سایش و اثرات آن

تریبولوژی, تکنولوژی وعلمی است که در خصوص سطوح در حال حرکت, کنش و واکنش های آن بحث می کند مجموعه ای از علوم شامل ریاضی, فیزیک, مکانیک جامدات, مکانیک سیالات, شیمی آلی و علم مواد در توسعه و گسترش تریبولوژی نقش دارند و همین امر گستردگی این دانش را نشان می دهد

تریبولوژی، تکنولوژی وعلمی است که در خصوص سطوح در حال حرکت، کنش و واکنش های آن بحث می کند. مجموعه ای از علوم شامل ریاضی، فیزیک، مکانیک جامدات، مکانیک سیالات، شیمی آلی و علم مواد در توسعه و گسترش تریبولوژی نقش دارند و همین امر گستردگی این دانش را نشان می دهد.

سایش، اصطکاک و روانکاری به طور مستقیم با تریبولوژی در ارتباط هستند و بحث سایش و اصطکاک تقریباً در همه جا قابل رویت می باشد که تعدادی از آنها را به شرح زیر می توان خلاصه کرد:

- لاستیک اتومبیل و سطح جاده در حالی که اصطکاک بالا مورد نیاز است.

- یاتاقان ها در حالی که اصطکاک و سایش کم مدنظر می باشد.

- ترمز و دیسک ترمز در حالی که اصطکاک کنترل شده مدنظر است

در عین حال این نکته مشخص است که هدف از طرح مباحث تریبولوژیک، کنترل اصطکاک و سایش و تبعات جانبی آن می باشد. تحقیقات انجام شده در کشورهای صنعتی، صرف هزینه ای بالغ بر۵ تا۱۰ درصد از تولید ناخالص ملی در برخورد با مساله سایش و اصطکاک را نشان می دهد.

در اینجا برای نشان دادن اهمیت موضوع ذکر تولید ناخالص ملی چند کشور حائز اهمیت می باشد.

ایالات متحده امریکا۱۱۰۰۰ میلیارد دلار

ژاپن۴۸۰۰ میلیارد دلار

انگلیس۱۲۰۰ میلیارد دلار

ایران۱۱۰ میلیارد دلار

● ایده ال اما دست نیافتنی

کاهش هزینه ها در صنعت همواره از اهم موضوعات مورد نظر مهندسین بوده است. اگر چه کاهش تبعات ناشی از سایش و اصطکاک مشغولیت های فراوانی را برای طراحان و دست اندرکاران امور بهره برداری ماشین آلات داشته است، لیکن باید پذیرفت که کاهش سایش و اصطکاک به صفر، امری ایده ال اما دست نیافتنی است.

بر اساس تجربیات با اعمال روش های صحیح و ملحوظ کردن نکات لازم در زمینه کنترل سایش و اصطکاک، پتانسیل کاهش یک درصد از هزینه های مستقیم سایش وجود دارد.

تفکیک میزان صرفه جویی های به عمل آمده ناشی از اعمال برنامه صحیح کنترل سایش در تعدادی از کشورهای صنعتی به شرح زیر می باشد.

۱) کاهش در مصرف انرژی ناشی از کم کردن اصطکاک:۵ درصد

۲) کاهش در هزینه های نیروی انسانی:۲ درصد

۳) کاهش در هزینه های روانکار:۲ درصد

۴) کاهش در هزینه های تعمیر و نگهداری و جایگزین قطعات:۴۵درصد

۵) کاهش در هزینه های ناشی از توقف دستگاه ها و ماشین آلات:۲۲ درصد

۶) صرفه جویی ناشی از افزایش راندمان:۴درصد

۷) صرفه جویی در سرمایه گذاری به دلیل افزایش طول عمر ماشین آلات:۲ درصد

برای نشان دادن اثرات بهینه کردن روند مربوط به کنترل سایش و اصطکاک نمودار ذیل مفید می باشد.

● کاهش یا افزایش سایش

همان طور که گفته شد در شرایط متعارف، سایش معمولی و متناسب، امری اجتناب ناپذیر است و این امر نیز روشن است که سایش غیر معمول و زیاد از حد، متضاد با کارکرد صحیح ماشین آلات می باشد. ماشین آلات صنعتی به طور متوسط دارای زمان متوسط بین تعمیرات (MTBF) حدود۴۰ هزار ساعت می باشد. بدین لحاظ کاهش یا افزایش سایش از مقادیر متوسط و معمول، به طور مستقیم به این زمان و طول عمر ماشین آلات تاثیر می گذارد.

سایش کنترل شده نشان دهنده وجود ذرات کمتر از۵ میکرون در شرایط کاری می باشد بیشتر این ذرات از جنس اکسید فلزات تشکیل دهنده سطوح می باشد. در عین حال سایش بیش از حد موید افزایش غلظت ذرات بزرگتر از۵ میکرون می باشد.

در مجموع۷ نوع سایش و صدمات ناشی از آن وجود دارد که به طور مختصر عبارتند از:

۱) abrasion

۲) adhesion

۳) fatigue

۴) corrosion

۵) cavitation

۶) erosion

۷) fretting

از میان موارد یاد شده، چهار نوع اول، سایش اساسی تر و جدی تر هستند و سهم به مراتب بیشتری در صدمات وارده به ماشین آلات دارند.

ساییدگی یا abrasion ؛ شایع ترین نوع سایش است که به شدت بر طول عمر ماشین آلات اثر می گذارد. وجود آلاینده ها مهم ترین دلیل ایجاد این نوع سایش است. فیلتراسیون و روش های جلوگیری از ورود آلاینده ها بالاخص گرد و غبار اتمسفر که حاوی مقادیر متنابهی سیلیس است از اصلی ترین روش های کنترل این نوع سایش می باشد.

لازم به ذکر است که اثر آلاینده سیلیس با توجه به منحنی آن بر روی فلزاتی مثل آهن مانند اثر یک چاقو بر کره می باشد.

از این رو از آنجا که این نوع سایش، ناشی از انتقال ذرات سخت برروی سطوح فلزی می باشد، جلوگیری از ورود این ذرات عامل اساسی و مهم در این خصوص می باشد.

مثال روشن در این خصوص، افزایش عمر سرویس موتورخودروهای امروزی است که به حدود۴۰۰ هزار کیلومتر نسبت به خودروهای دهه۷۰ که برابر با۱۵۰ هزار کیلومتر بود، از طریق بهبود راندمان فیلتراسیون بالاخص فیلترهای هوا می باشد.

● عوامل سایش

سه عامل اساسی برای سایش عبارت است از:

۱) سختی ذرات آلاینده: چنانچه ذرات موجود در سیستم سخت تر از سطوح یاتاقان ها و قطعات تحت بار باشد سایش دارای پتانسیل بالایی می باشد.

۲) اندازه ذرات: چنانچه اندازه ذرات بزرگتراز لقی بین سطوح متحرک و یا ضخامت فیلم روغن باشد احتمال تشدید پدیده سایش وجود دارد. برای پی بردن به نقش اندازه ذرات، توجه به ضخامت فیلم روغن در یک روانکاری هیدرودینامیک و به طور اخص در بال برینگ ها که حدود۵ میکرون است، ضروری می باشد.

۳) تعداد ذرات: تعداد ذرات موجود در سیستم یا به عبارتی غلظت آلاینده ها دارای اثرات مهمی در پدیده سایش هستند و لیکن نسبت آن مستقیم نیست. به طور مثال افزایش۱۰ برابر تعداد ذرات ممکن است باعث۵۰ برابر شدن شدت سایش شود.

با توجه به اینکه وجود ذرات آلاینده، عمده ترین دلیل سایش است، مهم ترین عامل در کنترل این نوع سایش، کنترل سطح ذرات ساینده از لحاظ تعداد و اندازه ذرات خواهد بود. اهم اقدامات لازم برای نیل به این هدف عبارتند از:

۱) تعیین سطوح آلاینده ها و ذرات ساینده برای هر سیستم از لحاظ تعداد و اندازه ذرات

۲) شمارش تعداد و اندازه ذرات به صورت برنامه ریزی شده

۳) استفاده از فیلترهای با کیفیت بالا

۴) نگهداری و حمل و نقل صحیح روانکارها

۵) استفاده از روش های تعمیرات پیشگیرانه

۶) آموزش پرسنل

● روانکاری ناکافی

نوع دیگر سایش Adhesion Wear یا سایش ناشی از روانکاری ناکافی می باشد، این نوع سایش هنگامی اتفاق می افتد که بار وارده بین سطوح به طور مستقیم از یک سطح فلزی به سطح دیگر منتقل شود.

عمده دلیل این نوع سایش، عدم مقاومت کافی فیلم است. در نتیجه این نوع سایش، سطوح درگیر با هم، در اثر جوش خوردگی های موضعی و تشکیل پیوندهای مقطعی، ناهموار می گردند.

از مشخصه های اصلی این نوع سایش وجود ذرات فلزی ناشی از سایش و ایجاد درجه حرارت بالا می باشد.

دلایل اصلی این نوع سایش عبارتند از:

۱) ویسکوزیته کم فیلم روانکار که می تواند ناشی از انتخاب اشتباه، درجه حرارت بالا و یا آلودگی سیال روانکار باشد.

۲) مقدار زیاد بار

۳) سرعت نسبی کم سطوح در حال حرکت

انواع دیگر سایش که در این مقاله به آن اشاره شده است در مرتبه اهمیت کمتری نسبت به نوع سایش ذکر شده قرار دارد و به طور کلی می توان گفت که بیش از۹۰ درصد از خسارات ناشی از سایش موارد یاد شده را در برمی گیرد.