پاورپوینت روانکاری و یاتاقانهای لغزشی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

بنام خدا

طراحی اجزاء 2فصل دوازدهم: روانکاری و یاتاقانهای لغزشی

اسلاید 2 :

انواع روانکاری
هدف روانکاری (Lubrication) کاهش اصطکاک و جلوگیری از سایش و گرم شدن قطعاتی از ماشین است که در تماس با یکدیگر حرکت می کنند.
امروزه در صنعت، از روش های مختلفی برای روانکاری استفاده می گردد و این روش ها معمولاً بر مبنای نحوه تشکیل فیلم روغن بین سطوح مورد نظر، طبقه بندی می شوند. انواع روشهای روانکاری عبارتند از:
1- هیدرودینامیک
2- هیدرواستاتیک
3- الاستوهیدرودینامیک
4- مرزی
5- لایه جامد
1- روانکاری هیدرودینامیک: در یک یاتاقان سطوح تحمل کننده بار بوسیله یک لایه روانکار نسبتا ضخیم از هم جدا می شوند تا از تماس فلز با فلز جلوگیری شود. در روانکاری هیدرودینامیک نیازی به تزریق تحت فشار روانکار نیست. به روانکاری هیدرودینامیک روانکاری لایه کامل نیز گفته می شود.

اسلاید 3 :

2- روانکاری هیدرواستاتیک: با وارد کردن یک روانکار تحت فشار بالا به درون منطقه تماس شفت با یاتاقان انجام می شود. فشار بالای روانکار موجب تشکیل یک لایه روانکار بین سطوح در حال حرکت می شود و از این طریق اصطکاک کاهش می یابد. بنابراین بر خلاف هیدرودینامیک، این روانکاری نیازی به حرکت نسبی سطوح ندارد. این نوع روانکاری معمولا در طراحی یاتاقانهایی که سرعت نسبی کوچک یا صفر دارند یا نیاز به اصطکاک فوق العاده کم است، استفاده می شود.

3- روانکاری الاستوهیدرودینامیک: در مواردی مطرح است که حرکت نسبی سطوح، از نوع غلتش همراه با لغزش باشد. این نوع روانکاری در غلتک ها، چرخدنده ها، بادامک ها و بیرینگ های غلتشی رخ می دهد.

4- روانکاری مرزی: ضخامت فیلم روغن بسیار کم بوده و از چند مولکول تجاوز نمی کند. معمولاً این نوع روانکاری در صنعت مطلوب نیست و از این نظر به آن روانکاری ناقص نیز اطلاق می گردد. علت ایجاد این نوع روانکاری می تواند افت سرعت نسبی سطوح، کاهش حجم روانکار ورودی، افزایش بار و دما باشد. در این سیستم بیشترین مقدار اصطکاک رخ می دهد.

5- روانکاری لایه جامد: هنگامی که یاتاقانها ناچار به کار در دماهای فوق العاده بالا باشند، دیگر روغنهای معمولی قادر به تحمل این شرایط نیستند. در نتیجه از روانکارهای جامد مانند گرافیت استفاده می شود.

اسلاید 4 :

گرانروی (ویسکوزیته)
طبق قانون نیوتن تنش برشی در یک سیال متناسب با نرخ تغییرات سرعت نسبت به y می باشد:

μ ویسکوزیته مطلق یا ویسکوزیته دینامیکی است.
ویسکوزیته یا گرانروی در واقع مقاومت سیال در
مقابل جاری شدن می باشد.

اسلاید 6 :

واحد ویسکوزیته

اسلاید 7 :

مقایسه ویسکوزیته چند سیال مختلف

اسلاید 8 :

قانون پتروف (Petroff)
پدیده اصطکاک در یاتاقانها برای اولین بار توسط پتروف با فرض هم مرکز بودن شفت و یاتاقان بیان شد.
فرض می کنیم که بار بسیار کوچکی برابر W به شفت وارد می شود و فاصله آزاد بین شفن و یاتاقان کاملا از روغن پر شده است. از نشت روغن نیز چشم پوشی می کنیم.
r: شعاع شفت
c: لقی شعاعی
l: طول یاتاقان
N: سرعت چرخشی بر حسب دور بر ثانیه

اسلاید 9 :

گشتاور= نیروی برش در بازوی r

P= فشار حاصل از نیروی W

گشتاور نیروی اصطکاک

قانون پتروف:

اسلاید 10 :

عدد مشخصه یاتاقان یا عدد «سامرفیلد» با رابطه زیر تعریف می شود:

دو کمیت μN/P و r/C پارامترهای بسیار مهمی در روانکاری هستند.

کمیت r/c نسبت لقی شعاعی نامیده می شود.
اگر دو طرف قانون پتروف را در r/c ضرب کنیم رابطه زیر بدست می آید:

اسلاید 11 :

روانکاری پایدار
در مدل پتروف فرض می شود که ضخامت لایه روانکار زیاد است.
یعنی در نمودار زیر در قسمت سمت راست خط AB قرار داریم. در این ناحیه شرط زیر برقرار است:

این ناحیه به ناحیه پایدار موسوم است. زیرا اگر افزایش دما رخ دهد، ویسکوزیته کاهش و در نتیجه کمیت μN/P نیز کاهش و ضریب اصطکاک کاهش می یابد و در نتیجه آن دمای روانکار پایین می آید. بنابراین در قسمت سمت راست خط AB از آنجا که تغییرات خود به خود اصلاح می شوند، به منطقه روانکاری پایدار موسوم است.
اما در قسمت چپ خط AB برعکس این فرآیند اتفاق می افتد و بنابراین این ناحیه بیانگر روانکاری ناپایدار است. در این ناحیه احتمال تماس فلز با فلز و در نتیجه اصطکاک بیشتر وجود دارد.

اسلاید 12 :

روانکاری با لایه ضخیم

شکل رو به رو یک یاتاقان لغزشی را در شروع چرخش در جهت عقربه های ساعت نشان می دهد. با وارد شدن مایع روانکار حرکت چرخشی شفت باعث پمپ شدن مایع روانکار در اطراف یاتاقان در جهت عقربه های ساعت می شود. روانکار با فشار به درون فضای گوه ای شکل پمپ شده و شفت را به سمت دیگر هل می دهد.
کمترین ضخامت لایه روانکار h0 اندکی متمایل به چپ ایجاد می شود.
نسبت خروج از مرکز به صورت زیر تعریف می شود:
c: لقی شعاعی و برابر با تفاضل شعاع یاتاقان و شفت
e: خروج از مرکز

یاتاقان روبه رو را یاتاقان پاره ای گویند. چنانچه شعاع یاتاقان برابر شعاع شفت باشد آن را یاتاقان چسبان و یا فیت گویند.

اسلاید 13 :

تئوری هیدرودینامیک
در مدل رینولدز فرض می شود لایه های سیال در ناحیه گوه ای شکل آنقدر نازک هستند که در مقایسه با شعاع یاتاقان می توان از انحنای آن چشم پوشی کرد. یعنی یاتاقان خمیده را با یاتاقان مسطح عوض نمود.

اسلاید 14 :

سایر شروط به صورت زیر است:
1- روانکار از قانون نیوتن در مورد سیالهای گرانرو پیروی می کند.
2- نیروهای اینرسی روانکار ناچیز فرض می شود.
3- روانکار را تراکم ناپذیر فرض می کنیم.
4- گرانروی در سراسر لایه روانکار ثابت فرض می شود.
5- فشار در جهت محوری تغییر نمی کند.
6- طول یاتاقان و شفت در جهت z بی نهایت است یعنی روانکار در راستای این محور جریان ندارد.
7- فشار لایه روانکار در امتداد y ثابت است. در نتیجه فشار تنها به x وابسته است.
8- سرعت هر ذره در لایه روانکار تنها بستگی به مختصات x و y دارد.

اسلاید 15 :

استخراج توزیع سرعت
تعادل نیروی المان:

اسلاید 16 :

اعمال شرایط مرزی:
توزیع سرعت روانکار در لایه:

اسلاید 17 :

معادله کلاسیک رینولدز برای جریان دوبعدی (اثبات در کتاب):
جواب سامرفیلد برای معادله فوق (Φ یک تابع است):

اسلاید 18 :

ملاحظات طراحی
در طراحی یاتاقانهای لغزشی دو گروه متغیر وجود دارد:
گروه اول: متغیرهایی که داده می شوند و یا انتخاب آنها در اختیار طراح است:

گروه دوم: متغیرهای وابسته که طراح اختیاری در تعیین آنها ندارد مگر آنکه به طور غیر مستقیم با تغییر یک یا چند متغیر گروه اول (این گروه بیانگر کیفیت عملکرد یاتاقان بوده و ضرایب عملکرد نام دارند):

اسلاید 19 :

سرعت زاویه ای موثر
سرعت زاویه ای N که در عملکرد لایه هیدرودینامیک مهم است برابر است با:

در محاسبه عدد سامرفیلد بایستی مقدار N از رابطه فوق در رابطه جایگذاری شود. برخی حالتها در شکل زیر نشان داده شده است:

اسلاید 20 :

نمودارهای گرانروی (ویسکوزیته)
انجمن مهندسين خودرو (SAE) طبقهبندي روغنهای موتور را برحسب گرانروی و درجه حرارت انجام داده است. در سيستم طبقهبندی گرانروي SAE روغنهای مناسب برای استفاده در درجه حرارتهای پايين با حرف W (Winter) مشخص میشوند. روغنهايی که در درجه خود دارای حرفW نيستند، براي هواي معتدل و گرم و براي کار در درجه حرارت نرمال مناسبند. به این روغنها روغنهای روغنهای تک درجهای Mono Grade گویند.