کاسه نمد

کاسه نمد یکی از آب‌بندهای صنعتی است که برای جلوگیری از خروج روغن و گریس از ماشین‌آلات و همچنین پیشگیری از ورود گرد و خاک، آب و سایر مواد به داخل ماشین‌آلات مورد استفاد قرار می‌گیرد و معمولا در ابتدا و انتهای محورها بین بدنه و محور نصب می‌شود.
از آنجایی که طول عمر ماشین‌آلات صنعتی و خودرو به کنترل و بهبود شرایط روانکاری و خوردگی بستگی دارد، لذا کاسه‌ نمد قطعه‌ای استراتژیک محسوب می‌شود که نقشی کلیدی و بسیار تاثیرگذار در محقق شدن این امر دارا است.

انواع آب‌بندها:

شکل 1 انواع آب‌بندهای مورد استفاده در صنعت و حوزه خودرو را نشان می‌دهد.

شکل 1-انواع آب‌بندهای مورد استفاده در صنعت

همانگونه که ملاحظه می‌شود، کاسه‌نمدها یکی از دسته‌های بسیار متنوع آب‌بندهای صنعتی است که البته کاسه‌نمدها نیز خود به تنهایی انواع مختلف را دارا است که در ادامه مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

کاسه نمد:

شکل 2 بخش‌های مختلف کاسه‌نمد را نشان می‌دهد.

1-بدنه 2-فنر 3-گردگیر 4-لبه آب‌بندی
شکل 2-اجزای کاسه نمد

شکل 3 چند نوع و اندازه کاسه نمد مختلف را نشان می‌دهد.

شکل 3-چند نوع و اندازه مختلف کاسه‌نمد

شکل 4 نحوه استقرار کاسه‌نمد بین محور و پوسته یک دستگاه را نشان می‌دهد.

1-سطح بیرونی کاسه‌نمد 2-بخش فلزی کاسه‌نمد 3-پوسته یا بدنه دستگاه(هوزینگ کاسه‌نمد) 4-فنر 5-بخش اصلی کاسه‌نمد 6-لبه اصلی کاسه‌نمد 7-گردگیر 8-محور O-روغن داخل ماشین A-هوای محیط
شکل 4-نحوه استقرار کاسه‎‌نمد داخل هوزینگ و روی محور

همانگونه که ملاحظه می‌شود، کاسه‌نمد از طریق بخش بیرونی آن بر روی پوسته یا بدنه دستگاه نصب می‌شود و لبه اصلی آن که دارای نوک تیزی است از طریق نیروی فنریت فنر کاسه‌نمد بعلاوه لاستیک آن، نیروی شعاعی قابل توجهی تولید می‌کند. از طرفی به دلیل تیز بودن لبه نشیمنگاه کاسه‌نمد بر روی محور، سطح تماس بین لبه آب‌بندی کاسه نمد و محور به شدت کاهش می‌یابد و نهایتا فشار در محل تماس کاسه‌نمد و محور به شدت افزایش می‌یابد.
این موضوع باعث می‌شود که در محل تماس لبه آب‌بندی کاسه‌نمد و محور، مانعی با فشار زیاد ایجاد شود و از خروج روغن از دستگاه و ورود آب، ناخالصی، گرد و خاک و غیره به داخل دستگاه پیشگیری کند. لازم به ذکر است که برخی از کاسه‌نمدها دارای گردگیری(شماره 7) هستند که از ورود گرد و خاک، آلودگی و رطوبت به محل تماس کاسه‌ نمد و محور جلوگیری می‌کند و باعث افزایش طول عمر کاسه‌نمد می‌گردد.
لازم به توضیح است که ورود رطوبت، گرد و خاک، آلودگی و هر نوع ناخالصی به محل تماس لبه آب‎‌بندی کاسه نمد و محور باعث می‌شود که با توجه به فشار زیاد در این ناحیه، خراش، خوردگی و فرسایش زیادی بر روی لبه کاسه‌نمد و محور ایجاد کند و این نوع تخریب لبه کاسه‌نمد یا محور، کانال‌هایی را برای نشتی روغن به بیرون و ورود ناخالصی و آلودگی به داخل دستگاه باز می‌کند و باعث کاهش طول عمر دستگاه می‌شود.

مکانیزم آب‌بندی توسط کاسه نمد:

شکل 5 مکانیزم آب‌بندی توسط کاسه نمد  را نشان می‌دهد.

1-کاسه‌نمد 2-فنر 3-فیلم روغن 4-پهنای ناحیه تماس کاسه‎‌نمد و محور 5-محور 6-جهت دوران محور (Oil) O:سمت داخل ماشین که حاوی روغن است (Air)A: سمت بیرون ماشین که حاوی هوا محیط است.
شکل5-مکانیزم آب‌بندی توسط کاسه‌ نمد

همانگونه که در شکل 6 ملاحظه می‌شود، محل تماس لاستیک کاسه‌نمد و سطح محور، ناحیه‌ای با پهنای بسیار کم وجود دارد که از طریق شیارهایی که بر روی این بخش از کاسه‌نمد ایجاد می‌کنند، مقداری روغن به این ناحیه نفوذ می‌کند و فیلم بسیار نازکی از روغن را تشکیل می‌دهد.
این فیلم روغن باعث کاهش اصطکاک بین کاسه‌نمد و محور می‌شود به نحوی که این موضوع باعث می‌شود تا گشتاور اصطکاکی کاسه نمد کاهش یافته و ضمن افزایش طول عمر کاسه‌نمد و محل تماس محور، دمای سطح تماس که به 150 درجه سانتیگراد نیز می‌رسد از حد مجاز تجاوز نکند. از سویی این فیلم بسیار نازک روغن به خاطر خاصیت موئینگی( موئینگی چیست؟)، سد و مانعی را تشکیل می‌دهد که از عبور روغن از داخل ماشین به سمت بیرون آن جلوگیری می‌کند و البته از نفوذ گرد و خاک، آب و ناخالصی به داخل ماشین هم پیشگیری می‌کند.

1-فنر 2-کاسه‌نمد 3-پمپاژ هوا 4-محور (Oil)O:سمت داخل ماشین که حاوی روغن است (Air)A: سمت بیرون ماشین که حاوی هوای محیط است
شکل 6-نحوه پیشگیری از نشتی روغن دستگاه

با توجه به شکل 6 هنگام دوران محور و مادامیکه محور در حال دوران است، مقداری روغن از داخل ماشین به سمت بیرون و از بیرون به سمت داخل ماشین در ناحیه تماس کاسه‌نمد و محور پمپاژ می‌شود و از سویی به خاطر دوران محور، جریان هوایی نیز به سمت ناحیه تماس کاسه‌نمد و محور پمپاژ می‌شود که مانعی در مقابل خروج روغن از دستگاه است. برخی عوامل موثر در آب‌بندی و پیشگیری از نشتی روغن از فضای محل تماس محور و کاسه‌ نمد به شرح ذیل است:

• پمپاژ روغن از داخل ماشین به سمت بیرون و برعکس
• کیفیت سطح تماس کاسه‌ نمد و محور
• زوایه پمپاژ هوا به سمت داخل ماشین (زاویه پمپاژ هوا از زوایه پمپاژ روغن کمتر است)

شکل 7 مکانیزم آب‌بندی را به طور واضح‌تر نشان می‌دهد.

1-لبه اصلی کاسه‌نمد 2-محور در حال دوران O:سمت داخل ماشین که حاوی روغن است A: سمت بیرون ماشین که حاوی هوا محیط است
شکل 7-مکانیزم آب‌بندی کاسه نمد

همانگونه که ملاحظه می‌شود، با دوران محور، خاصیت پمپاژ هیدرودینامیکی در لایه یا فیلم بسیار نازک روغن بین کاسه نمد و محور ایجاد می‌شود که باعث حرکت رفت و برگشتی روغن می‌شود و به خاطر اختلاف زاویه لبه کاسه‌نمد در سمت روغن و سمت هوای محیط و همچنین الگوی موج‌دار و مارپیچی لبه تماس کاسه‌نمد به محور، این پمپاژ تقویت شده به نحوی که برآیند پمپاژ  روغن (دسته بندی روغن های موتور ) به سمت داخل دستگاه بوده و از نشتی روغن پیشگیری می‌شود. شکل 8 موج و مارپیچ‌های ایجاد شده روی لبه کاسه‌نمد را نشان می‌دهد.

کاسه‌نمد با شیار خاص                    کاسه‌نمد با شیار مارپیچ                کاسه‌نمد با شیار مارپیچ خاص
شکل 8-کاسه‌نمد با موج و مارپیچ‎‌های مختلف

همانگونه که ملاحظه می‌شود با تغییر هندسه موج و مارپیچ‌های لبه کاسه‌ نمد، کیفیت آب‌بندی آن افزایش می‌یابد ضمن اینکه به دلیل روانکاری مطلوب سطح تماس محور و کاسه‌نمد، نیروی اصطکاک نیز کاهش یافته و موجب افزایش راندمان دستگاه یا ماشین می‌گردد.
از آنجایی که عمدتا کاسه‌نمدها لاستیکی یا لاستیکی-فلزی هستند و در دستگاه‌های مکانیکی به عنوان اقلام دقیق و ظریف محسوب می‌شوند لذا باید به موضوعاتی همچون انبارش، حمل، نگهداری، شستشو، نحوه نصب و غیره به دقت توجه کرد تا از آسیب دیدن آن پیشگیری شود.

جنس کاسه نمد

لبه آب‎‌بندی و گردگیر کاسه‌ نمد از جنس‌های متفاوتی از قبیل NBR، HNBR، ACM، VMQ، FKM، EPDM، SBR، PTFE و الیاف تشکیل شده است. هر کدام از مواد نامبرده دارای ویژگی‌ها و مشخصات خاصی است که در مرحله طراحی باید به دقت مورد بررسی قرار گیرد تا کاسه‌نمدی که ساخته و عرضه می‌شود از دو منظر کارآمدی عملکردی و قیمت تمام شده در محدوده مطلوب قرار گیرد.
طبیعی است که با توجه به نقش کلیدی این قطعه در عملکرد مناسب، طول عمر و دوام ماشین یا دستگاه مورد نظر، تمامی عوامل محیطی از قبیل دما، فشار، میزان نیروهای شعاعی و محوری، نوع سیالی که قرار است آب‌بندی شود، میزان آلایندگی محیط و غیره برای انتخاب کاسه‌ نمد مناسب باید مورد بحث و بررسی قرار گیرد تا با قابلیت اطمینان قابل توجهی بتوان به عملکرد دستگاه و کاسه‌ نمد اعتماد کرد.
جدول 1 جنس مواد مورد استفاده در ساخت کاسه‌ نمد به همراه مختصری از مشخصات و ویژگی‌های هر ماده را نشان می‌دهد.

جدول 1- انواع جنس کاسه‌ نمد

از طرفی مواد مختلف ذکر شده در مجاورت با سیالاتی که قرار است آب‌بندی شوند، واکنش‌های شیمیایی متفاوتی را از خود نشان می‌دهند که در صورت نادیده گرفتن یا کم اهمیت دانستن این موضوع، باعث زوال و فاسد شدن کاسه‌ نمد شده و با بروز نشتی روغن یا سیالی که قرار است آب‌بندی شود، عملکرد و طول عمر دستگاه کاهش می‌یابد. به طور مثال چنانچه، لاستیک‌های آب‌بندی، اورینگ‌ها و کاسه‌نمدهای سیستم ترمز خودرو ( نحوه رگلاژ ترمز کفشکی ) با جنس HNBR ساخته و مورد استفاده قرار گیرند، این ماده با روغن ترمز DOT4 سازگاری لازم را ندارد از اینرو ضمن نشتی روغن ترمز، ایمنی خودرو و سیستم ترمز نیز از دست رفته و مشکلات غیرقابل جبران را سبب خواهد شد.

جدول2- سازگاری  انواع جنس کاسه نمد با مایعات متفاوت

از سویی با شروع به کار دستگاه یا ماشین، شرایط محیطی دستخوش تغییر می‌شود به طور مثال دما، فشار، رطوبت، گرد و غبار محیط تغییر می‌کند بعلاوه به دلیل حرکت‌های مختلف دورانی و رفت و برگشتی مکانیزم‌های مختلف ماشین، میزان ارتعاشات نیز افزایش می‌یابد و این موضوع باعث می‌شود که کاسه‌نمد دچار تغییر وضعیت و تغییر ساختار هندسی شود و نتواند به خوبی از عهده عملیات آب‌بندی برآید. بدین منظور مطابق شکل 9 در بخش بیرونی یا بدنه کاسه‌ نمد از یک طوقه فولادی استفاده می‌شود تا استحکام مکانیکی کاسه‌ نمد در حد اعلا افزایش یابد و استقرار کاسه نمد در هوزینگ و همچنین بر روی شفت کاملا محکم و قابل اطمینان باشد تا لبه آب‌بندی و گردگیر بتوانند به وظایف ذاتی خود مبنی بر پیشگیری از نشت روغن و ورود آلودگی به لبه آب‌بندی به خوبی عمل کنند. از طرفی از یک فنر فلزی هم برای افزایش نیروی شعاعی اعمالی به لبه آب‌بندی کاسه‌ نمد استفاده می‌شود تا میزان نیروی شعاعی در محدوده مجاز قرار گیرد و عملیات آب‌بندی در شرایط مختلف را محقق سازد.

1-لبه آب‌بندی 2-گردگیر 3-فنر 4-طوقه فلزی 5-لاستیک آب‌بندی بخش بیرونی کاسه‌نمد و هوزینگ

شکل 9-اجزای مختلف کاسه‌ نمد

از اینرو جنس طوقه فلزی و فنر نیز باید به نحوی انتخاب شود که در مجاورت با سیالی که قرار است آب‌بندی شود، دچار خوردگی زوال زودرس نشده و عملیات آب‌بندی به نحو مطلوب صورت پذیرد. جدول3 سازگاری جنس فنر و طوقه فلزی کاسه‌ نمد را برای آب‌بندی مایعات مختلف نشان می‌دهد.

جدول3- سازگاری جنس فنر و طوقه فلزی کاسه‌ نمد برای آب‌بندی مایعات مختلف

روش نام گذاری کاسه‌‌ نمد

روش‌های متنوعی برای نام‌گذاری کاسه‌نمدها مورد استفاده قرار می‌گیرد. شرکت‌های تولید و عرضه کاسه‌ نمد از استانداردهای داخلی برای نام‌گذاری استفاده می‌کنند.استفاده از سیستم‌های استاندارد نام‌گذاری کمک شایانی به شناسایی کاسه‌ نمد با صرف زمان و هزینه کم و همچنین پیشگیری از بروز خطا در کاربری و استفاه از کاسه‌ نمد می‌کند. علاوه بر آن با ایجاد یک زبان مشترک بین طراح و سازنده کاسه‌ نمد و مصرف کننده کاسه‌نمد که در واقع شرکتی است که اقدام به طراحی و ساخت ماشین یا دستگاه می‌کند، استفاده مطلوب و بهینه کاسه‌نمد را با توجه به شرایطی که در مقاله “انواع کاسه‌نمد” برای طراح دستگاه محقق می‌سازد. برای تفسیر نام‌گذاری کاسه‌نمدها با استفاده از چند مثال به بررسی آن پرداخته می‌شود.
به طور مثال بر روی کاسه‌نمدی که توسط شرکت KOYO تولید و عرضه شده است، عبارت MH S A 45708 J درج شده است. جدول 4نحوه تفسیر این عبارت را نشان می‌دهد.

جدول 4-نحوه تفسیر نام‌گذاری یک نوع کاسه‌ نمد

با توجه به جدول فوق عبارت‌های قطر محور، قطر داخلی هوزینگ و پهنای کاسه‌ نمد در شکل 1 نشان داده شده است.

D:قطر هوزینگ کاسه‌نمد d1: قطر محور B:پهنای هوزینگ
شکل 10-ابعاد هندسی کاسه‌ نمد

شرکت SKF نیز رویه دیگری برای نام‌گذاری کاسه‌نمدهای تولید خودش را طراحی کرده است که در ادامه به شرح آن پرداخته می‌شود.

مثال: بر روی کاسه‌نمدی عبارت 1200-1316-48HDS2R درج شده است. با توجه به اینکه از خط تیره(-) برای جدا کردن عبارت‌ها استفاده شده است، بنابراین، نام‌گذاری در سیستم انگلیسی یا اینچی انجام شده است. جدول 5 نحوه نام‌گذاری این کاسه‌ نمد را نشان می‌دهد.

جدول 5-تفسیر نام‌گذاری کاسه ‎‌نمد 1200-1316-48HDS2R

جدول 6-جنس لبه و گردگیر

مثال: بر روی کاسه‌نمدی عبارت 675X725.2X28HDSA2DD درج شده است. با توجه به اینکه از ضربدر(X) برای جدا کردن عبارت‌ها استفاده شده است، بنابراین، نام‌گذاری در سیستم اینچی انجام شده است. جدول 7 نحوه نام‌گذاری را نشان می‌دهد.

جدول 7-تفسیر نام‌گذاری کاسه‎‌ نمد 675X725.2X28HDSA2DD