انواع ياتاقانها و شيوه روانكاري آنها
نويسنده: مهندس مليكا حسن پور
روانكاري ياتاقانها
ياتاقانها اجزايي از ماشين آلات هستند كه خود از دو قسمت شفت
(تكيه گاهي) و متحرك تشكيل شده اند. قسمت متحرك اين اجزا مي تواند بصورت Sliding (لغزشي) و يا Rolling (غلتكي) باشد كه در هر دو حالت
مي توان از روغن و گريس به عنوان روانكار استفاده كرد.
Sliding Bearing (ياتاقانهاي لغزشي):
ياتاقانهاي تخت، ساده ترين نوع ياتاقانها هستند كه در اختراع چرخ بكار گرفته شدند. روانكار مناسب براي اين اجزا در سرعتهاي پايين تا متوسط
(تا حدود زير200 rpm)، گريس است. در اين شرايط داشتن گرانروي بالا و تمايل كمتر به پراكنده شدن به اطراف، عامل مهمي در انتخاب روانكار است.
اما در ياتاقانهاي محوري كه بار بصورت موازي و در امتداد شفت وارد مي شود روانكاري توسط روغن بهتر انجام مي شود. پيشنهاد گريس براي ياتاقانهاي لغزشي به پارامترهايي مانند: طراحي ياتاقان، سرعت و بار وارده، دماي عملياتي و روشهاي كاربرد گريس بستگي دارد.
با درنظر گرفتن موارد ياد شده، مشخصاتي مانند نوع و درصد تغليظ كننده گريس، گرانروي روغن پايه، پايداري اكسيداسيون در دامنه دمايي كاركرد، ظرفيت تحمل بار و خواص ضدسايشي، مقاومت در برابر آب، سازگاري با آب بندها و مواد تشكيل دهنده ياتاقان بايد مورد بررسي قرار گيرند. بنابراين با توجه به تنوع ياتاقانهاي لغزشي و جايگاه كاربرد آنها، پيشنهاد نوع خاصي از گريس غيرممكن است. به عنوان مثال، سرعت و بار وارده به ياتاقان، قوام گريس را تحت تأثير قرار مي دهد و هر چه سرعت، بيشتر و بار، كمتر باشد بايد از گريس هاي شل تري استفاده كرد. در نهايت بايد يادآور شد، كه بهترين راه انتخاب گريس مناسب مراجعه به راهنماي سازنده دستگاه است كه در كنار آن مي توان از تجربه مصرف كننده و اطلاعات فني سازنده گريس نيز كمك گرفت.
خراب شدن و آسيب ديدن ياتاقانهاي لغزشي دلايل متفاوتي دارد كه مهمترين آن عبارتند از: مواد سازنده ياتاقان، شرايط عملياتي(مانند دما، سرعت، بار، نوسانات، جريانهاي الكتريكي)، شرايط محيطي(دما، آلودگي، مواد خورنده) و شرايط و عوامل مربوط به روانكاري نامناسب.
ياتاقانهاي با اجزاي چرخشي (Rooling) :
در اصطلاح به اين دسته از ياتاقانها، ضداصطكاك(Anti Friction)
مي گويند. سطح متحرك اين ياتاقانها توسط اجزايي مانند ساچمه ها(رول ها يا سوزنهايي كه در يك حالت كنترل شده مي توانند بغلتند) حركت مي كند. رينگ ثابت، رينگ متحرك و تعدادي اجزاي غلتان، اجزاي اصلي يك ياتاقان غلتان هستند. اين نوع ياتاقانها در اندازه هاي مختلفي ساخته مي شوند
(از سايز كوچكتر از ته سنجاق تا قطر بيش از6 متر) و در انواع مخروط ناقص(Taper) ، خمره اي(Spherical) ، استوانه اي(Sylindrical) ، سوزني(Needle) ، ... وجود دارند. انعطاف پذيري اين اجزا به اندازه اي است كه در بارگذاريهاي بالا و سرعتهاي مختلف(از100 rpm تا حدود 20،000 rpm) قابل كاربردند.
سرعت و بار در طول عمر ياتاقان پارامترهاي تعيين كننده اي هستند. انواع ياتاقانهاي غلتكي ساچمه اي و رولي براي شرايط بارگذاري شعاعي، محوري، زاويه اي و يا تركيب اينها استفاده مي شوند و نوع سوزني آن فقط براي بارگذاري شعاعي قابل كاربرد است.
گريس هاي قابل كاربرد در روانكاري اين نوع ياتاقانها بايد داراي خواصي از جمله: مقاومت عالي در برابر اكسيداسيون، پايداري مكانيكي در برابر سفت و نرم شدن بيش از حد، قوام مناسب براي روش كار برد و توانايي تغذيه مناسب در دماهاي متفاوت، خواص ضدسايش، خواص ضدزنگ و داشتن نقطه قطره اي شدن مناسب باشند. سرعت، بار، دما، آلودگي و درجه حرارت از جمله عواملي هستند كه در انتخاب نوع روانكار مناسب تأثير گذارند. در زير به آثار اين عوامل به صورت جداگانه پرداخته شده است.
1- اثر سرعت: محاسبه سرعت سطوح اجزاي غلتان يك ياتاقان كه روي هم مي غلتند كاملاً پيچيده است
در سرعتهاي پايين تا متوسط، گريس بايد به اندازه كافي شل باشد تا به آهستگي در اطراف اجزاي ياتاقانهاي غلتان حركت كند، اما اين شلي نبايد آنقدر زياد باشد كه گريس اضافي وارد مسير اجزاي غلتان شود، زيرا گريس اضافي، اصطكاك برشي را افزايش داده و باعث بالا رفتن درجه حرارت ياتاقان مي شود. در برخي مواقع براي سرعتهاي بالا، از يك گريس نسبتاً سفت استفاده مي شود. سختي نبايد به اندازه اي زياد باشد كه اجزاي غلتان با ايجاد يك كانال در گريس، نتوانند مقدار كافي گريس را توزيع كنند. همچنين گريس بايد براي پايين نگه داشتن اصطكاك برشي و جلوگيري از نشتي گريس از كاسه نمدها، مقاومت خوبي در برابر شل شدن حاصل از برشهاي مكانيكي داشته باشد.
2- اثربار: در شرايط بار زياد بصورت ناگهاني يا نوساني براي جلوگيري از تماس فلز با فلز نياز به لايه روانكار با ضخامت بيشتري است. در اين شرايط ويسكوزيته روغن پايه استفاده شده در توليد گريس بايد بالا باشد تا اطمينان از تشكيل لايه الاستو هيدروديناميك به دست آيد. در شوكهاي شديد حاصل از بارگذاري ناگهاني، گريس بايد داراي خواص ضدسايشي و EP خوبي باشد. اگر هر دوعامل سرعت و بار، بالا باشند مطمئناً دما نيز افزايش مي يابد. در چنين شرايطي گريس بايد پايداري حرارتي و اكسيداسيون عالي داشته باشد.
3- اثر حرارت: گرانروي روغن و قوام گريس هر دو تابع درجه حرارت هستند. در زمان انتخاب روان كننده ها همواره بايد دماي عملكرد ياتاقان ها مورد توجه قرار گيرد. دما در ياتاقان در اثر انتقال حرارت از يك محور به اجزاي ديگر و يا فضاي اطراف به محفظه ياتاقان در اثر تشعشع افزايش مي يابد. همچنين بهم خوردن بيش از حد گريس، كه مي تواند در اثر زياد پركردن فضاي ياتاقان باشد نيز باعث افزايش دماي گريس مي شود. دماي بالا، سرعت اكسيداسيون را افزايش داده و باعث از بين رفتن كيفيت روغن و گريس و در نهايت سفت شدن آنها مي شود كه در نتيجه قابليت روانكاري خود را از دست مي دهند.
در دماهاي پايين نيز روان كننده بايد به گونه اي انتخاب شود كه ياتاقان با گشتاور اوليه بتواند شروع به كار كرده و روان كننده نيز به خوبي توزيع شود. در چنين شرايطي گريس شل با روغن پايه گرانروي پايين و نقطه ريزش پايين مورد نياز است.
4- آلودگي و رطوبت: وجود هر گونه ذرات جامد بين اجزاي غلتان و مسير دوران، بزرگترين علت كم شدن عمر ياتاقانها است. همچنين رطوبت نيز باعث صدمه زدن به گريس و در نهايت آسيب ياتاقان مي شود. بنابراين در شرايطي كه ياتاقان در معرض گرد و غبار يا ذرات ساينده موجود در هوا باشد نياز به گريسي با قوام زياد دارد تا بتواند عمل آب بندي را به طور كامل انجام دهد. گريس در مجاورت رطوبت نيز بايد داراي خواص عالي ضدزنگ باشد.
در اين نوع ياتاقانها نيز مانند ياتاقانهاي لغزشي عوامل متفاوتي در خراب شدن و يا كوتاه شدن عمر مفيد قطعه مؤثر است
راب شدن ياتاقانهاي غلتكي
خراب شدن ياتاقانهاي با اجزاي غلتان با بروز سه پديده زير قابل تشخيص است:
1- افزايش غيرعادي دما: افزايش دما در حدود20-10 درجه سانتيگراد بالاي دماي محيط معمول بوده، سرعت و بارهاي زياد نيز دما را تا حدود50-30 درجه سانتيگراد از دماي محيط افزايش مي دهد. بسياري از ياتاقانها، عملكرد رضايت بخشي تا حدود100 درجه سانتيگراد دارند ولي در دماهاي بالاتر، به سرعت ساختار گريس تخريب مي شود. در اين صورت تعويض زود هنگام گريس به ياتاقان آسيب نخواهد زد.
2- تغيير درصداي ياتاقان: صدا و لرزش ايجاد شده در ياتاقان بسيار نامحسوس، اما نشانه تغيير شكل يافتن ياتاقان تلقي مي شود. در اصطلاح اين علائم را نشانگر بروز مشكلاتي مي دانند كه از آنها با عنوان dents (دندانه دار شدن) و يا brinells (سخت شدن) ياد شده است. تحقيقات نشان داده كه ايجاد دندانه هايي به كوچكي يك ده هزارم از قطر ياتاقان با اجزاي غلتكي باعث ايجاد سروصداهاي شديدي خواهد شد. آسيب هاي شديد به ياتاقان در زمان پياده و سوار كردن آن برروي دستگاه باعث ايجاد پديده»brinells« مي شود. حفره هاي حاصل از خستگي تماسي نيز مي تواند باعث سروصدا شود. ولي يك علت اصلي براي سروصداي غيرعادي ياتاقانها، كم بودن ميزان روانكار(به ويژه گريس) در فضاي ياتاقانهاست.
3- تغيير در ظاهر گريس: اگر گريس براي مدت زمان طولاني در معرض دماي بالا باشد، سفت مي شود، ولي در زمان كار دوباره قوام اوليه خود را بدست مي آورد. اگر زمان، خيلي طولاني شود و دما نيز خيلي بالا رود درآن صورت پديده اكسيداسيون رخ خواهد داد. در اينصورت ظاهر آن غيرمعمول شده و سبب ايجاد بو، مي شود. اين شرايط طول عمر مفيد گريس را كوتاهتر مي كند. البته اعتماد به رنگ گريس كار درستي نيست، زيرا برخي از رنگ دانه هاي موجود در گريس بدون ايجاد پديده اكسيداسيون و يا حرارت و يا بدون تغيير ساختارگريس، خود به خود تغيير مي كنند.
بنابراين با اجراي كامل يك برنامه آناليز گريس مي توان كيفيت آنرا در زمان استفاده تحت كنترل داشت.
منبع:
Chevron chemical company، oronite additives division
“grease the oldest lubricant known
نويسنده: مهندس مليكا حسن پور
روانكاري ياتاقانها
ياتاقانها اجزايي از ماشين آلات هستند كه خود از دو قسمت شفت
(تكيه گاهي) و متحرك تشكيل شده اند. قسمت متحرك اين اجزا مي تواند بصورت Sliding (لغزشي) و يا Rolling (غلتكي) باشد كه در هر دو حالت
مي توان از روغن و گريس به عنوان روانكار استفاده كرد.
Sliding Bearing (ياتاقانهاي لغزشي):
ياتاقانهاي تخت، ساده ترين نوع ياتاقانها هستند كه در اختراع چرخ بكار گرفته شدند. روانكار مناسب براي اين اجزا در سرعتهاي پايين تا متوسط
(تا حدود زير200 rpm)، گريس است. در اين شرايط داشتن گرانروي بالا و تمايل كمتر به پراكنده شدن به اطراف، عامل مهمي در انتخاب روانكار است.
اما در ياتاقانهاي محوري كه بار بصورت موازي و در امتداد شفت وارد مي شود روانكاري توسط روغن بهتر انجام مي شود. پيشنهاد گريس براي ياتاقانهاي لغزشي به پارامترهايي مانند: طراحي ياتاقان، سرعت و بار وارده، دماي عملياتي و روشهاي كاربرد گريس بستگي دارد.
با درنظر گرفتن موارد ياد شده، مشخصاتي مانند نوع و درصد تغليظ كننده گريس، گرانروي روغن پايه، پايداري اكسيداسيون در دامنه دمايي كاركرد، ظرفيت تحمل بار و خواص ضدسايشي، مقاومت در برابر آب، سازگاري با آب بندها و مواد تشكيل دهنده ياتاقان بايد مورد بررسي قرار گيرند. بنابراين با توجه به تنوع ياتاقانهاي لغزشي و جايگاه كاربرد آنها، پيشنهاد نوع خاصي از گريس غيرممكن است. به عنوان مثال، سرعت و بار وارده به ياتاقان، قوام گريس را تحت تأثير قرار مي دهد و هر چه سرعت، بيشتر و بار، كمتر باشد بايد از گريس هاي شل تري استفاده كرد. در نهايت بايد يادآور شد، كه بهترين راه انتخاب گريس مناسب مراجعه به راهنماي سازنده دستگاه است كه در كنار آن مي توان از تجربه مصرف كننده و اطلاعات فني سازنده گريس نيز كمك گرفت.
خراب شدن و آسيب ديدن ياتاقانهاي لغزشي دلايل متفاوتي دارد كه مهمترين آن عبارتند از: مواد سازنده ياتاقان، شرايط عملياتي(مانند دما، سرعت، بار، نوسانات، جريانهاي الكتريكي)، شرايط محيطي(دما، آلودگي، مواد خورنده) و شرايط و عوامل مربوط به روانكاري نامناسب.
ياتاقانهاي با اجزاي چرخشي (Rooling) :
در اصطلاح به اين دسته از ياتاقانها، ضداصطكاك(Anti Friction)
مي گويند. سطح متحرك اين ياتاقانها توسط اجزايي مانند ساچمه ها(رول ها يا سوزنهايي كه در يك حالت كنترل شده مي توانند بغلتند) حركت مي كند. رينگ ثابت، رينگ متحرك و تعدادي اجزاي غلتان، اجزاي اصلي يك ياتاقان غلتان هستند. اين نوع ياتاقانها در اندازه هاي مختلفي ساخته مي شوند
(از سايز كوچكتر از ته سنجاق تا قطر بيش از6 متر) و در انواع مخروط ناقص(Taper) ، خمره اي(Spherical) ، استوانه اي(Sylindrical) ، سوزني(Needle) ، ... وجود دارند. انعطاف پذيري اين اجزا به اندازه اي است كه در بارگذاريهاي بالا و سرعتهاي مختلف(از100 rpm تا حدود 20،000 rpm) قابل كاربردند.
سرعت و بار در طول عمر ياتاقان پارامترهاي تعيين كننده اي هستند. انواع ياتاقانهاي غلتكي ساچمه اي و رولي براي شرايط بارگذاري شعاعي، محوري، زاويه اي و يا تركيب اينها استفاده مي شوند و نوع سوزني آن فقط براي بارگذاري شعاعي قابل كاربرد است.
گريس هاي قابل كاربرد در روانكاري اين نوع ياتاقانها بايد داراي خواصي از جمله: مقاومت عالي در برابر اكسيداسيون، پايداري مكانيكي در برابر سفت و نرم شدن بيش از حد، قوام مناسب براي روش كار برد و توانايي تغذيه مناسب در دماهاي متفاوت، خواص ضدسايش، خواص ضدزنگ و داشتن نقطه قطره اي شدن مناسب باشند. سرعت، بار، دما، آلودگي و درجه حرارت از جمله عواملي هستند كه در انتخاب نوع روانكار مناسب تأثير گذارند. در زير به آثار اين عوامل به صورت جداگانه پرداخته شده است.
1- اثر سرعت: محاسبه سرعت سطوح اجزاي غلتان يك ياتاقان كه روي هم مي غلتند كاملاً پيچيده است
در سرعتهاي پايين تا متوسط، گريس بايد به اندازه كافي شل باشد تا به آهستگي در اطراف اجزاي ياتاقانهاي غلتان حركت كند، اما اين شلي نبايد آنقدر زياد باشد كه گريس اضافي وارد مسير اجزاي غلتان شود، زيرا گريس اضافي، اصطكاك برشي را افزايش داده و باعث بالا رفتن درجه حرارت ياتاقان مي شود. در برخي مواقع براي سرعتهاي بالا، از يك گريس نسبتاً سفت استفاده مي شود. سختي نبايد به اندازه اي زياد باشد كه اجزاي غلتان با ايجاد يك كانال در گريس، نتوانند مقدار كافي گريس را توزيع كنند. همچنين گريس بايد براي پايين نگه داشتن اصطكاك برشي و جلوگيري از نشتي گريس از كاسه نمدها، مقاومت خوبي در برابر شل شدن حاصل از برشهاي مكانيكي داشته باشد.
2- اثربار: در شرايط بار زياد بصورت ناگهاني يا نوساني براي جلوگيري از تماس فلز با فلز نياز به لايه روانكار با ضخامت بيشتري است. در اين شرايط ويسكوزيته روغن پايه استفاده شده در توليد گريس بايد بالا باشد تا اطمينان از تشكيل لايه الاستو هيدروديناميك به دست آيد. در شوكهاي شديد حاصل از بارگذاري ناگهاني، گريس بايد داراي خواص ضدسايشي و EP خوبي باشد. اگر هر دوعامل سرعت و بار، بالا باشند مطمئناً دما نيز افزايش مي يابد. در چنين شرايطي گريس بايد پايداري حرارتي و اكسيداسيون عالي داشته باشد.
3- اثر حرارت: گرانروي روغن و قوام گريس هر دو تابع درجه حرارت هستند. در زمان انتخاب روان كننده ها همواره بايد دماي عملكرد ياتاقان ها مورد توجه قرار گيرد. دما در ياتاقان در اثر انتقال حرارت از يك محور به اجزاي ديگر و يا فضاي اطراف به محفظه ياتاقان در اثر تشعشع افزايش مي يابد. همچنين بهم خوردن بيش از حد گريس، كه مي تواند در اثر زياد پركردن فضاي ياتاقان باشد نيز باعث افزايش دماي گريس مي شود. دماي بالا، سرعت اكسيداسيون را افزايش داده و باعث از بين رفتن كيفيت روغن و گريس و در نهايت سفت شدن آنها مي شود كه در نتيجه قابليت روانكاري خود را از دست مي دهند.
در دماهاي پايين نيز روان كننده بايد به گونه اي انتخاب شود كه ياتاقان با گشتاور اوليه بتواند شروع به كار كرده و روان كننده نيز به خوبي توزيع شود. در چنين شرايطي گريس شل با روغن پايه گرانروي پايين و نقطه ريزش پايين مورد نياز است.
4- آلودگي و رطوبت: وجود هر گونه ذرات جامد بين اجزاي غلتان و مسير دوران، بزرگترين علت كم شدن عمر ياتاقانها است. همچنين رطوبت نيز باعث صدمه زدن به گريس و در نهايت آسيب ياتاقان مي شود. بنابراين در شرايطي كه ياتاقان در معرض گرد و غبار يا ذرات ساينده موجود در هوا باشد نياز به گريسي با قوام زياد دارد تا بتواند عمل آب بندي را به طور كامل انجام دهد. گريس در مجاورت رطوبت نيز بايد داراي خواص عالي ضدزنگ باشد.
در اين نوع ياتاقانها نيز مانند ياتاقانهاي لغزشي عوامل متفاوتي در خراب شدن و يا كوتاه شدن عمر مفيد قطعه مؤثر است
راب شدن ياتاقانهاي غلتكي
خراب شدن ياتاقانهاي با اجزاي غلتان با بروز سه پديده زير قابل تشخيص است:
1- افزايش غيرعادي دما: افزايش دما در حدود20-10 درجه سانتيگراد بالاي دماي محيط معمول بوده، سرعت و بارهاي زياد نيز دما را تا حدود50-30 درجه سانتيگراد از دماي محيط افزايش مي دهد. بسياري از ياتاقانها، عملكرد رضايت بخشي تا حدود100 درجه سانتيگراد دارند ولي در دماهاي بالاتر، به سرعت ساختار گريس تخريب مي شود. در اين صورت تعويض زود هنگام گريس به ياتاقان آسيب نخواهد زد.
2- تغيير درصداي ياتاقان: صدا و لرزش ايجاد شده در ياتاقان بسيار نامحسوس، اما نشانه تغيير شكل يافتن ياتاقان تلقي مي شود. در اصطلاح اين علائم را نشانگر بروز مشكلاتي مي دانند كه از آنها با عنوان dents (دندانه دار شدن) و يا brinells (سخت شدن) ياد شده است. تحقيقات نشان داده كه ايجاد دندانه هايي به كوچكي يك ده هزارم از قطر ياتاقان با اجزاي غلتكي باعث ايجاد سروصداهاي شديدي خواهد شد. آسيب هاي شديد به ياتاقان در زمان پياده و سوار كردن آن برروي دستگاه باعث ايجاد پديده»brinells« مي شود. حفره هاي حاصل از خستگي تماسي نيز مي تواند باعث سروصدا شود. ولي يك علت اصلي براي سروصداي غيرعادي ياتاقانها، كم بودن ميزان روانكار(به ويژه گريس) در فضاي ياتاقانهاست.
3- تغيير در ظاهر گريس: اگر گريس براي مدت زمان طولاني در معرض دماي بالا باشد، سفت مي شود، ولي در زمان كار دوباره قوام اوليه خود را بدست مي آورد. اگر زمان، خيلي طولاني شود و دما نيز خيلي بالا رود درآن صورت پديده اكسيداسيون رخ خواهد داد. در اينصورت ظاهر آن غيرمعمول شده و سبب ايجاد بو، مي شود. اين شرايط طول عمر مفيد گريس را كوتاهتر مي كند. البته اعتماد به رنگ گريس كار درستي نيست، زيرا برخي از رنگ دانه هاي موجود در گريس بدون ايجاد پديده اكسيداسيون و يا حرارت و يا بدون تغيير ساختارگريس، خود به خود تغيير مي كنند.
بنابراين با اجراي كامل يك برنامه آناليز گريس مي توان كيفيت آنرا در زمان استفاده تحت كنترل داشت.
منبع:
Chevron chemical company، oronite additives division
“grease the oldest lubricant known
