بلبرينگ

ظریب اطمینان کاربرد بلبرینگ و ظرفیت بار استاتیکی آن

بارهای استاتیکی وارد بر بلبرینگ با محاسبه ضریب اطمینان استاتیکی آن که در زیر تعریف شده است :

S0=Co/Po

Co=  ظرفیت اسمی حمل بار استاتیکی، kN

Po=  بار معادل استاتیکی وارد بر بلبرینگ، kN

S0= ضریب اطمینان استاتیکی بلبرینگ

انطباق بلبرینگ بر روی محور و محفظه

از لقی اولیه کمتر است و هر چه انطباق پرسی تر باشد اختلاف مذکور افزایش می یابد.

میزان تلرانس بلبرینگ ها با توجه به

    محیط کار
    نوع انطباق بلبرینگ
    و تغییرات دما

تعیین می شوند.

در محیط های آلوده، انطباق پرسی تر و اگر اختلاف دمای بین دو کنس بلبرینگ بیش از ده درجه کلوین باشد ، از بلبرینگ با لقی بیشتر استفاده می شود.

شرکت های تولید کننده بلبرینگ جهت پوشش دهی مشکلات فوق الذکر بلبرینگ ها را با تلرانس های مختلف تولید می نمایند. در بلبرینگ هایی که شرایط کارکرد نرمالی دارند از بلبرینگ با تلرانس نرمال استفاده می شود، این لقی با حرف نمایش داده می شود و عمده تولیدات با این لقی یا تلرانس صورت می پذیرد. بلبرینگ هایی هم با تلرانس کمتر و بیشتر از تلرانس نرمال تولید گردیده و با لقی هایدسته بندی شده و نسبت به تلرانس یا لقی نرمال دارای درجه بندی زیر می باشند.

لقی داخلی بلبرینگ یا تلرانس بلبرینگ (bearing internal Clearance) عبارت است از مجموعه جابجایی که یکی از کنس های بلبرینگ ( کنس داخلی یا کنس خارجی ) نسبت به کنس دیگری داشته و بر حسب نوع حرکت کنس ها نسبت به یکدیگر در جهت

    شعاعی
    یا محوری

تلرانس شعاعی یا محوری بلبرینگ نامیده می شود.

در برخی از انواع بلبرینگ ها تلرانس شعاعی و محوری با یکدیگر تناسب داشته و یا توسط رابطه ریاضی این ارتباط عنوان شده است.

عموماً شرکت های تولید کننده بلبرینگ ، یکی از لقی های داخلی بلبرینگ را بسته به نوع بلبرینگ ( شعاعی یا محوری )

در جدول مشخصات بلبرینگ ارائه نموده و به کمک روابط و معادلات به محاسبه تلرانس دیگر بلبرینگ پرداخته می شود.

عمر بلبرینگ و کاربرد بلبرینگها

مکانیزم غالب در خرابی بلبرینگ ها عموماً خستگی (Fatigue) سطوح تماسی می باشد. بنابراین معیاری بر اساسی خستگی سطوح غلتشی برای تعیین ابعاد یک بلبرینگ در هر کابرد بلبرینگ خاص کافی است.

استانداردهای بین المللی نظیر ISO281 بر اساس خستگی سطوح غلتشی بلبرینگ ها می باشند. با این وجود باید یادآوری کرد که یک بلبرینگ را می توان به صورت سیستمی در نظر گرفت که در آن عمر هر یک از اجزای بلبرینگ نظیر:

    قفسه بلبرینگ
    روانکار بلبرینگ
    آب بند بلبرینگ

تأثیر برابری داشته و حتی در بعضی موارد اهمیت بیشتری دارند.

در واقع عمر بهینه بلبرینگ در کاربرد بلبرینگ ها وقتی به دست می آید که عمر کلیهٔ اجزای بیرینگ یکسان باشد. به بیان دیگر اگر عمر دیگر اجزای بلبرینگ به اندازهٔ عمر محاسبه شده بلبرینگ باشد، عمر واقعی با عمر محاسبه شده یکسان خواهد بود

در کاربرد بلبرینگ باید:

    معادلات عمر بلبرینگ
    تنش های ناشی از بارهای خارجی بر بلبرینگ
    تنشی های ناشی از توپوگرافی سطح (Surface Topography)
    روانکاری بلبرینگ
    سینماتیک سطوح تماس غلتشی بلبرینگ ها

شرکت SKF  برای بهتر شدن کیفیت  و همچنین برای فروش بهتر محصولات خود در بازار فروش بلبرینگ و همچنین برای رقابتی تر شدن بازار بلبرینگ و رفع نیاز مهندسین یکسری محصولات جدید رو روانه بازار بیرینگ جهانی کرد که باعث رونق هرچه بیشتر فروش بلبرینگ در دنیا شد این بیرینگها که به بیرینگ های سری E2 معروف میباشند .

شرکت SKF این نوع از بیرینگها را به منظور کاهش حداقل ۳۰ درصدی ممان اصطکاکی نسبت به بیرینگ های عادی شرکتSKF، طراحی و تولید کرده است . کاهش ممان اصطکاکی نسبت به بیرینگ های عادی سایر تولید کنندگان از این میزان نیز بیشتر است. در سایت عظیم صنعت میتوانید  ممان اصطکاکی در بیرینگ های E2 و سایر بیرینگ های مشابه را برای یک نمونه خاص، با هم مقایسه بکنید .

این نوع رولبرینگ برای سرعتهای بالا و بار های شعایی سنگین طراحی و ساخته شده اند این رولبرینگ ها دارای نوع های مختلف میباشند که نوع رولبرینگ NU ساچمه های آن به صورت استوانه ایی و بشکه ایی میباشد که این ساچمه ها به صورت تک ردیف در کنار هم قرار گرفته اند و بوش وسط این رولبرینگ از هر دوطرف قادر به خارج شدن میباشد و در دسته ردیفهای NU405 ، NU202 ، NU304 قرار گرفته اند .
رولبرینگ استوانه ایی (Cylindrical roller bearings)

نوع دیگر آن رولبرینگ NJ میباشد که ساچمه های آن به صورت استوانه ایی و بشکه ایی میباشد که این ساچمه ها به صورت تک ردیف در کنار هم قرار گرفته اند و بوش وسط این رولبرینگ به صورت لبه دار میباشد و بوش وسط آن از یکطرف قادر به خارج شدن میباشد و در دسته ردیفهای NJ405 ، NJ202 ، NJ304 قرار گرفته اند .

نوع دیگر آن رولبرینگ N میباشد که ساچمه های آن به صورت استوانه ایی و بشکه ایی میباشد که این ساچمه ها به صورت تک ردیف در کنار هم قرار گرفته اند و بوش وسط این رولبرینگ به همراه ساچمه های استوانه ایی خود از داخل رولبرینگ از هر دوطرف قادر به خارج شدن میباشد و در دسته ردیفهای N205 ، N305 ، N400 قرار گرفته اند .

نوع دیگر آن رولبرینگ NF میباشد که ساچمه های آن به صورت استوانه ایی و بشکه ایی میباشد که این ساچمه ها به صورت تک ردیف در کنار هم قرار گرفته اند و بوش وسط این رولبرینگ به صورت لبه دار میباشد و بوش وسط آن از یکطرف قادر به خارج شدن میباشد و در دسته ردیفهای NF205 ، NF300 ، NF400 قرار گرفته اند .

نوع دیگر آن NUP میباشد که ساچمه های آن به صورت استوانه ایی و بشکه ایی میباشد که این ساچمه ها به صورت تک ردیف در کنار هم قرار گرفته اند و بوش وسط این رولبرینگ به همراه یک پولکی بین ساچمه ها هستند که به مانند رولبرینگ NJ از داخل بلبریگ خاج میشود در دسته ردیفهای NUP405 ، NUP202 ، NUP304 قرار گرفته اند .

البته این بلبرینگها در دسته های بلبرینگهای رولبرینگ استوانه ای، یک ردیفه Single row cylindrical roller bearings قرار داده میشود که در ادامه به صورت کاملتر توضیح داده میشود .

مقدار ناهمراستایی مجاز در رولبرینگ سری 10، 2، 3 و 4، چهار دقیقه و در سریهای 22 و 23، سه دقیقه است.
رولبرینگ های استوانه ای تا دمای 150ºc بدون تغییر بعد قابلیت کارکرد دارند. پنجره ساچمه آنها نیز در انواع پلی آمیدی، فولادی و برنجی بسته به هر سری اندازه تولید می شود.

بار حداقل Minimum load
حداقل باری که باید بر رولبرینگ وارد شود تا از مشکلاتی نظیر سر خوردن غلتک ها بر روی شیار خود اجتناب شود بدین ترتیب بدست می آید:
بار شعاعی حداقل، Frm=N
ضریب بار حداقل، Kr=
برای رولبرینگ های سری 10 100=
برای رولبرینگ های سری 4,3,2 150=
برای رولبریگ های سری 22 200=
برای رولبرینگ های سری 23 250=
سرعت دورانی، n=r / min
سرعت مبنای برینگ با روغن بر حسب r/min، این مقدار در جداول مشخصات رولبرینگ nr=
داده می شود.
قطر متوسط رولبرینگ، dm=mm, 0.5(d+D)
در صورتیکه وزن قطعات مجاور برینگ و نیروهای خارجی به مقدار محاسبه شده از فرمول فوق الذکر نرسیدند، باید به طریقی این نیرو را بر رولبرینگ اعمال کرد.
بار دینامیکی معادل رولبرینگ Equivalent dynamic bearing load
وقتی از رولبرینگ های استوانه ای به عنوان رولبرینگ غیرثابت non-Locating استفاده شود و بار وارد بر آن فقط شعاعی باشد داریم:
P=Fr
Fr نیروی شعاعی است.
در رولبرینگ هایی که در حلقه های داخلی یا بیرونی خود لبه دارند و باید شافت را از یک یا دو طرف موقعیت دهی کنند، داریم:
Fa / Fr≤ e اگر P=Fr
Fa / Fr> e اگر P=0.92Fr+Yfa
نیروی محوری، Fa=N
ضریب محاسبه e=
برای برینگهای سری 4,3,2,10 0.2=
برای برینگهای سری 23,22 0.3=
ضریب بار محوری Y=
برای برینگ های سری 4,3,2,10 0.6=
برای برینگ های سری 23,22 0.4=
رولبرینگ هایی که تحت بار محوری هستند، زمانی کارکرد رضایت بخش خواهند داشت که همزمان تحت بار شعاعی نیز باشند؛ لذا در سریهایی که با پسوند EC مشخص می شوند نسبت Fa/Fr نباید از 0.5 تجاوز کند و در سایر رولبرینگ ها این رقم به 0.4 می رسد.
بار استاتیکی معادل برینگ Equivalent static bearing load
در رولبرینگهایی که به طور استاتیکی تحت بار هستند:
Po= Fr
ظرفیت تحمل بار دینامیکی در امتداد محوری Dynamic axial load carrying capacity
رولبرینگهایی که در حلقه داخلی یا بیرونی خود لبه دارند، می توانند علاوه بر بار شعاعی، بار محوری را نیز تحمل کنند. این ظرفیت بر اساس مقدار مقاومت در برابر نیروها در سطوح تماس غلتک ها با لبه ها محاسبه می شود و مقدار مجاز آن را می توان از فرمول ذیل با تقریب مناسب بدست آورد:
حداکثر بار محوری مجاز، Fap= N

در بیشتر موارد یکی از ابعاد اصلی بیرینگ، معمولا قطر داخلی، بر اساس طراحی ماشین (قطر شفت) از پیش تعیین شده است. برای شفت ها با قطر کم همه انواع بلبرینگ ها را می توان استفاده کرد، ولی بیشترین کاربرد را بلبیرینگ های شیار عمیق دارند. رول بیرینگ های سوزنی نیز برای این منظور مناسب هستند .برای شفت ها با قطر بزرگ، رول بیرینگ های استوانه ای، مخروطی، کروی و توریدال بکار می روند. همچنین بلبیرینگ های شیار عمیق نیز در این موارد کاربرد دارند وقتی محدودیت شعاعی وجود دارد باید از بیرینگ ها با مقطع کوچک و یا سری های قطر 8 و 9 استفاده کرد. به علاوه مجموعه قفسه و رولرهای سوزنی، رولبیرینگ سوزنی با رینگ خارجی از جنس ورق کشیده شده و رولبیرینگ سوزنی با یا بدون رینگ داخلی بسیار مناسب می باشند. همچنین بعضی از سری های بلبیرینگ های شیار عمیق و تماس زاویه، رولبیرینگ های استوانه ای، مخروطی، کروی و توریدال نیز بکار می روند.وقتی محدودیت محوری وجود دارد سری های خاصی از رولبیرینگ های استوانه ای و بلبیرینگ های شیار عمیق برای تحمل بار محوری و ترکیبی استفاده می شوند. همچنین از انواع رولبیرینگ های سوزنی ترکیبی نیز می توان استفاده کرد . برای بار محوری خالص، می توان از مجموعه قفسه و لورهای سوزنی کف گرد (با یا بدون واشرها) و رولبیرینگ سوزنی کف گرد استفاده کرد

انواع دیگر بلبرینگ نیز وجود دارد با نام های کفه گرد و کفه گرد بشکه ای و بلبرینگ مغناطیسی که برای سرعت های زیاد استفاده می شود و همین طور بلبرینگ که مخصوص زیر ساختمان ها است و بسیار طویل هستند و از آن در مواقعی که زلزله اتفاق می افتد استفاده می شود مانند بلبرینگ های ساده ای که زیر میز های گردان استفاده می شود .