محاسبه طول عمر گریس

با درود فراوان

در این پست قصد داریم به معرفی گریس، نحوه انتخاب آن، و نحوه محاسبه طول عمر آن بپردازیم

امروزه، بیش از 90 درصد روانکاری انواع برینگ های صنعتی با توسل به گریس انجام می گیرد. بنابراین، دانستن نحوه انتخاب و محاسبه عمر مفید گریس برای مهندسین ادوات روتاری بسیار مهم است. در محاسبه طول عمر مفید یک گریس چندین عامل دخیل است که در محاسبه وارد شده و هر یک تاثیر خود را دارند. اهمیت این محاسبات در رسیدن به عددی است که کمترین میزان مصرف روانکار یاMQL= Minimum Quantity Lubrication   نامیده شده و در کنترل هزینه های نگهداری و تعمیرات نقش اساسی بازی می کند. رولربرینگ های ساچمه ای (بال) و استوانه ای مثال هایی از برینگ المنت هایی در تجهیزات روتاری هستند که میزان ام کیو ال در آنها بسیار مهم است. چراکه با تاثیر گرفتن از یکسری از عوامل منفی، عمر گریس در آنها بسرعت کم شده و آنها را در معرض انواع حالات خرابی قرار می دهد.

ساختار گریس در شکل 1 نشان داده شده است. براساس این شکل، گریس از روغن پایه، تیکنر، و انواع ادتیو تشکیل شده است. آنچه که در این میان عمل روانکاری را بعهده دارد، روغن پایه است که می تواند مینرال، کاملا سنتتیک، یا مخلوطی از این دو باشد.

شکل 1: ساختار گریس

انواع مختلفی از ادتیو ها به این روغن اضافه می شوند که بیشتر با هدف مقاومت به خوردگی، تشکیل لایه (ها) بمنظور محافظت از سطح فلز در شرایط بارگذاری مختلف، و یا بهبود رفتار ویسکو-الاستو-هیدرودینامیک گریس در دما های مختلف به روغن اضافه شده و رفتار و خواص آن را تغییر می دهند. وظیفه تیکنر نیز جذب این سیستم روغنی و آزاد کردن تدریجی آن در شرایط مختلف ترمودینامیک روی سطح فلز است. در عمل، چند گرم از گریس می تواند برای روانکاری موثر و طولانی مدت یک رولربرینگ بکار رود. بدین ترتیب، محاسبه دقیق میزان گریس مصرفی و مدت عمر آن می تواند در کاهش هزینه ها بسیار موثر باشد.

محاسبه عمر مفید یک گریس: در محاسبه دقیق طول عمر گریس ها چندین عامل دخیلند که از آن جمله می توان به نوع گریس، نوع برینگ، شرایط کاری، و شرایط محیطی اشاره کرد. شکل 2 نمودار عمومی طول عمر گریس ها را برحسب شرایط عملکردی (سرعت چرخش و دما) را نشان می دهد. در این نمودار، برای نمونه، طول عمر دو گریس لیتیومی با روغن پایه مینرال که یک گریس روانکار عمومی است و گریس دیگری با تیکنر پلی اوریا و روغن پایه سنتتیک از خانواده اِستِر ها نشان داده شده است.

شکل 2: نمودار محاسبه عمر گریس

محور افقی نمودار شکل 2 بیانگر شرایط کاری تعریف شده یا فرض شده برای برینگ می باشد. این شرایط کاری با عددی بیان می شود که حاصلضرب سه شاخص نوع برینگ یا Kf، سرعت چرخش یا n، و قطر متوسط برینگ یا dm است. البته در برخی منابع، حاصلضرب سرعت چرخش در قطر متوسط برینگ را فاکتور سرعت نامیده اند. شاخص نوع برینگ تعریفی عددی از شرایط روانکاری برینگ بوده و از 0.9 تا 10 برای بلبرینگ های ساده تا حدود 90 برای رولربرینگ های پیچیده متفاوت است. بزرگتر شدن این شاخص به معنای بیشتر شدن سطح مقطع های اعمال نیرو و در نتیجه، افزایش تنش عمومی وارده به ماتریس تیکنر و روغن گریس است.

از نمودار شکل 2، میزان عمر تئوریک گریس یا tf بدست می آید. اما، بمنظور نزدیک کردن این عدد به واقعیت، ضرایب تاثیر یا Influence factor در آن ضرب شده و مقدار آن را به عددی واقعی برحسب ساعت تغییر می دهند. هر یک از ضرایب تاثیر با حرف اف انگلیسی و عمر واقعی گریس با tfq در فرمول زیر نشان داده شده اند

tfq=tf*f1*f2*f3*f4*f5*f6

که در فرمول فوق،

f1 = Environmental media, degree of pollution (0.1 to 0.9)

f2 = Load dynamics, impacts (0.1 to 0.9)

f3 = Bearing temperature (0.1 to 0.9)

f4 = Bearing load (0.1 to 1.0)

f5 = Airflow (0.1 to 0.7)

f6 = Type of mounting, centrifugal energy (0.5 to 0.7)

در مورد ضریب تاثیر حرارتی یا f3، ذکر این نکته لازم است که برای گریس های استاندارد (متشکل از تیکنر لیتیومی و مینرال اویل)، پیرسازی حرارتی در دما های بالاتر از ۱۴۰ درجه سلسیوس بشدت بر عمر گریس تاثیر منفی دارد. مثلا، با رسیدن دمای کاری به ۱۹۰ درجه سلسیوس، عمر واقعی گریس به صفر خواهد رسید. چراکه در این دما، روغن از تیکنر جدا شده و در اثر افزایش سرعت سیرکولاسیون گریس در برینگ به همین دلیل، نرخ اکسیداسیون گریس بالا رفته و گریس کم کم تمامی خواص خود را از دست می دهد. در دما های خیلی پایین نیز، عملکرد گریس کاهش شدیدی می یابد و حتی شاهد ترک خوردن گریس در دما های حدود منفی ۲۰ درجه سلسیوس هستیم.