بلبرینگ های سرامیکی در مقابل یاتاقان های فولادی
یکی از بحث‌برانگیزترین موضوعات در صنعت موتورسواری، موضوع بلبرینگ‌های سرامیکی و کاهش چشمگیر اصطکاک در موتورسواری است یا خیر. در این مقاله به بررسی بلبرینگ های سرامیکی در مقابل یاتاقان های فولادی می پردازیم.
ساخت بلبرینگ داخلی – بلبرینگ های سرامیکی 100% سرامیک نیستند
بلبرینگ های سرامیکی در واقع ترکیبی هستند. آنها از توپ های سرامیکی و معمولاً یک مسابقه داخلی و خارجی فولادی استفاده می کنند. توپ های سرامیکی اغلب نیترید سیلیکون یا معادل آن هستند. یاتاقان های فولادی اقلامی هستند که از گلوله های فولادی سخت شده و یک نژاد داخلی و خارجی فولادی تشکیل شده اند. از نظر هندسی، نقاط تماس، ابعاد داخلی و خارجی و ضخامت بین بلبرینگ های فولادی و سرامیکی یکسان است، بنابراین قابل تعویض هستند. تنها تفاوت واقعی قابل توجه بین این دو، فاصله یاتاقان است. در یاتاقان‌های سرامیکی، این فاصله معمولاً C3 است در حالی که در فولاد معمولاً CN است.
فاصله یاتاقان اندازه گیری است که به شکاف کوچک بین نژاد داخلی، طراحی بیرونی و توپ ها داده می شود. برای جلوگیری از تشنج بلبرینگ هنگام گرم شدن و انبساط آن ضروری است.
یکی دیگر از تفاوت های رایج در ساخت بلبرینگ، نوع قفس است. قفس لازم است تا فاصله توپ را حتی در تمام اطراف بلبرینگ حفظ کند. روی یاتاقان های فولادی (معمولاً توسط سازندگان ژاپنی NSK، NTN) قفس نواری است که از یک قطعه فلز فشرده ساخته شده و بین توپ ها پرچ می شود. این یک روش ساخت و ساز نسبتاً پرهزینه است اما ویژگی های اصطکاک را در سرعت و سختی کم بهبود می بخشد.
یک روش جایگزین ساخت قفس که رایج شده است، قفس کامپوزیت یا لاستیکی است. این قفس وارد می شود و فاصله توپ را حفظ می کند. تحت بارهای زیاد، قفس اغلب می تواند از بین برود یا تغییر شکل داده و باعث اصطکاک بیشتر شود. تقریباً همه بلبرینگ های سرامیکی از قفس کامپوزیت یا لاستیکی استفاده می کنند.
ساخت یاتاقان خارجی – مهر و موم
مهر و موم بلبرینگ در 4 نوع عمومی وجود دارد. یاتاقان‌های باز وجود دارند – اینها بدون مهر و موم هستند، یاتاقان‌های محافظ فلزی دارند – اینها دارای یک نوار فلزی روی قفس یاتاقان، یاتاقان‌های مهر و موم غیر تماسی و یاتاقان‌های مهر و موم شده کاملاً در تماس هستند.
در صنعت موتورسیکلت، یاتاقان ها معمولاً مهر و موم های غیر تماسی یا کاملاً تماسی دارند. این با توجه به خطر واقعی آلودگی ناشی از کثیفی و سایر ورودها است. در تئوری، آب‌بندی غیرتماسی همان سطح اصطکاک یک یاتاقان آب‌بندی نشده کاملاً باز را دارد، در عمل این کاملاً صادق نیست زیرا آب‌بندها مانعی برای روان‌کننده روان‌کننده ایجاد می‌کنند و این یک تلفات اصطکاکی است. مهر و موم های کاملاً در تماس هر دو نژاد داخلی و خارجی را برای حفظ مهر و موم لمس می کنند. این از دست دادن اصطکاکی قطعی است و هنگامی که در دست چرخانده می شوند همیشه به نظر می رسند که کشیده می شوند. در سرعت های عملیاتی، این تلفات ناشی از اصطکاک هنوز وجود دارد، اما چندان قابل توجه نیست.
فناوری پایه بلبرینگ مهر و موم از دهه شصت تغییر چشمگیری نداشته است و عمدتاً توسط هزینه های تولید به جای عملکرد کنترل می شود. با گذشت زمان، پیشرفت های اصلی به جای تفاوت های هندسی ناشی از آب بندی مواد بوده است.
تولید بلبرینگ
تولید بلبرینگ در حجم تقریباً یک فرآیند کاملاً خودکار است و توسط ژاپنی ها پیشگام بود. چهار بزرگ (SKF، NTN، NSK و FAG) در هر ثانیه هزاران بلبرینگ را با دخالت کمی انسان تولید می کنند. یاتاقان ها معمولاً در یک سایت از مواد اولیه تا محصول نهایی بسته بندی شده ساخته می شوند. این بلبرینگ ها تقریبا همیشه فولادی هستند.
در مقابل، تامین کنندگان کوچکتر سرامیک (Enduro، Kogel، Ceramicspeed) مداخله انسانی بسیار بیشتری دارند و اغلب بلبرینگ ها را با دست کامل مونتاژ می کنند. شرکت‌های کوچکتر توانایی انجام کل فرآیند تولید را در محل ندارند و معمولاً سازنده یک یا چند قسمت از بلبرینگ را به شخص ثالث قرارداد می‌دهند و سپس مونتاژ نهایی را در خانه تکمیل می‌کنند.
برخی از تامین کنندگان یاتاقان های سرامیکی یک مجموعه هیبریدی عمومی را خریداری می کنند و لیزر نام تجاری خود را در کنار یاتاقان حک می کنند. این بلبرینگ ها با مبالغ بسیار پایین (5 دلار / 5 پوند / 5 یورو) از شرق دور خریداری می شوند و سپس به قیمت 10 یا حتی 20 برابر قیمت به مصرف کنندگان در ایالات متحده و اروپا فروخته می شوند. شناسایی این تولیدکنندگان آسان است زیرا معمولاً فقط توسط یک تامین کننده فروخته می شوند و اطلاعات فنی ندارند.
اصطکاک بلبرینگ
تولیدکنندگان بزرگ افراد زیادی دارند که به طور خاص در بخش‌های مهندسی خود کار می‌کنند و کاربران نهایی می‌توانند برای مشاوره فنی با آنها مشورت کنند. SKF، NTN، NSK و Schaeffler (FAG/INA) نمودارهایی را ارائه کردند که در زیر نشان داده شده است که نسبت تلفات اصطکاکی برای هر جزء را نشان می‌دهد. یک بلبرینگ
در حالی که نسبت اصطکاک مربوط به هر یک از اجزای یک یاتاقان کمی متفاوت است، مقادیر کلی و ترتیب یکسان است. مهر و موم یاتاقان بزرگترین ضرر است و پس از آن روان کننده. اصطکاک غلتشی بسیار کم است.
اصطکاک قفس قابل توجه است زیرا یاتاقان های سرامیکی تقریباً همیشه در قفس گیر می کنند. به طور مداوم نشان داده شده است که این قفس ها اصطکاک بیشتری نسبت به قفس های فلزی فشرده دارند. بنابراین در حالی که بلبرینگ های سرامیکی می توانند اصطکاک غلتشی را (3%) کاهش دهند، به ناچار اصطکاک قفس را (7%) افزایش می دهند. نتیجه خالص این است که یک یاتاقان فولادی اصطکاک کمتری خواهد داشت.
برای نشان دادن عملی این موضوع، آزمایش کوچکی برای خنثی کردن اثرات گریس و آب بندی انجام شد. دو بلبرینگ، یک یاتاقان سرامیکی Enduro و یک بلبرینگ فولادی NTN LLB (غیر تماسی) در مراحل مختلف جداسازی قطعات افت توان اندازه گیری شد. نمودار زیر روند را نشان می دهد
سه حالت وجود دارد. اولی خارج از جعبه است. دوم حذف گریس و جایگزینی با روغن است. سوم حذف گریس، تعویض روغن و برداشتن مهر و موم است.
در پیکربندی خارج از جعبه، بلبرینگ Enduro افت توان کسری کمتری دارد. پس از برداشتن گریس، تلفات توان هر دو بلبرینگ برابر است. پس از برداشتن مهر و موم ها، یاتاقان NTN اصطکاک راحت کمتری دارد. این به خوبی با داده های ارائه شده توسط NTN، NSK، SKF و Schaeffler همبستگی دارد.
اصطکاک بلبرینگ در مقابل یاتاقان
بخشی از تریبولوژی که اغلب نادیده گرفته می شود این است که چگونه یک یاتاقان در هنگام فرسودگی واکنش نشان می دهد. نمودار زیر مقایسه ای بین دو بلبرینگ فولادی (SKF و NTN) و یک بلبرینگ سرامیکی (Enduro) را نشان می دهد. در ابتدا بلبرینگ Enduro اصطکاک کمتری دارد، در حدود 600 کیلومتر استفاده، بلبرینگ سرامیکی مسیر را در مسابقات فولادی نسبتاً نرم ساییده است و اصطکاک بلبرینگ شروع به افزایش چشمگیری می کند. پس از یک دوره کار متوسط، به راحتی بالاتر از یاتاقان های فولادی است. بلبرینگ های سرامیکی هیبریدی معادل تلاش برای راه اندازی یک لوکوموتیو در یک جاده آسفالته هستند.
