کاسه نمد چیست؟ | وظیفه، عملکرد، کاربرد و انواع به زبان ساده

کاسه نمد قطعه‌ای است که در تمامی سیستم‌های هیدرولیکی از جمله پمپ‌ها، پیستون‌ها و اتصالات مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته در برخی منابع واژه «Oil Seal» که در فارسی به نام کاسه نمد ترجمه شده است، 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 پلاستیک سنتزی یا طبیعی تشکیل شده و با اعمال فشار مناسب بر روی محور، از روغن‌ریزی جلوگیری می‌کند.

تاریخچه کاسه نمد

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.

فیلم آموزش اتوکد – ترسیمات دو بعدی در AutoCAD در فرادرس

کلیک کنید

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. سیر تحول کاسه نمدها را می‌توانید در تصویر زیر مشاهده کنید.

نحوه 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 پروفایل فشاری دارد. این پروفایل فشاری 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. در تصویر زیر، این پروفایل فشاری و عوامل ایجاد کننده آن‌‌را مشاهده می‌کنید.

کاربرد کاسه نمد چیست؟

به طور کلی، از این قطعه در سیستم‌های متحرک شامل حرکات دوار، «نوسانی»‌ (Oscillating) و رفت و برگشتی بهره می‌گیرند.

• 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: همانطور که در تصویر هم مشاهده می‌کند، شفت به صورت رفت و برگشتی به محفظه وارد و از آن خارج می‌شود.

عوامل تاثیرگذار بر عمر کاسه نمد چه هستند؟

در ادامه به شرح عواملی می‌پردازیم که بر عمر کاسه‌نمدها تاثیرگذارند که از جمله آن‌ها می‌توان به دما و فشار اشاره کرد.

فیلم آموزش نقشه کشی صنعتی – رسم فنی عمومی در فرادرس

کلیک کنید

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 الاستومری 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 میزان $$7-10 \ psi$$ ذکر می‌شود و زمانی که با این محدوده از فشار سروکار داریم باید سرعت شفت را نیز در نظر داشته باشیم.

درک عملکرد کاسه نمد

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 کاسه نمد چه هستند؟

همچنین در تصویر زیر می‌توانید اجزای اصلی یک کاسه نمد را مشاهد کنید.

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید، 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: همانطور که می‌بینید، 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 سیالی نیز از آن ناحیه عبور نکند. برای استحکام بیشتر این قطعه نیز از یک جداره فلزی استفاده می‌شود.

انتخاب کاسه نمد به چه عواملی بستگی دارد؟

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. البته در ادامه، روندی کلی در انتخاب این قطعه بر اساس عملکرد و دوره تعمیر و نگهداری بیان می‌شود.

انواع کاسه نمد چه هستند؟

شکل لبه بر نوع آب‌بندی این قطعه تاثیر مستقیم دارد و این شکل به محیط، سرعت شفت، فشار، دما و پارامترهای آلودگی مرتبط است. نوع محیط می‌تواند از روغن و گریس تا آب و مواد غذایی و لبنی باشد. همه این موارد بر نحوه انتخاب کاسه نمد تاثیرگذار هستند. در ادامه، انواع کاسه نمد و شکل‌های مختلف لبه و کاربرد آن‌ها را ذکر می‌کنیم.

نوع و کاربرد	توضیح	تصویر
S - نگهداری روغن	استفاده در محیط‌های عاری از آلودگی
SN - نگهداری روغن	دارای بخش منعطف کوتاه برای استفاده در فشارهای متوسط
T - نگهداری روغن	این قطعات، آب‌بندی فوق‌العاده‌ای دارند و در سیستم‌های دینامیکی و رفت و برگشتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. شکل T‌مانند این قطعات سبب می‌شود تا بتوان در محل‌هایی با تنش بالا از ‌آن‌ها استفاده کرد.
TN - نگهداری روغن	بخش منعطف کوتاه برای فشارهای متوسط
V - نگهداری گریس	برای آب‌بندی گریس در فشارهای استاندارد و محیط‌های تمیز
K - نگهداری گریس	آب‌بندی گریس در فشار استاندارد و محیط‌های غبارآلود
X - نگهداری روغن	برای آب‌بندی سیالات با خاصیت روانکاری پایین
D - جدا کردن دو سیال	برای جداسازی دو سیال مختلف
U - نگهداری گریس	برای آب‌بندی گریس در محیط‌های بسیار آلوده

نوع دیگری از طبقه بندی کاسه نمدها

در ادامه، نوع کلی‌تری از طبقه‌بندی کاسه‌‌نمدها ارائه شده است.

کاسه نمد گریس

گریس‌ها به طور معمول ویسکوزیته بالایی دارند و به همین دلیل روغن‌ریزی و خروج گریس در آن‌ها کمتر اتفاق می‌افتد. در چنین شرایطی از کاسه نمدی بدون لبه فنری استفاده می‌شود که به «V_ring» موسوم و در تصویر زیر نشان داده شده است.

کاسه نمد روغن

در این شرایط باید از کاسه نمدهایی با فنر داخلی بهره برد چراکه این سیالات، ساده‌تر از گریس دچار نشتی می‌شود.

کاسه نمدهای فنری

کاسه نمدهای فنری به طور عمده در سیستم‌های دوار، رفت و برگشتی و ثابت مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین، این قطعات در تنش‌های بالا و پایین پایداری بهینه‌ای دارند و در دماهای مختلف نیز می‌توانند بکار گرفته شوند.

کاسه نمدهای بدون فنر

این قطعات در سیستم‌های رفت و برگشتی و ثابت و زمانی که تنشی تک‌محوره داشته باشیم مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کاسه نمد در خودرو

تقریبا هر بخشی از خودرو که از روغن استفاده کند، کاسه‌ نمد به عنوان عضو جدایی‌ناپذیر آن دیده می‌شود. این بدان معنی است که در سیستم‌های انتقال قدرت، فرمان، ترمز و ... باید از این قطعه بهره گرفت که در ادامه به توضیح عملکرد کاسه نمد در برخی اجزای خودرو خواهیم پرداخت.

کاسه نمد پلوس چیست؟

همانطور که گفته شد، از کاسه نمد در بسیاری از سیستم‌های متحرک استفاده می‌شود. یکی از این سیستم‌ها، «پلوس» (CV Axel Shaft) است.کاسه نمد پلوس قطعه‌ای پلاستیکی است که در محل اتصال پلوس با دیفرانسیل یا جعبه‌دنده قرار می‌گیرد. این قطعه از نشت روغن از جعبه‌دنده یا محفظه دیفرانسیل جلوگیری می‌کند. در برخی از خودروها، کاسه نمد پلوس کمک می‌کند تا پلوس با جعبه دنده در راستایی مناسب قرار بگیرد. در تصویر زیر، کاسه نمد پلوس پراید و کاسه نمد پلوس ۲۰۶ را مشاهده می‌کنید. نکته قابل توجه در خصوص کاسه نمدها این است که به هنگام جایگذاری باید از ابزارهای مناسب استفاده شود که متاسفانه در بسیاری از موارد به شکلی نامناسب از ضربات چکش برای این کار بهره می‌گیرند که در نهایت سبب کاهش عمر این قطعه می‌شود.

کاسه نمد گیربکس چیست؟

در محورهای ورودی و خروجی جعبه‌دنده خودرو نیز برای جلوگیری از نشت روغن از کاسه‌نمد گیربکس بهره می‌گیرند. با توجه به این‌که تعویض کاسه نمد گیربکس فرآیندی زمان‌بر و پرهزینه است، به طور معمول برای جلوگیری از خوردگی و کاهش نیاز به تعویض از «کاسه‌نمدهای مارپیچ» (Labyrinth Seal) بهره می‌گیرند که در تصویر زیر نشان داده شده‌ است.

در تصویر زیر، مقایسه‌ای بین کاسه نمدهای لبه‌ای و مارپیچی مشاهده می‌کنید

کاسه نمد میل سوپاپ چیست؟

کاسه نمد میل سوپاپ که در سرسیلندر قرار دارد بمنظور جلوگیری از روغن‌ریزی در انتهای «میل سوپاپ» (Camshaft) مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاسه نمد میل‌سوپاپ به طور معمول از قطعات مقاومی ساخته می‌شود و تا مدت‌ها نیاز به تعمیر نخواهد داشت اما این قطعه نیز بعد از مدتی دچار خوردگی می‌شود و روغن‌ریزی از این ناحیه برای موتور بسیار خطرناک است چراکه در صورت روغن‌ریزی از این ناحیه، هم امکان تخلیه روغن و صدمه به موتور و هم احتمال ریخته شدن روغن بر روی تسمه تایمینگ وجود دارد که در هر دو مورد، صدمات بسیاری به موتور وارد می‌شود.

کاسه نمد میل لنگ چیست؟

هدف از قراردادن کاسه نمد میل‌لنگ این است که روغن به طور مجدد به مخزن روغن منتقل و از روغن‌ریزی جلوگیری شود. به طور معمول، موتور خودرو دارای دو کاسه نمد است. یکی در جلوی موتور و پشت پولی سر میل‌لنگ و دیگری پشت «فلایویل» (Flywheel) قرار دارد.

فیلم مجموعه آموزش تعمیر و نگهداری خودرو – جامع و کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

تعویض کاسه نمد میل‌ لنگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ به چه شکل است؟

در صورت خرابی این قطعه باید آن‌را تعویض کرد. در ادامه به طور خلاصه نحوه تعویض کاسه نمد میل لنگ را بررسی می‌کنیم.

مرحله اول و دوم: خودرو را بر روی جک قرار دهید؛ «تسمه دینام» (Accessory Drive Belt) را خارج کنید.

مرحله سوم: پولی میل‌لنگ را جدا کنید. مهره متصل به آن بسیار محکم است و بنابراین به نیروی بسیار زیادی نیاز پیدا می‌کنید

مرحله چهارم و پنجم: پولی میل‌لنگ و متعلقات آن‌را خارج کنید؛ کاسه نمد میل لنگ را خارج کنید.

مرحله ششم: کاسه نمد جدید را نصب کنید.