Menangani Fenomena Gelincir-Lekat: Profil Berulir dengan Takungan Pelincir Mikroskopik

Profil ulir pada skru pengangkat gear cacing yang tertakluk kepada tekanan permukaan melebihi 20 N/mm² di bawah beban dan yang beroperasi pada kelajuan lilitan rendah memerlukan pelinciran berterusan. Ulir berketepatan tinggi daripada Bornemann menawarkan sebahagian daripada penyelesaiannya.

“Ulir yang tiba-tiba mengeluarkan bunyi mencicit akan segera menarik perhatian pengendali mesin yang berpengalaman. Berdasarkan pengalaman, ini merupakan petanda bahawa kegagalan sistem tidak akan lama lagi berlaku. Bunyi mencicit tersebut ialah tanda haus – dan ia cenderung berlaku terutamanya pada galas, panduan dan spindel berulir dalam bidang teknologi pengangkatan tugas berat. Puncanya: kekurangan pelinciran. Akibatnya: fenomena stick-slip. Dua jasad pejal – dalam kes ulir, spindel dan nat – bersentuhan dalam gerakan yang tersentak-sentak. Dalam kes yang paling teruk, ini boleh menyebabkan mikro-pengelasan atau kimpalan sejuk. Jadi, adakah pengeluar pelincir yang patut dipersalahkan?

“Tidak,” kata Moritz von Soden, Pengarah Urusan di Bornemann Gewindetechnik. “Ia tidak semudah itu. Punca fenomena stick-slip adalah pelbagai. Ia selalunya merupakan gabungan daripada pelbagai pengaruh yang berbeza. Namun, pada pendapat saya, asas untuk memastikan jangka hayat optimum bagi sesuatu ulir terletak pada reka bentuknya. Kualiti permukaan ulir memainkan peranan yang sangat penting.”

Pelinciran optimum untuk sisi ulir – takungan pelincir bagi menangani fenomena stick-slip

Fenomena stick-slip, atau ringkasnya stick-slip, biasanya hilang sebaik sahaja bahan perantara atau pelincir memisahkan permukaan yang bersentuhan. Kesan fenomena ini juga bergantung kepada keserasian pelincir dengan bahan elastomer, tingkah laku aliran balik, penghantaran minyak serta tahap perlindungan terhadap kakisan.

Satu lagi faktor penentu ialah gabungan bahan dalam sistem spindel/nat. Sebagai contoh, dalam gabungan antara besi tuang nodular dan keluli, kandungan besi dalam kedua-dua bahan boleh menggalakkan berlakunya kimpalan sejuk.

“Daripada hanya menumpukan kepada bekalan pelincir, keserasian pelincir dan kombinasi bahan, Bornemann Gewindetechnik memberi penekanan kepada ketepatan dalam pembangunan topografi permukaan spindel dan nat berulir. Ketepatan pada skala mikroskopik: takungan pelincir mikroskopik – lekukan pada permukaan ulir – membantu mengekalkan pelincir di tempat yang diperlukan (rajah 1a dan 1b), walaupun di bawah beban permukaan yang paling tinggi.

Ulir yang dihasilkan oleh Bornemann secara konsisten memaparkan takungan pelincir yang penting ini. Kaedah penggolekan ulir tidak dapat membentuk lekukan pada permukaan ulir dan oleh itu tidak menawarkan alternatif seperti ini. Hasilnya, spindel berulir Bornemann sangat digemari dalam bidang teknologi pengangkatan tugas berat. Alat untuk menghasilkan spindel berulir terdiri daripada gelang pemacu dengan satu set acuan profil. Semasa pemesinan, alat ini membuat pemotongan profil apabila benda kerja berputar di dalam gelang acuan tersebut.

Satu set acuan terdiri daripada beberapa mata pemotong individu yang beroperasi secara berurutan untuk menghasilkan pemotongan berselang. Dalam proses ini, lekukan mikroskopik terbentuk pada permukaan benda kerja di antara setiap pemotongan, membentuk serong cekung berbentuk poligon yang hanya bersaiz beberapa mikrometer. Pada pandangan pertama, lekukan ini mungkin kelihatan seperti kecacatan pemesinan. Namun sebenarnya, tanda pemesinan ini meningkatkan prestasi operasi spindel berulir. Lekukan mikroskopik ini boleh bertindak sebagai takungan pelincir mikro semasa hubungan geseran dengan pelinciran. Takungan ini diisi dengan pelincir dan dengan itu mengelakkan gangguan pada lapisan pelincir. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2a, takungan pelincir mikro ini menyebabkan pembentukan tekanan hidrodinamik semasa hubungan gelinciran berpelincir antara dua jasad pejal. Tekanan ini bertindak secara tegak lurus terhadap permukaan dan menghalang berlakunya geseran keadaan pejal.

Ujian pada cakera tribometer yang dilengkapi dengan takungan pelincir mikro menunjukkan potensi takungan ini untuk mengurangkan pekali geseran dan dengan itu juga kehilangan akibat geseran pada kelajuan relatif rendah di bawah 1.5 m/s, melalui penambahbaikan bekalan pelincir semasa hubungan geseran (rajah 2b).

Takungan pelincir mikro ini sudahpun menjadi subjek pelbagai projek penyelidikan dalam bidang lain (contohnya dalam hubungan geseran antara pelapik silinder dan omboh). Dalam enjin pembakaran dalaman, lekukan ini digunakan untuk mengelakkan pelincir daripada mengalir keluar dari titik sentuhan serta untuk mengurangkan kehilangan geseran dan kehausan akibat lelasan mekanikal. Lekukan ini juga memberikan manfaat yang setara pada sisi sokongan ulir spindel berulir Bornemann. Secara khusus, orientasinya yang berserenjang dengan arah pergerakan geseran membantu mengekalkan pelincir di tempatnya semasa hubungan geseran dan memastikan kesan pelinciran yang mencukupi.

“Sudah tentu, proses pengilangan lain juga mempunyai kelebihan tersendiri,” jelas Moritz von Soden, “tetapi ulir kami telah terbukti berkesan dalam kejuruteraan tugas berat, terutamanya dalam pemacu skru trapezium yang sangat tertekan. Jauh lebih sedikit pelincir yang terkeluar akibat tekanan. Takungan pelincir yang kami perkenalkan bertindak seperti takungan sebenar untuk pelincir.”

Pendapat umum bahawa spindel berulir yang digolek mempunyai jangka hayat lebih panjang tidak disokong oleh pengalaman praktikal, menurut Ketua Pegawai Eksekutif Bornemann. “Permukaan yang lebih keras pada spindel yang digolek tidak semestinya membawa kepada jangka hayat yang lebih panjang. Dalam teknologi pengangkatan, nat gangsa biasanya digunakan sebagai komponen haus. Oleh itu, kekerasan spindel bukanlah faktor utama dari segi kehausan. Tambahan pula, ujian ketahanan sebelum ini telah menunjukkan bahawa spindel berulir kami hanya menunjukkan tanda-tanda kehausan yang minimum walaupun selepas bertahun-tahun beroperasi.

Di samping kualiti ulir, keseluruhan sistem memainkan peranan yang penting

Hanya gabungan optimum antara ulir, pelincir dan penyelenggaraan sistem yang dapat mengatasi fenomena slip-stick. Pembersihan permukaan sebelum penggunaan pelincir merupakan salah satu langkah persediaan yang paling penting. Kami juga sangat mengesyorkan penggunaan gris cecair dengan kelas konsistensi NLGI 00. Jumlah gris yang digunakan hendaklah sekurang-kurangnya 30% daripada isipadu di antara spindel dan belos. Satu lagi keperluan terhadap pelincir berpunca daripada tahap kedap sistem: Oleh kerana belos biasanya tidak ditutup secara hermetik, pembentukan kondensasi di dalamnya secara umumnya tidak dapat dielakkan. Oleh itu, pelincir mesti mempunyai ketahanan air yang tinggi dan memberikan perlindungan kakisan yang sangat berkesan.

Mengenai Bornemann

Bornemann Gewindetechnik (www.bornemann-gewindetechnik.de) menghasilkan ulir dalam semua bentuk dan saiz khas. Kami menghasilkan penyelesaian tersuai untuk aplikasi teknologi pengangkatan dan kerja keluli hidraulik, serta peralatan platform dan injap pintu empangan, untuk menyebut beberapa contoh. Di samping kerja-kerja yang mencabar dan berketepatan tinggi pada ulir sokongan, skru penghantar dan ulir berbilang mula, kami juga memberi tumpuan kepada pengeluaran gelendong ulir trapezoid bersaiz besar yang siap dipasang serta set nat. Sebarang jenis bahan yang boleh dimesin boleh digunakan sebagai bahan permulaan. Saiz standard untuk gelendong berulir adalah dalam julat diameter dari 10 hingga 180 mm dan sehingga 10 m panjang. Proses pembuatan yang dioptimumkan oleh Bornemann menghasilkan permukaan ulir yang mencapai kualiti setara dengan ulir yang dikisar.

Stick-slip dan akibatnya: Bunyi yang bising dan haus yang meningkat

Fenomena stick-slip juga biasa berlaku dalam kehidupan seharian. Apabila pintu berkeriut, roda menjerit di atas rel atau pengelap cermin membuat bunyi mencicit di cermin hadapan, geseran statik adalah lebih besar daripada geseran gelinciran. Namun begitu, dalam aplikasi teknikal terutamanya dalam persekitaran industri, fenomena stick-slip dengan cepat menjadi satu masalah: ia merupakan petunjuk kepada peningkatan haus dan kekurangan pelinciran pada profil ulir (rajah 3). Dalam kes yang teruk, ia bahkan boleh menyebabkan kimpalan sejuk ke seluruh sistem gelendong/nat.