اصولا وضعیت اقتصاد ملی هر جامعه‌ای به نحوه و میزان استفاده از مواد و انرژی مربوط می‌شود در شرایط امروزی بهینه‌سازی مصرف انرژی نقش کلیدی در توسعه اقتصادی و اجتماعی ایفا می‌کند از طرفی بحران کاهش منابع نفتی و بحران‌های اقتصادی دنیا را واداشته که از منابع انرژی به بهترین نحو استفاده کنند. با بررسی روش استفاده مواد و انرژی در کشور و همچنین آمار و ارقام اعلام شده در می‌یابیم نرخ رشد و پیشرفت اقتصادی کشور رو به تعدیل است. بنابراین بررسی روش استفاده مواد و انرژی در کشور و بهینه‌سازی مصرف انرژی در سیستم‌های مختلف را می‌توان از دو دیدگاه بررسی نمود: یکی بکارگیری تکنولوژی بهینه‌سازی در فاز طراحی سیستم مورد مطالعه و دیگری اعمال روشهای بهینه‌سازی مصرف در سیستم‌های در حال کار. از جمله تکنولوژی‌های بهینه‌سازی که می‌توان از اصول آن در فاز طراحی کمک گرفت، تکنولوژی تریبولوژی است که در رابطه با سیستم‌های مکانیکی بکار گرفته می‌شود. هنگام بررسی بهره‌وری انرژی یک طرح صنعتی، باید مصرف انرژی در سیستم‌های مکانیکی آن را نیز همپای مصارف حرارتی و الکتریکی در نظر گرفت. یکی از عواملی که در سیستم‌های مکانیکی انرژی را به هدر می‌دهد، اصطکاکی است که بین دو سطح که نسبت به هم دارای حرکت هستند، وجود دارد، در واقع تریبولوژی علم و تکنولوژی، عمل متقابل سطح در حال حرکت نسبت به یکدیگر و اعمال مربوط به آن اجزا در حال حرکت تعریف بهتری برای آن است. اصول تریبولوژی برای قسمتی از اجزا دستگاه‌ها و ماشینهای مکانیکی که در آنها بیشترین اصطکاک و ساییدگی وجود دارد، بکار برده می‌شود. از اجزا اصلی خودرو که در آن بیشترین اصطکاک و ساییدگی وجود دارد، یاتاقان‌ها هستند. این قطعات امروزه کاربرد فراوان پیدا کرده‌اند و با توجه به خصوصیات یاتاقان‌ها روانکاری و کاهش اصطکاک و ساییدگی در آنها از مسایل مهم و قابل توجه است. از مسایلی که در رابطه با یاتاقان‌ها و اجزای مرتبط مانند سیستم سیلندر و پیستون، باید در نظر گرفت، عبارتند از: ١) طراحی و انتخاب یاتاقان بر اساس حالت اساسی کار، جهت و طبیعت بار وارده، شکل هندسی سیستم. ٢) بررسی جنس ماده یاتاقان و خصوصیات میکروسکوپی و ماکروسکوپی سطح آن و مشخصه‌های هندسی و بافت آن. ٣) بررسی شیوه‌های روانکاری ٤) شناخت و بررسی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی روان‌کننده‌ها. این مقاله موارد فوق را بصورت اجمالی بررسی می‌کند، اما آنچه مهم است، این است که روان‌سازی اعضا و قسمت‌های در حال تماس بسیار با اهمیت است و در همه طراحی‌ها باید دقت و ملاحظه نمود که مسایل روان‌سازی برای همه اعضای دستگاه در نظر گرفته شود و همچنین خاطر نشان می‌شود که اجزا مکانیکی نمی‌توانند در یک دستگاه یا ماشین بصورت مجزا رفتار کنند. بلکه آنها تحت تأثیر دیگر اجزا قرار می‌گیرند، همانگونه که آنها بر دیگر اجزا تأثیر می‌گذارند. در این مقاله با سطوح همدیسی و ناهمدیسی سرو کار داریم. سطح روی مساحت نسبتاً بزرگی حمل می‌شود و ضمن افزایش بار، مساحت سطح تحمل کننده بار لزوماً ثابت باقی می‌ماند. سطوح ناهمدیسی مطابقت هندسی خوبی ندارند و دارای سطوح روانکاری کوچکی هستند. سطوح روانکاری با افزایش بار بزرگ می‌شوند، ولی هنوز در مقایسه با مساحت روانکاری سطوح همدیسی، کوچک است.
موضع‌نگاری سطوح
سرعت افزاینده تولید و روشهای جدید برش لیزری، مشخصات سطوح ماشین شده را تغییر می‌دهند. همچنین ملزومات مربوط به دقت سطح و صیقلی بودن آن نیز به مقدار زیادی افزایش یافته است. از این رو اهمیت تشریح یک سطح با مقیاس دقیق، در تریبولوژی بخوبی نمایش داده می‌شود. شکست لایه‌های روانکاری کننده روغن در سیلندرهای موتور در یاتاقان‌ها می‌تواند بخاطر شکل سطح نامناسب حتی در مقیاس میکرونی باشد.
گرچه تئوری طراحی یاتاقان به مقدار زیادی متکی به مکانیزم سیال و سینماتیک است، ولی نهایتاً، مسأله دو سطح است که یا در تماس هستند و یا توسط یک لایه نازک سیال از یکدیگر جدا می‌شوند. در هر مورد بافت این سطح بمنظور کسب اطمینان از روانکاری مناسب، می‌تواند مهم باشد.
اولین گام در به دست آوردن بصیرت در روانکاری سطوح جامد، امتحان کردن نمایه سطح یا موضع‌نگاری است. سطوح صاف در مقیاس اتمی بصورت کاملاً مسطح نیستند. زبری سطوح تولیدی و مصرفی در روانکاری بین ١/٠ تا ١٠ میکرومتر بوده، در صورتی که قطر اتم‌های معمولی بین ٠٠٠١/٠ تا ٠٠١/٠ میکرومتر است. حتی یک سطح کاملاً صیقلی وقتی با میکروسکوپ یا با نمایه‌گر آزمایش شود، شکل ناصاف دارد. این سطح از بخش‌های پست و بلند تشکیل شدهاست که نقاط بلند یا برجستگی‌ها، به نام «زبری» خوانده می‌شود.
مشخصه‌های هندسی سطوح
مشخصه‌های هندسی، یا بافت سطوح به ترتیبی که در شکل (٣) نشان داده می‌شود را می‌توان به راحتی به سه طبقه اصلی تقسیم‌بندی نمود.
١)خطای شکل: سطوح بخاطر خطاهای به وجود آمده در فرآیند ساخت از فرم تعریف شده کامل خویش منحرف می‌شوند.
٢)موجی بودن: موج‌های نسبتاً بلند در یک نمایه سطح، غالباً همراه با ارتعاشات ناخواسته‌ای هستند که همیشه در سیستم‌های ماشین ابزار اتفاق می‌افتد.
٣)زبری: به غیر از موجی بودن و خطای شکل، بی‌نظمی‌هایی در سطح فرآیند برش و صیقل دادن در زمان تولید بوجود می‌آیند که اصطلاحاً آن را زبری می‌گویند.
در مطالعه سطوح روانکاری شونده، زبری، یک تغییر هندسی است که عموماً قابل توجه است گرچه غالباً تمایز زیادی نمی‌توان بین این طبقه‌بندی‌ها قائل شد، ولی زبری به سادگی به فضای افقی «طول موجی» این سطح ارتباط دارد. از دید عملی، در طبقه‌بندی کردن سطوح مورد استفاده در تریبولوژی، هر دو جهت عمودی (یا پارامتر دامنه) و جهت افقی (یا طول موج) مهم هستند.
دو دسته سخت افزار عمومی به صورت رایج برای اندازه‌گیری صیقل سطح به کار گرفته می‌شوند:
١)روشهای تماسی که از روش سوزنی استفاده می‌کنند.
٢)روشهای بدون تماس.
اندازه‌گیری سوزنی بر مبنای تبدیل حرکت عمودی نوک سوزن در ضمن طی عرض یک سطح، به یک ولتاژ الکتریکی است. سپس این ولتاژ توسط استفاده از آنالوگ مداری یا تبدیل به اطلاعات دیجیتال، متحول می‌شود.
روشهای بدون تماس برای تعیین مشخصه‌های سطوح، چندین وسیله و اصول اندازه‌گیری مختلف را به کار می‌گیرند:
وسایل بادی، دستگاه‌های نوری، دستگاه‌های میکروسکوپ الکترونی (الکترون میکروسکوپی انتقالی TEM و انعکاس الکترون میکروسکوپی REM) و همچنین کنترل تونلی میکروسکوپی. از دستگاه‌هایی که در این رابطه موجود هستند، می‌توان دستگاه‌های: Station) SAM Semi-Automatic Measuring ) MULTI - INCOMETER- TOPOMETER.
طراحی یاتاقان
طراحی فرآیندی است خلاق، بمنظور پیداکردن راه حل مناسب برای یک مسأله بخصوص در تمام اشکال طراحی، یک مساله خاص ممکن است راه‌حل‌های مختلفی داشته باشد، زیرا ملزومات طراحی می‌تواند به طرق مختلف برداشت شود. بنابراین کار طراح روشن و صریح نیست، زیرا او مجبور است توافقی منطقی بین همه این ملزومات انتخاب کرده و سپس تصمیم بگیرد تا این طراحی، تلفیقی از همه این شرایط باشد.
فرآیند انتخاب و طراحی یاتاقان، معمولاً شامل اقدامات زیر است:
١) انتخاب یاتاقان مناسب.
٢) تخمین اندازه یاتاقان که احتمال دارد مطلوب باشد.
٣) تجزیه و تحلیل کردن عملکرد یاتاقان برای ارضاء ملزومات در نظر گرفته شده.
٤) تعدیل این طراحی و ابعاد آن تا زمانی که عملکرد آن نزدیک به بهینه‌ای که از همه مهم‌تر است، شود.
دو گام آخری در این فرآیند می‌تواند به آسانی توسط شخصی که آموزش در روشهای تحلیلی داشته و اصول اصلی موضوع را درک می‌کند، انجام گیرد. ولی دو گام اولی احتیاج به تعدادی تصمیم‌گیری‌های خلاق دارد و برای خیلی طراحان مشکل‌ترین قسمت فرآیند طراحی است.
طبقه بندی یاتاقان
یاتاقان یک تکیه‌گاه یا راهنما است که یک جزء ماشین را به ترتیبی با اجزاء دیگر قرار می‌دهد که حرکت نسبی معین شده میسر گردد، ضمن این که نیروهای در ارتباط با کارکرد در این ماشین بتوانند به نرمی و با راندمان خوب منتقل شوند.
یاتاقان‌ها را می‌توان به چند طریق دسته‌بندی کرد: تقسیم‌بندی بر اساس حالت اساسی کار (مالش، هیدرودینامیک، هیدرواستاتیک، یا جزء چرخنده). تقسیم‌بندی بر اساس جهت و طبیعت بار وارده (کف گرد یا ژورنال)، یا تقسیم‌بندی بر اساس شکل هندسی (تخت، سطح موازی پله‌ای، یا کفشک متمایل).
مطالب زیادی برای طبقه‌بندی بر حسب حالت اساسی عمل با تقسیم‌بندی‌های جزیی آن برای به حساب آوردن شرایط بار و شکل‌های هندسی مختلف وجود دارد.
انتخاب یاتاقان
طراح غالباً با مشکل تصمیم‌گیری برای انتخاب یاتاقان با قطعات چرخنده یا هیدرودینامیکی که برای کاربرد بخصوص استفاده می‌شوند، مواجه می‌شود. مشخصه‌های ذیل در یاتاقان‌های با قطعه چرخنده در خیلی از موقعیت‌ها مطلوب‌تر از یاتاقان‌های هیدرودینامیکی است:
١) اصطکاک کم در شروع و حین عمل.
٢) قدرت تحمل بارهای ترکیب از شعاعی و کف‌گرد.
٣) حساسیت کمتر به قطع‌شدن موقت روانکاری.
٤) نداشتن عامل بوجود آورنده ناپایداری.
٥) دمای شروع پایین.
٦)قدرت آب‌بندی روان‌کننده در داخل یاتاقان تا حدود منطقی تغییرات در بار، سرعت و دمای عمل، اثر کمی در عملکرد یاتاقان‌های با قطعات چرخنده دارند.
مشخصه‌های ذیل یاتاقان‌های با قطعات چرخنده را کمتر از یاتاقان‌های هیدرودینامیکی مطلوب جلوه می‌دهند:
١) عمر خستگی معین به دلیل نوسانات زیاد.
٢) لزوم فضای بزرگ‌تر در جهت شعاعی.
٣) ظرفیت ضربه‌گیری کمتر.
٤) سرو صدای بالاتر.
٥) لزوم جدی‌تر هم محور بودن.
٦) هزینه بیشتر.
هر نوع یاتاقان، نقاط قوی و مثبت مربوط به خود را دارد و باید در انتخاب مناسب‌ترین نوع برای کارگیری معین دقت کافی به عمل آید. اسناد واحد داده‌های علوم مهندسی (ESDU) راهنمایی مفید در مورد مسأله مهم انتخاب یاتاقان و همچنین راهنمایی‌های عالی در مورد انتخاب نوع یاتاقان ژورنال یا کف‌گرد با بهترین احتمال برای برآورد احتیاجات عملکرد، ضمن در نظر‌گیری بار، سرعت و شکل هندسی یاتاقان دارد.
موارد یاتاقان
پارامتر دیگری که می‌تواند در عملکرد موفقیت‌آمیز اجزاء تریبولوژی مؤثر باشد، جنس مواد جامد استفاده شدهاست. در راستای تأمین نیاز عملکرد یاتاقان‌ها، باید مواد به کار رفته در تولید یاتاقان‌ها دارای مشخصه‌های ویژه‌ای باشند. بعضی از مشخصه‌های مطلوب عبارتند از: سازگاری با مواد سطح متقابل تماسی، قدرت جذب ذرات آشغال و ذرات حاصل از ساییدگی قابلیت تطابق عملکرد یاتاقان در شرایط کاری خارج از محوری، تطابق هندسی و تغییر مکان ساختاری، پایداری حرارتی و مقاومت در مقابل خوردگی و خستگی.
مشخصه‌های مواد
انتخاب جنس یاتاقان برای کاربرد بخصوص بستگی دارد به:
١) نوع یاتاقان (ژورنال، کف‌گرد، ساچمه‌ای ، ....)
٢) نوع روان کننده (چربی، روغن، آب، گاز، ....)
٣) شرایط محیط اطراف (درجه حرارت، فشار،....)
البته هیچ ماده‌ای به تنهایی نمی‌تواند تمام احتیاجات مواد تشکیل دهنده یاتاقان را بطور کامل برآورده سازد. بنابراین انتخاب جنس یاتاقان در کاربرد مورد نظر از اهمیت زیادی برخوردار‌است و باید بر اساس مشخصه‌های در نظر گرفته شده باشد.
١) سازگاری
گرچه یک یاتاقان هیدرودینامیکی با کارکرد مناسب، یاتاقانی است که در آن محور و یاتاقان توسط لایه روان‌کننده از یکدیگر جدا شوند، اما ضمن عمل موقعیت‌هایی وجود دارند که محور و یاتاقان با یکدیگر تماس پیدا می‌کنند. نقاط برجسته روی محور و یاتاقان به یکدیگر ساییده شده و در اثر حرارت موضعی، نقاط برجسته جوش می‌خورند و این نقاط جوش میکروسکوپی در ادامه شکسته می‌شوند. قابلیت مقاومت ترکیب این مواد در مقابل جوش و خراش، مشخص کننده مقدار سازگاری آنهاست.
٢) قابلیت جذب
ذرات آشغال و یا دیگر ذرات خارجی، ضمن عمل یاتاقان‌ها توسط روان‌کننده و توسط چرخش محور به داخل محوطه لقی یاتاقان حمل می‌شوند. اگر این ذرات آشغال نتوانند در ماده یاتاقان جذب شوند، باعث خسارت ناشی از خراشیدگی می‌گردند. قابلیت جذب این ذرات، از مشخصات مهم یاتاقان است.
٣) قابلیت تطابق
همانطور که از معنی کلمه پیداست، قابلیت تطابق عبارت از اندازه قابلیت ماده یاتاقان در مطابقت دادن خود به خارج از محوری بین محور، یاتاقان یا مربوط به خطاهای هندسی حاصل از ساخت اجزاء آن است و معمولاً مواد یاتاقان با مدول کشسانی پایین به آسانی قابلیت تطابق دارند.
٤) مقاومت در مقابل خوردگی
جنس یاتاقان باید در مقابل ماده روان‌کننده یا مواد حاصل از اکسیداسیون آن قابلیت مقاومت داشته باشد. برای مثال، روغن‌های روان‌کننده بدون کنترل اکسیداسیون، تولید اسیدهای آلی می‌نمایند که بعضی از مواد یاتاقان را از بین می‌برند. انتخاب مواد مقاوم کننده، در حالتی که روان‌کننده آب است، لزوماً محدود به مواد ضدزنگ می‌گردد.
٥) مقاومت در مقابل خستگی
در کاربردهایی که در آن بار تغییر جهت داده یا در آن شدت بار بصورت دوره‌ای تغییر می‌کند، مقاومت بالا در مقابل خستگی لازم است. شکست‌های ناشی از خستگی ابتدا بصورت ترک در سطح یاتاقان ظاهر می‌شود. این ترک‌ها در سرتاسر ماده یاتاقان منتشر شده و به ترک‌های دیگر ملحق می‌شود. در نتیجه باعث جداشدن قسمت‌های مختلف ماده یاتاقان می‌شوند. مقاومت در مقابل خستگی، بخصوص در مورد بارگذاری دوره‌ای مهم است.
٦) پایداری حرارتی و پایداری بعدی
مشخصه‌های حرارتی ماده یاتاقان بستگی به اتلاف حرارت دارد. ضریب هدایت حرارتی ماده یاتاقان وقتی که شرایط روانکاری هیدرودینامیکی نمی‌تواند رعایت شود، باید به اندازه کافی بالا باشد تا اتلاف بیشتر حرارت تولید شده اصطکاکی را، تضمین کند. ضریب انبساط حرارتی خطی باید در محدوده کلی طراحی قابل قبول باشد، بطوری که اثرات تغییرات دما زیان‌آور نباشد. حتی اگر یک ماده این مشخصه‌های مطلوب را داشته باشد، شرایط هزینه‌های قابل قبول و فراهم بودن ماده نیز باید رعایت شوند.
یاتاقان‌های فلزی و غیر فلزی
مواد یاتاقانی برای سطوح همدیسی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
١) فلزات: مانند بابیت‌ها، برنزها، آلیاژهای آلومینیوم، فلزات متخلخل و فلزات جایگزین از قبیل نقره و ایندیوم.
٢) غیر فلزات: مانند پلاستیک‌ها، لاستیک، گرافیت، چوب، سرامیک، کاربیدهای سیمانی، اکسیدهای فلزی و شیشه.
خواص مواد متداول یاتاقان
مواد یاتاقان به آسانی در سه گروه پایه‌ای دسته بندی می‌شوند: فلزات، سرامیک‌ها و پلیمرها، انتخاب مواد در ابتدا بر مبنای آرایش شیمیایی و ساختار اتمی بوده و بیشتر مواد یاتاقان‌ها به طور مستقل جزء یکی از این گروه‌ها هستند، گرچه حالت‌های ترکیبی نیز وجود دارد. یعنی علاوه بر این سه طبقه‌بندی اصلی، یک گروه اضافی دیگر از مواد یاتاقان‌ها به نام گروه مرکب تهیه و به مصرف تولیدکنندگان می‌رسد. توضیح خلاصه طبقه‌بندی ماده و مشخصه‌های بیان‌کننده آنها بشرح زیر است:
١) فلزات: مواد فلزی معمولا ترکیبی از اجزاء فلزی بوده که دارای تعداد زیادی الکترون‌های آزاد هستند. این بدان معنی است که این الکترون‌ها متصل به اتم‌های خاصی نیستند. فلزات هدایت کننده الکتریسیته و حرارت هستند و در نور قابل رویت شفاف نیستند، یک سطح فلز صیقلی و دارای ظاهر براقی است. به علاوه فلزات با وجود استحکام، قادر به تغییر شکل هستند.
٢) سرامیک‌ها: سرامیک‌ها ترکیبی از اجزاء فلزی و غیر فلزی و معمولاً ترکیبی از اکسیدها، نیتریدها و کاربیدها هستند. محدوده گسترده موادی که در این طبقه‌بندی قرار دارند، شامل سرامیک‌هایی می‌شود که از خاک رس، سیمان و شیشه تشکیل شده‌اند. این مواد عموماً عایق عبور الکتریسیته و حرارت و از فلزات و پلیمرها در برابر دماهای بالا و محیط های سخت مقاوم‌تر هستند. از نظر رفتار مکانیکی، سرامیک‌ها سخت ولی شکننده هستند.
٣) پلیمرها: پلیمرها شامل مواد پلاستیکی و لاستیک هستند. اکثر پلیمرها از نظر شیمیایی بر مبنای کربن، هیدروژن و دیگر اجزاء غیر فلزی از انواع ترکیبات آلی دارای ساختار مولکولی خیلی بزرگی هستند. این مواد عموماً دارای دانسیته پایین و بسیار قابل انعطاف هستند.
٤) مواد مرکب: موادی را که دارای بیش از یک ماده باشند، مواد مرکب می نامند. کامپوزیت پلیمری مثالی است که در آن الیاف شیشه در داخل یک ماده پلیمری قرار دارد. طراحی یک ماده مرکب به این گونه است که ترکیبی از بهترین مشخصه‌های مواد متشکله را به نمایش بگذارد. فایبر گلاس مقاومت شیشه و قابلیت انعطاف پلیمرها را دارد. با توجه به کاربرد روزافزون یاتاقان‌های گازی شرایط و خصوصیات کاملاً متفاوت آنها با دیگر یاتاقان‌ها در ادامه بصورت مختصر توضیح داده شده است.
یاتاقان‌های گازی
در سال‌های اخیر یاتاقان‌های روانکاری شونده با لایه روانکاری گازی به دلیل مشخصه‌های قابل توجه، در بسیاری از کاربردها مورد استقبال فراوان قرار گرفته‌اند. آنها مشابه یاتاقان‌های هیدرودینامیکی با روغن روانکاری می‌شوند با این تفاوت که سیال تراکم‌پذیر است. به علاوه از آنجا که هوا هزاران بار، از رقیق‌ترین روغن‌های معدنی رقیق‌تر بوده، مقاومت در برابر لغزندگی خیلی کم است. هر چند که نزدیک‌ترین فاصله بین سطوح یاتاقان نیز به همان نسبت کوچک‌تر است، به گونه‌ای که احتیاط‌های بخصوص باید در ساخت این یاتاقان‌ها به کار گرفته شود.
مزیت‌های یاتاقان‌های روانکاری شونده با گاز عبارتند از:
١) اصطکاک آنها بسیار پایین است.
٢) روانکار به سهولت در دسترس و تمیز است.
٣) روانکار، سطح را آلوده نمی‌کند.
٤) انکار در دمای کاملاً پایین تا کاملاً بالا، به خوبی کار می‌کند.
٥) لایه روانکار به دلیل کاویتاسیون یا تهویه از بین نمی‌رود.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 11 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله نقش یاتاقان‌ها و روانکاری در اتومبیل
