رفتن به مطلب

مقدمه ای بر روانکاری و روانکارها


ارسال های توصیه شده

مقدمه ای بر روانکاری و روانکارها

 

1. روانکاری

 

روانکاری علم تسهیل حرکت نسبی سطوح در تماس با یکدیگر است .این علم به عنوان یکی از رشته های بسیار مهم در علوم مهندسی شناخته می شود، به طوریکه موفقیت بسیاری از طرح های صنعتی در گرو آگاهی از این دانش فنی خواهد بود.امروزه توسعه صنعت روانکار یک بخش مهم از توسعه صنایع ماشینی و صنایع مربوط به آن شده است.علاوه بر این، با مطرح شدن بحث های جدیدی چون بهینه سازی مصرف و حفظ منابع تجدید ناپذیر و همچنین رعایت الزامات زیست محیطی، مطالعه بر روی روانکارها جایگاه خاصی در بین علوم پیدا کرده است.

برای جلوگیری از فرسایش و از کار افتادگی زودرس ماشین آلات صنعتی و همچنین دسترسی به بیشترین بازده مکانیکی در حداقل زمان یک برنامه روانکاری مناسب جزء مهمترین شرایط مورد نیاز خواهد بود.در قرن حاضر برنامه روانکاری مناسب،یک برنامه روانکاری پایدار است که شاید کمی با تعاریف روانکاری قدیمی متفاوت باشد.

نوع روانکار،مقدار،زمان و مکان مناسب ،چهار عامل مهم در عمل روانکاری هستند که امروزه برای یک روانکاری موفق علاوه بر آنها بایدهزینه های نگهداری، تعمیرات، عملیات (هزینه سوخت،استهلاک و ...) و رعایت قوانین و الزامات زیست محیطی را نیز در نظر گرفت. آمار نشان می دهدتنها با یک افزایش 1 یا 2 درصدی در هزینه برای یک روانکاری بهتر می توان حدود 15% از هزینه های اضافی یک خودرو را کاهش داد. ضمن اینکه استفاده از یک روانکار مناسب فاصله زمانی تعویض روغن برای یک خودرو را زیاد می کند که این مسأله به حفظ محیط زیست و در نهایت حفظ منابع تجدید ناپذیر نیز کمک می کند و لذا این مسأله خود بیانگر اهمیت دانش فنی روانکارهاست. درست است که در روانکاری علاوه بر کیفیت، هزینه های مصرفی را نیز باید در نظر گرفت اما شعار شرکت های بزرگ تولید کننده روانکار، انتخاب بهترین به جای ارزانترین است. در اکثر موارد هزینه ای که باید برای تعمیرات قطعات مستهلک که ناشی از استفاده روانکار نامناسب است، بپردازیم بسیار بیشتر از هزینه ای است که می توانستیم برای یک روانکار گرانتر ولی بهتر در نظر بگیریم.

به طور کلی به لایه های گاز، مایع و یا جامد که میان دو سطح قرار می گیرند و یکنواختی حرکت یک سطح بر روی دیگری را بهبود می بخشند و از ایجاد آسیب بر روی سطوح جلوگیری می کنند، روانکار گویند.

علاوه بر کنترل و کاهش اصطکاک و سایش بین دو سطح که جزء وظایف اصلی یک روانکار است، یک روان کننده وظایف دیگری نیز دارد که عبارتند از:

 

  • جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی سطح فلزات
  • پاک کنندگی سطوح و تعلیق ذرات ناخالص و جلوگیری از رسوب آنها برروی قطعات سیستم
  • انتقال قدرت و انرژی هیدرولیکی
  • آب بندی سیستم و...

روانکارها کاربرد های بسیار مهمی در موتورهای احتراق داخلی، وسایل نقلیه، چرخ دنده های صنعتی، کمپرسورها، توربین ها، سیستم های هیدرولیک و... دارند.90% از روانکارهای مصرفی را روغن های روانکار تشکیل می دهند که در بین آنها روغن های خودرو بیشترین مصرف را دارند.

لینک به دیدگاه

2. تقسیم بندی انواع روانکارها

 

روانکارها را در یک نگاه کلی می توان به دو دسته بزرگ روانکارهای خودرو و روانکارهای صنعتی تقسیم کرد. روانکارهای صنعتی نیز به دودسته عمده روغن های صنعتی و روانکارهای مخصوص دیگر مثل گریس ها، روانکار های فلز کاری و روانکار های جامد تقسیم می شوند.

البته می توان روانکار ها را از نظر نوع حالت نیز طبقه بندی کرد. روانکار ها از نظر حالت به چهار دسته روان کننده های گازی، روان کننده های مایع، گریس ها و روان کننده های جامد تقسیم کرد.

 

 

الف - روانکارهای گازی

 

روانکارهای گازی مثل هوا، هلیوم، بخار مایعات و... درموارد درجه حرارت های خیلی بالا و یا پایین، سرعت بسیار زیاد و بار کم و یا در مواردی که پرتو های هسته ای در محیط وجود دارند، استفاده می شوند. یکی از خصوصیات بسیار مهم روانکارهای گازی اینست که گرانروی آنها با تغییر درجه حرارت تغییر چندانی نمی کند و به همین دلیل این روانکارها قادرند در گستره ی وسیعی از کاربرد هلی صنعتی مورد استفاده قرار گیرند. علاوه بر این چون گازها سبک تر از مایعات هستند و می توان وزن آنها را نادیده گرفت، این موضوع باعث می شود در سرعت های خیلی بالا همچنان جریان آنها آرام و یکنواخت باقی بماند. به همین جهت در یاتاقان های با سرعت خیلی زیاد بهتر از روانکارهای مابع هستند.

روانکار های گازی اصطکاک کمی دارند، عاری از ناخالصی اند و خاصیت سرریزی که در مورد روانکارهای مایع و گریس ها پیش می آید را ندارند.علاوه بر آن این نوع روان کارها به دلیل سرریز نکردن می توانند مواد مطمئنی در صنایع غذایی، داروئی و شیمیایی نیز باشند.

روانکاری اولتراسانتریفیوژها، ماشین های ابزار سنگ زنی دقیق که با سرعت زیاد کار می کنند، چرخ مته دندان پزشکی، راکتور های اتمی ، ماشین های ریسندگی پر سرعت، توربین های گازی، موتور جت و... از جمله موارد کاربرد این دسته از روانکارها هستند.

 

 

ب - روانکارهای مایع

 

مهمترین روانکارهای مایع روغن ها هستند که خود به دو دسته بزرگ روغنهای معدنی و روغن های سنتزی تقسیم بندی می شوند این نوع روانکارها رایج ترین و پر مصرف ترین نوع روانکارها هستنند هر دو دسته به نوعی از مشتقات نفت خام به حساب می آیند با این تفاوت که روغن های معدنی از انجام یک سری عملیات تفکیک بر روی نفت خام و حداکثر یک واکنش شیمیایی کنترل شده به دست می آیند در صورتیکه برای تولید روغن های سنتزی واکنش های شیمیایی کنترل شده بیشتری مورد نیاز است و به همین دلیل قیمت تمام شده روغن های سنتزی بیشتر از روغن های معدنی خواهد بود. به طور کلی روغن های معدنی به دلیل کاربرد فراوانی که در تولید روانکارها دارند نسبت به روغن های سنتزی بیشتر تولید می شوند.البته قابلیت های یک روغن سنتزی به دلیل واکنش های مخصوصی که روی آن انجام شده بیشتر از یک روغن پایه معدنی است زیرا روغن های کاملا مناسب به طور مصنوعی تولید شده و در طبیعت قابل کشف نیستند .

البته به جز روغن های سنتزی و روغن هایی که منبع اصلی آنها نفت خام است روغن های دیگری نیز وجود دارند که از جانوران، ماهی ها و گیاهان به دست می آیند که روغن های طبیعی نام دارند. استفاده از این روغن ها به عنوان روانکار در گذشته بسیار مرسوم بوده است ولی امروزه نفت خام منبع اصلی تولید روانکارها است. یکی از خصوصیات روغن های طبیعی تجزیه بیولوژیکی آسان آن است که از این لحاظ نسبت به روغن های پایه معدنی و سنتزی برتری دارند. این رو غن ها برای مدت طولانی قابل نگهداری نیستند ضمن اینکه هزینه تولید زیادی هم دارند اما با توجه به محدود بودن منابع نفتی برای مشتقات نفتی در عرصه تولید روانکار باشند.

 

 

ج - گریس ها

 

گریس ها جزو معروف ترین روانکارها هستند که نه مایع اند و نه جامدند. گریس ها ار یک روغن پایه معدنی یا سنتزی و یک پرکننده یا سفت کننده به دست می آیند در مواردی که روانکاری با روانکارهای مایع مشکل و امکان روانکاری مجدد محل مورد نظر است محدودیت دارد و یا اینکه یکبار روانکاری برای مدت زمان طولانی کافیست، این نوع روانکارها کاربرد فراوانی خواهند داشت.

 

 

د - روانکارهای جامد

 

این نوع روانکارها برای کار در شرایط بخصوص مثل خلا، بار زیاد و یا حرارت بالا و مکان هایی مثل راکتورهای هسته ای که در برابر اشعه های رادیو اکتیو قرار دارند استفاده می شوند.

مقاوم بودن در حالت خلا، فراریت کم، درجه حرارت حرارت های بالا و همچنین در برابر انرژی های ناشی از تابش مواد رادیواکتیو از مهمترین خواص یک روانکار است و روانکارهای جامد دارای این خصوصیات هستند.

لینک به دیدگاه

3. انواع لایه های روانکاری

 

به طور کلی لایه های روانکاری به سه دسته عمده تقسیم می شوند :

 

  • لایه هایی سیال
  • لایه های نازک (لایه های سیال نازک)
  • لایه های جامد

لایه های سیال نیز شامل لایه های هیدرودینامیک ضخیم، الاستوهیدرو دینامیک و لایه های فشرده می باشند.

لایه های ضخیم:

در این حالت ضخامت لایه روغن چندین برابر مجموعه ناصافی های سطوح متحرک روی هم بوده و فشار هیدرولیکی لایه روغن چنان است که در مجموع با نیروی وارده بر سطوح متکی بر یکدیگر برابری و مقابله می کند (8)

لایه های هیدرودینامیک ضخیم:

به علت سرعت نسبی سطوح روانکاری شده و شکل هندسی مناسب آنها ایجاد می شوند.

لایه های هیدرو استاتیک ضخیم:

به وسیله پمپ شدن سیال با فشار بالا، بین سطوحی که ممکن است نسبت به یکدیگر متحرک یا ثابت باشند تشکیل می شود. دراین حالت فشار روغن به حدی است که می تواند جسم فوقانی را به صورت شناور روی فیلم سیال نگه دارد.

لایه های نازک:

برای ثابت نگه داشتن لایه روغن لازم است که یک جریان مداوم روغن همیشه وجود داشته باشد . در خیلی از حالات این امر عملی نبوده و یا ممکن است فشار وارده بر سطوح به قدری زیاد یا سرعت حرکت به قدری کم باشد که تشکیل فیلم سیال ممکن نباشد، تحت این شرایط لایه های روانکاری، لایه های نازک نامیده می شود.

لایه های فشرده:

وقتی که سطوح تماس در اثر فشار به یکدیگر نزدیک می شوند، بر لایه ای از روغن که بین آنها قرار گرفته فشار زیادی وارد می شود، با افزایش فشار ویسکوزیته نیز افزایش یافته ودر نتیجه روغن نمی تواند با سرعت از بین سطوح تماس خارج شود.بنابراین لایه روغن متراکم شده و می تواند بارزیادی را برای مدتی کوتاه تحمل کند، به این حالت لایه فشرده می گویند. البته اگرافزایش فشار تداوم یابد، بالاخره روغن از بین این سطوح خارج شده و تماس فلز با فلز رخ خواهد داد.

لینک به دیدگاه

4. انواع رژیم های روانکاری

 

در سیستم های روانکاری بسته به شرایط مختلف از رژیم های روانکاری متفاوتی استفاده می شود.

 

 

الف - روانکاری هیدرودینامیک

 

در این رژیم روانکاری هیچ نوع تماس سطح به سطح وجود نداشته و گرانروی روغن به اندازه ای است که می تواند شفت و یاتاقان را از یکدیگر جدا نگه دارد. در این رژیم روانکاری تنها اصطکاک موجود، اصطکاک داخلی روغن است. یک لایه روغن، یک قطعه ی گردنده مانند میل لنگ را به صورت شناور نگه داشته و از تماس آن با یاتاقان جلوگیری می کند. در روانکاری هیدرودینامیک حرکت دو سطح نسبت به هم، همگراست و روغن به داخل سطح کشیده می شود. در واقع روغن کاری هنگامی شروع می شود که ماشین روشن شده و سرعت و بار در آن به حدی رسیده که شرایط لازم برای کشیده شدن یک لایه ی روغن بین شفت و یاتاقان به وجود آید. در ماشین هایی که دارای شفت دوران کننده در داخل یاتاقان هستند این نوع روانکاری صورت می گیرد. در روانکاری هیدرو دینامیک خواص فیزیکی روغن و بخصوص گرانروی آن باید ثابت بماند زیرا کاهش بیش از حد گرانروی باعث تماس مستقیم فلز به فلز و افزایش بیش از حد گرانروی بدلیل مقاومت داخلی زیاد روغن باعث کاهش بازده ماشین می شود.

 

 

ب - روانکاری الاستو هیدرودینامیک

 

 

وقتی در سیستم فشارهای تماسی بالا وجود داشته باشد به روانکاری الاستوهیدرودینامیک نیاز خواهد بود. همچنان که روان کننده به سطح تماس کشیده می شود فشار روی آن بالا رفته و در نتیجه گرانروی آن نیز بالا می رود. گرانروی بالا و کوتاه بودن زمان مورد نیاز برای روانکاری باعث می شود که روان کننده نتواند از بین سطوح فرار کند و در نتیجه باعث جدا شدن سطوح از یکدیگر می شود. تا زمانیکه شرایط عملکرد مانند سرعت، بارو دما خیلی زیاد نشود بدلیل لایه ی ایجاد شده، تماس سطح به سطح رخ نمی دهد. برای مثال وقتی روغن در منطقه ی تماس بین ساچمه و مسیر حرکت قرار می گیرد فشار آن به شدت افزایش می یابد. این افزایش فشار باعث افزایش گرانروی روغن و همینطور تغییر حالت آن به صورت نیمه جامد یا پلاستیکی خواهد شد. بعد از کم شدن فشار روغن به حالت اول خود بر می گردد.

 

 

ج

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.
روانکاری جامد

 

در بعضی سیستم های روانکاری باید از روان کننده هایی استفاده کرد که یک لایه ی دائمی و پایدار با سطح تشکیل دهند. مثلاً در سیستم هایی که نتوان از روغن یا گریس به هر دلیلی استفاده کرد این نوع روانکاری مورد استفاده قرار می گیرد.

در این نوع سیستم ها اغلب با تماس دو سطح با یکدیگر کامل است (یاتاقان کشویی، کف گرد و ...) و یا تماس خطی (از طریق کاردک) و یا نقطه ای (یاتاقان های سوزنی) است.

برای روانکاری جامد از مواد خود روانکار استفاده می کنیم. برخی مواد به دلیل ناهمگونی در خواص مکانیکی و مثلاً بدلیل تغییر ساختاری که در اثر تنش برشی کم در ساختمان شان رخ می دهد یک ضریب اصطکاک کوچک در لایه هایشان به وجود می آید.

این ناهمگونی در خواص مکانیکی و یا به عبارت ساده تر صفحات جسم، مشخصه اجسام لایه ای می باشد. اگر این لایه ها در جسمی بتوانند بر اثر نیروی برشی کم بر روی هم بلغزند، جسم مورد نظر خود روانکار نام دارد که در وانکاری جامد از آن استفاده می شود.

گرافیت یک ماده خود روانکار است و به طور گسترده از آن در روانکاری جامد استفاده می شود.

به طور کلی مواد خود روانکار باید شامل سه ویژگی زیر باشند:

- ساختار لایه ای داشته باشند.

- توانایی چسبیدن به سطوح و ایجاد لایه روی آن را داشته باشد.

- هیچ گونه تجزیه و یا واکنش شیمیایی در دمای عملکرد و محیط مورد نظر در ماده روانکار رخ ندهد.

 

 

د - روانکاری مرزی

 

در این سیتم روانکاری بیشترین مقدار اصطکاک رخ می دهد. کم بودن روغن، سرعت بسیار کم سطوح و یا زیاد بودن بار تمامی نیروی وارده به وسیله لایه ی بسیار نازک روغن در حد ابعاد مولکولی از یک سطح دیگر منتقل می شود. این حالت در روشن کردن ماشین آلات، سرعت های کم یا بار زیاد روی ماشین ایجاد می شود، که در این زمان روان کننده دارای نقش بسیار کم و یا بدون نقش است. برای جلوگیری از سایش در این حالت بهترین کار استفاده از روغن هایی است که دارای مواد افزودنی فشار پذیر یا ضد سایش باشند. این مواد با سطوح واکنش داده و یک لایه محافظ بر روی آنها ایجاد می کنند که به جای سطوح فلزی ساییده می شوند. افزایش گرانروی و جریان روغن نیز می تواند به جلوگیری از سایش قطعات کمک کند ولی افزایش گرانروی سبب افزایش اصطکاک داخلی شده و دمای روغن را بالا می برد که در نهایت ممکن است از مقاومت روغن بکاهد.

به طور کلی برای درک رژیم های روانکاری ضخامت لایه روانکار که بین دو سطح در یک سیستم تریبولوژی قرار می گیرد مهم است. در بیشتر کارهای عملی فلز کاری تشخیص رژیم روانکاری کار آسانی نیست و نمی توان براحتی میزان ضریب اصطکاک در تماس های مختلف را اندازه گیری کرد.

همانطور که قبلاً اشاره شده رژیم های روانکاری بر حسب ضخامت لایه روانکار به 4 دسته کلی تقسیم می شوند:

- لایه نازک، لایه ضخیم، لایه مخلوط و لایه مرزی

وقتی که سطوح تحت شرایط لایه نازک روی یکدیگر حرکت کنند، اغلب سیال به اندازه کافی وجود دارد که مقداری ازبار بتواند به وسیله لایه ی نازک سیال و قسمت دیگر به وسیله تماس بین سطوح حمل شود. این شرایط را اغلب روانکاری لایه مخلوط می گویند. در روانکاری لایه مخلوط ممکن است در بعضی قسمت های سطوح فیلم سیال و در بعضی قسمت های دیگر فیلم نازک مشاهده شود. در شکل های زیر، انواع رژیم های روانکاری آمده اند:

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

لینک به دیدگاه

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • اضافه کردن...