شعب

روانکارها و گریس ها

گردآورنده : فرشاد جعفری

تابستان 1401

امروزه یکی از مشکلات در صنایع بزرگی مانند خودروسازی ، نفت ، گاز وپتروشیمی اصطکاک و خوردگی است و همواره بدنبال کاهش اصطکاک بین قطعاتی که بایکدیگر برخورد دارند هستندو از موادی استفاده میکنند که باعث کاهش و یا اصلاح اصطکاک بین قطعات میشود که روانکارها نامیده میشوند .

در بسياري از شركت ها، تلاش بر این است تا اطلاعات جامع تری از تجهيزات را بصورت طبقه بندي شده در اختيار داشته باشند و با كنترل اطلاعات و شرايط لازم از بوجود آمدن توقف هاي غیر منتظره جلوگيري كنند.

با توسعه تكنولوژي و پیشرفت صنایع، كنترل تجهيزات ماشين آلات و روانكارها به يك برنامه مدرن آناليز روغن تبديل شده كه نتيجه آن مراقبت و نگهداري بهينه تجهيزات،‌ صرفه جويي در مصرف انرژي و افزايش عمر ماشين آلات خواهد بود.

روانکار بسیاری از آلودگی ها را از محیط عملکرد قطعات دور نموده و مواد مورد نیاز آنها را از قبیل مواد جلوگیری کننده از سایش، مواد مقاوم در برابر فشارهای بالا ، مواد محافظت کننده در برابر خوردگی و غیره را در اختیار قطعات قرار می دهد.

روانکارها با اجزای مکانیکی در تماس بوده ، مواد خارجی آلاینده و ذرات و برآده های فلزی ساییده شده از قطعات مکانیکی را گرفته و بصورت معلق در خود نگه میدارد وهمینطور باعث کاهش برخورد بین دو سطح میشود .

در این مقاله سعی میشود یکی از کاربردی ترین روانکار را که گریس میباشد معرفی داشته باشد.

مقدمه

روانکاری و روانکارها دانش آسان سازی حرکت نسبی سطوح درتماس بایکدیگراست. این علم بعنوان یکی ازرشته های بسیار مهم در علوم مهندسی شناخته می شود. به طوری که موفقیت بسیاری ازطراح های صنعتی درگروآگاهی ازاین دانش فنی خواهد بود . به طورکلی به لایه های گازی، مایع یاجامد که میان دوسطح قرارمیگرند ویکنواختی حرکت یک سطح برروی دیگری را بهبود میبخشند واز ایجاد آسیب بروی سطوح جلوگیری می کنند روانکارگفته می شود. امروزه صنعت روانکاری تبدیل به یک بخش مهم ازتوسعه صنایع ماشینی وصنایع مربوط به آن شده است.

علاوه براین، بامطرح شدن بحث های جدیدی چون بهینه سازی مصرف وحفظ منابع تجدیدناپذیر وهمچنین رعایت الزامات زیست محیطی، مطالعه برروی روانکارهاجایگاه خاصی دربین علوم پیداکرده است. برای جلوگیری از فرسایش واز کارافتادگی زودرس ماشین آلات صنعتی و همچنین دسترسی به بیشترین بازده مکانیکی در حداقل زمان وجود یک برنامه روانکاری مناسب جز مهم ترین شرایط مورد نیاز خواهد بود .درقرن حاضربرنامه روانکاری مناسب، یک برنامه روانکاری پایدار است که شاید کمی باتعاریف روانکاری قدیمی متفاوت باشد. نوع روانکار، مقدار، زمان و مکان مناسب روانکاری، چهارعامل تاثیرگذار در موفقیت یک عمل روانکاری هستند.امروزه،برای انجام یک روانکار موفق علاوه برموارد ذکرشده باید هزینه های نگهداری تعمیرات عملیات (هزینه سوخت،استهلاک و…)ورعایت قوانین و الزامات ریسک محیطی رانیز درنظرگرفت.آمارنشان می دهد تنها بایک افزایش ۱تا۲درصدی در هزینه برای انجام یک روانکاری بهتر می توان حدود۱۵% ازهزینه های اضافی یک خودرو راکاهش داد.ضمن این که استفاده ازیک روانکار مناسب فاصله زمانی تعویض روغن برای بک خودرو را زیاد میکند. این مسئله به حفظ محیط زیست ودر نهایت به حفظ منابع تجدیدناپذیرنیزکمک می کند.این نمونه خود بیانگر اهمیت دانش فنی روانکارهاست.

درست است که درروانکاری علاوه بر کیفیت، هزینه های مصرفی را نیز بایددر نظرگرفت،اما شعار شرکت های بزرگ تولید کننده روانکار، انتخاب بهترین به جای ارزان ترین است. در اکثر موارد هزینه ای که باید برای تعمیرات قطعات مستهلک که ناشی ازاستفاده روانکار نامناسب است بپردازیم،بسیار بیشترازهزینه ای هست که میتوانستیم برای یک روانکار گران تر ولی بهتردرنظربگیریم.علاوه برکنترل وکاهش اصطکاک وسایش بین دوسطح که جز وظایف اصلی یک روانکار است یک روان کننده وضایف دیگری نیز دارد ک عبارتند از:

جلوگیری ازخوردگی وزنگ زدگی سطح فلزات
پاک کنندگی سطوح وتعلیق ذرات ناخالص وجلوگیری ازرسوب آنها برروی قطعه های سیستم
انتقال قدرت وانرژی هیدرولیکی

به بیان کلی ، هر فرآیندی را که طی آن اصطکاک بین دوجسم متحرک در تماس کاهش یابد روانکاری می نامند کاهش اصطکاک با وارد کردن یک ماده جامد ،مایع ویا گازبه نام روانکار درمحل تماس حاصل می شود که به واسطه آن ، سطوح دارای حرکت نسبی با فیلمی از روانکار از یکدیگر جدا می شوند روانکارها ازانواع نسبتا ً کمی از موادی مانند روغنهای طبیعی یا معدنی ، گرافیت ، دی سولفید مولیبدنیوم و گازهایی مانند هلیوم و … تشکیل شده اند.

یک نکته قابل توجه که باید ذکر شود انجام روانکاری برای اصلاح تماس سطح میباشد و لزوما برای کاهش تماس سطح استفاده نمیشود.

تقسیم بندی انواع روانکاره

روانکارهارادریک نگاه کلی می توان به دودسته بزرگ روانکارهای خودرو و روانکارهای صنعتی تقسیم کرد. روانکارهای صنعتی نیز به دودسته عمده روغن صنعتی وروانکاری مخصوص دیگرمثل گریس ها،روانکارهای فلزکاری وروانکارهای جامد تقسیم میشود. البته می توان روانکارها راازنظر نوع حالت فیزیکی نیزظبقه بندی کرد. روانکارها ازنظرحالت به چهاردسته روان کننده های گازی،روان کنندهای مایع، گریس ها و روان کننده های جامد تقسیم میشود.

تعریف گریس

گریس به ماده ی جامد یا نیمه جامدی گفته می شود که دارای گرانروی زیادی است و از مشتقات ترکیبی چند صابون یا نفت به وجود آمده است . در ساختار این ماده از پرکننده های استفاده شده است که به قطعاتی که متحرک هستند و با فشار زیادی کار می کنند بچسبد و جدا نشود.

تعریف((ASTM: یک محصول نفتی و یک صابون یا ترکیبی از صابون، با یک پرکننده مناسب است که برای نوع خاصی از روانکاری تولید می شود.

تاریخچه تولید گریس

واژه گریس از ریشه لاتین واژه کراسوس به نام چربی گرفته شده است. منظور، روانکار گریس بوده که از فرآیند امتزاج یک پرکننده در روغن های پایه معدنی، سنتتیک یا زیست شناختی (بیولوژیک) به دست می آید.

نخستین گریس های ساخته شده، پایه کلسیم بود که به صورت ترکیب مواد بدون کاربرد گرما به صورت سرد به دست می آمد. صابون از ترکیب یک چربی، روغن صمغ، یک نوع اسید چرب و یک قلیا، مانند آهک، ساخته می شد. آمیختن آن ها در روغن های پایه معدنی و مقداری آب برای گسترش صابون در روغن منجر به ساخت گریس های نخستین شد.

اختلاط توسط دست انجام می گرفت که بعدها از ماشین بهره گیری شد. امروزه آن فراورده به دست آمده را ما به عنوان یک روانکار خوب نمی شناسیم اما برای وسیله های نقلیه با سرعت کم در سال های ۱۸۰۰ تا ۱۹۰۰میلادی، به اندازه کافی خوب بود و به مرور کاربرد آن محدود و بیشتر به نام روانکار اکسل نامیده می شد.

اگر برای کاربرد در سرعت و یا گرمای زیاد به کار گرفته می شد، آب آن تبخیر و گریس قوام خود را از دست می داد. زیرا آبی که برای واکنش ماده به کار گرفته شده بود در خود گریس باقی می ماند.

باتوجه به گسترش صنعت و ساخت ماشین های نو، وسیله های برقی، لوکوموتیوها و … ، با کارکرد در سرعت و دمای زیاد، گریس های بهتری مورد نیاز شد. ساخت گریس های پایه کلسیم از چربی های جانوری و بهره گیری از گرما، جایگزین پخت سرد شد. این گریس دارای قوام بسیاربالا، نرم، کارا و مقاوم در برابر آب بود. برای ثبات صابون در روغن پایه معدنی، به گونه ای از آب بهره گیری می شد و مقدار آن بسیار کم، یک یا دو درصد بود. در نهایت این گریس برای مصرف هایی که دمای کاربرد نزدیک به دمای تبخیر آب داشت، تا حدودی مناسب بود. گریس پایه کلسیم، آب درون خود را تا مدت ها مشروط بر آن که کارکرد کم و دمای آن درحدود 60 درجه سانتیگراد قرار داشت را نگه داری مینمود .

به مرور گریس ها پیشرفت کرده و به آنچه که ما امروز از انواع گریس شناخت داریم، تبدیل شدند.

مواد سازنده گریس

انجمن تست مواد آمریکا نشان می دهد که در انواع گریس سه مولفه وجود دارد که گریس روان کننده را تشکیل می دهند. این اجزاء عبارتند از:

روغن
غلیظ کننده
افزودنی ها

روغن پایه و افزودنی جزاصلی در فرمولاسیون گریس هستند. و به همين دليل تأثير قابل توجهی در کیفیت و کارایی گریس دارند. غلیظ کننده که اغلب به اسفنجی معروف است، روان کننده (روغن پایه و مواد افزودنی) را در خود نگه می دارد.

روغن پایه (oil)

اکثراْ گریس‌های تولید شده از روغن معدنی که مشتق شده ازنفت هستند، می باشند. این روغن ها به دلیل طاقت کار در دمای بالا یا پایین، عملکرد رضایت بخشی در بسیاری از کاربردهای صنعتی را ارائه می دهند.

انواع روغن پایه مزایا و معایب

بیش از 98 درصد از گریس های صنعتی معمول از روغن های مینرال نفتی تشکیل شده اند و از آنجا که گریس ها باید نرخ تبخیر پایینی (نزدیک به صفر) داشته و عمر خدمتی بالایی از آنها انتظار می رود، و در عین حال در بازه های دمایی زیر صفر نیز باید همچنان کارکرد خود را حفظ کنند، روغن های پایه تشکیل دهنده گریس ها اغلب از بازه ویسکوزیته سینماتیک SAE20~30 انتخاب می شوند که ویسکوزیته سینماتیک آنها در دمای 40°C بین دو نقطه 100~130cSt بیاستد. البته، برای گریس های چند منظوره، استفاده از بازه ویسکوزیته سینماتیک 150~220cSt (در دمای 40°C) بیشتر رایج است.

طبقه بندی گرید های مختلف ویسکوزیته سینماتیک برای انواع روغن های مینرال

در کنار گرید های ویسکوزیته ISO VG (مخفف International Standard Organization Viscosity Grade)، انجمن نفت ایالات متحده یا API (مخفف American Petroleum Institute) نیز برای روغن های پایه درجه بندی منحصر به خود را ارائه کرده است

انواع روغن های پایه در سیستم تقسیم بندی API

همانطور که در جدول نیز مشخص شده است، انجمن نفت ایالات متحده روغن های پایه گریس های صنعتی را به پنج گروه اصلی تقسیم کرده است:

– گروه I: شامل روغن های پایه نفتِنیک و پارافینیک با درصد بالایی از ملکول های اشباع نشده (ناپایدار) که تمایل زیادی به ترکیب با اکسیژن و تشکیل ترکیبات پایداری از محصولات اکسیداسیون دارند.

نکته: روغن های پایه هیتروسایکلیک (Heterocyclic) که بیشتر ساختار آنها از ترکیبات نیتروژن، اکسیژن، و سولفور دار تشکیل شده و از دیدگاه شیمیایی قطبی و واکنش پذیر محسوب می شوند نیز زیر مجموعه گروه I در نظر گرفته می شوند.

– گروه II و III: شامل روغن های مینرال پالایش و تصفیه شده متشکل از زنجیره های ملکولی پایدار شده با هیدروژن.

– گروه IV: روغن های هیدروکربن سینتتیک (SHC) متشکل از دو یا چند زنجیره ملکولی هیدروکربنیک کوتاه که بصورت مصنوعی به یکدیگر پیوند می خورند تا زنجیره پایدار و بلندی از هیدروکربن ها را تولید کنند.

-گروه V: روغن های پایه ای که دارای مسیر تخریبی متفاوتی از سایر گروه ها بوده و در برابر اکسیداسیون و تنش های حرارتی کاملا مقاوم اند.

نمودارزیر برای انتخاب زمان گریسکاری مجدد براساس دمای عملکرد برینگ است. بدین ترتیب، براساس این نمودار، با بالا رفتن دمای عملکردی، عمر گریس نیز کاهش یافته و زمان گریسکاری مجدد زودتر فرا خواهد رسید.

نمودار طول عمر گریس برحسب دمای عملکردی برینگ ها

آنچه که در انتخاب روغن پایه برای یک گریس مهم است و نباید با انتخاب روغن اشتباه شود این نکته است که روغن ها براساس ویسکوزیته سینماتیک انتخاب می شوند. اما، گریس براساس میزان سفتی و قوام (شاخص NLGI،) انتخاب می شوند که این ارتباطی به ویسکوزیته روغن پایه ندارد.

بعنوان مثال، برای تولید گریس NLGI #2 هم می توان از روغن ISO VG 10 استفاده کرد و هم از ISO VG 1000! و این کاملا به کاربرد و الزامات عملکردی گریس بستگی دارد و بدیهی است که استفاده از روغن پایه ISO VG 10 برای یک گریس کاربردی بسیار متفاوت با کاربردی دارد که استفاده از روغن پایه ISO VG 1000 را الزامی می کند. دومین اختلاف فاحش در انتخاب روغن پایه برای ساخت گریس ها و انتخاب روغن های روانکار، امکان مخلوط سازی دو یا چند روغن پایه برای رسیدن به ویسکوزیته لازم برای روغن پایه در 40°C است. بدین صورت که برای رسیدن به روغن پایه با یک ویسکوزیته خاص برای تولید یک گریس، می توان از مخلوط سازی یک روغن با ویسکوزیته سینماتیک پایین و روغنی دیگر با ویسکوزیته خیلی بالاتر از نقطه مورد نظر استفاده کرد.

بعنوان مثال، برای دستیابی به روغن پایه با ویسکوزیته سینماتیک 110cSt در دمای 40°C، می توان از مخلوط سازی روغنی با ویسکوزیته بین 40~75cSt و روغنی دیگر با ویسکوزیته 175~200cSt بهره جست.

اما ویسکوزیته روغن پایه ای که برای تولید گریس بکار می رود، کاربرد آن را محدود و مشخص می کند. بعنوان نمونه، روغن های پایه ای با ویسکوزیته سینماتیک بالا (تا 900cSt در 40°C) بیشتر در ساختار گریس هایی بکار می رود که در ادواتی مانند ژورنال برینگ، گیربکس، مفاصل، کوپلینگ، و میل راهنما هایی مصرف داشته و تمامی آنها در یک مشخصه طراحی مشترک باشند. بارگذاری سنگین و سرعت چرخش پایین این مشخصه، تحمل تنش های تماسی بالا در سرعت های پایین را در خود دارد. بنابراین، طبیعی است که در ساختار این تیپ از گریس ها از ادتیو های EP (Extreme Pressure) نیز استفاده شود.

حال اگر بمنظور روانکاری بلبرینگ های معمولی (بارگذاری سبک تا متوسط و سرعت چرخش نسبتا بالا) از گریسی استفاده شود که ویسکوزیته روغن پایه آن مطابق مشخصات بالا باشد، نتیجه چیزی جز ماسیدن گریس (که منجر به داغ شدن برینگ خواهد شد)، سروصدای زیاد، نیاز به گشتاور چرخشی بالاتر، عمر کوتاهتر گریس و محدودیت برای عملکرد در سرما نخواهد بود.

از سوی دیگر، روغن های پایه ای که در 40°C از ویسکوزیته سینماتیک پایینتری برخوردار باشند (25~50cSt) بیشتر در گریس هایی کاربرد دارند که قرار است در سرما عملکرد خود را حفظ کرده و سیستم های دورانی را روانکاری کنند که بارگذاری در آنها چندان سنگین نبوده و سرعت دوران آنها نیز نسبتا بالا باشد. از مشخصات این تیپ از سیستم های دورانی (اغلب از نوع بال و رولر برینگ) آن است که در میانه عمر گریس می توان از شارژ مقدار اندکی روغن روانکار در قفسه یا cage برینگ بمنظور بازسازی ساختار گریس استفاده کرد. بکار گیری این تکنیک بیشتر ناشی از این حقیقت است که این کلاس از روغن های پایه از وزن ملکولی پایینتری نسبت به همتایان ویسکوزتر خود برخوردار بوده و از این رو، مقاومت کمتری نسبت به تبخیر در دما های عملکردی بالا از خود نشان می دهند. عملی که در نهایت، منجر به کاهش عمر خدمتی گریس می گردد. جدول زیرتاثیر شرایط عملکردی برینگ و ساختار آن روی انتخاب ویسکوزیته سینماتیک روغن های پایه را نشان می دهد.

تاثیر شرایط بارگذاری برینگ بر ویسکوزیته روغن پایه گریس

در ساختار حدود 2 درصد از گریس های صنعتی از روغن های سینتتیک استفاده می شود که آنها را از لحاظ قیمت بشدت با انواع ساخته شده از روغن های معدنی معمولی متمایز می کند. اما، این قیمت بالا با توجه به کاربرد های خاص آنها توجیه می شود. مثلا، بازه عملکرد این تیپ از گریس ها در سرما -18~-29°C و در گرما 116~127°C است که اصلا قابل مقایسه با روغن های نفتی معمول نیست در میان انواع روغن های سینتتیک موجود، انواع PAO و اِستِر ها مصرف بیشتری دارند.

غلیظ کننده (thincker)

غلیظ کننده ماده ای است که در ترکیب با روغن پایه، ساختار جامد نیمه رسانا را تولید می کند.

غالباْ نوع غلیظ کننده مورد استفاده در گریس‌ها بر پایه فلز که اصطلاحا به آن صابون فلزی گفته می شود، است. این صابون شامل لیتیوم، آلومینیوم، خاک رس، پلی اوره، سدیم و کلسیم است .

امروزه غلیظ کننده های پیچیده تر به دلیل تحمل دمای بالاتر و تحمل بار بیشتر، محبوبیت زیادی در تولید گریس به دست آورده اند .

گریس‌های امروزی با ترکیبی از صابون معمولی فلز با یک عامل پیچیده ساخته می شوند. رایج ترین گریس پیچیده بر پایه لیتیوم است، که به گریس لیتیومی مشهور هستند. این نوع گریس ها با ترکیبی از صابون معمولی لیتیوم و اسید آلی کم مولکولی به عنوان عامل غلیظ کننده ساخته میشوند.

غلیظ کننده بدون صابون برای کاربرد در محیط های با درجه حرارت بالا کاربرد اساسی دارند.

بنتونیت و سیلیس دو نمونه از غلیظ کننده بدون صابون اند که در دمای بالا ذوب نمی شوند.

درست است که غلیظ کننده قادر به مقاومت در برابر درجه حرارت بالا هستند، اما به دلیل اینکه روغن پایه به سرعت در دمای بالا اکسید می شود، لذا این دمای بالا نباید به مدت زمان طولانی ادامه پیدا کند .

البته، اخیرا برای کاربرد های دمای بالا، استفاده از انواع ترکیبات غیر صابونی پودری مانند پودر های پلی اوریا استفاده می شود که از مکانیزم ذوب بمنظور تلفیق ساختاری در روغن بهره نبرده و بدین ترتیب، نیازی به حرارت دهی خیلی زیاد ندارند.

مکانیزم تلفیق در این پودرها، انحلال و ته نشینی است. البته، می توان بمنظور تقویت انحلال یا تسریع در واکنش، از اعمال حرارت استفاده کرد. اما، حتی در این صورت نیازی به رسیدن به نقاط دمایی بالا نیست. این پودر ها از آنجا که خاصیت صداگیری خوبی دارند، در تولید گریس های مصرفی در روانکاری موتور های الکتریکی بسیار پرکاربردند.

پایداری مکانیکی این پودرها، در ترکیب با خاصیت غیرذوبی آنها، جایگاه خوبی را برای گریس های حاصل از پلی اوریا در روانکاری بال برینگ های با بارگذاری سبک و متوسط ایجاد کرده است که در ساختار موتور های الکتریکی کاربرد فراوانی دارند. یکی از الزامات عملکردی چنین بال برینگ هایی، حفظ عملکرد (مخصوصا سروصدا) در بازه های مختلف دمایی بدون گریسکاری مجدد است.

در عین حال، در تجهیزات نورد لوله، راه آهن، و برخی موتور های دریایی که بارگذاری سنگین، دور پایین، و دمای بالا را می طلبد، می توان تا سقف 175°C از گریس های پلی اوریا استفاده کرد. این تیپ از گریس ها در بازار به گریس نسوز معروف هستند.

افزودنی ها (Additives)

افزودنی ها نقش چند گریس روان کننده اجرا می کنند. افزودنی ها در درجه اول خواص مطلوب موجود را افزایش می دهند. خواص نامطلوب موجود را کاهش داده و در گریس خواص جدید مطلوب ایجاد می کند.

شایع ترین مواد افزودنی گریس عبارتند از: جلوگیری از اکسیداسیون و جلوگیری از زنگ، عوامل کاهش اصطکاک.

آنتی اکسیدان ها:

اصل بکارگیری آنتی اکسیدان ها برای ممانعت از اکسید شدن انواع روانکارهای صنعتی به اوایل قرن نوزدهم بازمی گردد. یکی از اولین ابداعاتی که در این زمینه مستند شده است، گرمایش روغن مینرال مخلوط با سولفور (گوگرد) بمنظور مقاوم سازی آن در برابر اکسیداسیون بود. اما، این روش بعدها کنار گذاشته شد. چراکه روغن غنی از سولفور برای آلیاژهای مس خورنده بود. از دیدگاه فراوانی و رواج مصرف، ادتیوهای آنتی اکسیدان تقریبا در هر روانکاری یافت می شوند. بنابراین، تقریبا 60% ادتیوهای مصرفی در صنایع روغنسازی جهان به آنتی اکسیدان ها اختصاص دارد.

برای اکسیداسیون تعاریف متفاوتی در مهندسی مکانیک ارائه شده است که همگی کم و بیش به یک موضوع و پدیده اشاره دارند. در مباحث آنالیز روغن و روانکارها اکسیداسیون عبارتست از مورد حمله قرار گرفتن ضعیفترین اجزای حاضر در ساختار شیمیایی سیستم روغن توسط اکسیژن یا هوا است.

پس براساس این تعریف، اکسیداسیون در آنالیز روغن بصورت تاثیر پذیری هوا یا اکسیژن روی ضعیفترین بخش از زنجیره شیمیایی سیستم روغن تعریف می شود که هیچ محدودیت زمانی و حرارتی ندارد. در برخی دما های بالا، حرارت بعنوان یک عامل معین و تسریع کننده فرآیند اکسیداسیون ظاهر می شود. بطوریکه با افزایش دماو در عین حال با حضور عواملی چون آب (ترکیبات هیدراته)، ذرات فلزی جدا شده در اثر فرسایش قطعات و شناور در جریان روغن، و گرد و غبار ناشی از آلودگی های محیطی، شاهد تسریع چند برابری اکسیداسیون در روغن خواهیم بود. اکسیداسیون در نهایت موجب تشکیل ترکیبات اسیدی (با اثر تخریبی ناشی از خوردگی روی قطعات فلزی و کهنه کنندگی برخی نافلزات) و لجن (بعنوان عاملی برای رسوبات سطحی و افزایش ویسکوزیته جریان روغن) خواهد شد. اینجاست که ترکیبات شیمیایی ممانعت کننده از اکسیداسیون وارد می شوند که هدف از آنها یک چیز است: افزایش عمر روانکار . این ترکیبات شیمیایی، بسیار ساده، ادتیو های فداشونده ای هستند که بمرور و همزمان با ایفای نقش خود در ممانعت از تشکیل محصولات ناشی از اکسیداسیون و محافظت از روغن پایه از ساختار روغن حذف شده و تقریبا در همگی ترکیبات شیمیایی روغن ها و گریس های صنعتی یافت می شوند.

شماتیکی از مکانیزم اکسیداسیون سیستم روانکارنشان داده شده است :

حرف Rنماینده گروه های مختلف از زنجیره های هیدروکربنی تشکیل دهنده ساختار شیمیایی یک روغن است. فرآیند اکسیداسیون موجب تولید هیدروپروکسیدهایی خواهند شد که در دماهای بالا تا حدودی ناپایدارند. این ناپایداری موجب تشکیل رادیکال های آلکوکسی می شوند که دو مسیر را در طول فرآیند اکسیداسیون طی می کنند:

واکنش با مولکول های هیدروکربن حاضر در سیستم روغن بمنظور تولید الکل؛ یا شرکت در یک واکنش زنجیره ای منجر به تولید دو ترکیب هیدروکربنی با وزن ملکولی سبکتر، یک ترکیب کربونیل که می تواند یک آلدهید یا کتون باشد؛ یا یک رادیکال آلکیل.

ادامه فرآیند اکسیداسیون ترکیبات آلدهیدی یا کتونیک محصولات متفاوتی تولید خواهند کرد که از آن میان می توان به انواع پلیمرها، اسید های ارگانیک، ترکیبات نامحلول در سیستم روغن، انواع رسوبات و لجن اشاره کرد که اولین اثر خود را روی جریان روغن با افزایش ویسکوزیته آن نشان می دهند .اما همه روغن های صنعتی چنین رفتاری از خود نشان نمی دهند. بعنوان مثال، در روغن های سینتتیک گروه PAG، بدلیل تجزیه زنجیره های پلیمری شرکت کننده در ساختار پلی آلکیل گلیکول طی فرآیند پیرسازی ناشی از اکسیداسیون، شاهد کاهش ویسکوزیته هستیم از این رو، می توان آغاز وقوع اکسیداسیون و روند پیشرفت آن را می توان با ابزارهایی چون اندازه گیری ویسکوزیته، آزمون FTIR بمنظور اندازه گیری حضور ترکیبات کربونیل دار، یا با اندازه گیری عدد اسیدی روغن تشخیص داد .

ساختار انواع ادتیوها:

در ذیل به رایج ترین ادتیوهای آنتی اکسیدان فهرست شده است :

– ترکیبات سولفوردار

– ترکیبات فسفردار

– ترکیبات سولفور-فسفر دار

– آروماتیک آمین ها

– ترکیبات فنولیک

– ترکیبات مس دار

– ترکیبات بور دار

– سایر ترکیبات فلزدار

انتخاب گریس براساس ملزومات سازگاری شیمیایی

همانطور که قبلا گفته شد، گریس ها برحسب ساختار شیمیایی اجزای آنها (روغن پایه، تغلیظ گر، و ادتیوهای مختلف) رفتار شیمیایی متفاوتی را از خود به نمایش می گذارند. از سوی دیگر، گاه پیش می آید که بخواهیم از گریس جدیدی بجای قبلی استفاده کنیم. در این مواقع، باید توجه داشت که با توجه به ساختار خمیری گریس، جداسازی کامل گریس قدیمی از بخش های مختلف تجهیز امکانپذیر نیست. با این اوصاف در صورتیکه گریس های انتخاب شده و قدیمی از نظر ساختار شیمیایی با یکدیگر سازگاری نداشته باشند، تماس آنها با یکدیگر و تلفیق روغن پایه یا تغلیظ آنها می تواند منجر به خساراتی اعم از خوردگی، تشکیل ذرات جامد سخت (مانند انواع ترکیبات کلسیم یا سدیم دار)، تخریب زودهنگام گریس، و… شود. جدول 14 سازگاری شیمیایی گریس های مختلف را با یکدیگر در سه حالت نشان می دهد: سازگار، مرزی، و ناسازگار.

چارت سنجش سازگاری شیمیایی انواع گریس

پس از بررسی سازگاری شیمیایی، در زمان تعویض گریس با یک گریس جدید که اصطلاحا به Grease Change over معروف است، مواردی اعم از پایداری ساختار گریس در برابر تنش های حرارتی و برشی، مقاومت به اکسیداسیون، مقاومت به نفوذ آب، حضور یا به بیان بهتر: مکانیزم حضور ادتیو های EP و AW و…نیز باید لحاظ گردد. جدول ذیل نمونه ای از یک مطالعه موردی برای مقایسه سه گریس با تغلیظ گر لیتیومی معمولی (چند منظوره)، لیتیوم کامپلکس، و کلسیم سولفوناتی است.

نمونه ای از مقایسه خواص سه گریس سازگار

طرز تهیه گریس

گریس از مخلوط قلیای فلزی(کلسیم، سدیم ، لیتیم) و سپس صابون های فلزی که ترکیبی آمینو اسید دارند در دستگاه مخصوصی که روانساز نام دارند ساخته می شود.

شاخص گرانروی گریس

گریس ها بر اساس گرانروی، درجه بندی دارند که این شاخص از روانترین گریس شروع و به گرانرو (غلیظ ترین) گریس را شامل می شود.

گریس هایی که، براساس این روش تست، گرید آنها با اعداد 000، 00، و 0 مشخص می گردد در دمای اتاق حالتی نیمه جامد (ژله ای) داشته و بیشتر در بال برینگ ها و رولر برینگ های سبک که می توانند شامل انواع چندردیفه و مخروطی نیز باشند، گیربکس ها و سیستم های روغنرسانی متکی به اصل تجدید جریان روانکار کاربرد دارند. در انتهای جدول 1، گرید های 5 و 6 گریس قرار دارند که در دمای اتاق عملا به سفتی سنگ بوده و بیشتر به شکل بلوک های مستطیلی در بازار موجودند. محل مصرف این گرید از گریس بیشتر در برینگ های دو یا چند پوسته ای ماشین آلات ذوب آهن، انواع کوره های چرخان و ماشین آلات کاغذسازی است.

در این میان، رایجترین و پرمصرف ترین گریس، گرید 2 است. گریس های گرید NLGI #2 آنقدر نرم و روغنی هستند که ملزومات روغنرسانی به بیشتر برینگ ها را فراهم آورده و در عین حال، از قوام و سفتی لازم بمنظور اجتناب از ماسیدگی (و در نتیجه افزایش ضریب اصطکاک و داغ شدن برینگ) برخوردار هستند. گریس های NLGI #3 کمی سفتتر بوده و بیشتر در بال برینگ های بزرگ به کار برده می شوند که آب بندی و درزگیری شده و نیازی به مونتاژ و روغنکاری در محل نصب ندارند. گریس های گرید 3 در برینگ های بزرگ نیز مصرف می شوند. شرط استفاده از گریس شماره 3 در این برینگ ها، حداقل عمق گریسکاری 13cm (1.2 inch) و وجود ارتعاش است. علت این انتخاب آن است که گریس های شماره 2 در چنین عمقی تمایل به ریزش بین بال یا رولر ها پیدا کرده (بدلیل قوام کمتر) و در اثر تنش های مکانیکی و تمرکز حرارت دچار ماسیدگی می شوند. برای اطلاعات کلی در مورد ارتباط بین قوام گریس و کاربرد آن، جدول ذیل را ببینید.

ساختار شیمیایی گریس:

مشخصات و کیفیت گریس به نوع و مقدار تغلیظ گر ، مواد افزودنی، مشخصات روغن پایه و همچنین فرایند تولید آن بستگی دارد. مهم ترین ویژگی گریس ها توانایی استفاده از آنها به عنوان روانکار مناسب در نقاط دور از دسترس ماشین آلات است. از طرفی ماشین آلاتی که در آنها از گریس استفاده می شود، طراحی ساده تر و درنتیجه نیاز به تعمیر و نگهداری کمتری دارند. همچنین از گریس ها می توان در آب بندی دستگاهها بهره برد. در مقابل این مزایا گریس ها توانایی انتقال حرارت و خارج نمودن آلودگی از ماشین را ندارند و این مساله به ساختار ژله ای شکل گریس ها بر می گردد. بر این اساس، ساختار گریس بدین صورت تعریف می شود که ماده ای است ژلاتینی بصورت جامد و یا نیمه جامد که از یک روانساز (روغنهای معدنی یا سینتتیک) و یک تغلیظ گر تشکیل شده است که می تواند معدنی یا آلی باشد. گریس در مواردی مورد استفاده قرار می گیرد که به غلظت های خیلی بالا احتیاج باشد و دیگر نتوان از روغن ها استفاده کرد. چرخ دنده های صنعتی، یاتاقان های بزرگ، فلکه ها و نظایر آن از جمله کاربردهای گریس هستند. این ماده مانند روغن ها برای به حداقل رساندن اصطکاک بین دو قطعه مورد استفاده قرار می گیرد. در حقیقت ماده تغلیظ گرکننده نقش حامل روغن را به عهده دارد و عمل روانکاری را فقط روغن انجام می دهد، پس فرق اصلی گریس ها با روغن ها در وجود تغلیظ گر است. گریس ها براساس نوع روغن پایه (مینرال، سینتتیک، و گیاهی) و نوع تغلیظ گر (صابون های فلزی، پلیمرها، و مواد معدنی ) دسته بندی می شوند.

کاربرد گریس :

گریس بیشتر در شرایطی که نمی توان از روان کننده های مایع استفاده کرد و مقرون به صرف نیست، استفاده می شود. تفاوت اساسی گریس ها با روان کننده ها این است که گریس پاک کنندگی وخنک کنندگی ندارد. انواع گریس ها با اینکه در قیاس با روانکارها مصرف کمتری دارند ولی از جایگاه بالایی برخوردارند و نمی توان مواد دیگری جایگزین آن کرد. همچنین نیروهای محرکه بدون گریس قابلیت استفاده ندارد.

ویژگی های گریس در روغن صنعتی (انواع روغن های صنعتی : روغن گیربکس، روغن موتور و غیره) وجود ندارد.

عمده مصارف گریس شامل موارد زیر می شود:

به دلیل اینکه گریس روی سطح باقی می ماند و یک لایه روانکار همیشه روی سطح قرار دارد .در ماشین آلات صنعتی که به صورت متناوب مورد استفاده قرار می گیرند و یا در مدت زمان طولانی در حالت ذخیره قرار می گیرند، کاربرد دارد.

ماشین آلاتی که روانکاری مکرر آنها قابلیت اجرایی ندارد. گریس ها قادرند قطعات غیرقابل دسترس ماشین را برای مدت زمان طولانی بدون نیاز به روانکاری مجدد نگهدارند. این مسئله در برخی از موتورهای الکتریکی و گیربکس ها بیشتر کاربرد دارد .

گریس همچنین در روانکاری ماشین آلاتی که تحت شرایط شدید مانند دماهای و فشار بالا، بارهای شوک یا سرعت آهسته تحت بار سنگین هستند، کاربرد دارد.

گریس ها به سبب کمتر بودن تعداد دفعات روانکاری نسبت به روغن ها می توانند باعث کاهش هزینه در مصرف می شوند. این مسئله زمانی اهمیت پیدا می کند که دسترسی به ماشین آلات سخت تر باشد مانند : بلبرینگ هایی که در دسترس نیستند، خطوط محرکه و غیره. گریس همچنین می تواند مانند یک مانع قوی در برابر خروج برخی مواد اضافه شده و ورود گرد و خاک محسوب شود.

کاسه نمدهایی که به وسیله ی روغن آب بندی می شوند چون اصطکاک بیشتری با قطعات پیدا می کنند سبب هدر رفتن نیروی بیشتر می شوند. به این دلیل استفاده از گریس در آب بندی کاسه نمد ها و قطعات خاص باعث صرفه جویی هزینه ای می شود. همچنین طول عمر گریس به نسبت روغن بالاست و با طول عمر قطعه یکی است .

گریس به دلیل دوام و ماندگاری بالا سبب طول عمر بیشتر قطعه است.

مشکل روانکاری در مجاورت آب با گریس حل شده است.

قدرت کار در دماهای بسیار بالا، شوک های مداوم، سرعت پایین، فشار زیاد از ویژگی های خاص گریس است.

مهمترین حقیقت در مورد گریس

گریس باید در شرایط کاری بماند. وقتی که بار روی یاتاقان یا هر سطح لغزنده دیگر که برای کاهش اصطحکاک از گریس استفاده می شود، نباید از زیر سطح کار فرار کند .

گریس نباید تحت بار های مختلف و شرایط کاری تعریف شده و دمای کاری مورد نظر خواص خود را از دست بدهد. عواملی که از موارد گفته شده بر کاربرد گریس ها تاثیر بیشتری دارد شامل عواملی همچون قوام و دوام مکانیکی، توان تحمل فشار، مقاومت در برابر آب، پایداری در برابر اکسیداسیون است. همچنین ماندگاری و مقاومت آن در دماهای بالا بر عملکرد مثبت گریس ها تاثیر منفی آنچنانی ندارد.

تاثیر رنگ بر عملکرد گریس

امروزه گریس های رنگی زیادی برای استفاده در صنعت وجود دارند. این گریس ها که در بازار در دسترس می باشند عبارتند از: گریس های سفید، سیاه، آبی، سبز، بنفش، قرمز، شفاف، زرد و طلایی و غیره. با توجه به نظرات مختلفی که در مورد رنگ گریس های وجود دارد.

گریس سفید

گریس سفید رنگ نئون می دهد که این رنگ گریس در ماشین آلات صنایع غذایی قابل استفاده است.

گریس سیاه

گریس های سیاه رنگ، گریس های معمولی و یا گرافیتی می باشند که به منظور استفاده در شرایط کاری دشوار مورد استفاده قرار می گیرند.

گریس قرمز

گریس هایی که به رنگ قرمز هستند نشان دهنده ی این نکته می باشند که این گریس ها برای استفاده در مکان های با دماهای بالا مناسب می باشند.

گریس آبی

برعکس گریس قرمز برای دماهای پایین نسبت به تناسب گریس ها، گریس آبی رنگ استفاده می شود.

گریس سبز

برای سازگاری گریس با محیط زیست از رنگ سبز استفاده می کنند. با این حال هیچ محدودیتی در این زمینه وجود ندارد.

انواع گریس ها

اخیرا در زمینه ی توسعه و تحول عظیم انواع مختلف گریس ها از جمله گریس های پایه ی لیتیوم و یا گریس های لیتیوم کمپلکس، گریس آلومینیوم کمپلکس، گریس کلسیم سولفات، گریس باریم کمپلیکس، گریس پلی اوره و بسیاری از گریس های دیگر در این سال های اخیر رشد و پیشرفت خیلی خوبی داشته اند. جالب است که بدانید گریس های روانکاری امروزه هم در مبنای زبری و نرمی و یا بوی خود مورد قضاوت قرار دارد .

گریس ها با توجه به پایه صابونی خودشان نام گذاری می شوند. آنها انواع مختلفی دارند و هر کدام کاربرد خاص و مشخصی دارند. ویژگی هایی هر گریس با توجه به آن قضاوت، تقسیم بندی و یا انتخاب می شود شامل:

رنگ
نقطه قطره‌ایی شدن
بیشترین دمای مجاز عملیاتی
کمترین دمای مجاز عملیاتی
عمر گریس
قابلیت پمپاژ
پایداری فشار مکانیکی
مقاومت در برابر شسته شدن

که گریس های مختلف بسته به نوع آنها دارای تمام یا برخی از ویژگی های فوق هستند .

گریس کلسیم

از اولین گریس های عرضه شده در صنعت، گریس های کلسیم است. البته این روزها گریس های اولیه پایه کلسیم که به روش سرد تولید می شدند، تولید نمی شوند. گریس های اولیه جای خود را به گریس های پیچیده‌تر کلسیم کمپلکس داده اند. گریس های کلسیم کمپلکس به دلیل قیمت مناسب و ضد آب بودن جزو گریس های پر مصرف در صنعت هستند.

گریس سدیم

گریس های سدیم با وجود اینکه ضد آب نیستند، بعد از گریس های کلسیم با بازار عرضه شدند و جزو گریس های ارزان قیمت با کیفیت روانکاری خوب است.

گریس لیتیم

گریس لیتیم در زمان جنگ جهانی باعث وقوع انقلاب در زمینه روانکاری شد. ویژگی های خاص این گریس از جمله محدوده دمایی خوب و مقاومت خوب در برابر شسته شدن با آب، آن را برای هر کاری مناسب کرده است.

گریس آلمینیوم

گریس آلمینیوم از بهترین و با کیفیت ترین گریس ها است. این گریس ها نسبت به سایر گریس ها گران قیمت تر هستند و عملکرد عالی برای کار در دمای بالا دارند .

گریس پلی اوره

برخلاف گریس های بالا گریس پلی اوره پایه غیر فلری دارد. جزو گریس ها با کیفیت چند منظوره تقسیم بندی می شوند. به واسطه اینکه صابون آن غیر فلزی است، خواص ویژه‌ایی دارد.

سفید کننده های گریس های صنعتی

دی اکسید تیتانیوم (Tio2) و اکسید روی (Zno) از رایج ترین سفید کننده هایی هستند که به منظور سفید کردن رنگ گریس های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. معمولا این گریس ها به شکل پودرهای جامد به کار برده می شود در گریس های روانکاری، میزان این ترکیبات از نیم الی ۱۰ درصد و حتی بسته به نوع سایز و اندازه ی مواد اولیه که در ترکیب پایه ی گریس مورد استفاده قرار می گیرد، بیشتر تغییر یابد.

اخیرا، در گریس های پایه ی لیتیوم، لیتیوم کمپلکس و کلسیم سولفونات، درصد های متفاوتی از دی اکسید تیتانیوم و اکسید روی، را مورد استفاده قرار می دهند. این سفید کننده ها تاثیر زیادی را بر روی بعضی از ویژگی های گریس، همچون نقطه ریزش، قدرت نفوذ، پایداری مکانیکی، خصوصیات ضد فرسایشی، میزان جداسازی روغن و سفت شدن در انبار مورد تحقیق قرار گرفته شده است.

تایج این تحقیقات و پژوهش نشان داد که افزایش دی اکسید تیتانیوم و اکسید روی، بر روی نقطه ریزش تاثیر زیادی ندارد. با این حال می توان افزایش قدرت نفوذ آن را با مقدار ۵ درصد مشاهده کرد. از نظر پایداری مکانیکی که به حالت آزمایشی قدرت نفوذ بعد از ۱۰۰۰۰ بار ترزیق دوگانه صورت گرفته، زمانی که به سفیدکننده ها به مقدار بیش از ۲ درصد اضافه شدند، در قیاس با میزان تغییر پس از ۱۰۰۰۰ بار ترزیق دوگانه، میزان متغییر بودن قدرت نفوذ آن پس از ۶۰ بار ترزیق دوگانه بیشتر بوده است .

تابش آفتاب ، گرما و آب

محیطی که گریس در آن نگهداری می شود، از مهمترین نکات در نگهداری از انواع گریس است. مثلا قرار گرفتن در معرض تابش آفتاب ویا گرما و آب به مقتضای کاربردی که دارد، در رنگ گریس و به تناسب در عملکرد گریس تاثیر منفی دارد . به مثال های زیر توجه کنید.

زمانی که گریس در برابر تابش مستقیم نور قرار گرفته باشد، گریس مورد نظر تدریجا بی رنگ می شود و جذابیت اولیه ی خود را که در موقع تولید و یا بسته بندی داشته است از بین می رود.

آب نیز یکی از عواملی است که می تواند بر روی رنگ گریس تاثیر منفی داشته باشد. گریسی که به مدت ۲۴ ساعت بر روی آب شناور بوده است، علاوه بر اینکه حل نخواهد شد، بلکه رنگ آن نیز از قرمز به رنگ نارنجی تغییر خواهد داشت. رنگ گریس در عملکرد کلی آن تاثیر جزیی مانند معایب روانکاری با گریس، عدم قابلیت خنک کنندگی گریس، عدم قابلیت نفوذ به قطعات ریز و روانکاری آنها دارد

آزمون های گریس

دمای قطره ای شدن

هدف از این آزمون که براساس استاندارد های ASTM D566 و ASTM D2265 انجام می شود، تعیین نقطه دمایی است که با عبور از آن گریس بصورت قطره قطره از اظرف تعبیه شده از کاپ حرارت داده شده تست فرو خواهد ریخت. کاربرد این تست در تعیین تمایل گریس از تغییر فاز نیمه جامد (ژله ای) خود به مایع بوده و با توجه به نتیجه این آزمون می توان محدوده حرارتی کاربری یک گریس را تعیین کرد. بعنوان یک قاعده عمومی حداکثر دمای کاربری یک گریس بین 20~60°C کمتر از دمای تشکیل قطره آن می باشد.

دمای روغن زدایی (روش اول)

هدف از این آزمون که براساس روش مندرج در استاندارد های ASTM D972 و ASTM D2295 قابل انجام است، تعیین میزان جدایی روغن از گریس در اثر حرارت است. با افزایش محدوده حرارتی که گریس در معرض آن است، روغن پایه آن که از ویسکوزیته کمتری نسبت به تغلیظ گر برخوردار است، کم کم شروع به تبخیر کرده و از بدنه گریس جدا می شود. بدین ترتیب، ساختار ژله ای گریس تدریجا شروع به سخت شدن می کند. این تمایل به جدایی در اثر تبخیر، بویژه در مورد روغن های پایه ای که ویسکوزیته سینماتیک آنها (در دمای 40°C) از 75cSt کمتر باشد، بیشتر و سریعتر اتفاق می افتد. بعنوان یک قاعده کلی، در مورد گریس های مینرال، باقی ماندن بمدت 22 ساعت در دمای 100°C نباید منجر به جدایی بیش از 2 درصد وزنی روغن پایه از ترکیب گریس گردد. این حد مجاز در مورد گریس های سینتتیک (با حفظ شرایط تست فوق) حداکثر 0.4 درصد وزنی است.

دمای روغن زدایی (روش دوم)

در این روش، که براساس استاندارد FTM 791-321.2 انجام می شود، نمونه گریس در یک توری سیم قیفی شکل قرار گرفته و بمدت 30 ساعت در دمای 100°C حرارت داده شده و میزان خروج قطرات روغن جدا شده از گریس اندازه گیری می شود. در این روش، جدا شدن روغن پایه باندازه 2 تا 5 درصد وزنی گریس پذیرفتنی است. این بدان معنی است که اگر طی مدت حرارت دهی و پس از آن، گریس هیچ روغنی از خود پس ندهد، به احتمال زیاد قادر به تامین روانکاری لازم در شرایط مقتضی نخواهد بود. روغن زدایی بیش از حد نیز به معنی عدم پایداری حرارتی گریس تلقی می شود.

دمای روغن زدایی (روش دوم)

مقاومت به اکسیداسیون

طی این آزمون که جزییات روش انجام آن در استاندارد ASTM D942 شرح داده شده است، نمونه گریس بمدت 100 تا 500 ساعت در محفظه تحت فشاری که اصطلاحا «بمب» نامیده می شود، در معرض اکسیژن خالص با فشار 110psi و دمای 99°C قرار داده می شود. واضح است که هرگونه افت فشار در اکسیژن درون محفظه به معنای جذب آن توسط نمونه گریس است. بعنوان یک قاعده کلی، حداکثر افت مجاز فشار اکسیژن در مورد تست 100 ساعتی بین 3~25psi و در تست 500 ساعتی 25~50psi می باشد.

آزمون تعیین طول عمر گریس در بلبرینگ ها

از معیار استخراج شده از این تست که براساس استاندارد ASTM D3336 انجام می پذیرد، ساچمه شماره 204 به گریس آغشته شده و با سرعت 10000RPM شروع به چرخش می کند. پس از انجام آزمون، هیچگونه روغن زدایی، چکه کردن روغن، و…پذیرفتنی نیست.

البته، روش دیگری نیز قبلا در این خصوص رایج بوده است که براساس استاندارد ASTM D1741 انجام می شده و در آن از ساچمه شماره 306 در دور 3600RPM، در دمای 125°C، استفاده می شده است. قاعده معمول در این روش رسیدن به عمر 10 هزار ساعتی برای گریس های NLGI #2 با تغلیظ گر لیتیوم و پلی اوریا می باشد.

انتخاب گریس براساس ملزومات حرارتی

در مبحث انتخاب روانکار براساس ملزومات حرارتی، برخلاف روغن ها که اصل انتخاب بر ویسکوزیته سینماتیک (و گاهی دینامیک، بنا به مقتضیات طراحی) است، در گریس ها، مبنای انتخاب قوام و سفتی است. همانگونه که پیشتر و در ابتدای این مقاله ذکر شد، موسسه NLGI اقدام به ارائه طبقه بندی برای انواع گریس نموده است .انتخاب گریس براساس ملزومات حرارتی به دو بخش تقسیم می شود که به ترتیب شامل الزامات حرارت و برودت خواهد شد.

قاومت به سایش و فشار سنگین

مقاومت به سایش، در عین تحمل فشار سنگین که به Extreme Pressure یا به اختصار: EP معروف است، به مجموعه ای از تست ها اطلاق می شود که براساس روش مندرج در استاندارد های ASTM D2509، ASTM D2266، و ASTM D2596 انجام می شود. در بخشی از این مجموعه که به روش Timken مشهور است (استاندارد ASTM D2509) از دستگاه بارگذاری سایشی متشکل از تقابل یک تست بلاک ساخته شده از آلیاژ فولاد کربوره (ثابت) در برابر یک کاپ چرخان (متحرک) حاوی یک رولربرینگ مخروطی استفاده می شود. میزان بارگذاری نیز از 40 پاند برای گریس های چند منظوره معمولی تا 60 پاند برای گریس های EP متغیر است.

اما، روش دیگری بنام روش «چهار ساچمه ای یا Four Ball» نیز هست که برپایه روش مندرج در استاندارد های ASTM D2266 و ASTM D2596 قابل انجام بوده و مفهوم کلی آن استفاده از یک ساچمه فولادی بعنوان عضو متحرک است که روی سه ساچمه هم اندازه و هم جنس خود (ثابت) غوطه ور در نمونه گریس چرخیده و در آخر میزان خراشیدگی سطح ساچمه چرخان یا هر یک از ساچمه های ثابت مورد بازرسی قرار می گیرد. تفاوت بین دو استاندارد اخیر تنها در هدف از انجام آزمون و جزییات نحوه انجام آن است. بطوریکه، براساس استاندارد ASTM D2266 (که با هدف استخراج معیاری برای خواص ضدسایشی گریس انجام می شود)، ساچمه متحرک باید بمدت یکساعت زیر بار 40kg بچرخد و سپس، قطر خراشیدگی (های) بوجود آمده روی سطح ساچمه های ثابت اندازه گیری می شود. بعنوان یک قاعده کلی، قطر این خراش ها نباید بیرون از بازه 0.4~0.6mm تحت شرایط چرخش با سرعت 1200RPM در دمای 75°C قرار گیرد. استاندارد ASTM D2596، اما، توانایی تحمل فشار (EP) گریس را با همان ابزار هدف می گیرد. در این روش، میزان بارگذاری از 400 تا 500kg متغیر است.

انتخاب گریس برای مقاومت به حرارت

شرایط دمایی «گرم» یا «پرحرارت» واژه ای کاملا نسبی در علوم مهندسی است. بعنوان مثال، برینگ هایی در خطوط نورد لوله یا فولاد سازی کار می کنند، ممکن است در معرض شوک حرارتی به اندازه صدها درجه سلسیوس قرار گرفته و سپس به مدت زیاد در بازه دمایی 120~150°C کار کنند. یا در مثالی دیگر، برینگ هایی که مسئولیت چرخاندن سیستم نقاله بدنه های رنگ شده خودرویی را در سرتاسر فرآیند بعهده دارند، باید این بدنه ها را بدرون کوره های پخت رنگ نیز برده و سالم بیرون بیاورند. دمای معمولی که این برینگ ها در طول فرآیند پخت رنگ در این کوره های گازسوز تحمل می کنند از 205°C کمتر نیست .

مسلما، انتخاب گریس برای این دو مثال زده شد می تواند به نتایجی کاملا متفاوت بیانجامد، در این خصوص، اولین قدم در انتخاب گریس، براساس الزام مقاومت به حرارت، بررسی منشا حرارتی که گریس قرار است تحمل کند و نتیجه تحمل این بازه حرارتی (مثلا تجزیه شیمیایی، و…) است.

طول عمر یک گریس به مقاومت ساختار شیمایی آن به سه عامل وابسته است: تنش های مکانیکی (شامل تنش های حرارتی و برشی)، اکسیداسیون، و انتقال حرارت. از این میان، دو عامل اکسیداسیون و انتقال حرارت در تخریب یک گریس کاملا به یکدیگر وابسته اند. چراکه شوک حرارتی می تواند ساختار شیمیایی یک گریس را از هم بپاشد و موجبات نفوذ هوا به آن را فراهم آورد. از سوی دیگر، تنش های حرارتی و برشی نیز آثار تخریبی منحصر به خود را دارند و گاه می توانند بصورت همزمان روی کیفیت عملکرد و طول عمر یک گریس اثرات منفی جبران ناپذیری بگذارند.

انتخاب گریس برای مقاومت به برودت

همانطور که برای دمای کاربری یک گریس نقطه حداکثری وجود دارد، نقطه حداقلی نیز برای آن قابل تعیین و تصور است. چراکه سرما باعث افزایش ویسکوزیته سینماتیک روغن پایه و در نتیجه کل سیستم گریس شده و عملا پمپاژ آن را غیرممکن می سازد. از این رو، برای گریس های مختلف، بسته به نوع کاربرد و ترکیب ساختار شیمیایی آنها، حداقل دمای عملکردی تعریف شده است که در جزییات آن را می توان در جدول ذیل مشاهده کرد.

بحث و نتیجه گیری

انتخاب نوع روانکار

اولین اصل مفید در انتخاب طریقه روانکاری انتخاب ساده ترین روشی است که با رضایت کامل کار کند در بسیاری از موارد این موضوع ، شامل وارد کردن مقدار کمی روغن یا گریس در داخل قطعه های مونتاژ شده می باشد بیشتر این روانکارها نه تعویض می شوند ونه سرریز . برای نمونه می توان از قفلهای در ، لولاها ، شیشه بالابر اتومبیل ، فیلم پیچ^، ساعتهای دیواری و انواع ساعتهای مچی نام برد.

این سیستم ساده وقتی بارگذاریها یا سرعتها بالا باشد یا طول مدت کار زیاد و پیوسته باشد دیگر رضایت بخش نیست بنابراین لازم است انتخاب روانکار با دقت صورت گیرد یک سیستم پرکردن مجدد بکار گرفته شود د وعامل اصلی در انتخاب نوع روانکار عبارتند از سرعت و بار در سرعت بالا انتظار داریم میزان گرمای ناشی از اصطکاک زیاد باشد و در نتیجه ، روانکارهای با گرانروی پایین ، اصطکاک لزجی کمتر و انتقال حرارت بهتری را موجب می شوند در بارگذاری زیاد ، روانکارهای با لزجت پایین از محل تماس بیرون رانده می شوند .

ارائه راهنمایی دقیق در مورد محدودیتهای بار و سرعت برای انواع مختلف روانکارها مشکل است زیرا تأثیرات شکل ، محیط و تغییرات در هر نوع روانکار ، قابل ملاحظه است .

برخی از ویژگی های دیگر یک سیستم نیز گاهی انتخاب نوع روانکار را محدود می سازد برای مثال در ساعتها یا مکانیزمهای ابزار دقیق ، هر روانکاری ، تاب تحمل سرعت و بار را ندارد ولی به دلیل نیاز به اصطکاک کم ، روش معمول انتخاب روغنی با لگرانروی بسیار کم می باشد برای چرخدنده های باز ، سیم بکسلها یا زنجیرها مسأله اصلی جلوگیری از خروج روانکار از محل تماس قطعه های متحرک است و استفاده از یک روغن چسبناک قیر مانند یا گریسی با خواص چسبندگی ویژه ضرورت دارد .

در یک سیستم ، ممکن است شکل سیستم انتخاب نوع روانکار را محدود سازد بدین ترتیب مثلا ً یک یاتاقان غلتشی آب بندی نشده باید با گریس روانکاری شود چرا که روغن در درون یاتاقان باقی نخواهد ماند در جایی که نیازمند روانکاری است یا مسأله اهمیت خاصی دارد لازم است ابتدا نوع روانکار را برگزینیم و سپس یک سیستم مناسب برای آن روانکار طراحی نماییم یکی از اشتباهاتی که بسیار گران تمام می شود حتی در تکنولوژیهای پیشرفته ای مانند مهندسی هوا – فضا این است که سیستمی طراحی و ساخته می شود ولی قابلیت روانکاری ندارد .

مشخصات مناسب انتخاب گریس به تمام اجزای انتخاب روغن و موارد دیگر نیاز دارد. سایر ملاحظات ویژه برای انتخاب گریس عبارتند از نوع و غلظت غلیظ کننده، قوام، نقطه ریزش و محدوده دمای عملیاتی، پایداری کار، پایداری اکسیداسیون، مقاومت در برابر سایش و غیره.

انتخاب گریس براساس ملزومات طول عمر

همانند دیگر مواد مهندسی، گریس نیز از یک طول عمر مشخص برخوردار بوده و در اثر عواملی چون تنش های حرارتی و مکانیکی، شوک حرارتی، اکسیداسیون، و… دچار از هم پاشیدگی ساختار یکپارچه خود شده و بتدریج خواص مهندسی خود را از دست می دهد. یکی از مهمترین و پردردسرترین این نشانه های تخریبی، روغن زدایی است. روغن پایه بدلایل مختلف، اعم از اکسیداسیون، تبخیر جزیی، خزش، و… از ساختار گریس جدا شده و در نتیجه گریس تبدیل به جسمی انعطاف ناپذیر، خشک، تیره، و غیرچرب خواهد شد. بدین ترتیب، عواملی چون رطوبت، شرایط برینگ، بازه حرارتی، تماس با هوا، و… می توانند بشدت روی تخمین عمر مفید یک گریس تاثیرگذار باشند.