بلبرینگ های خود روان کننده چیست؟ انواع، موارد استفاده و انتخاب

بلبرینگ های خود روان کننده چیست و چگونه کار می کنند

ویژگی بارز یاتاقان خود روان کننده توانایی آن در تولید یک لایه روان کننده پیوسته از درون خود مواد یاتاقان، بدون هیچ منبع خارجی است. این از طریق یکی از سه مکانیسم اصلی رخ می دهد:

آیا بلبرینگ های آستین خود روان کننده هستند؟

یاتاقان‌های آستینی (که به آن یاتاقان‌های معمولی یا ژورنال نیز گفته می‌شود) بسته به جنس ساخت آنها می‌توانند به طور معمول روغن کاری شوند یا خود روان شونده باشند. تمایز در هنگام انتخاب برنامه های کاربردی بدون نیاز به تعمیر و نگهداری اهمیت دارد.

بلبرینگ های آستین برنزی متخلخل پرمصرف ترین نوع بلبرینگ آستین خود روان کننده هستند. استاندارد ISO 2795 و MPIF 35 الزامات محتوای روغن را برای این قطعات تعریف می کند - یک درجه استاندارد شامل حداقل روغن 19 درصد حجمی . آنها در موتورهای الکتریکی، لوازم خانگی، تجهیزات اداری و درایوهای کمکی خودرو که دسترسی به بلبرینگ در آنها بسته یا مشکل است، یافت می‌شوند.

بلبرینگ های آستین پلیمری جامد ساخته شده از استال (POM)، نایلون (PA6/PA66)، یا PEEK با افزودنی های روان کننده داخلی، یکی دیگر از قالب های آستین خود روان کننده هستند. اینها اصلاً بدون روغن کار می کنند، و آنها را برای فرآوری مواد غذایی، دستگاه های پزشکی و کاربردهای زیر آب که آلودگی روغن ممنوع است، مناسب می کند.

بلبرینگ های آستین دار با پشتی فولادی هیدرودینامیک - مانند مواردی که در میل لنگ های بزرگ و ژورنال های توربین استفاده می شود - خود روان کننده نیستند. آنها برای حفظ گوه هیدرودینامیکی که شفت را از یاتاقان جدا می کند، همیشه به منبع روغن تحت فشار نیاز دارند. خرابی عرضه روغن باعث خرابی فوری بلبرینگ در این طرح ها می شود.

آیا بلبرینگ های سرامیکی خود روان کننده هستند؟

یاتاقان‌های سرامیکی اغلب با عبارت «خشک می‌شوند» به بازار عرضه می‌شوند - که باعث سردرگمی در مورد اینکه آیا واقعاً خود روان‌شونده هستند یا خیر. پاسخ دقیق این است: نه، بلبرینگ های سرامیکی خود روان کننده نیستند ، اما خواص مواد آنها به طور قابل توجهی نیازهای روانکاری را در مقایسه با فولاد کاهش می دهد.

نیترید سیلیکون (Si3N4)، رایج ترین ماده یاتاقان سرامیکی، دارای چندین ویژگی است که وابستگی روانکار را کاهش می دهد:

• سختی سطح 1400-1600 HV در مقابل 700-800 HV برای فولاد یاتاقان - کاهش سایش چسب در شرایط روانکاری حاشیه ای
• تراکم از 3.2 گرم در سانتی متر مکعب در مقابل 7.8 گرم بر سانتی‌متر مربع برای فولاد - ایجاد نیروهای گریز از مرکز کمتر در مسیر مسابقه با سرعت بالا، به لایه‌های روان کننده نازک‌تر اجازه می‌دهد تا جداسازی را حفظ کنند.
• ضریب انبساط حرارتی پایین ( 3.2 × 10-6/°C ) - کاهش تغییرات فاصله داخلی با نوسانات دما که روان کننده را در یک یاتاقان فولادی فشرده می کند.
• غیر مغناطیسی و غیر رسانای الکتریکی - جلوگیری از تخریب روان کننده تخلیه الکترواستاتیکی که در یاتاقان های فولادی مورد استفاده در کاربردهای درایو فرکانس متغیر رخ می دهد.

در عمل، یاتاقان‌های سرامیکی کامل می‌توانند برای دوره‌های کوتاه بدون روغن‌کاری در شرایط تمیز و کم بار زنده بمانند - به ویژه در سرعت‌های بسیار بالا که زمان تماس در هر دور بسیار کوتاه است. اما برای عملکرد پایدار، یک روان کننده - حتی یک لایه حداقل خشک - برای جلوگیری از خستگی تدریجی سطح مورد نیاز است. یاتاقان های سرامیکی هیبریدی (گلوله های سرامیکی، حلقه های فولادی) تقریباً همیشه نیاز به روغن کاری معمولی دارند.

آیا بلبرینگ های معمولی به روغن کاری نیاز دارند؟

بله - همه یاتاقان های معمولی نورد (بالبرینگ، غلتک استوانه ای، غلتک مخروطی، یاتاقان سوزنی) در طول عمر مفید خود نیاز به روغن کاری دارند. روان کننده چهار عملکرد را انجام می دهد که هیچ هندسه یاتاقانی به تنهایی نمی تواند آنها را تکرار کند:

• تشکیل فیلم الاستو هیدرودینامیک: یک فیلم تحت فشار از 0.1 تا 1.0 میکرون عناصر نورد را از راهروی تحت بار جدا می کند و از تماس فلز با فلز جلوگیری می کند
• دفع گرما: چرخش روغن در یاتاقان‌های بزرگ، گرمای تولید شده از تماس غلتشی و کشش قفس را حذف می‌کند - زمانی که بالای 50 درصد بار دینامیکی نامی یاتاقان کار می‌کند بسیار مهم است.
• حفاظت در برابر خوردگی: گریس و روغن رطوبت را از سطوح تماس حذف می کند. بدون روغن کاری، فولاد بلبرینگ در محیط های مرطوب ظرف چند ساعت خورده می شود
• حذف آلاینده ها: گریس بسته بندی شده در حفره یاتاقان یک مانع فیزیکی در برابر گرد و غبار و ذرات ساینده ایجاد می کند که در غیر این صورت باعث سایش سه بدنه می شود.

پیامد روانکاری ناکافی شدید است: مطالعات SKF و NSK نشان می دهد که بیش از 36٪ از خرابی های زودرس بلبرینگ نورد ناشی از مشکلات روانکاری - از جمله مقدار ناکافی، نوع غلط روان کننده، روانکار آلوده، یا فواصل روغنکاری مجدد نادرست است. برای مقایسه، خرابی های خستگی تحت روانکاری صحیح تنها 14 درصد از خرابی های میدان را تشکیل می دهند.

مقایسه انواع بلبرینگ های خود روان کننده

انتخاب نوع بلبرینگ خود روان کننده صحیح مستلزم تطبیق شرایط عملیاتی با قابلیت های خاص مواد است. جدول زیر پارامترهای کلیدی عملکرد را خلاصه می کند:

جایی که بلبرینگ های خود روان کننده بهتر از جایگزین های روغن کاری شده هستند

محیط های عملیاتی خاصی وجود دارد که در آن جابه جایی می شود بلبرینگ های خود روان کننده مزایای قابل اندازه گیری را نسبت به یاتاقان های روغنی معمولی ارائه می دهد:

• کاربردهای نوسانی و چرخش آهسته: یاتاقان های روغن کاری شده با گریس تحت حرکت نوسانی آهسته (کمتر از 1 دور در دقیقه) هرگز یک فیلم هیدرودینامیکی تولید نمی کنند - آنها در بهترین حالت به صورت مرزی روانکاری می شوند. بلبرینگ های روان کننده جامد این شرایط را در ضرایب اصطکاک 0.05 تا 0.15 بدون تغییر مکانیسم سایش در سرعت کم کنترل می کنند.
• محیط های شستشو و زیر آب: خطوط فرآوری مواد غذایی، تجهیزات کارواش، و یاتاقان‌های سخت‌افزار دریایی در معرض نفوذ آب هستند که گریس را رقیق می‌کند. بلبرینگ‌های پلیمری متخلخل و برنزی که با گرافیت متصل شده‌اند، این حالت خرابی را کاملاً از بین می‌برند.
• مناطق با دمای بالا: گریس های معمولی بیش از 180 درجه سانتیگراد تجزیه می شوند. گریس های مصنوعی این را تا حدود 260 درجه سانتیگراد افزایش می دهند. بلبرینگ های برنزی متصل به گرافیت به طور مداوم در تا 400 درجه سانتیگراد در چرخ های ماشین کوره، غلطک های نوار نقاله و تجهیزات کوره های آنیل شیشه ای.
• محیط های جاروبرقی و اتاق تمیز: گازهای خروجی گریس در خلاء، آلاینده ابزارهای نوری و تجهیزات نیمه هادی. یاتاقان‌های فیلم خشک مبتنی بر PTFE در مکانیسم‌های ماهواره‌ای و مراحل میکروسکوپ الکترونی استاندارد هستند که فشار بخار کمتر از آن است. 10⁻8 Pa مورد نیاز است.
• کاهش هزینه چرخه عمر: مطالعه برنامه‌های جایگزینی بلبرینگ‌های تصفیه‌خانه آب شهری نشان داد که تعویض بوش‌های شیر دروازه از یاتاقان‌های برنزی چرب شده به یاتاقان‌های آغشته به گرافیت، هزینه‌های کار تعمیر و نگهداری را کاهش می‌دهد. 62% طی یک دوره 10 ساله با حذف دورهای روغن کاری مجدد سه ماهه.

پارامترهای انتخاب کلید و خطاهای رایج اندازه

مقدار PV - حاصل ضرب فشار تحمل (P، بر حسب MPa) و سرعت لغزش (V، بر حسب متر بر ثانیه) - پارامتر انتخاب اولیه برای یاتاقان‌های ساده خود روان‌شونده است. هر ماده یاتاقان دارای حداکثر درجه PV است که بالاتر از آن لایه روان کننده نمی تواند حفظ شود و دمای سطح یاتاقان به سطوح مخرب افزایش می یابد.

سه خطای اندازه‌گیری بیشتر خرابی‌های زودرس یاتاقان‌های خود روان‌کننده را در این زمینه تشکیل می‌دهند:

• نادیده گرفتن حد PV در شرایط اوج بار: یک یاتاقان با درجه PV = 0.10 MPa·m/s ممکن است برای عملکرد عادی اندازه مناسبی داشته باشد، اما در هنگام راه‌اندازی یا بارگذاری ضربه ای از کار بیفتد، اگر PV آنی در آن لحظات بررسی نشود. مقادیر پیک PV می تواند 3 تا 5 برابر مقدار حالت پایدار در ماشین آلات رفت و برگشتی باشد.
• مشخصات پرداخت سطح شفت نادرست: بلبرینگ های خود روان کننده require a shaft roughness of Ra 0.4 تا 0.8 میکرون برای تشکیل فیلم انتقال بهینه شفت های پرداخت شده در زیر 0.2 میکرون Ra بافت نرمی کافی برای لنگر انداختن PTFE یا گرافیت ایجاد نمی کنند و تشکیل فیلم را به تاخیر می اندازند و سایش اولیه را افزایش می دهند. شفت‌های خشن‌تر از Ra 1.6 میکرون، قبل از ساخت فیلم، سطح بلبرینگ را ساییده می‌کنند.
• دست کم گرفتن اثرات انبساط حرارتی در ترخیص: یاتاقان های پلیمری دارای ضریب انبساط حرارتی 5 تا 10 برابر بیشتر از محفظه های فولادی هستند. یک یاتاقان PEEK با فاصله قطر 0.05 میلی‌متر در دمای 20 درجه سانتی‌گراد ممکن است در دمای 150 درجه سانتی‌گراد فاصله صفر یا تداخل داشته باشد، اگر نسبت قطر محفظه به یاتاقان و ترکیب مواد در مرحله طراحی به درستی محاسبه نشود.