بلبرينگ مخروطي

مهارت و نظافت از موارد لازم در هنگام جا زدن برینگ، جهت کارکرد مناسب آن است. برینگ قطعه دقیقی بوده و در هنگام نصب آن باید از روشهای صحیح و ابزار مناسب استفاده کرد.

درجه سفتی گریسها طبق شاخص تعیین شده از سوی NLGI:Grease Instiute National Lubricating (انجمن ملی روانکاری با گریس) تعیین شده است. درجه سفتی گریسها معمولاً 3 و 2، 1 است که بر روی قوطی آن قید می گردد. در مواردیکه ارتعاش وجود دارد سفتی به تنهایی به حفظ گریس در داخل برینگ کمک نمی کند بلکه گریس باید دارای پایداری مکانیکی کافی نیز باشد.
آزمایش تعیین درجه سفتی گریس از سوی NLGI: ظرف A محتوی گریس را در زیر دستگاهی مطابق شکل روبرو قرار داده وسیله مخروطی شکل با نوک تیز را رها می کنند تا مقدار نفوذ آن در گریس در مدت 5 ثانیه و در دمای 25ºC بسنجد. با بدست آوردن مقدار عمق نفوذ سفتی آن را مطابق جدول زیر شاخص بندی می کننند.
درجه سفتی یک گریس به مقدار درصد غلیظ کننده و ویسکوزیته روغن پایه در دمای کارکرد آن بستگی دارد.
نفوذ زیاد به منزله شل بودن گریس و پایین بودن شاخص NLGI است. گریسی که به طور نامناسب شل باشد به راحتی در برابر فشار از برینگ خارج شده یا چکه می کند.
نفوذ کم به منزله سفت بودن گریس و بالا بودن شاخص NLGI است. گریس خیلی سفت از چرخش دورانی اجزاء غلتشی ممانعت نموده، موجب سر خوردن ساچمه بر روی شیار خود و خط انداختن آن می شود.

ویسکوزیته به مقاومت سیال (روانکار) در مقابل جاری شدن اطلاق می گردد.
اهمیت ویسکوزیته روغن پایه (که 85 تا 90 درصد وزن گریس را تشکیل می دهد).
برای دارا بودن قدرت لازم جهت جدا نگه داشتن اجزاء برینگ از تماس مستقیم با یکدیگر در قسمت محاسبه طول عمر برینگ به عنوان ضریب a3 آورده شده است. مقدار آن غالباً بین 15mm2/S تا 500mm2/S در دمای 40ºC است. (دمای مبنای سنجش ویسکوزیته روغن در دو دمای استاندارد 40ºC و 100ºC تعیین شده است).

گریسها روغنهای طیعی یا مصنوعی هستند (روغن پایه) که با یک غلیظ کننده که عموماً صابونهای فلزی هستند حالت نیمه مایع تا جامد به خود می گیرند و سفتی آن نیز به مقدار غلیظ کننده بستگی دارد.
جهت ایجاد خواصی نظیر خاصیت ضد خوردگی عناصر دیگری نیز به گریس اضافه می کنند. در انتخاب گریس به پارامترهایی نظیر ویسکوزیته روغن پایه، درجه سفتی، دمای کاردکرد و خاصیت ضد خوردگی آن باید توجه کرد.
ساختمان گریس:
1- روغن پایه Base oil – 85% الی 90% وزن گریس را تشکیل می دهد و نقش اصلی روانکاری را ایفا می کند. ویسکوزیته روغن (مقاومت در مقابل جاری شدن) مهم ترین خصوصیت آنست که جهت حفظ و باقی ماندن روانکار در بین اجزا غلتشی و ممانعت از تماس مستقیم آنها با یکدیگر باید به دقت بررسی و تعیین شود. این روغن می تواند طبیعی یا مصنوعی باشد.
2- غلیظ کننده Thickener – اکثراً ترکیبات صابونی فلزاتی نظیر کلسیم، سدیم و لیتیم هستند که مولکولهای روغن پایه را به خود جذب نموده، موجب حالت خمیری شدن روانکار می شوند. غلیظ کننده روانکار علاوه بر مواد آلی فوق الذکر، مواد غیر آلی نظیر بنتونیت نیز می تواند باشد. اسم گریس نیز بر اساس نوع غلیظ کننده تعیین می شود، نظیر گریس سدیمی یا گریس کلسیمی. مقدار آن در گریس یکی از پارامترهای تعیین کننده درجه سفتی آنست.
3- مواد افزودنی additives – جهت ایجاد خواص ویژه در گریس به آن اضافه می شوند. نظیر:
A- مواد ضد زنگ Anti rust: جهت بالا بردن خاصیت ضد زنگ گریس
B- مواد ضد اکسیداسیون Anti oxidant: جهت ممانعت از اکسید شدن اجزاء متشکله گریس در دماهای بالا
C- مواد Extreme Pressure-EP: جهت بالا بردن مقاومت گریس در بین اجزاء برینگ در فشارهای بالا
D- مواد پایدار کننده Stabilisers: جهت امتزاج کامل و همگن روغن پایه و غلیظ کننده

در شرایط کارکرد نرمال (سرعت، فشار، دما) گریس کاربرد زیاد دارد. مزایای آن نسبت به روغن عبارتست از چسبندگی بهتر به برینگ و عدم چکه کردن به خصوص در مواقعی که شافت حالت عمودی داشته باشد و نیز عملکردی مشابه کاسه نمد در مقابل ورود بعضی مواد زائد و رطوبت به داخل برینگ.
اما باید توجه داشت که گریس زیاد نیز موجب بالا رفتن سریع دما به خصوص در سرعتهای زیاد می شود، بنابراین فقط در مواقعی باید برینگ را کاملاً با گریس پر کرد که 30 تا 50 درصد فضای داخل محفظه با گریس پر شده و فضای آزاد کافی جهت انتقال گرما از برینگ به محیط اطراف از طریق گریس امکان پذیر باشد.
فقط در سرعتهای خیلی کم و خطر خوردگی زیاد توصیه می شود که کل محفظه با گریس پر شود. مقادیر نرخ سرعتی که در جداول مشخصات برینگها قید می شوند در مواقعی که از گریس استفاده می شود کمتر از مورد روانکاری با روغن است و این بدلیل افزایش ناگهانی حرارت در شروع چرخش برینگ است.

یک برینگ جهت کارکرد مطلوب باید بطور مناسب روانکاری شود تا از تماس مستقیم اجزاء برینگ و در نتیجه سایش آنها و نیز رنگ زدگی آن ممانعت به عمل آید.
در انتخاب روانکار عوامل زیادی نظیر سرعت کارکرد و دما دخیل هستند و در این رابطه چندین نوع روانکار مختلف اعم از گریس و روغن تولید می شود.
روانکارها در اثر عواملی نظیر فرسودگی و ترکیب با مواد زائد، خواص روانکاری خود را از دست می دهند. لذا اضافه کردن گریس و تصفیه روغن در فواصل زمانی معین از مواردیست که باید رعایت شوند.

ابعاد قسمتهایی از شافت یا محفظه که در مجاورت و تماس با برینگ قرار دارند باید به گونه ای باشد که ضمن داشتن حالت تکیه گاهی مناسب برای برینگ، با اجزاء چرخنده آن تماس نداشته باشند. اندازه های مناسب این نقاط در جداول اطلاعات هر برینگ آورده شده اند.
انحناء گوشه ها ممکن است یا به صورت ساده باشد که در این صورت با rb , ra که در جداول برینگها آورده شده اند مشخص می شوند، یا ممکن است به صورت یک زیر برش باشند. اندازه های این حالت در جدول ذیل آورده شده اند.
هر قدر شعاع انحناء بزرگتر باشد از لحاظ توزیع تنش مناسب تر خواهد بود.

کارکرد و ضریب اطمینان برینگ ها تا حد زیادی به جنس اجزاء متشکله برینگ بستگی دارد.
فولاد حلقه ها و اجزاء غلتشی برینگ Steels for bearing rings and rolling elements
این فولادها باید به حد کافی سخت بوده، مقاومت خستگی و سایش بالا داشته باشد. پایداری ابعادی و ساختاری فولاد نیز در دمای کاری باید مناسب باشد.
فولادهای سخت کاری عمقی شده Through- hardening steels
این فولادها غالباً شامل 1% کربن و 1.5% کروم هستند. در برینگ هایی که مقطع عرضی بزرگ دارند منگنز و مولیبدن هم به فولاد اضافه می کنند.
فولادهای سخت کاری سطحی شده Case- hardening steels
این فولادها یا کروم- نیکلی هستند یا کروم- منگنز دارند. درصد کربن آنها 0.15% است.
تجربه نشان داده است که عملاً بین فولادهای سخت کاری سطحی شده با آن دسته که سخت کاری عمقی شده اند از لحاظ طول عمر تفاوتی وجود ندارد. مسئله مهم تمیز بودن فولاد و اجرای دقیق فرآیند ساخت آن و نیز طراحی برینگ است.
فولاد در برینگهای مقاوم در برابر حرارت Steels for temperature – resistant bearings
برینگ ها معمولاً تا دمای + 125ºC می توانند کارکرد داشته باشند. جهت کارکرد در دماهای بالاتر، برینگ باید تحت عملیاتی حرارتی خاصی قرار گیرد تا دچار تغییر ابعاد نشود.
جهت کاربرد برینگ در دماهای بالاتر از 300ºC باید از فولادهای مخصوص استفاده کرد.
فولاد در برینگهای مقاوم در مقابل خوردگی Steels for Corrasion – resistant bearings
در برینگهایی که در محیط های خورنده کاربرد دارند از فولادهای ضد زنگ کرومی یا کروم – مولیبدونی استفاده می کنند. در این فولادها به علت کاهش سختی، ظرفیت تحمل بار برینگ به اندازه فولادهای معمول نیست و برینگ تا زمانی خاصیت ضد خوردگی خود را حفظ می کند که سطح آن خراشیده نشود.
جنس قفسه Material for Cages

هدف از قرار دادن قفسه در داخل برینگ جلوگیری از تماس مستقیم اجزاء غلتشی با یکدیگر و در نتیجه کاهش گرما و اصطکاک است.
کاربرد دیگر آن نگهداری اجزاء غلتشی در مواردی است که برینگ از حلقه های قابل تفکیک تشکیل شده باشد. در برینگ های نظیر رولبرینگ های استوانه ای یا سوزنی، اجزاء غلتشی را به گونه ای هدایت می کند تا اصطکاک به حداقل برسد. از استفاده های دیگر آن نگهداری گریس در داخل برینگ است.
قفسه ممکن است در روی اجزاء غلتشی، حلقه درونی، حلقه بیرونی متمرکز شود. در سرعتها و شتابهای بالا، تمرکز بر روی حلقه درونی یا بیرونی به نوع اول ترجیح داده می شود.
از آنجائیکه قفسه تحت بارهای مختلف قرار گرفته و با مواد شیمیایی گوناگون تماس دارد انتخاب آن از اهمیت خاصی برخوردار است.
متداولترین قفسه ها از لحاظ جنس به صورت زیر طبقه بندی می شون:
قفسه های پلی آمیدی (فیبری) Polyamide cages
در بعضی از برینگ ها نظیر بلبرینگ های خود تنظیم با ابعاد کوچک و متوسط، قفسه را از جنس پلی آمید تقویت شده با فیبر شیشه ای می سازند.
ترکیبی مناسب از استحکام همراه با خاصیت الاستیکی، تطابق بهتر با گریس، اصطکاک و سایش کمتر ناشی از تماس با اجزاء غلتشی، امکان سرعت بالا در برینگ به خاطر سبک بودن قفسه و دقت ابعادی بالا به خاطر استفاده از روش قالبگیری تزریقی در ساخت آنها، از مزایای اینگونه قفسه ها به شمار می رود.
از محدودیت های این نوع قفسه ها مسئله دما است. این قفسه ها در دماهای بالاتر از 120ºC و زیر -40ºC نباید مورد استفاده قرار گیرند. از این قفسه ها در خلاء نیز نباید استفاده کرد.
قفسه های فولادی Steel cages
نوع پرس شده این قفسه ها در اکثر بلبرینگ های شیار عمیق، رولبرینگ های بشکه ای و مخروطی کاربرد دارند.
این قفسه ها نسبتاً استحکامی بالا و وزن کمی دارند. جهت کاهش اصطکاک و سایش ممکن است تحت عملیات سخت کاری سطحی نیز قرار گیرند.
در برینگ های بزرگ از نوع ماشینکاری شده آنها استفاده می شود؛ و نیز در مواردی که احتمال تک خوردگی فصلی Season cracking در مورد قفسه های برنجی وجود دارد، از این نوع قفسه استفاده می شود.
محدوده دمای این قفسه ها تا 300ºC است و روغنهای معدنی و مصنوعی بر آنها بی اثر هستند. در صورت وجود رطوبت خطر زنگ زدگی وجود دارد.
قفسه های برنجی Brass cages
نوع پرس شده این قفسه ها برای بعضی از سریهای کوچک و متوسط برینگها کاربرد دارد. اغلب روانکارها از لحاظ شیمیایی بر آن بی اثر هستند و در دمای بالاتر از 300 ºC نباید استفاده شوند. آمونیاک باعث ترک خوردگی فصلی در این نوع قفسه ها می شود.
علاوه بر قفسه های فوق الذکر، قفسه های ویژه ای از جنس پلاستیک های مخصوص، آلیاژهای سبک یا چدنهای مخصوص نیز در بعضی موارد ممکن است تولید شوند.

سازندگان و مصرف کنندگان برینگ به خاطر مسائلی نظیر قیمت، کیفیت و سهولت تعویض به سری خاصی از ابعاد توجه دارند. ابعاد برینگها توسط مؤسسه جهانی استاندارد ISO تعیین شده است.
قطر خارجی رولبرینگ های شعاعی (به استثنای رولبرینگ های مخروطی) مطابق سری 4,3,2,1,0,9,8,7 (به ترتیب صعودی) استاندارد قرار داده شده است. برای هر یک از این سری قطرها، یک سری برای اندازه پهنای برینگ هم در نظر گرفته شده است.
این سری ها عبارتند از 7,6,5,4,3,2,1,0,8 (به ترتیب افزایش پهنا). سری ارتفاع در برینگ های کف گرد عبارتست از 2,1,9,7 (به ترتیب صعودی).
جهت استنباط بهتر به نمودار صفحه بعد توجه کنید
شماره ای که بر روی برینگ های استاندارد قید شده و برینگ توسط آن شناخته می شود، عموماً شامل پنج عدد یا ترکیبی از چند حرف و عدد است.
1: رقم اول مشخص کننده نوع برینگ است که شماره های مربوطه به همراه شکل برینگها در بالا آورده شده است. بدین ترتیب عدد 3 معرف رولبرینگ مخروطی و عدد 6 معرف بلبرینگ شیار عمیق است.
2: رقم دوم معرف سری پهنای برینگ (در برینگهای شعاعی) یا ارتفاع آن (در برینگهای کف گرد) مطابق استاندارد ISO است.
3: رقم سوم معرف سری قطر بیرونی برینگ مطابق استاندارد ISO است.
4,5: دو رقم آخر ضربدر عدد 5 معرف قطر داخلی برینگ بر حسب mm است.
مثال: شماره ای که بر روی برینگ ثبت شده است: 61807
6: برینگ یک بلبرینگ شیار عمیق یک ردیفه است.
1: پهنای برینگ B مطابق سری 1 استاندارد ISO ساخته شده است.
8: قطر بیرونی برینگ D مطابق سری 8 استاندارد ISO ساخته شده است.
قطر داخلی برینگ 07: 07×5=35mm
مثال: شماره ای که بر روی برینگ حک شده است. 30228
3: برینگ یک رولبرینگ مخروطی است.
0: پهنای برینگ (T) مطابق سری 0 استاندارد ISO ساخته شده است.
2: قطر بیرونی برینگ (D) مطابق سری 2 استاندارد ISO ساخته شده است.
قطر داخلی برینگ (d) 28: 28×5=140mm
در بسیاری موارد یکی از سه رقم سری برینگ حذف می شود. به همین دلیل در روی برینگ به جای پنج رقم، گاهی چهار و گاهی مواقع سه رقم ذکر می شود. اعدادی که در صفحه قبل در داخل پرانتز آورده شده اند معرف همین نکته است.
مثلاً در بلبرینگی که با عدد 6012 مشخص شده است، شماره برینگ مطابق نمودار اولیه باید 61012 باشد که در آنها رقم 1 از شماره برینگ حذف شده است.
ذکر این نکته ضروریست که قواعد فوق الذکر در حالت کلی صحت داشته و جهت پی بردن به استثنائات به سازنده برینگ مراجعه نمائید. نام سازندگان برینگ نیز معمولاً بر روی برینگ قید می شود.
در اینجا چند حالت استثناء در مورد اندازه قطر داخلی برینگ قید می شود. همانگونه که گفته شد در حالت کلی دو رقم سمت راست شماره برینگ در عدد 5 ضرب شده، اندازه قطر سوراخ داخلی بدست می آید.
در مورد قطرهای زیر 10mm و 500 میلیمتر به بالا اندازه مستقیماً قید می شود.(گاهی اوقات همراه با یک /)
مثال: 511/530 d=530mm شماره برینگ یا 618/8 d=8mm شماره برینگ اندازه های بین 10mm الی 17mm به صورت کدهای زیر مشخص می شوند:
00=10mm :61800 d=10mm کد
01=12mm :61901 d=12mm
02=15mm :51102 d=15mm
03=17mm :1203 d=17mm
سه اندازه 28,22 و 32 میلیمتر نیز بدون قاعده ضریب بوده و مستقیماً قید می شوند:
: 320/22 d=22mm نظیر
برینگهایی که شماره آنها شش یا هفت رقمی است (به جز چند استثناء مثلاً در مورد بلبرینگ های ایگرگ) معمولاً غیر استاندارد بوده و ارقام ان معرف ویژگی یا اندازه خاصی نیست بلکه فقط شماره نقشه برینگ است.
علاوه بر این شماره، برینگ ممکن است دارای پیشوند یا پسوند نیز باشد که هر یک معرف مشخصه ای در برینگ است.
مثال:
بلبرینگ شیار عمیق در یک طرف خود، کاسه نمد لاستیکی دارد 61803-RS1
بلبرینگ شیار عمیق در دو طرف خود، کاسه نمد لاستیکی دارد 61803-2RS1
مفاهیم پیشوندها Perfixes و پسوندها Suffixes که تحت عنوان شماره های تکمیلی Supplementary designation توسط سازندگان برینگها ارائه می گردند که با یکدیگر متفاوت بوده و می باید بطور جداگانه مورد بررسی قرار گیرند.
تلورانسها Tolerances
دقت ابعاد و کارکرد برینگ نیز به صورت استاندارد در آمده است. در مورد برینگها علاوه بر کلاس نرمال 0 کلاسهای تلورانس دقیق تر 5و6 نیز در نظر گرفته شده اند که این کلاسها ممکن است با P5 و P6 نمایش داده شوند.
کلاسهای دقیق تر تلورانسها عبارتند از:
PA9B, PA9A, UP, SP, P4A
در قسمت اطلاعات فنی مختص هر برینگ محدوده تلورانسهای دقیق آنها قید شده که معمولاً به صورت یک پسوند در جلوی شماره برینگ ظاهر می شود.