راهنمای انتخاب روغن دنده مصنوعی

راهنمای انتخاب روغن دنده مصنوعی زمانی استفاده می‌شوند که روغن‌های دنده معدنی به حد مجاز عملکرد خود رسیده باشند و دیگر نتوانند الزامات کاربرد را برآورده کنند. مثلا:

• در دمای بسیار پایین یا بالا
• بارهای بسیار بالا
• شرایط محیطی فوق العاده
• اگر نتوانند الزامات خاصی مانند اشتعال پذیری را برآورده کنند

راهنمای انتخاب روغن دنده مصنوعی

اگرچه افزودنی ها می توانند بسیاری از خواص روغن های معدنی را بهبود بخشند، نمی توان تأثیر نامحدودی بر تمام خواص آنها اعمال کرد. این به ویژه در مورد خواص فیزیکی مانند موارد زیر صدق می کند:

• مقاومت حرارتی
• خواص دمای پایین (سیالیت، نقطه ریزش)
• نقطه اشتعال
• تلفات تبخیر

مزایای احتمالی

روغن های مصنوعی مزایای زیادی دارند. با این حال، آنها لزوما از همه جهات عملکرد بهتری نسبت به روغن های معدنی ندارند و حتی ممکن است علیرغم مزایایی که دارند، دارای معایبی باشند. مزایای روغن های روان کننده مصنوعی ( بسته به روغن پایه ) عبارتند از:

• مقاومت حرارتی و اکسیداسیون بهبود یافته است
• بهبود رفتار ویسکوزیته-دما، شاخص ویسکوزیته بالا (در اکثر موارد)
• بهبود خواص دمای پایین
• تلفات تبخیر کمتر
• کاهش اشتعال (در برخی موارد)
• بهبود روانکاری (در برخی موارد)
• تمایل کمتر به تشکیل پسماندها
• بهبود مقاومت در برابر رسانه های محیطی

معایب احتمالی

معایب احتمالی عبارتند از:

• قیمت بالاتر
• واکنش در حضور آب (هیدرولیز، خوردگی)
• مشکلات سازگاری مواد (رنگ ها، الاستومرها، فلزات خاص)
• اختلاط محدود با روغن های معدنی

استفاده از روان کننده های مصنوعی به عنوان روان کننده دنده، به ویژه در شرایط عملیاتی بحرانی را افزایش می دهد. رایج ترین انواع روغن مصنوعی مورد استفاده شامل روغن های هیدروکربنی مصنوعی (SHC)، پلی گلیکول ها (PAG) و روغن های استر (E) می باشد.

روغن های روان کننده بر اساس روغن های هیدروکربنی مصنوعی

هیدروکربن های مصنوعی از نظر ساختار شیمیایی شبیه به هیدروکربن های معدنی هستند. آنها خواص تقریباً یکسانی در رابطه با سازگاری آنها با مواد آب بندی، دفع، پردازش مجدد و اختلاط با روغن های معدنی دارند. مزیت اصلی آنها رفتار عالی در دمای پایین آنها است. ساخت روان کننده های غذایی برای صنایع غذایی و دارویی با روغن های پایه SHC با استفاده از افزودنی های ویژه امکان پذیر است.

روغن های روان کننده بر پایه پلی گلیکول

این روان کننده ها ضرایب اصطکاک پایینی را تضمین می کنند که آنها را برای دنده هایی با درصد لغزش بالا (دنده های کرمی و هیپووئید) مناسب می کند. با افزودنی‌های مناسب، آنها محافظت ضد سایش عالی در چرخ‌دنده‌های کرم فولادی/برنزی ارائه می‌دهند و عملکرد فشار شدید خوبی دارند.

در سیستم‌های چرخ دنده، پلی‌گلیکول‌های با قطبیت بالاتر، امکان تعامل بیشتر روی سطح چرخ دنده فلزی را فراهم می‌کنند. این به پلی گلیکول ها عملکرد فشار شدید خفیف حتی بدون مواد افزودنی می دهد.

تفاوت بین روغن مصنوعی و روغن معدنی ، چگونه انتخاب درستی داشته باشیم

روغن های پلی گلیکول ممکن است تاثیر منفی بر روی مواد آب بندی داشته باشند و ممکن است برخی از رنگ ها را حل کنند. در دمای عملیاتی بالاتر از 212 درجه فارنهایت (100 درجه سانتیگراد)، فقط مهر و موم های ساخته شده از لاستیک فلوئوردار یا PTFE مقاوم هستند. قبل از استفاده از روغن‌های PAG در کاربردهای تولید، توصیه می‌شود سازگاری با رنگ‌ها، مهر و موم و مواد شیشه بینایی را آزمایش کنید.

اختلاط با روغن های معدنی محدود است. بنابراین باید از مخلوط کردن اجتناب شود. پلی گلیکول ها نسبت به فلزات آهنی و تقریباً تمام فلزات غیر آهنی خنثی هستند. اگر برنامه دارای تماس بارگذاری شده با یک جزء متشکل از آلومینیوم یا آلیاژهای آلومینیوم (قفس های غلتشی حاوی آلومینیوم) باشد، ممکن است تحت بار دینامیکی (حرکت لغزشی و بار زیاد) سایش افزایش یابد.

در چنین مواردی، آزمایش های سازگاری باید انجام شود. اگر چرخ دنده حلزونی از آلیاژ آلومینیوم برنز ساخته شده باشد، پلی گلیکول ها نباید استفاده شوند زیرا واکنش در ناحیه بار می تواند منجر به افزایش سایش شود.

روغن های روان کننده بر اساس روغن های استر

روغن های استر نتیجه واکنش اسیدها و الکل ها با جدا شدن آب هستند. انواع مختلفی از استرها وجود دارد که همه آنها بر خواص شیمیایی و فیزیکی روان کننده ها تأثیر دارند. در گذشته، این روغن‌ها عمدتاً در فن‌آوری هوانوردی برای روان‌کاری موتور هواپیما و توربین‌های گازی و همچنین سیستم‌های دنده در پمپ‌ها، استارت‌ها و غیره استفاده می‌شد.

روغن های استر دارای مقاومت حرارتی بالا و رفتار عالی در دمای پایین هستند. در کاربردهای صنعتی، روغن‌های استری با قابلیت تجزیه سریع زیست‌تخریب‌پذیر اهمیت پیدا می‌کنند، زیرا به نظر می‌رسد با انتخاب یک روغن پایه استری مناسب، کارایی مشابه روغن‌های پلی‌گلیکول وجود داشته باشد.

روغن‌های استر خاصی ممکن است پایداری هیدرولیتیکی پایینی از خود نشان دهند . هیدرولیز تجزیه استر به الکل و اسید در حضور آب است. روان کننده های استری باید از نظر هیدرولیتیکی پایدار باشند زیرا اغلب در معرض رطوبت در هنگام استفاده قرار می گیرند. در عمل، هیدرولیز ممکن است یک مشکل کمتر جدی نسبت به آنچه که معمولا گزارش شده باشد. پایداری هیدرولیتیک یک استر به موارد زیر بستگی دارد:

• نوع استر مورد استفاده
• نوع مواد افزودنی مورد استفاده
• نحوه پردازش استر
• برنامه

مزایای مربوط به کاربرد روغن های روان کننده مصنوعی

مزایای مرتبط با کاربرد زیر ناشی از خواص بهبود یافته روغن های روان کننده مصنوعی در مقایسه با روغن های معدنی است:

• بهبود کارایی به دلیل کاهش تلفات اصطکاک مرتبط با دندان
• کاهش تلفات چرخ دنده به دلیل کاهش اصطکاک، نیاز به انرژی کمتر
• فواصل تعویض روغن سه تا پنج برابر بیشتر از روغن های معدنی است که در همان دما کار می کنند
• کاهش دمای عملیاتی تحت بار کامل، افزایش طول عمر قطعه؛ ممکن است به سیستم های خنک کننده نیاز نباشد

کاهش تلفات چرخ دنده و بهبود کارایی

به دلیل ساختار مولکولی خاص خود، روغن های روان کننده مصنوعی مبتنی بر پلی آلفائولفین ها (نوعی SHC) و پلی گلیکول ها تضمین می کنند که اصطکاک مربوط به دندان به طور قابل توجهی کمتر از روغن های معدنی است. ممکن است تا 30 درصد کمتر از روغن دنده معدنی معمولی با افزودنی های EP باشد. از آنجایی که ضریب اصطکاک روغن های مصنوعی کمتر است، اصطکاک مربوط به دندان کاهش می یابد و در نتیجه کارایی دنده افزایش می یابد.

به عنوان مثال، بازده چرخ دنده هایی با درصد لغزش بالا، چرخ دنده های حلزونی و هیپووئید ممکن است تا 15 درصد افزایش یابد، اگر از روغن مصنوعی به جای روغن معدنی استفاده شود. حتی در مورد چرخ دنده های خار، حلزونی و مخروطی (که به طور طبیعی بازده دنده بالایی دارند) با استفاده از روغن دنده مصنوعی می توان بازده دنده را تا یک درصد افزایش داد.

این ممکن است در ابتدا زیاد به نظر نرسد، اما ممکن است بسته به خروجی اسمی واحد دنده، صرفه جویی قابل توجهی در هزینه ها داشته باشد، به خصوص در مواردی که چندین دنده مستقر شده اند.

جدول 1 نشان می دهد که روغن های مصنوعی می توانند تلفات دنده را کاهش دهند، به ویژه در سیستم های دنده ای با درجه بالایی از تلفات وابسته به بار.

مزایای روغن های دنده مصنوعی بر اساس کاهش اصطکاک

افزایش راندمان چرخ دنده

• چرخ دنده های کوچکتر با موتورهای کوچکتر می توانند قدرت خروجی یکسانی را ارائه دهند
• با همان ورودی برق می توان توان خروجی بالاتری را بدست آورد

کاهش دمای روغن

• افزایش عمر اکسیداتیو (پنج برابر بیشتر از روغن های معدنی در برخی موارد)
• عمر بیشتر قطعه (که در آن سایش و اصطکاک کاهش می یابد)
• ممکن است دیگر نیازی به سیستم های خنک کننده نباشد

کاهش مصرف انرژی

• کاهش هزینه برای جریان الکتریکی یا مصرف سوخت ناشی از تلفات کل انرژی کمتر در گیربکس. 30 درصد و بیشتر برای چرخ دنده های حلزونی
• هزینه های برق تا 10 درصد گزارش شده است

بهبود کارایی و کاهش سایش هنگام استفاده از روغن های مصنوعی

آزمایش‌ها نشان می‌دهد روغن‌های مصنوعی دنده‌ها را کارآمدتر از روغن‌های معدنی می‌کنند. یک روغن پلی گلیکول در این مطالعه بالاترین درجه کارایی را داشت: 18 درصد بیشتر از روغن دنده معدنی با کارایی بالا. روغن دنده SHC نیز چرخ دنده های تست را هشت تا نه درصد کارآمدتر کرد. عملکرد آن به عنوان یک روان کننده درجه غذایی مطابق با USDA-H1 نیز یک مزیت افزوده عالی است. اغلب تصور می شود که روان کننده های درجه غذایی نسبت به روان کننده های معمولی پایین تر هستند، نظری که به نظر می رسد این مطالعه آن را رد می کند.

روغن های پایه مصنوعی دارای رفتار محافظتی عالی در برابر سایش هستند که با افزودنی های ضد سایش مناسب افزایش می یابد. هنگامی که از روغن دنده PAG استفاده می شود سایش بسیار کم است.

افزایش فواصل تعویض روغن با استفاده از روغن های مصنوعی

روغن های مصنوعی نسبت به روغن های معدنی مقاومت بهتری در برابر پیری و دمای بالا دارند و عمر مفید بیشتری دارند. بسته به روغن پایه (SHC یا PAG)، فواصل تعویض روغن ممکن است در همان دمای کاری سه تا پنج برابر بیشتر باشد.

فواصل تقریبی تعویض روغن روغن های دنده در دمای عملیاتی 176 درجه فارنهایت (80 درجه سانتیگراد) عبارتند از:

• روغن معدنی: 5000 ساعت کار
• روغن SHC: 15000 ساعت کارکرد
• روغن PAG: 25000 ساعت کارکرد

روغن های مصنوعی ضریب اصطکاک کمتری نسبت به روغن های معدنی در گیربکس دارند و رابطه ویسکوزیته و دما مطلوب تری دارند. این به طور کلی استفاده از مواد مصنوعی در درجه های ویسکوزیته پایین تر را مجاز می کند و همچنین امکان کاهش دمای روغن را در حین کار ارائه می دهد. در چنین مواردی فاکتورهای افزایش طول عمر برای فواصل تعویض روغن روغن های مصنوعی بیشتر از مقادیر ذکر شده در بالا است که به دمای روغن یکسان اشاره دارد.

مقایسه نتایج آزمون زیر این مزیت را نشان می دهد. سه روان کننده در یک دنده تست چرخ دنده کرم روغن کاری شده با پاشش آزمایش شدند.

سوابق تست دمای مخزن روغن زیر را پس از 300 ساعت کار نشان می دهد:

روغن معدنی: 230 درجه فارنهایت (110 درجه سانتیگراد)
SHC: 194 درجه فارنهایت (90 درجه سانتیگراد)
PAG: 167 درجه فارنهایت (75 درجه سانتیگراد)

فاکتورهای افزایش عمر روغن های مصنوعی در مقایسه با روغن معدنی به شرح زیر است:

روغن معدنی = 1
SHC = 9.5 برابر طولانی تر
PAG = 31 برابر طولانی تر

روغن های مصنوعی به صرفه جویی در هزینه های نگهداری و دفع کمک می کنند

در مقایسه با روغن های معدنی، فواصل تعویض روغن روغن های مصنوعی ممکن است در شرایط حرارتی یکسان پنج برابر بیشتر باشد. علیرغم این واقعیت که قیمت خرید و هزینه های دفع مواد مصنوعی بالاتر از روغن معدنی است، بازه های طولانی تعویض روغن می تواند با در نظر گرفتن عمر مفید یونیت دنده، این هزینه ها را جبران کند.

مقایسه هزینه های مواد معدنی و مصنوعی فرصت واقعی را برای کاهش هزینه تعمیر و نگهداری و بهبود قابلیت اطمینان دستگاه ارائه می دهد . همچنین مزیت کاهش اثرات زیست محیطی با نرخ دفع کمتر روانکار وجود دارد.

انتخاب نوع روغن دنده

برای انتخاب نوع روغن دنده برای استفاده در گیربکس، باید نحوه عملکرد گیربکس را بدانید. ضریب کاربرد (KA) نوع و میزان باری را که چرخ دنده ها تجربه خواهند کرد، مشخص می کند.

ویسکوزیته

ویسکوزیته مهمترین ویژگی فیزیکی روغن روانکار است. از آنجایی که ویسکوزیته با دما تغییر می کند، سرعت تغییر یک ویژگی مهم است که توسط شاخص ویسکوزیته (VI) مشخص می شود. بیشتر روغن‌های دنده بر پایه معدنی دارای VI برابر 95 خواهند بود. VI پایین‌تر نشان می‌دهد که ویسکوزیته روغن با تغییر دما به میزان بیشتری تغییر می‌کند.

برعکس، شاخص ویسکوزیته بالاتر نشان دهنده نرخ بسیار کمتر تغییر ویسکوزیته با توجه به تغییر دما است. مزیت یک VI بالا این است که در دماهای پایین تر، روغن تمایلی به افزایش ویسکوزیته به اندازه یک محصول VI کمتر ندارد. توانایی یک روغن برای حفظ یک دیفرانسیل ویسکوزیته کوچک در محدوده عملیاتی گیربکس، یک فیلم روانکاری سازگارتر برای چرخ دنده ها و عملکرد سایش قابل پیش بینی بیشتری را فراهم می کند.

انتخاب ویسکوزیته

همانطور که قبلا گفته شد، ویسکوزیته صحیح یک پارامتر مهم در انتخاب مناسب روغن دنده است. سازنده گیربکس یا سیستم دنده به طور کلی یک توصیه ویسکوزیته ارائه می دهد و این توصیه ها باید در بیشتر موارد رعایت شود. اگر OEM یونیت دنده توصیه ای ارائه نکرده باشد و ویسکوزیته بر اساس تئوری روانکاری محاسبه نشده باشد، می توان آن را مطابق با کاربرگ ها و نمودارهای مختلف انتخاب کرد. رفتار ویسکوزیته-دما و ویسکوزیته-فشار متفاوت مواد مصنوعی در مقایسه با روغن های معدنی نیز باید در نظر گرفته شود.

ویسکوزیته صحیح باید مستقل از هر مرحله دنده خاصی انتخاب شود، با توجه به اینکه برای دنده های چند مرحله ای مصالحه لازم است. انتخاب ویسکوزیته صحیح بر اساس دمای عملیاتی مورد انتظار روغن، مانند دمای سامپ یا دمای روغن تزریقی است.

این دما با تعیین اقتصاد حرارتی چرخ دنده، با در نظر گرفتن تلفات اصطکاک محاسبه می شود. یا در مورد چرخ دنده هایی که قبلاً نصب شده اند، با اندازه گیری دمای سامپ.

ممکن است لازم باشد ویسکوزیته کمتری انتخاب کنید تا اطمینان حاصل شود که روانکار در هنگام شروع سرد یا در دمای محیط پایین‌تر عرضه می‌شود. در هر مورد جداگانه، لازم است ویسکوزیته در دمای شروع موجود بررسی شود، به خصوص در مورد سیستم های گردش روغن.

یک روش کاربرگ معمولی برای تعیین ویسکوزیته مورد نیاز برای محرک چرخ دنده و چرخ دنده حلزونی با محاسبه ضریب نیرو-سرعت شروع می شود. به دلیل رفتار متفاوت ویسکوزیته-دما (VI) روغن‌های مختلف، درجه‌های ویسکوزیته ISO متفاوتی برای یک عدد ویسکوزیته Kluber انتخاب می‌شوند.

این مقاله تنها تعدادی از عوامل مهم در انتخاب روانکار دنده را ارائه می کند. مشخصات فنی و عملکردی در مورد روانکارها منجر به تصمیم گیری بهتر و دقیق تر در انتخاب روانکار می شود.

همچنین استفاده از یک تامین کننده معتبر روانکار که در انتخاب گزینه هایی که بر مصرف انرژی، عمر ماشین، مصرف روان کننده و تولید روغن زائد تأثیر می گذارد، آگاه است، مفید است. در این گزینه ها باید در نظر گرفتن روان کننده های مصنوعی باشد.