تصور کنید که در حال رانندگی در بزرگراه هستید. با پیمایش گزینههای داشبورد، میبینید که دمای روغن ثابت است، دمای مایع خنککننده ایمن است و سرعت شما در سطح مطلوبی تنظیم شده است. در سفری مانند این، این شرایط تا حد زیادی ثابت میماند. شما به یک وضعیت تثبیتشده دست یافتهاید. ظرفیت تولید و دفع حرارت همه سیستمها در تعادل است.
اما چه اتفاقی میافتد وقتی شرایط بیرونی تغییر میکند - شیب زمین بسیار تند میشود؛ شما یک تریلر بزرگ را میکشید؛ تهویه مطبوع کار میکند و بیرون ۹۸ درجه فارنهایت است؟ ممکن است عدم تعادل حرارتی را تجربه کنید، مگر اینکه انتظارات خود را از وسیله نقلیه یا تیم طراحی آزمایش شده تنظیم کنید تا از ظرفیت خنککننده کافی برای حفظ تعادل حرارتی سازگار با تمام محدودیتهای فیزیکی اجزا اطمینان حاصل کنید.
در بیشتر کاربردهای یاتاقان، شرایط عملیاتی عادی تا حدی تغییر خواهد کرد. با این حال، در برخی بخشها، به ویژه بخشهای مرتبط با برق، فضا و حتی خودرو و تجهیزات سنگین، این شرایط به حد نهایی خود رسیده است. شرکتها خواهان کاهش وزن، کار با سرعت و بار بالاتر و کاهش اتلاف توان ناشی از چرخش روانکننده هستند که منجر به خروجی حرارتی بالقوه بالاتر از یاتاقان میشود.
کریس ناپلئون، رئیس و مهندس ارشد خدمات مهندسی ناپلئون در اولان، نیویورک، خاطرنشان کرد : «آنها میخواهند کمترین میزان روانکاری را داشته باشند، یاتاقان را سریعتر و سریعتر به حرکت درآورند و همه چیز را برای کاهش وزن کوچکتر کنند.» «بنابراین، ممکن است بارهای سنگینتری را روی یاتاقان کوچکتر با روانکاری کمتر تحمل کنیم و اکنون در معرض خطر عدم تعادل حرارتی هستیم.»
«ما در این بسته کوچکتر، حجم زیادی تولید میکنیم و به کل سیستم فشار میآوریم.»
درک پیچیدگی خرابی ناشی از عدم تعادل حرارتی مهم است. طبق اطلس خرابی برای المانهای تماسی ماشین هرتز، خرابی ناشی از عدم تعادل حرارتی ناشی از گرمای تولید شده بیش از گرمای دفع شده همزمان است. این خرابی با سایر حالتهای خرابی اجزای تماسی متفاوت است زیرا یک خرابی سیستمی است؛ اثرات آن ممکن است در درجه اول روی یک یا چند جزء ظاهر شوند، اما مکانیسم خرابی، از دست دادن تعادل حرارتی المان ماشین به عنوان یک سیستم است.
این شامل سه رویداد شکست است:
۱. حالت پایدار تعادل حرارتی در حجمی که عنصر دستگاه را در بر میگیرد، منجر به مازاد تولید گرما نسبت به دفع گرما میشود.
۲. دمای برخی یا تمام اجزای تماسی و اغلب دمای برخی دیگر از اجزای دستگاه (از جمله روانکننده) به طور ناگهانی بالاتر از حداکثر سطح طراحی افزایش مییابد.
۳. بسته به بزرگی، محل و مدت زمان افزایش دما، ممکن است چندین خرابی میانی مختلف، از جمله خرابی روغنکاری و از دست رفتن فاصله عملیاتی، رخ دهد.
تخریب روانکننده حاصل، از دست رفتن فاصله عملیاتی و سایش، عموماً منجر به بارهای انگلی زیادی روی کنتاکتهای هرتز میشود. افزایش بار، تولید گرما را بیشتر افزایش میدهد و باعث خرابی سریع و اغلب فاجعهبار میشود. اما خرابی نهایی عدم تعادل حرارتی، یک افزایش ناگهانی دما است که اغلب به عنوان "سوختگی" شناخته میشود.
عدم تعادل حرارتی عمده میتواند از طریق یکی از حالتهای خرابی متعدد باعث تخریب یک برنامه کاربردی شود. این موارد شامل جوش خوردن (همراه با گرفتگی)، تغییر شکل پلاستیک داغ، شکستگی و ذوب شدن اجزای پلاستیکی است. رویدادهای عدم تعادل حرارتی کمتر، در صورت جلوگیری، ممکن است هیچ اثر قابل مشاهدهای باقی نگذارند یا منجر به یک اثر طولانی مدت شوند که باعث خرابی احتمالی در آینده میشود. از جمله این موارد میتوان به از دست دادن منبع روغن کاری، تجزیه روغن کاری و از دست دادن سختی اشاره کرد.
آیا واقعاً همه اینها تقصیر بلبرینگ است؟
ناپلئون گفت: «اگر یاتاقان به درستی طراحی و ساخته شده باشد، شاید نه. این یک سراشیبی لغزنده است. صنعت یاتاقان کیفیت مواد را به طور قابل توجهی بهبود بخشیده، بهینهسازی طراحی را برای توزیع تنش در نظر گرفته و ویژگیهای اصطکاکی را از طریق تکنیکهای طراحی یا ساخت کاهش داده است. در نتیجه، عمر تئوری یاتاقان L10 افزایش یافته است. این نشان میدهد که میتوانید یاتاقان را کوچکتر کنید یا شرایط بار و سرعت را افزایش دهید و عمر طراحی قابل قبولی را نشان دهید.
اما آیا همچنان در شرایط حرارتی تثبیتشده خواهید بود؟ چنین اقداماتی، فشار بیشتری را بر تیم مهندسی طراحی تولیدکننده اصلی تجهیزات (OEM) وارد میکند تا قابلیت دفع حرارت کافی را به کار گیرند، زیرا وقتی اهداف طراحی فراتر از حد معمول باشند، حاشیه پایداری حرارتی میتواند بسیار کمتر باشد.
ناپلئون گفت: «ما از راهحلهای روانکاری یاتاقان با گریس و لایه خشک خود، بیشتر میخواهیم که سیستمهای انتقال روغن را حذف کنند.» «بنابراین، مهندس طراح OEM باید در نظر بگیرد که چگونه میتوان گرمایی را که از نظر تاریخی در این سطح نبوده و احتمالاً توسط سیستمهای انتقال روغن و خنککننده حذف میشود، حذف کرد.»
«هیچ راهحل جادویی برای اجزای یاتاقان برای حل مشکل اتلاف گرما وجود ندارد. مهندس یاتاقان میتواند کنترلهای طراحی کاهنده اصطکاک، قفسهای خود روانکننده و عملیات حرارتی مقاوم در برابر سایش را در نظر بگیرد. طراح سیستم یا تولیدکننده اصلی تجهیزات (OEM) مسئولیت مشخصی در تأمین ظرفیت خنککننده کافی برای جبران عملیاتی دارد که اغلب با فرمولهای استاندارد برای محاسبه عمر یاتاقان و تولید گرما همخوانی ندارند.»
این بدان معناست که باید زمان و تلاش کافی برای انجام طراحی تجربی و آزمایش فیزیکی صرف شود تا مشخص شود چه سطحی از تولید گرما توسط راهحلهای سطح اجزا و ظرفیت خنکسازی لازم ایجاد میشود.
ناپلئون در پایان گفت: «مردم اغلب زیاد به این موضوع فکر نمیکنند. اما این همان کاری است که برای رسیدن به هدف اصلیتان، یعنی ثبات، باید انجام دهید؛ همان ثباتی که ممکن است هنگام رانندگی در بزرگراه از آن لذت ببرید.»
دیدگاهها (0)
ثبت دیدگاه