کاسه نمد چیست؟
کاسه نمد به انگلیسی(Oil Seal) از پرمصرف‌ترین قطعات لاستیکی خودرو است که در بیشتر خودروها و ماشین های صنعتی کاربرد فراوانی دارد.
این قطعه تقریبا” در تمامی سیستم‌های روغنی و هیدرولیکی از جمله پمپ‌ها، پیستون‌ها و اتصالات مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کاسه نمد چیست؟
کاسه نمدها, معمولا” برای آب بندی مایعات و هوا روی شافت‌های گردان طراحی و تولید میشوند. معمولا” کاسه نمدها از۳ جزء اصلی لاستیک , فنر و اسکلت فلزی تشکیل میشوند و در تولید آنها از مواد اولیه همچون, ان بی آر NBR , سیلیکون و وایتون Viton استفاده میشود.
به سایر سیستم‌های آب‌بندی مانند «اورینگ» (O-ring) هم اطلاق میشود اما در فارسی به طور معمول به این نوع از آب‌بندها «اورینگ» می‌گویند. از کاسه نمد برای جلوگیری از روغن‌ریزی شفت‌ها و یاتاقان‌ها و همچنین محافظت این قطعات در برابر آلودگی و گرد و غبار استفاده میشود.
کاسه نمد به طور معمول از دو بخش تشکیل شده است: بخش فلزی و سخت خارجی و بخش انعطاف‌پذیر داخلی. کار اصلی عایق‌کاری را بخش انعطاف‌پذیر انجام می‌دهد که به بخش فلزی چسبیده است. بخش داخلی از لاستیک سنتزی یا طبیعی تشکیل شده و با اعمال فشار مناسب بر روی محور، از روغن‌ریزی در اطراف شافت های دوار جلوگیری می‌کند.
تاریخچه کاسه‌نمد
برای قرن‌ها مهندسان با چالش آب‌بندی در دستگاه‌های متحرک روبرو بودند. در زمان‌های گذشته که افراد شروع به مهاجرت به سمت غرب کردند، به سیستم‌های آب‌بندی نیاز داشتند تا چرخ‌های ارابه‌ها را تا مدت‌های طولانی آب‌بندی کنند. از انواع اولیه آب‌بندها، نوارهای چرمی و نمدی بودند که چربی حیوانات را در اکسل‌های چرخ حفظ می‌کردند. با شکل‌گیری انقلاب صنعتی و تولید موتورهای درون‌سوز و جعبه‌دنده‌ها، به قطعات بهتری برای آب‌بندی نیاز بود.
در اواخر سال‌های ۱۹۲۰ بود که به کمک چرمِ مقاوم در برابر روغن و یک محفظه فلزی، کاسه نمد جدیدی ساخته شد. در انتهای جنگ جهانی دوم، توسعه کاسه نمدها بهبود پیدا کرد و لاستیک‌های مصنوعی جایگزین چرم شدند. در سال‌های ۱۹۶۰، الاستومرهایی با مقاومت دمایی بالا تولید شدند که در آنها از موادی همچون سیلیکون، پلی‌اکریلات و فلوئوروکربن‌ها استفاده شده بود.
روش عملکرد کاسه نمد چگونه است؟
نحوه عملکرد کاسه نمد بسیار ساده است. لبه کاسه نمد بر روی بخش دوار – به طور معمول شفت – قرار می‌گیرد و جداره (قطر بیرونی) در محفظه نگهدارنده به صورت فشرده چفت میشود و به این ترتیب، کاسه نمد در جای خود قرار می‌گیرد. برای جلوگیری از حرارت زیاد، لبه‌های کاسه نمد باید روغن‌کاری شود.
یه عبارت بهتر، کاسه نمد از طریق عمل پمپ کردن در محل تماس لبه و سطح شفت، از نشتی جلوگیری می‌کند. جهت پمپ، نسبت مستقیمی با جهت لبه روغن برگردان دارد. این روغن برگردان توسط طراحی هندسی لبه کنترل میشود که گرادیان فشاری بزرگ‌تری در بخش روغنی لبه ایجاد می‌کند. البته این گرادیان فشاری تنها یک جنبه از نحوه عملکرد کاسه نمد به شمار می‌آید.
جنبه دوم، وجود لایه‌ای از یک فیلم روغنی بین لبه کاسه‌نمد و سطح شفت است.
جنبه سوم به تشکیل ناهمواری‌ها بر روی لبه کاسه‌نمد اختصاص دارد. این ناهمواری‌ها به گونه‌ای قرار می‌گیرند که سیال را به طرف بخش روغنی پمپ می‌کنند.
کاربرد کاسه نمدها
کاسه‌نمدها چه کاربردی دارند؟
به طور کلی این قطعه در سیستم‌های متحرک شامل حرکات دوار، «نوسانی» (Oscillating) و رفت و برگشتی استفاده میشود.
حرکت دوار: جهت چرخش در این سیستم‌ها برای آب‌بندی بسیار مهم است. شفت ممکن است به صورت ساعت‌گرد، پادساعت‌گرد یا در هر دو جهت چرخش داشته باشد.
حرکت نوسانی: در این نوع حرکت، شفت در یک قوس با زاویه‌ای معین نوسان می‌کند.
حرکت رفت و برگشتی: شفت به صورت رفت و برگشتی به محفظه وارد و از آن خارج میشود.
محصولات کاسه نمد تولید داخل
مجموعه کاسه‌نمدهای بادسان , مجموعه کاسه‌نمدهای الوند , مجموعه کاسه‌نمدهای فوتون
عوامل تاثیرگذار بر عمرمفید کاسه نمدها
عوامل تاثیرگذار بر عمر کاسه نمد چه هستند؟
سه عامل کیفیت قطعه, دما و فشار از عواملی هستند که روی طول عمر مفید کاسه نمدها تاثیر به سزایی دارند.
دما
سه شکل دمایی در کاسه‌نمدها وجود دارد که به دمای بیرونی، دمای «زیرلبه» (Underlip) و دمای «انباره» (Sump) تقسیم میشود. مجموع اثرات این دماها سبب میشوند تا مواد لاستیکی در این قطعات، سخت شوند که در نهایت عدم انعطاف و کاهش عمر قطعه را به همراه دارد. دمای خارجی می‌تواند ناشی از هر منبع حرارتی خارجی باشد و تاثیر شدیدی بر عمر این قطعه خواهد داشت.
مشکل دیگر، زمانی است که دمای خارجی به حداقل دمای عملیاتی لبه می‌رسد. در دماهای پایین، اگر شفت دارای «لنگی» (Runout) باشد، به دلیل کاهش انعطاف‌پذیری لبه، امکان پاره‌شدن آن وجود دارد. دمای انباره نیز در عمر قطعه تاثیر دارد. در حقیقت، رابطه مستقیمی بین عمر قطعه و دمای انباره وجود دارد. در صورتی که اولولیت با عمر بیشتر قطعه باشد، دمای انباره پایین را باید مد نظر قرار داد اما در صورتیکه عمر بالا اهمیت چندانی نداشته باشد، دمای بالای انباره اثرات مثبتی بر روی سیستم خواهد داشت. با افزایش این دما، ویسکوزیته سیال و مصرف انرژی کاهش پیدا می‌کند.
دمای زیرلبه تابعی از سرعت شفت، اصطکاک مواد، زبری سطح و دماهای خارج و انباره است. با افزایش این عوامل، دمای زیرلبه نیز افزایش می‌یابد. اصطکاک مواد نیز به خواص الاستومر، بار روی لبه و روان‌کاری آن ارتباط دارد.
فشار
کاسه‌نمدهای شعاعی برای عملکرد در سیستم‌های پرفشار طراحی نشده‌اند. بخش انعطاف‌پذیر بسیار نازک است و از هیچ حمایت مستحکمی نیز بهره نمی‌برد. کمی افزایش فشار کافی است به لبه خارجی نیرو وارد کند تا این لبه برگردد که این امر نیز سبب کاهش عمر قطعه میشود. حد بیشینه فشار در کاربردهای صنعتی به میزان۷−۱۰psi ذکر میشود و زمانی که با این محدوده از فشار سروکار داریم باید سرعت شفت را نیز در نظر داشته باشیم.
نمونه محصولات کاسه نمد
عملکرد کاسه‌نمدها چگونه است؟
عملکرد کاسه نمد را به راحتی میتوان در یک خودرو مشاهده کرد که در تصویر زیر نشان داده شده است. در این نوع از موتورها، حرکت رفت‌و‌برگشتی پیستون‌ها به حرکات دوار شفت تبدیل میشود و شفت نیز توسط یاتاقان‌های فلزی در بر گرفته شده است. برای روغن‌کاری یاتاقان‌ها و همچنین بخش‌هایی که فلزات با یکدیگر در تماس هستند، از روغن استفاده میشود. از آن‌جایی که محفظه روغن (کارتل روغن) به محفظه موتور متصل شده است، یاتاقان‌ها به یک فضای مشخصی بین موتور و شفت احتیاج دارند. در این‌جا از کاسه نمد برای جلوگیری از روغن‌ریزی ناحیه اتصال یاتاقان‌ها استفاده میشود.
اجزای تشکیل دهنده کاسه نمد چیست؟
اجزای اصلی کاسه نمدها
کاسه نمدها به سه بخش اصلی بدنه لبه و فنر کاسه نمد تقسیم میشوند اما بخش اصلی و حساس این قطعه همانا لبه آن است
لبه کاسه نمد به سه بخش «مرز آب‌بند» (Sealing Edge)، «لبه آب‌بند» (Seal Lip) و «لبه گردگیر» (Dust Lip) تقسیم میشود که در ادامه به توضیح عملکرد آنها خواهیم پرداخت.
مرز آب‌بند: این بخش، سطح مقطعی همچون یک «گوه» (Wedge) دارد و برای آب‌بندی، بر روی سطح شفت فشار وارد می‌کند.
لبه آب‌بند: این بخش از الاستومری منعطف تشکیل شده و طراحی آن به گونه‌ای است که آب‌بندی آن حتی در صورت ارتعاشات موتور و تغییرات فشار سیال، دچار مشکل نشود. برای بهبود تماس شفت با کاسه نمد نیز از یک فنر بهره می‌گیرند.
لبه گردگیر: این بخش همانند یک مرز آب‌بند اما بدون فنر عمل می‌کند تا از ورود گردوغبار جلوگیری شوند.
قطر خارجی کاسه نمد نیز سبب میشود تا این قطعه به خوبی در محل خود قرار بگیرد و سیال(روغن) نیز از آن ناحیه عبور نکند. برای استحکام بیشتر این قطعه نیز از یک جداره فلزی استفاده میشود.
انتخاب بهترین نوع کاسه نمد
این موضوع که انتخاب کاسه نمد به چه عواملی بستگی دارد موضوع مهمی است که در این بخش به بررسی این مورد خواهیم پ
انتخاب کاسه نمد با طراحی و مواد بهینه به شرایط عملیاتی و کاربرد آن بستگی دارد که از میان این موارد میتوان به عوامل زیر اشاره کرد:
دما
سرعت
اختلاف فشار
نوع روان‌کننده
قرارگیری عمودی یا افقی
لنگی و عدم انطباق شفت با جداره داخلی
از آن‌جایی که تاثیر یکی از شرایط عملیاتی بالا به طور معمول بر سایر فرآیندهای انتخاب این قطعه برتری دارد، در نتیجه، قانون کلی برای تعیین بهترین نوع کاسه نمد وجود ندارد.
روش نصب کاسه نمد چگونه است؟
در هنگام جای‌گذاری کاسه نمدها باید از ابزارهای مناسب استفاده شود تا از آسیب احتمالی کاسه نمد در ابتدای راه‌اش جلوگیری کرد, ضربه و فشار زیاد در هنگام نصب کاسه نمد باعث آسیب جدی با سطحی این قطعه خواهد شد و گاهی از همان ابتدا کاسه نمد نشت کرده و عملکرد آن بدرستی انجام نمیشود. بطور کلی میتوان گفت که نصب نادرست کاسه نمد منجر به آسیب جدی یا حداقل کاهش عمر این قطعه خواهد شد.