روان‌کاری

روان‌کاری به عنوان علم تسهیل حرکت نسبی سطوح در تماس با یکدیگر تعریف شده‌است و سابقه آن به زمان پیش از پیدایش چرخ و استفاده از گردش آن به دور محور، به منظور ایجاد حرکتی روان بر می‌گردد. به‌طور کلی در هر جا که سطوح در جوار و در تماس با یکدیگر دارای حرکت نسبی هستند، روانکاری نقش بسیار مهمی در انجام حرکت به نحو صحیح، مداوم و اقتصادی ایفا می‌کند. عدم روانکاری صحیح ماشین‌آلات علاوه بر آنکه باعث تقلیل بازده مکانیکی و پایین آمدن بازده زمانی ماشین می‌شود، منجر به فرسایش بیش از حد، فرسودگی و ازکارافتادگی زودرس نیز می‌گردد.

رو‌ان‌کاری میل‌لنگ موتور بخار یک کشتی.

روانکاری فرآیند یا تکنیک استفاده از روان کننده برای کاهش اصطکاک و سایش و پارگی در تماس بین دو سطح است. مطالعه روانکاری یک رشته در زمینه تریبولوژی است.

مکانیزم‌های روان‌کاری مانند سیستم‌های روان‌کاری سیال به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که بار اعمال‌شده به طور جزئی یا کامل توسط فشار هیدرودینامیکی یا هیدرواستاتیکی حمل می‌شود، که باعث کاهش فعل و انفعالات بدنه جامد (و در نتیجه اصطکاک و سایش) می‌شود. بسته به درجه جداسازی سطح، رژیم های روغنکاری متفاوتی قابل تشخیص است.

روانکاری کافی اجازه می دهد تا عملکرد صاف و مستمر عناصر ماشین، سرعت سایش را کاهش دهد و از فشار یا تشنج بیش از حد در یاتاقان ها جلوگیری کند. هنگامی که روغن کاری خراب می شود، اجزا می توانند به طور مخرب روی یکدیگر ساییده شوند و باعث گرما، جوش موضعی، آسیب مخرب و خرابی شوند.

مکانیزم های روانکاری

سیستم های روان کاری شده با سیال

با افزایش بار بر روی سطوح تماس، موقعیت های متمایزی را می توان با توجه به حالت روانکاری مشاهده کرد که به آنها رژیم های روانکاری می گویند:

• روانکاری فیلم سیال رژیم روانکاری است که در آن، از طریق نیروهای ویسکوز، بار به طور کامل توسط روان کننده در فضا یا شکاف بین قطعات در حال حرکت، نسبت به یکدیگر تحمل می شود.
• در روانکاری هیدرواستاتیک، فشار خارجی به روان کننده در یاتاقان اعمال می شود تا فیلم روان کننده سیال در جایی که در غیر این صورت تحت فشار قرار می گیرد، حفظ شود.
• در روانکاری هیدرودینامیکی، حرکت سطوح در تماس و همچنین طراحی یاتاقان، روان کننده را در اطراف یاتاقان پمپ می کند تا فیلم روان کننده را حفظ کند. این طرح از یاتاقان ممکن است در هنگام راه اندازی، توقف یا معکوس شدن فرسوده شود، زیرا لایه روان کننده خراب می شود. اساس نظریه هیدرودینامیک روانکاری معادله رینولدز است. معادلات حاکم بر نظریه هیدرودینامیک روانکاری و برخی از راه حل های تحلیلی را می توان در مرجع یافت.
• روانکاری الاستو هیدرودینامیک: عمدتاً برای سطوح غیر منطبق یا شرایط بار بالاتر، بدنه ها در تماس دچار کرنش های الاستیک می شوند. چنین کرنشی یک ناحیه باربر ایجاد می کند که یک شکاف تقریباً موازی برای جریان سیال ایجاد می کند. همانند روانکاری هیدرودینامیکی، حرکت اجسام در تماس، فشار ناشی از جریان را ایجاد می کند که به عنوان نیروی باربری در ناحیه تماس عمل می کند. در چنین رژیم های فشار بالا، ویسکوزیته سیال ممکن است به طور قابل توجهی افزایش یابد. در روانکاری الاستو هیدرودینامیک فیلم کامل، فیلم روان کننده تولید شده سطوح را کاملا جدا می کند. با توجه به جفت قوی بین عمل هیدرودینامیکی روان کننده و تغییر شکل الاستیک در تماس جامدات، این رژیم روانکاری نمونه ای از برهمکنش سیال-ساختار است.نظریه elastohydrodynamic کلاسیک معادله رینولدز و معادله انحراف الاستیک را برای حل فشار و تغییر شکل در این رژیم روانکاری در نظر می‌گیرد.تماس بین ویژگی‌های جامد برجسته یا ناهمواری‌ها نیز می‌تواند رخ دهد که منجر به یک رژیم روغنکاری مخلوط یا روغنکاری مرزی شود.
• روانکاری مرزی به عنوان رژیمی تعریف می‌شود که در آن بار به‌جای روان‌کننده، توسط ناهمواری‌های سطح (نقاط مرتفع) حمل می‌شود.این اثری است که پلی اتیلن فوق العاده با وزن مولکولی را «خود روان شونده» می کند.
• روانکاری فیلم مرزی: اثرات هیدرودینامیکی ناچیز است. اجسام در تماس نزدیک‌تر در نقاط بالا قرار می‌گیرند. گرمای ایجاد شده توسط فشارهای موضعی باعث ایجاد حالتی می شود که به آن لغزش چسب می گویند و برخی از ناهنجاری ها از بین می روند. در شرایط دما و فشار بالا، اجزای شیمیایی واکنش پذیر روان کننده با سطح تماس واکنش داده و یک لایه یا لایه مقاوم بسیار مقاوم بر روی سطوح جامد متحرک (فیلم مرزی) تشکیل می دهند که قادر به تحمل بار و سایش یا خرابی عمده است. اجتناب کرد.
• روغنکاری مخلوط: این رژیم در بین رژیم های الاستوهیدرودینامیکی کامل فیلم و روغنکاری مرزی قرار دارد. فیلم روان کننده تولید شده برای جداسازی کامل اجسام کافی نیست، اما اثرات هیدرودینامیکی قابل توجهی است.

علاوه بر تحمل بار، روانکار ممکن است مجبور باشد عملکردهای دیگری را نیز انجام دهد، به عنوان مثال ممکن است نواحی تماس را خنک کند و محصولات سایش را حذف کند. در حین انجام این عملکردها، روان کننده به طور مداوم از نواحی تماس با حرکت نسبی (هیدرودینامیک) یا توسط نیروهای القایی خارجی جایگزین می شود.

روغن کاری برای عملکرد صحیح سیستم های مکانیکی مانند پیستون ها، پمپ ها، بادامک ها، یاتاقان ها، توربین ها، چرخ دنده ها، زنجیر غلتکی، ابزارهای برش و غیره مورد نیاز است، جایی که بدون روغن کاری فشار بین سطوح در مجاورت نزدیک باعث ایجاد گرمای کافی برای آسیب سریع سطح می شود. در شرایط درشت ممکن است به معنای واقعی کلمه سطوح را به هم جوش داده و باعث تشنج شود.

در برخی کاربردها، مانند موتورهای پیستونی، فیلم بین پیستون و دیواره سیلندر نیز محفظه احتراق را آب بندی می کند و از خروج گازهای حاصل از احتراق به داخل میل لنگ جلوگیری می کند.

اگر موتوری به روانکاری تحت فشار مثلاً یاتاقان های معمولی نیاز داشت، یک پمپ روغن و یک فیلتر روغن وجود دارد. در موتورهای اولیه (مانند دیزل دریایی Sabb)، که در آن تغذیه تحت فشار مورد نیاز نبود، روانکاری پاشش کافی است.

انواع مواد روان کاری

روغن روانکار

روغن های روانساز به طور عمده دارای منشاء نفتی می باشند و عمده ترین روانکار مورد استفاده در صنایع هستند. ویژگی های مورد انتظار از روغن های مناسب برای روانکاری به شرح ذیر هستند:

1. دارای گرانروی مناسب و ضریب اصطکاک بسیار کم باشند.

استفاده از روان کننده در بلبرینگ

2. در مقابل حرارت مقاوم باشند و اکسیده نشوند.

3. خاصیت پاک کنندگی مناسب داشته باشند و پس از کار مداوم، تحت تاثیر زیاد تشکیل مواد لجنی و رسوبات در لابه لای قطعات ندهند.

4. دارای شاخص گرانروی بالا باشند.

5. با ایجاد لایه نازکی از روغن بر روی سطوح متحرکی که با یکدیگر در تماس هستند، از ساییدگی و فرسودگی آن ها جلوگیری نمایند.

6. در حین عملیات ایجاد کف ننمایند.

7. زنگ زدگی و خوردگی بر روی قطعات فلزی ایجاد نکنند.

8. با قطعات لاستیکی و پلاستیکی سازگاری داشته باشند.

گریس ها

گریس گرافیت

گریس از کلمه لاتین کراسوس به معنی چربی گرفته شده است. طبق تعریف انجمن ملی گریس های روانکار (NLGI)، گریس ها محصولات جامد یا نیمه جامدی هستند که از متفرق شدن یک عامل سفت کننده در یک مایع روان کننده حاصل می شوند و معمولا شامل مواد اضافی دیگری که خواص ویژه ای به گریس ها می بخشند، می باشند. ماده ی سفت کننده نقش حامل روغن را برعهده دارد و روغن را در انجام عمل روانکاری یاری می کند و بنابراین فرق اصلی گریس ها با روغن ها در وجود ماده ی سفت کننده است. مشخصات و کیفیت گریس به نوع و مقدار ماده ی سفت کننده، مواد افزودنی و مشخصات روغن پایه و همچنین فرآیند تولید آن بستگی دارد.

جزء معروف ترین روانکارها هستند که نه مایع و نه جامدند و از یک روغن پایه معدنی یا سنتزی و یک سفت کننده به دست می آیند. در مواردی که روانکاری با روانکارهای مایع مشکل بوده و امکان روانکاری مجدد دارای محدودیت می باشد، این نوع روانکارها کاربد فروانی خواهند داشت.

روانکارهای جامد

این نوع روانکار ها برای کار در شرایط به خصوص مثلا 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 های بالا و همچنین در برابر انرژی های ناشی از تابش مواد رادیو اکتیو از مهم ترین خواص یک روانکار است و روانکار های جامد دارای این خصوصیات هستند.

گرافیت، مولیبونیوم دی سولفید، بور نیترید، تنگستن دی سولفیدو برخی مواد آلی جامد مثل فتالو سیانین و تترا فلوئور و اتیلن، میکا، تالک و غیره از انواع روانکارهای جامد هستند که در این بین گرافیت و مولیبونیوم دی سولفید، بیشترین کاربرد را دارند.

منابع

• مبانی فیلم سیال روان کننده

• هیدرودینامیک روان کننده ها

• مدل‌سازی برهمکنش سیال-ساختار کنتاکت‌های خط روان کاری شده الاستو هیدرودینامیکی

• مدلی برای پیش‌بینی ضریب اصطکاک در روان کاری ترکیبی بر اساس مفهوم اشتراک بار با زبری سطح اندازه‌گیری شده

• راهنمای کاربرد و مشخصات محصولات شرکت نفت بهران
• راهنمای محصولات پالایشگاه شرکت نفت پارس

جستارهای وابسته

• سامانه روغن‌کاری
• برهم‌کنش سیال و سازه
• روان‌ساز
• اصطکاک