегрузок температура в зоне контакта может достигать 100 – 140оС. При высоких температурах масло имеет свойство разжижаться, соответственно вязкость будет падать, что будет негативно влиять на трение механизма. Наилучшие свойства вязкости при высоких температурах имеют PAG масла, их индекс вязкости (показывает влияние температур на вязкость) будет наибольшим. Простыми словами, вязкость PAG масел меньше PAO и минеральных зависит от температуры.
По данным Noria Corporation, при проведении анализа толщины масляной пленки различных типов смазок выяснилось, что при температуре менее 80оC минеральное масло дает более толстые пленки, чем смазка PAO, а при температуре менее 57оC минеральное масло дает более толстые пленки, чем смазка PAG. В диапазоне температур от 70 до 90 оC разница в толщине пленки минеральных и ПАО смазок составляет всего 5 процентов. В этом же диапазоне температур смазка PAG дает более толстые пленки в диапазоне от 16 до 37 процентов толще минерального масла.
Очевидно, что более толстые масляные пленки способствует снижению износа и повышению эксплуатационных характеристик редуктора в несколько раз.
Подводя итог всему вышесказанному, стоит отметить, что наилучшим выбором для ответственных червячных передач, которые работают в тяжелых условиях и при высоких температурах, стоит однозначно выбирать масла на основе PAG, либо PAO. Однако, если есть необходимость сэкономить, то можно использовать минеральные масла, экономия при этом может составить до 400%.
