وظايف روانکار و انواع آن

هر گاه بين دو سطح در تماس ، حرکت نسبي رخ دهد مقاومتي در برابر حرکت ايجاد خواهد شد اين مقاومت نيروي اصطکاکي يا به بيان ساده تر اصطکاک ناميده مي شود در صورت بروز اين حالت مطلوب آن است که از اصطحکاک بکاهيم آن را کنترل يا اصلاح نماييم .
به بيان کلي ، هر فرآيندي را که طي آن اصطکاک بين دوجسم متحرک در تماس کاهش يابد روانکاري مي نامند به طور سنتي در اين تعريف هيچ ابهامي وجود ندارد کاهش اصطکاک با وارد کردن يک ماده جامد يا مايع به نام روانکار درمحل تماس حاصل مي شود به موجب آن ، سطوح داراي حرکت نسبي ، با فيلمي از روانکار از يکديگر جدا مي شوند روانکارها ازانواع نسبتا ً کمي از مواد تشکيل شده اند مانند روغنهاي طبيعي يا معدني ، گرافيت ، دي سولفيد موليبدنيوم(2) ، و طلق(3)  ،رابطه بين مواد و فرآيند روانکاري ، کاملا ً واضح و روشن است .
پيشرفتهاي تکنولوژيکي اخير ، تصوير واضح گذشته را قدري مبهم نموده است کاهش اصطکاک ، در حال حاضر به وسيله مايعات ، جامدات ، گازها يا با اصلاح فيزيکي يا شيميايي خود سطوح ايجاد مي شود به اختيار ، اجزاي لغزان را مي توان از موادي ساخت که براي کاهش اصطکاک طراحي شده اند و روانکار به طور يکنواخت يا غير يکنواخت در آنها توزيع شده است اين سيستمها  روانکاري نشده(4) مي نامند که البته اين فقط يک اصطلاح است سيستم ممکن است به روشي غيرمعمول روانکاري شده باشد ولي مطمئنا ً روانکاري نشده نيست .
از طرف ديگر روانکاري ممکن است براي اصلاح ميزان اصطکاک باشد و نه به طور خاص براي کاهش آن .(مواد مرکب عايق و مخصوص ممکن است از گرافيت يا دي سولفيد موليبدنيوم تشکيل شده باشند درصد اين مواد طوري طراحي مي شود که بتوان از يکنواختي يا پيوستگي سطوح(5)  اصطکاک اطمينان يافت ) اين افزودنيها مشخصا ً روانکار هستند و غير واقعي خواهد بود اگر ادعا شود که کاربر اين مواد عايق ، روانکاري نيست .
اين مقدمه ارائه شده تا يک آمادگي ذهني را در مورد فرآيندهاي روانکاري و انتخاب روانکارها ايجاد کند در عمل ، محدوده وسيعي از سيستمها موجودند که هنوز با روغنها يا گريسهاي(6) مرسوم يا با جامدات نسبتا ً قديمي و غير مرسوم روانکاري مي شوند ولي وقتي به علت برخي ويژگيهاي سيستم ، استفاده از روانکارهاي ساده ، مشکل باشد يا رضايت بخش نباشد ، بايد از روانکارهاي ترکيبي استفاده کرد علاوه بر کاربرد اوليه که عبارت است از کنترل يا کاهش اصطکاک ، روانکارها براي کاهش ساييدگي(7)  يا احتمالا ً  کاهش حرارت يا خوردگي (8) نيز بکار مي روند .
در محدوده هاي وسيع ، مهمترين نوع روانکارها ، مايعات (روغنها) و شبه مايعات (گريسها) هستند از حدود سال 1950 روز به روز بر اهميت روانکارهاي جامد افزوده شده است بويژه در آن شرايط محيطي که کار براي روغنها و گريسها سخت است گازها نيز در موارد مشابهي مثل مايعات کاربرد دارند اما همانطور که در ادامه خواهد آمد لزجت پايين گازها طراحي و ساخت ياتاقانها را مشکل مي سازد .
2-1 انتخاب نوع روانکار
اولين اصل مفيد در انتخاب طريقه روانکاري انتخاب ساده ترين روشي است که با رضايت کامل کار کند در بسياري از موارد اين موضوع ، شامل وارد کردن مقدار کمي روغن يا گريس در داخل قطعه هاي مونتاژ شده مي باشد بيشتر اين روانکارها نه تعويض مي شوند ونه سرريز .
براي نمونه مي توان از قفلهاي در ، لولاها(9)  ، شيشه بالابر اتومبيل ، فيلم پيچ(10) ، ساعتهاي ديواري و انواع ساعتهاي مچي نام برد .
اين سيستم ساده وقتي بارگذاريها يا سرعتها بالا باشد يا طول مدت کار زياد و پيوسته باشد ديگر رضايت بخش نيست بنابراين لازم است انتخاب روانکار با دقت صورت گيرد يک سيستم پرکردن مجدد(11) بکار گرفته شود د وعامل اصلي در انتخاب نوع روانکار عبارتند از سرعت و بار در سرعت بالا انتظار داريم ميزان گرماي ناشي از اصطکاک زياد باشد و در نتيجه ، روانکارهاي با لزجت پايين ، اصطکاک لزجي کمتر و انتقال حرارت بهتري را موجب مي شوند در بارگذاري زياد ، روانکارهاي با لزجت پايين از محل تماس بيرون رانده مي شوند اين وضعيت در شکل (1-1) خلاصه شده است .
ارائه راهنمايي دقيق در مورد محدوديتهاي بار و سرعت براي انواع مختلف روانکارها مشکل است زيرا تأثيرات شکل ، محيط و تغييرات در هر نوع روانکار ، قابل ملاحظه است شکل (2-1) تا حدي اين محدوديتهاي تقريبي را مشخص مي سازد .
برخي از ويژگي هاي ديگر يک سيستم نيز گاهي انتخاب نوع روانکار را محدود مي سازد براي مثال در ساعتها يا مکانيزمهاي ابزار دقيق ، هر روانکاري ، تاب تحمل سرعت و بار را ندارد ولي به دليل نياز به اصطکاک کم ، روش معمول انتخاب روغني با لزجت بسيار کم مي باشد براي چرخدنده هاي باز ، سيم بکسلها يا زنجيرها ، مسأله اصلي ، جلوگيري از خروج روانکار از محل تماس قطعه هاي متحرک است و استفاده از يک روغن چسبناک قير مانند(12) يا گريسي با خواص چسبندگي ويژه ضرورت دارد .
در يک سيستم ، ممکن است شکل سيستم انتخاب نوع روانکار را محدود سازد بدين ترتيب مثلا ً يک ياتاقان غلتشي آب بندي نشده (13 ) بايد با گريس روانکاري شود چرا که روغن در درون ياتاقان باقي نخواهد ماند در جايي که نيازمندي روانکاري است يا مسأله اهميت خاصي دارد لازم است ابتدا نوع روانکار را برگزينيم و سپس يک سيستم مناسب براي آن روانکار طراحي نماييم يکي از اشتباهاتي که بسيار گران تمام مي شود حتي در تکنولوژيهاي پيشرفته اي مانند مهندسي هوا – فضا اين است که سيستمي طراحي و ساخته مي شود ولي قابليت روانکاري ندارد .

3-1 اصول و نيازمنديهاي روانکارهاي مايع
مهمترين ويژگي يک روانکار مايع ، لزجت آن است شکل (3-1) نشان مي دهد که چگونه لزجت يک روانکار ، طبيعت و کيفيت روانکاري را تحت تأثير قرار مي دهد اين شکل را معمولا ً منحني استريبک (14) مي نامند اگر چه ترديدهايي در مورد استفاده استريبک از منحني به همين شکل وجود دارد .
پارامتر N/P  را به عنوان عدد سامرفيلد مي شناسند که در آن :   لزجت روانکار ، N سرعت نسبي بين قطعه هاي ياتاقان و P فشار متوسطي يا بار خاصي است که بايد توسط ياتاقان تحمل شود از ميان اين سه پارامتر فقط لزجت ، خاصيت مربوطه به روانکار است و اگر N و P ثابت نگه داشته شوند شکل ، مستقيما ، بيانگر رابطه بين ضريف اصطحکاک   و لزجت روانکار   مي باشد .
منحني مورد بحث را اصولا ً مي توان به سه بخش تقسيم کرد در ناحيه 3 سطوح ياتاقان به وسيله فيلم ضخيمي از روانکار مايع ، کاملا ً از يکديگر جدا شده اند بنابراين، ناحيه فيلم ضخيم يا روانکاري هيدروديناميکي ناميده مي شود و اصطکاک ، کاملا ً اصطکاک لزجي ناشي از برش مکانيکي فيلم مايع است در اين حالت هيچ تماس مستقيمي بين سطوح در حال کار وجود ندارد ودر نتيجه هيچ ساييدگي هم بوجود نمي آيد .
با کاهش لزجت در ناحيه 3 ، ضخامت فيلم مايع نيز کاهش مي يابد تا در نقطه C که اين ضخامت فقط براي اطمينان از جدايش کامل سطوح کافي است کاهش بيشتر در لزجت و بنابراين در ضخامت فيلم ، تماسهاي اتفاقي بين زبريهاي سطوح ياتاقان را به دنبال دارد اصطکاک نسبتا ً زياد در تماسهاي زبر(15) ، کاهش پيوسته اصطحکاک لزجي را جبران مي کند ، بطوري که اصطکاک در نقطه B ، کاملا ً با اصطکاک در نقطه C برابر است .
نقطه C ، نقطه ايده آل براي روانکاري است که تقريبا ً کمترين اصطکاک را بدون ساييدگي ايجاد مي کند درعمل ، هدف طراحي ، در مجاورت سمت راست نقطه C  مي باشد تا يک محدوده مطمئن ايجاد شود .
با کاهش بيشتر لزجت از نقطه B افزايش متناسب بار حمل شده به وسيله تماسهاي زبر و افزايش سريع اصطکاک تا نقطه A را شاهد خواهيم بود در اين نقطه ، تمام بار ياتاقان بوسيله تماسهاي زبرتحمل مي شود و کاهش بيشتر در لزجت فقط تأثير کمي بر اصطکاک دارد .
ناحيه 1، قسمت چپ نقطه A ، ناحيه روانکاري مرزي مي باشد در اين ناحيه خواص فيزيکي و شيميايي روانکار علاوه بر لزجت حجمي (16) آن ، وظيفه کنترل کيفيت روانکاري را نيز بر عهده دارند اين خواص در بخش (5-1) شرح داده شده اند .
ناحيه 2، بين نقاط A و B ، ناحيه روانکاري مرکب است که در آن بار بطور مشترک هم توسط فيلم روانکار مايع و هم توسط زبريهاي ياتاقان تحمل مي شود نسبت بار حمل شده بوسيله تماس زبريها ، از 100 درصد در نقطه A تا صفر درصد در نقطه C کاهش مي يابد .
شکل (3-1) مربوط به يک ياتاقان لغزشي است که در آن N معمولا ً دور است ساير شکلهاي ياتاقان که در آنها برخي صورتهاي فيلم روغن هيدروديناميک بوجود مي آيد نيز به طريق مشابه قابل توصيف مي باشند .
رابطه بين لزجت و ضخامت فيلم روغن ، بوسيله معادله رينولدز داده شده که مي توان آن را مطابق رابطه زير نوشت :
 
که در آن :
h = ضخامت فيلم روانکار
P = فشار
x,z = مختصات
V,U = سرعت در راستاهاي z,x
اطلاعات تکميلي در مورد تأثير لزجت روانکار بر ياتاقان لغزشي ساده (17) در بخش 4 خواهد آمد .
در سيستم هاي با روانکاري غيريکنواخت (18) مثل ياتاقانهاي غلتشي و چرخدنده ها رابطه بين لزجت روانکار و ضخامت فيلم با دو اثر تکميل مي شود :
1-    تغيير شکل کشسان سطوح ديگر
2-    افزايش لزجت روانکار در نتيجه فشار بالا .بنابراين رژيم روانکاري ، تحت نام الاستوهيدروديناميک (19) شناخته مي شود و با معادلات مختلف رياضي مي توان آن را بيان نمود .