محاسبه دبی روغن به ژورنال برینگ

با درود و مزید احترام

در این پست قصد بر آنست که به این سوال پاسخ داده شود: چگونه می توان دبی جریان روغنرسانی به یک ژورنال برینگ را تعیین کرد؟

برای پاسخ به این سوال، ابتدا لازم است سرعت چرخش شفت، نوع روغن، بازه دمایی، و لقی بین شفت و برینگ مشخص باشد. همانطور که قبلا گفته شده بود، ژورنال برینگ ها وظیفه پشتیبانی از شفت در برابر بارهای محوری و شعاعی را در زمان چرخش برعهده داشته و معمولا کاربرد آنها در مواردی است که دو متغیر بار و سرعت چرخش شفت تغییر چندانی نمی کنند. در یک سیستم ژورنال برینگ، سه بخش شایسته بررسی هستند: بخش ثابت قضیه یا برینگ، بخش متحرک داستان یا ژورنال، و فیلم روغن که بین این دو قرار می گیرد. در اینجا، متریال تشکیل دهنده بخش های ثابت و متحرک سیستم می تواند کاملا متغیر باشد. چراکه برینگ ها معمولا از الیاژ نرمتری نسبت به ژورنال ساخته می شوند تا از ساییدگی و خوردگی ژورنال بخش های متحرک جلوگیری شود (شکل 1 را ببینید). وظیفه فیلم روغن نیز در این میان کنترل الگوی اصطکاک، سایش، خوردگی، پرافایل حرارتی، و پیرایش فضای بین دو بخش متحرک و ثابت از ذرات الاینده است. البته، نباید از نقش این فیلم بعنوان واسطه ای برای انتقال قدرت مکانیکی نیز غافل شد.

شکل 1: نمای شماتیکی از نحوه اعمال فشار بر فیلم روغن بین دو سطح ژورنال برینگ و شفت

در روغنرسانی به ژورنال برینگ ها، سه رژیم حاکم است: فیلم کامل یا هیدرودینامیک، فیلم مخلوط، و فیلم مرزی. از آنجا که سطح ماشین کاری شده فلزات، هرچقدر هم که با دقت و کیفیت انجام شده باشد، حاوی پستی و بلندی ها و ناهنجاری های سطحی است و کیفیت تماس این ناهنجاری ها در دو سطح متقابل (ثابت و متحرک) است که نوع رژیم روغنرسانی یا در واقع نوع فیلم روغن مورد نیاز را تعیین می کند. بیشتر ژورنال برینگ ها برای روغنرسانی در رژیم فیلم کامل یا هیدرودینامیک طراحی می شوند. اما، درواقع، این ژورنال برینگ ها در دو مُد هیدرودینامیک و مرزی روغنکاری می شوند. روغنرسانی در حالت مرزی، بنا به تعریف، عبارتست از تشکیل فیلم روغن در نازکترین حالت خود. بطوریکه گاه مستلزم برخورد مستقیم دو ناهنجاری سطحی (قله به قله یا قله به دره یا...) به یکدیگر باشد. بدین ترتیب، روغنرسانی در حالت فیلم مرزی می تواند بیشترین ریسک سایش را به همراه داشته باشد. شایسته ذکر است که این مُد بیشتر در زمان استارت-آپ تجهیز رخ می دهد. در این حالت، کمترین میزان انتقال بار به دوش فیلم روغن است.

در رژیم کاری فیلم مخلوط، انتظار می رود که تماس اندکی بین ناهنجاری های دو سطح مقابل برقرار باشد (برخلاف فیلم کامل که تماس بین ناهنجاری های سطحی به صفر می رسد). اما، بارگذاری روی فیلم روغن تقریبا مداوم است. این حالت اندکی پس از استارت-آپ تجهیز رخ داده و تا رسیدن به سرعت چرخش معمول شفت ادامه می یابد. پس از رسیدن به این محدوده سرعتی است که فیلم روغن کامل شده و تمامی بار مکانیکی بین دو بخش ثابت و متحرک ژورنال برینگ به فیلم روغن اختصاص می یابد. شکل 2 ساختار یک ژورنال برینگ نوعی را با جزییات مربوطه نشان می دهد.

شکل 2: شماتیکی از ساختار یک ژورنال برینگ

در فیلم روغن، در اثر اعمال بار، فشار ایجاد می شود که میزان این فشار بستگی مستقیمی به ضخامت فیلم دارد که خود (همانطور که قبلا گفته شده بود) به ویسکوزیته دینامیک روغن یک دمای خاص وابسته است. رابطه بین فشار و ویسکوزیته دینامیک هر روغن یک عدد خاص است که با عنوان فاکتور پی معروف است. این فاکتور نشان دهنده آن است که با افزایش فشار در جریان یک روغن خاص، ویسکوزیته دینامیک آن روغن در آن نقطه فشاری افزایش می یابد. این فاکتور یکی از عوامل تعیین ظرفیت بارگذاری یک ژورنال برینگ است. با این تفاسیر، اکنون می توان دو معادله را برای محاسبه دبی جریان روغنرسانی به یک ژورنال برینگ ارائه کرد که یکی برحسب گالن بر دقیقه و دومی برحسب قطره در دقیقه است (شکل 3).

شکل 3: فرمول محاسبه میزان روغن مورد نیاز برای هر ژورنال برینگ

توضیح اینکه فاکتور لقی یا m در معادلات نشان داده شده در شکل 3 بصورت زیر قابل محاسبه است:

m=1000*(2C/D)

که حروف C و D در شکل 2 تعریف شده اند. آیتم بار وارده یا W نیز عبارتست از وزن تجهیز که باید بر تعداد برینگ ها تقسیم و سپس وارد معادله شود.