تریبولوژی چیست؟ اصطکاک، سایش، و روانکاری برای مهندسان توضیح داده شده است

تریبولوژی چیست؟

یک مهندس تعمیر و نگهداری یک گیربکس را بعد از 8000 ساعت سرویس باز می کند و روی یک بوش برنزی امتیاز عمیقی پیدا می کند. شفت ظاهر خوبی دارد، اما بوش باید تعویض شود. دستگاه دیگری در همان خط سه برابر بیشتر بدون آسیب قابل مشاهده کار کرده است. تفاوت شانس نیست. این نتیجه تریبولوژی است.

تریبولوژی علم و مهندسی سطوح متقابل در حرکت نسبی است. این سه پدیده مرتبط را پوشش می دهد: اصطکاک، سایش و روانکاری. اصطکاک در برابر حرکت مقاومت می کند، سایش به سطوح آسیب می رساند و روانکاری هر دو را کنترل می کند. این کلمه از یونانی آمده است تریبو به معنای مالش، و این میدان به طور رسمی در گزارش Jost در سال 1966 نامگذاری شد، که توجه را به ضررهای اقتصادی عظیم ناشی از اصطکاک و سایش جلب کرد.

برای مهندسان، تریبولوژی یک موضوع انتزاعی نیست. تعیین می‌کند که یک یاتاقان چقدر دوام می‌آورد، چقدر انرژی یک ماشین مصرف می‌کند و آیا یک قطعه بعد از هفته‌ها یا سال‌ها از کار می‌افتد.

چرا تریبولوژی برای قابلیت اطمینان تجهیزات مهم است؟

تریبولوژی تأثیر مستقیمی بر هزینه عملیاتی دارد. اصطکاک انرژی مصرف می کند، سایش عمر قطعه را کوتاه می کند و خرابی روغن کاری باعث خرابی برنامه ریزی نشده می شود. در ماشین‌های دوار، یاتاقان‌های ساده، چرخ دنده‌ها، مهر و موم‌ها و واشرهای رانش همگی تحت تنش تریبولوژیکی کار می‌کنند.

انتخاب های انجام شده در طول طراحی - مواد یاتاقان، پوشش سطح، نوع روان کننده و سختی - تصمیمات تریبولوژی هستند. یاتاقان‌هایی که خیلی نرم هستند ممکن است آلاینده‌ها را جاسازی کنند اما به سرعت فرسوده شوند. یکی که خیلی سخت است ممکن است سایش را به شفت منتقل کند. درک مکانیسم های اصطکاک و سایش به مهندسان کمک می کند تا از مصالحه اشتباه اجتناب کنند.

صنایعی مانند خودروسازی، نیروی باد، تجهیزات ساختمانی و فرآوری مواد غذایی متکی به اصطکاک کنترل شده و سایش کم هستند. حتی یک بهبود کوچک در ضریب اصطکاک می تواند مصرف انرژی را به میزان قابل توجهی در طول هزاران ساعت کار کاهش دهد.

سه ستون تریبولوژی

بیشتر خرابی های تریبولوژیکی را می توان به یک یا چند مورد از سه موضوع اصلی ردیابی کرد: اصطکاک، سایش، و روانکاری. درک نحوه تعامل آنها مفیدتر از حفظ تعاریف جدا شده است.

اصطکاک و منحنی استریبک

اصطکاک مقاومت در برابر حرکت نسبی بین دو سطح در تماس است. معمولاً با ضریب اصطکاک توصیف می شود که به مواد، زبری سطح، بار، سرعت و وجود روان کننده بستگی دارد. منحنی Stribeck یک روش فشرده برای مشاهده چگونگی تغییر اصطکاک با سرعت و ویسکوزیته است. این سه رژیم را نشان می دهد: روانکاری مرزی، روغنکاری مخلوط و روانکاری هیدرودینامیکی. در روغن کاری مرزی، سطوح به طور مستقیم با یکدیگر تماس دارند و یک لایه شیمیایی نازک یا جامد از چسبندگی شدید جلوگیری می کند. اینجاست که مواد خود روان کننده اهمیت پیدا می کنند.

مکانیسم های پوشیدن

سایش حذف تدریجی مواد از سطح است. مکانیسم های رایج در یاتاقان ها شامل سایش چسب، سایش ساینده، سایش خستگی و سایش خورنده است. سایش چسب زمانی اتفاق می‌افتد که تماس‌های میکروسکوپی به یکدیگر جوش می‌شوند و سپس شکسته می‌شوند و مواد را از یک سطح می‌کشند. سایش ساینده در اثر برش یا شخم زدن سطح نرمتر ذرات سخت ایجاد می شود. سایش خستگی پس از بارگذاری چرخه ای مکرر به صورت سوراخ شدن یا پوسته شدن ظاهر می شود. سایش خورنده زمانی اتفاق می افتد که محیط به سطح حمله می کند و حرکت محصول واکنش را حذف می کند.

خواندن الگوهای لباس یک مهارت عملی است. خراش هایی که در جهت لغزش قرار دارند اغلب نشان دهنده آلودگی ساینده هستند، در حالی که مواد انتقال یافته نشان دهنده چسباندن چسب هستند. فرورفتن روی سطح بوش معمولاً نشان دهنده اضافه بار خستگی یا روانکاری ناکافی است.

روانکاری و روان کننده ها

روغن کاری سطوح را جدا می کند، اصطکاک را کاهش می دهد و گرما را دور می کند. روان کننده های مایع مانند روغن و گریس زمانی که سرعت و ویسکوزیته مطلوب باشد لایه های سیال تشکیل می دهند. در روغنکاری مرزی یا مخلوط، فیلم به طور کامل تشکیل نمی شود، بنابراین شیمی افزودنی روان کننده یا یک لایه روان کننده جامد بار را حمل می کند.

روان کننده های جامد به ویژه در مواردی که روغن نمی تواند به طور قابل اعتماد عرضه شود، مانند مجموعه های مهر و موم شده، محیط های با دمای بالا، یا برنامه های بدون نیاز به تعمیر و نگهداری مفید هستند. گرافیت، PTFE و دی سولفید مولیبدن روان کننده های جامد رایج هستند. هنگامی که در یک ماتریس یاتاقان جاسازی می‌شوند، یک لایه نازک را روی شفت جفت‌گیری منتقل می‌کنند و یک رابط کنترل‌شده تریبولوژیکی ایجاد می‌کنند. این تمایز در مقایسه ما بیشتر مورد بررسی قرار می گیرد یاتاقان‌های خود روان‌کار در مقابل طرح‌های بلبرینگ مرزی روان‌کار .

چگونه تریبولوژی طراحی بلبرینگ را شکل می دهد

یاتاقان ساده در نوع خود یک سیستم تریبولوژیک است. شفت، بوش، روان کننده و هر گونه آلاینده یک سیستم کوچک با سرنوشت مشترک را تشکیل می دهند. یک ماده یاتاقان خوب باید ضریب اصطکاک پایینی در برابر مواد شفت داشته باشد، در برابر سایش مقاومت کند، ناهماهنگی جزئی را تحمل کند و گاهی اوقات به جای اینکه اجازه دهد شفت را برش دهد، آوارها را جاسازی کند.

بلبرینگ های خود روان کننده از یک پشتیبان فلزی یا پلاستیکی با روان کننده جامد که در لایه کار توزیع می شود استفاده می کنند. به عنوان مثال، الف بلبرینگ خود روان شونده بر پایه فولاد از یک پشتی فولادی برای ظرفیت بار و یک لایه برنز متخلخل پر شده با یک ترکیب کاهنده اصطکاک استفاده می کند. در حین لغزش، ترکیب آزاد می شود تا یک فیلم انتقال روی شفت تشکیل شود. به این صورت است که یک یاتاقان می‌تواند با مقدار کمی یا بدون عرضه روغن کار کند و در عین حال سطح اصطکاک قابل پیش‌بینی را حفظ کند.

تامین کنندگان یاتاقان های خود روان کننده مبتنی بر فولاد HZ10 نوع 1، شرکت - ژجیانگ H شرکت Huazhou یاتاقان های خود روان کننده مبتنی بر فولاد HZ10 نوع 1 و شرکت در چین، عمده فروشی خود روان کننده مبتنی بر فولاد HZ10 نوع 1 ... مشاهده محصول →

انتخاب گروه مواد مناسب به شرایط فشار بستگی دارد. بارهای زیاد و سرعت کم نیاز به موادی با روان کننده های جامد قوی مانند گرافیت دارند. برای حرکت نوسانی یا خطی با دسترسی محدود، پلاستیک های مهندسی مقاومت کم در برابر اصطکاک و خوردگی دارند. برای بارگذاری محوری، واشر رانش یک راه حل فشرده است.

انتخاب اجزای کم اصطکاک برای شرایط واقعی

انتخاب بلبرینگ با بار تریبولوژیکی واقعی شروع می شود. سرعت، جهت بار، سختی شفت، دمای محیط، آلودگی و نوع روانکاری همه نقش دارند. جدول زیر شرایط عملیاتی متداول و خانواده‌های موادی را که معمولاً با آنها مطابقت دارند، خلاصه می‌کند.

برای کاربردهای با بار بالا و سرعت کم، الف بوش گرافیتی مسی اغلب اولین انتخاب است زیرا گرافیت تعبیه شده یک لایه اصطکاک کم را حفظ می کند حتی زمانی که گریس نمی تواند استفاده شود. روغن کاری مرزی را تحمل می کند، دماهای بالا را کنترل می کند و بدون تشنج در برابر شفت سایش می کند.

تامین کنندگان بوش مس گرافیت مقاوم در برابر سایش HZ-JDB - Zhejiang Huaz Huazhou تامین کننده و شرکت بوش مس گرافیت HZ-JDB مقاوم در برابر سایش در چین است، عمده فروشی مس گرافیت مقاوم در برابر سایش HZ-JDB ... مشاهده محصول →

برای حرکات خطی یا نوسانی بدون نیاز به نگهداری، یک بلبرینگ کشویی پلاستیکی مهندسی می تواند نیاز به روغن را از بین ببرد و صدا را کاهش دهد. این یاتاقان ها در برابر جمع شدن خاک مقاومت می کنند، ناهماهنگی را تحمل می کنند و در کاربردهایی که بوش فلزی از خوردگی یا سایش سنگین رنج می برد، به خوبی کار می کنند.

یاتاقان های کشویی پلاستیک مهندسی HZ-GSM، شرکت - ژجیانگ هوآژو Huazhou تامین کننده و شرکت یاتاقان کشویی پلاستیکی مهندسی HZ-GSM در چین است، عمده فروشی یاتاقان کشویی پلاستیک مهندسی HZ-GSM... مشاهده محصول →

هنگامی که بار محوری است، یک جزء به سبک واشر کاربردی تر از یک آستین استوانه ای است. ما راهنمای واشرهای تراست نسخه های استاندارد مقاوم در برابر سایش و مهر و موم شده را برای شرایط عملیاتی مختلف مقایسه می کند.

خواندن الگوهای لباس در تعمیر و نگهداری

تجزیه و تحلیل سایش نقطه ورود به تریبولوژی برای تیم های تعمیر و نگهداری است. یک بوش با سطوح آینه ای صیقلی اما صاف ممکن است در یک رژیم سالم کار کرده باشد. در مقابل، یک بوش با شیارهای عمیق محوری و یک محور خشن داستان متفاوتی را بیان می کند: ذرات سخت بین سطوح به دام افتاده و مانند یک ابزار برش عمل می کنند. این اطلاعات می تواند بقیه دستگاه را از همان سرنوشت نجات دهد.

امضاهای پوشیدنی رایج شامل موارد زیر است:

• امتیاز دهی ساینده - اغلب به روانکار آلوده یا آب بندی ناکافی اشاره دارد.
• انتقال چسب - به معنای گرمای بیش از حد موضعی و تماس فلز با فلز است.
• حفره های خستگی - نشان دهنده اضافه بار چرخه ای یا تشکیل فیلم روغن ضعیف است.
• حکاکی خورنده - نشان دهنده حمله شیمیایی از محیط یا روان کننده تخریب شده است.

هنگامی که مکانیسم شناسایی شد، راه حل می تواند یک تغییر مواد، یک عملیات سطحی، یک روان کننده متفاوت یا فواصل نگهداری نزدیک تر باشد. به عنوان مثال، عملکرد و مزایای مواد بوش های مس گرافیتی زمانی که دمای بالا و بارهای سنگین روغن‌های معمولی را تخریب می‌کنند، اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند.

مسیرهای آینده در تریبولوژی

تریبولوژی فراتر از انتخاب مواد ساده است. هدف تریبولوژی سبز کاهش تلفات انرژی و افزایش عمر اجزا در کاربردهایی است که بازیافت روانکارها دشوار است. مهندسی سطح - سطوح بافت دار، پوشش های سخت و لایه های کاربردی - راه های جدیدی برای کنترل اصطکاک بدون تکیه بر روغن خارجی ایجاد می کند. بلبرینگ‌های مجهز به حسگر و نظارت بر روانکاری نیز داده‌های تریبولوژی را در زمان واقعی در دسترس قرار می‌دهند و به تیم‌های تعمیر و نگهداری اجازه می‌دهند قبل از وقوع آسیب پاسخ دهند.

برای سازندگان بلبرینگ، نتیجه عملی انتخاب گسترده‌تری از سیستم‌های مواد و پروفیل‌های سطح است. فولاد پوشش داده شده، کامپوزیت های دو فلزی، مواد مبتنی بر پلیمر، و روان کننده های جامد جاسازی شده، همگی به بهبود ادامه می دهند. طراحانی که اصول اصطکاک و سایش را درک می کنند، آمادگی بیشتری برای تعیین جزء مناسب برای هر چرخه کاری دارند.

قرار دادن Tribology به کار

تریبولوژی موضوعی نیست که مختص تریبولوژیست ها باشد. مهندسان تعمیر و نگهداری، مهندسان طراح و تیم‌های خرید، همگی تصمیماتی می‌گیرند که بر اصطکاک و سایش تأثیر می‌گذارند: از کدام ماده بوش استفاده شود، کدام روان‌کننده مشخص شود، هر چند وقت یکبار بازرسی شود، و چگونه آسیب را تفسیر کنیم. شروع با اصول اولیه اصطکاک، سایش و روانکاری به هر عضو تیم یک زبان مشترک می دهد.

پیام عملی ساده است: قبل از انتخاب بلبرینگ، شرایط عملکرد را درک کنید و از امضای سایش به عنوان بازخورد دستگاه استفاده کنید. زمانی که عرضه روغن قابل اطمینان نیست یا دسترسی به تعمیر و نگهداری دشوار است، مواد خود روان‌کار و روغنکاری مرزی جایگزین‌های قابل اعتمادی را ارائه می‌دهند. با مواد مناسب و پرداخت مناسب روی شفت جفت‌گیری، یک بلبرینگ ساده می‌تواند هزاران ساعت بدون یک قطره روغن کار کند.