چه چیزی باعث گرم شدن بیش از حد بلبرینگ می شود؟ تجزیه و تحلیل ریشه‌ای فنی

علل اولیه گرمای بیش از حد در بلبرینگ

گرمای بیش از حد به ندرت از یک عامل مجزا ناشی می شود. بیشتر اوقات، این نتیجه شرایط مرتبط با یکدیگر است که تنش حرارتی را ترکیب می کند. دسته بندی های زیر نشان دهنده شایع ترین علل ریشه ای شناسایی شده در کاربردهای صنعتی است.

شکست روغن کاری

روانکاری مایه حیات هر یاتاقان غلتکی است. کارکردهای اصلی آن شامل جداسازی عناصر نورد از راهروها، دفع گرما و جلوگیری از خوردگی است. هنگامی که روغن کاری از کار می افتد، اصطکاک به طور تصاعدی افزایش می یابد و گرمای بیش از حد تولید می کند.

• نوع روانکار یا ویسکوزیته نادرست: استفاده از روغن یا گریس با ویسکوزیته بیش از حد برای سرعت عملیاتی باعث افزایش مقاومت و تولید گرما می شود. برعکس، ویسکوزیته کم نمی تواند یک لایه الاستو هیدرودینامیک (EHD) کافی را حفظ کند، که منجر به تماس فلز با فلز و گرمایش اصطکاکی می شود.
• تخریب روان کننده: قرار گرفتن در معرض دماهای بالا، آلودگی یا اکسیداسیون، روغن های پایه روان کننده و غلیظ کننده ها را تجزیه می کند و قابلیت تشکیل فیلم را کاهش می دهد. گریس تخریب شده ممکن است سخت شود یا توانایی خود را در جداسازی عناصر نورد از دست بدهد.
• روغن کاری بیش از حد یا کم گریس: گریس بیش از حد حفره یاتاقان را پر می کند و باعث بهم خوردن و افزایش دمای کار می شود. گریس ناکافی منجر به گرسنگی و شرایط روانکاری مرزی می شود. تحقیقات نشان می‌دهد که گریس‌های سفت‌تر (درجه NLGI بالاتر) ممکن است در کاربردهای با سرعت بالا عملکرد بهتری داشته باشند، زیرا در برابر سقوط به مسیر غلتشی مقاومت می‌کنند و در نتیجه مقاومت را کاهش می‌دهند.
• ناسازگاری: مخلوط کردن ترکیبات شیمیایی مختلف گریس (به عنوان مثال، بر پایه لیتیوم با پایه پلی اوره) می تواند باعث نرم شدن، سخت شدن یا جدا شدن روغن شود که پایداری حرارتی را به خطر می اندازد.

نصب و جابجایی نامناسب

رابطه بین یاتاقان نورد و اجزای مجاور آن (شفت و محفظه) فاصله داخلی و توزیع بار را دیکته می کند. نصب نادرست به طور مستقیم بر عملکرد حرارتی تأثیر می گذارد.

• تناسب تداخل بیش از حد: اتصال بیش از حد محکم روی شفت یا محفظه، حلقه های یاتاقان را فشرده می کند و فاصله شعاعی داخلی را کاهش می دهد. این کاهش می تواند فاصله عملیاتی را از بین ببرد و باعث به دام افتادن عناصر نورد و ایجاد اصطکاک شدید شود.
• ترخیص ناکافی: حتی با تناسب های صحیح، انتخاب یک یاتاقان با فاصله اولیه که برای انبساط حرارتی مورد انتظار خیلی کم است، می تواند با گرم شدن و انبساط یاتاقان باعث تشنج شود.
• ناهماهنگی: ناهماهنگی زاویه‌ای بین شفت و محفظه، عناصر غلتشی را مجبور می‌کند در مسیرهای کج حرکت کنند، که باعث ایجاد تنش ناهموار و گرمایش موضعی می‌شود. این امر به ویژه برای یاتاقان های غلتکی استوانه ای و سوزنی، که قابلیت ناهماهنگی محدودی دارند، مضر است.

بار بیش از حد یا بارگذاری نامتعادل

هر یاتاقان غلتکی برای ظرفیت بار دینامیکی و استاتیک خاصی درجه بندی می شود. عملکرد فراتر از این محدودیت ها یا قرار دادن بلبرینگ در معرض توزیع بار ناهموار، تنش و اصطکاک را افزایش می دهد.

• اضافه بار: تجاوز از میزان بار محاسبه شده یاتاقان، تنش های تماسی را در رابط عنصر نورد و راه آهن افزایش می دهد. تنش بیشتر به تغییر شکل الاستیک و انرژی اصطکاکی بیشتر تبدیل می شود که به صورت گرما ظاهر می شود.
• بار محوری در یاتاقان های یک طرفه: اعمال بارهای رانش بر یاتاقان هایی که برای نیروهای محوری قابل توجه طراحی نشده اند (به عنوان مثال، رولبرینگ های استوانه ای استاندارد) باعث بارگذاری لبه و تولید گرمای بیش از حد می شود. بلبرینگ های غلتکی مخروطی یا بلبرینگ های تماس زاویه ای به طور خاص برای تحمل بارهای ترکیبی طراحی شده اند.
• اجزای چرخان نامتعادل: یک شفت یا روتور نامتعادل بارهای سیکلی را وارد می کند که از رتبه دینامیکی یاتاقان فراتر می رود و منجر به نوسان اصطکاک و افزایش دما می شود.

آلودگی و ذرات خارجی

ذراتی مانند خاک، گرد و غبار، تراشه های فلزی یا زباله های فرآیندی که وارد بلبرینگ می شوند تأثیر عمیقی بر رفتار حرارتی دارند.

• آسیب تورفتگی: ذرات را می توان توسط عناصر غلتان غلت داد و در مسیرهای مسابقه فرورفتگی ایجاد کرد. این علامت‌های «آب‌زنی» زبری سطح را افزایش می‌دهند و با برخورد عناصر نورد بعدی، اصطکاک ایجاد می‌کنند.
• سایش ساینده: ذرات ریز و سخت معلق در روان کننده به عنوان یک ترکیب سنگ زنی عمل می کنند، به تدریج مواد را از بین می برند و هندسه یاتاقان را تغییر می دهند که منجر به افزایش فاصله و گرمای بیش از حد می شود.
• ورود رطوبت: آلودگی آب ضخامت لایه روغن را کاهش می دهد و باعث خوردگی می شود که سطوح را زبر می کند و سایش را تسریع می کند و در نتیجه اصطکاک و دما را افزایش می دهد.

سرمایش یا تهویه ناکافی

حتی تحت بارهای عملیاتی معمولی، یاتاقان های غلتشی مقدار پایه گرمایی تولید می کنند که باید دفع شود. خنک کننده ناکافی می تواند باعث تجمع تدریجی دما شود.

• جریان هوای محدود: در ماشین‌هایی با خنک‌کننده همرفت طبیعی، عدم وجود فاصله در اطراف محفظه یا پره‌های خنک‌کننده کثیف می‌تواند گرما را به دام بیندازد.
• خرابی سیستم خنک کننده: در محفظه های خنک شونده با مایع، مسدود شدن گذرگاه های خنک کننده، سطح پایین مایع خنک کننده یا خرابی پمپ از حذف گرما از ناحیه یاتاقان جلوگیری می کند.
• دمای محیط بالا: کار در محیط های از قبل گرم، اختلاف دمای موجود برای اتلاف گرما را کاهش می دهد.