روانکاری یاتاقان‌ها | اصول، روش‌ها و انتخاب روانکار مناسب

روانکاری یاتاقان‌ها؛ اصول مهندسی انتخاب روانکار برای افزایش عمر بلبرینگ و بیرینگ‌های صنعتی

یاتاقان‌ها (Bearings) از مهم‌ترین اجزای ماشین‌آلات دوار هستند و وظیفه تحمل بارهای شعاعی، محوری یا ترکیبی و کاهش اصطکاک بین قطعات متحرک را بر عهده دارند. عملکرد صحیح یاتاقان تا حد زیادی به تشکیل یک فیلم روانکار پایدار وابسته است. در صورت انتخاب نادرست روانکار یا اجرای نامناسب برنامه روانکاری، تماس فلز با فلز افزایش یافته و در نتیجه سایش، افزایش دما، خستگی سطحی (Fatigue)، پوسته‌شدن (Spalling) و در نهایت خرابی زودرس یاتاقان رخ خواهد داد. از این‌رو، انتخاب نوع روانکار باید بر اساس پارامترهای مهندسی و شرایط واقعی کارکرد تجهیزات انجام شود.

ياتاقان ها 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 لغزشیSliding)) و یا غلتکیRolling)) باشد كه در هر دو حالت مي توان از روغن و گريس به عنوان روانكار استفاده كرد.

چرا روانکاری یاتاقان و بیرینگ‌ها اهمیت دارد؟

بیش از نیمی از خرابی‌های یاتاقان‌ها به انتخاب نامناسب روانکار یا اجرای نادرست عملیات روانکاری مربوط می‌شود. کمبود روانکار، استفاده از گریس یا روغن نامناسب، آلودگی روانکار و فواصل نامناسب روانکاری می‌توانند باعث افزایش دما، ایجاد لرزش، کاهش راندمان و خرابی زودهنگام یاتاقان شوند.

وظایف اصلی روانکار در یاتاقان‌ها

یک روانکار مناسب باید وظایف زیر را به‌خوبی انجام دهد:

• کاهش اصطکاک بین سطوح

• جلوگیری از سایش قطعات

• انتقال و دفع حرارت

• محافظت در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی

• جلوگیری از ورود گردوغبار و رطوبت

• کاهش لرزش و صدای یاتاقان

• افزایش عمر تجهیزات

روغن یا گریس؛ کدام مناسب‌تر است؟

انتخاب بین روغن و گریس به نوع یاتاقان، سرعت، بار، دما و شرایط کاری بستگی دارد. گریس به دلیل ماندگاری بیشتر و نیاز کمتر به سرویس، در بسیاری از یاتاقان‌های صنعتی و الکتروموتورها استفاده می‌شود. در مقابل، روغن برای یاتاقان‌هایی که با سرعت بسیار بالا، دمای زیاد یا نیاز به انتقال حرارت بهتر کار می‌کنند، انتخاب مناسب‌تری است.

گریس زمانی انتخاب می‌شود که سیستم روانکاری ساده، آب‌بندی مناسب و فواصل سرویس طولانی مدنظر باشد. در مقابل، روغن برای یاتاقان‌هایی که سرعت بسیار بالا، بار زیاد یا نیاز به دفع حرارت مؤثر دارند، عملکرد بهتری ارائه می‌دهد. در تجهیزات سنگین مانند توربین‌ها، کمپرسورها و گیربکس‌های بزرگ معمولاً سیستم گردش روغن (Circulating Oil System) استفاده می‌شود تا علاوه بر روانکاری، عملیات خنک‌کاری نیز انجام گیرد.

تشکیل فیلم روانکار؛ مهم‌ترین اصل در روانکاری یاتاقان

هدف اصلی روانکاری، ایجاد یک فیلم روغن با ضخامت کافی بین سطوح غلتشی و مسیر حرکت ساچمه یا رولر است. این فیلم از تماس مستقیم سطوح فلزی جلوگیری کرده و علاوه بر کاهش اصطکاک، حرارت تولید شده را نیز کنترل می‌کند. ضخامت فیلم روانکار به عواملی مانند ویسکوزیته روغن، سرعت دوران، بار اعمالی، زبری سطح و دمای کار بستگی دارد. هرچه نسبت ضخامت فیلم به زبری سطح بیشتر باشد، احتمال وقوع سایش به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.

انتخاب ویسکوزیته؛ مهم‌ترین پارامتر در روانکاری بلبرینگ‌ها و رولبرینگ‌ها

در بسیاری از خرابی‌های یاتاقان، مشکل اصلی نه کیفیت روانکار بلکه انتخاب نادرست ویسکوزیته است. ویسکوزیته پایین موجب کاهش ضخامت فیلم روغن و افزایش تماس فلزی می‌شود، در حالی که ویسکوزیته بیش از حد نیز باعث افزایش اصطکاک داخلی، تولید گرما، افزایش گشتاور راه‌اندازی و مصرف انرژی خواهد شد. به همین دلیل سازندگان یاتاقان معمولاً ویسکوزیته مورد نیاز را بر اساس قطر یاتاقان، سرعت دوران و دمای کاری مشخص می‌کنند.

تأثیر ضریب DN در انتخاب گریس برای بلبرینگ‌ها

یکی از مهم‌ترین شاخص‌های انتخاب گریس برای بلبرینگ‌ها، مقدار DN است که از حاصل ضرب قطر متوسط یاتاقان (میلی‌متر) در سرعت دوران (rpm) به دست می‌آید. هرچه مقدار DN بیشتر باشد، گریس باید اصطکاک داخلی کمتری داشته و از روغن پایه با ویسکوزیته پایین‌تر و تغلیظ‌کننده مناسب استفاده کند. برای کاربردهای با DN بالا معمولاً گریس‌های پلی‌اوره، پلی‌اوره سنتتیک یا گریس‌های مخصوص اسپیندل توصیه می‌شوند.

تأثیر سرعت و بار بر انتخاب روانکار یاتاقان

سرعت چرخش و میزان بار وارد بر یاتاقان، نوع روانکار را تعیین می‌کنند. در یاتاقان‌های دور بالا معمولاً گریس‌هایی با اصطکاک داخلی پایین و روغن پایه سبک‌تر استفاده می‌شود، در حالی که برای یاتاقان‌های تحت بار سنگین، روانکارهایی با ویسکوزیته بالاتر و افزودنی‌های فشارپذیر (EP) عملکرد بهتری دارند.

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 راتوزيع 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.

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 وEP خوبي باشد. اگر هر دوعامل سرعت و بار، بالاباشند مطمئناً دما نيز افزايش مي يابد. در چنين شرايطي گريس بايد پايداري حرارتي واكسيداسيون عالي داشته باشد.

تاثیر دما و حرارت بر روانکاری یاتاقان ها

گرانروي روغن و قوام گريس هر دوتابع 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 نيزباعث 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.

انتخاب نوع صابون در گریس

گريس هاي قابل كاربرد در روانكاري اين نوع ياتاقان ها بايد داراي خواصي از جمله: مقاومت عالي در برابر اكسيداسيون، پايداري مكانيكي در برابر سفت ونرم 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.

نوع تغلیظ‌کننده یا صابون گریس نیز نقش مهمی در عملکرد یاتاقان دارد.

• لیتیوم: مناسب برای کاربردهای عمومی.

• لیتیوم کمپلکس: مناسب برای بار و دمای بالا.

• پلی‌اوره: بهترین انتخاب برای الکتروموتورها و یاتاقان‌های دور بالا.

• کلسیم کمپلکس: مناسب برای محیط‌های مرطوب و دارای شست‌وشوی آب.

• آلومینیوم کمپلکس: مناسب برای صنایع غذایی و مقاومت خوب در برابر آب.

انتخاب صابون باید بر اساس سرعت، دما، بار و شرایط محیطی انجام شود و صرفاً بر اساس قیمت یا دسترس‌پذیری نباشد.

نشانه های خرابی یاتاقان‌ها

 * افزايش غيرعادي دما

افزايش دما در حدود20-10 درجه سانتيگرادبالاي 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 تاحدود100 درجه سانتيگراد دارند ولي در دماهاي بالاتر، به سرعت ساختار گريس تخريب ميشود. در اين صورت تعويض زود هنگام گريس به ياتاقان آسيب نخواهد زد.

 * تغييردر صداي ياتاقان

صدا و لرزش ايجاد شده در ياتاقان بسيار نامحسوس، اما نشانه تغييرشكل يافتن ياتاقان تلقي مي شود. در اصطلاح اين علائم را نشانگر بروز مشكلاتي ميدانند كه از آنها با عنوان )دندانه دار شدن) و يا) 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 درزمان 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 ياتاقان ها، كم بودن ميزان روانكار (به ويژه گريس) در فضاي ياتاقان هاست.

* آلودگی؛ مهم‌ترین عامل خرابی یاتاقان

مطالعات صنعتی نشان می‌دهد که درصد قابل توجهی از خرابی یاتاقان‌ها ناشی از ورود آلودگی به روانکار است. ذرات گردوغبار، براده‌های فلزی، آب یا مواد شیمیایی باعث تخریب فیلم روانکار و افزایش سایش می‌شوند. استفاده از آب‌بند مناسب، فیلترهای باکیفیت، تجهیزات روانکاری تمیز و نگهداری صحیح گریس و روغن، نقش مهمی در جلوگیری از این نوع خرابی‌ها دارد.

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 باقوام 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 ياتاقان ها نيز مانندياتاقان هاي لغزشي عوامل متفاوتي در خراب شدن و يا كوتاه شدن عمر مفيد قطعه مؤثراست.

جمع‌بندی

روانکاری یاتاقان تنها به انتخاب یک روغن یا گریس محدود نمی‌شود، بلکه فرآیندی مهندسی است که در آن عواملی مانند نوع یاتاقان، سرعت دوران، بار، دمای کاری، ویسکوزیته روغن پایه، نوع تغلیظ‌کننده، افزودنی‌های شیمیایی، شرایط محیطی و روش روانکاری باید به‌صورت هم‌زمان بررسی شوند. انتخاب صحیح روانکار و اجرای یک برنامه اصولی روانکاری، علاوه بر کاهش اصطکاک و سایش، موجب افزایش عمر یاتاقان، کاهش مصرف انرژی، کاهش توقفات اضطراری و افزایش قابلیت اطمینان ماشین‌آلات صنعتی خواهد شد.