بلبرينگ

در بلبرینگ‌ها بار از لایهٔ خارجی به گوی‌ها منتقل می‌شود و از گوی‌ها فشار به لایهٔ داخلی منتقل می‌گردد. کروی‌بودن گوی‌ها باعث شده نقطهٔ تماس آنها با لایه‌های درونی و بیرونی بسیار کوچک باشد در نتیجه می‌توانند بسیار نرم حرکت کنند، از سوی دیگر با توجه به کوچک بودن محل تماس آنها با هم اگر فشار بیش از حدی به ساچمه‌ها وارد شود می‌تواند موجب تغییرشکل یا خردشدن آن گردد، در این موارد می‌توان از رولبرینگ‌ها استفاده کرد.

تصور کنید در خودرو شما چرخ‌های استوانه ای مانند چرخ‌های تانک داشتیم در این موارد به دلیل تماس زیادی که سطح با این چرخ داشت اصطکاک بالا می‌رفت و در نتیجه سرعت حرکت پایین می‌آمد در رولبرینگ نیز همین اتفاق افتاده می‌افتد. در نتیجه سرعت بلبرینگ بیشتر از رولبرینگ می‌باشد.

اگر بر بلبرینگ‌ها فشار زیادی وارد شود ساچمه‌های داخل آن خورد می‌شود بنابرین از بلبرینگ‌های ساچمه ای که ساچمه‌های ریز دارند در فشارهای کم استفاده می‌شود و برای فشارهای زیاد از بلبرینگ‌هایی که دارای ساچمه‌های گرد تخته ای هستند استفاده می‌شود که به آنها بلبرینگ‌های غلتکی می‌گویند به نوعی از آن دارای غلتک نازکی هستند یاطاقان سوزنی می‌گویند

در زمانی که فشار کم است از «بلبرینگ»های ساچمه ای که دارای ساچمه های ریزی هستند بهره گرفته می شود و در مقابل در زمانی که فشار زیاد است از «بلبرینگ» های ساچمه ای که گرد تخته ای هستند استفاده می شود . دلیل متفاوت بودن «بلبرینگ»های مصرفی در شرایط مختلف آن است که اگر فشار زیاد بر روی «بلبرینگ»ها باشد ساچمه های درون آن خورد می شود .

به آن دسته از «بلبرینگ»هایی که دارای ساچمه های گرد تخته ای هستند «بلبرینگ»های غلتکی می گویند .

به نوعی از آن که دارای غلتک نازکی هستند یاطاقان سوزنی می گویند .

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 .

کلمه بلبرینگ از دو بخش ball به معنای گوی و bearing به معنای تحمل‌کردن تشکیل شده‌است.

گونه‌ای چرخنده از خانواده  یاتاقان ها هستند که از گوی هایی جهت نگه داری فاصله بین شیار ها ی بیرینگ ها استفاده می شود. هدف بال بیرینگ ها کاهش اصطکاک حاصل از چرخش است ، که با استفاده از حداقل دو شیار برای محصور کردن گوی ها و انتقال گنجایش گوی ها به این هدف می رسد. در اکثر موارد ، یک شیار استاتیک بوده و دیگری به دستگاه چرخشی (هاب ، شفت یا …. ) متصل می شود.

در نتیجه یکی از شیار های بیرینگ ها علت چرخش درست گوی ها می باشد ، به این علت که گوی های در حال چرخش ، ضریب سایش کم تری نسبت به اینکه دو سطح صاف به صورت کشویی کنار همدیگر باشند ، دارند.تصور کنید که به جای چرخ های گرد خودرو ها چرخ هایی داشتیم مانند چرخ های تانک و یا مانند اسکیت در این موارد به دلیل تماس زیادی که سطح با این چرخ داشت اصطکاک بالا می رفت و سرعت حرکت پایین بود در بلبرینگ نیز همین اتفاق افتاده به دلیل اینکه از آن در اجسامی که دائما در حال حرکت هستند استفاده می شود و به دلیل افزایش سرعت کار آن ها و کاهش اصطکاکشان از بلبرینگ استفاده می شود و توجه شده که در ساختار آن علاوه بر گرد بودن مقاوم بودن نیز لحاظ شود و در دو لایه که لایه میانی این دو لایه تشکیل شده از ساچمه های گرد که آن ها هم به دلیل داشتن سطح تماس کم دارای اصطکاک کم می باشند .

در برخی وسایل بر روی بلبرینگ ها نیرویی از بالای بلبرینگ که معمولا قسمتی است که بلبرینگ در این حالت در گردش نیست وارد می شود که به این نیرو تراست می گویند و در برخی اجسام به آن نیروی رادیال وارد می شود که این نیرو وارده بر سطح گرد آن محسوب می شود در خودرو ها معمولا هر دو نیرو بر بلبرینگ ها وارد می شود .اگر بر بلبرینگ ها فشار زیادی وارد شود ساچمه های داخل آن خورد می شود بنابرین از بلبرینگ های ساچمه ای که ساچمه های ریز دارند در فشار های کم استفاده می شود و برای فشار های زیاد از بلبرینگ هایی که دارای ساچمه های گرد تخته ای هستند استفاده می شود که به آنها بلبرینگ های غلتکی می گویند به نوعی از آن دارای غلتک نازکی هستند یاطاقان سوزنی می گویند .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 .

یکی دیگر از قطعه هایی که در خودرو موجود است «بلبرینگ» چرخ است که آن هم ممکن است مانند سایر  قطعات خودرو ممکن است دچار خرابی و مشکل شود .

در واقع باید گفت که در قسمت جلوبندی اتومبیل «بلبرینگ» چرخ ها یکی از مهم ترین قسمت ها را تشکیل می دهد .

دو راه و یا بهتر است بگوییم دو نشانه به طور معمول وجود دارد که با مشاهده نمودن آن ها می توان خیلی زود و راحت به داشتن مشکل «بلبرینگ» چرخ پی برد که در ذیل به آن ها خواهیم پرداخت :

اول لرزش فرمان و دومین نشانه که قابل اطمینان تر است ، صداست . وقتی «بلبرینگ» معیوب باشد ، به بیان عامیانه ، خودرو صدای تانک می دهد !

سالم بودن بلبرینگ چرخ های خودروی آفرود امری واجب است . در برخی شرایط پیش آمده که خرابی این قطعه باعث قفل شدن چرخ ها شده و حوادثی جبران ناپذیر را رقم زده است .

اساس کار بلبرینگ بسیار ساده است، غلت خوردن اشیاء راحت تر از کشیدن آنهاست. چرخ اتومبیل ها خود می توانند بلبرینگ های بزرگی محسوب شوند.

اگر ماشین ها را به جای استفاده از چرخ میخواستیم به کمک چیزی شبیه چوب های اسکی بر روی جاده ها بکشیم مسلما این کار بسیار دشوارتر بود.

مشکل فوق به این خاطر است که در هنگام کشیدن اجسام روی یکدیگر اصطکاک بین آنها باعث به وجود آمدن نیرویی می شود که حرکت آنها را کند می کند.

اما درصورتی که امکان غلت دادن دو جسم بر روی یکدیگر وجود داشته باشد، نیروی اصطکاک بین آنها تا حد زیادی کاهش پیدا می کند.

بلبرینگ های ساده، مانند آنچه در چرخ های کفش اسکیت وجود دارد، به کمک گوی یا غلتک های فلزی صیقلی و البته سطح تماس صاف و اندکی که گوی یا غلتک ها بر روی هم بلغزند، اصطکاک را کاهش می دهند. این غلتک ها بار را تحمل کرده و باعث می شوند که وسایل مختلف از جمله چرخ ها به راحتی بچرخند.

«بلبرینگ» های غلتکی و «بلبرینگ» های ساچمه ای و «بلبرینگ» های رانشی ساچمه ای و «بلبرینگ» های غلتکی نوک تیز و «بلبرینگ» های رانشی غلتکی از جمله انواع «بلبرینگ» ها می باشند .

از هر یک از «بلبرینگ» های مذکور برای اهداف متفاوت و مختلفی استفاده می نمایند .

معرفی «بلبرینگ» های ساچمه ای :

در میان همه «بلبرینگ» های نام برده شده پراستفاده ترین و شایع ترین «بلبرینگ» نوع ساچمه ای آن می باشد .

این نوع از «بلبرینگ» ها در اکثر وسایل از کفش های اسکیت معمولی گرفته تا هارد درایو ها دیده می شوند.

آنها می توانند هم بارهای چرخشی و هم بارهای رانشی را تحمل کنند و معمولا در مواقعی کاربرد دارند که بار مربوطه نسبتا کوچک باشد.

در یک بلبرینگ ساچمه ای بار از شیار بیرونی به ساچمه و از ساچمه با شیار درونی منتقل می شود. از آنجا که شکل ساچمه ها کروی است سطح تماس آن با شیارهای داخلی و بیرونی بسیار کم بوده و به شکل یک نقطه است که به آن اجازه می دهد به راحتی بچرخد.

اما این بدان معنی است که کل بار نیز تنها به ناحیه کوچکی وارد می شود لذا در صورت افزایش بارT شکل ساچمه ها تغییر کرده و در مواقعی له می شوند.

از بلبرینگ های غلتکی در کاربردهایی چون تسمه های زنجیری که می بایست بارهای حجیم چرخشی را تحمل کنند، استفاده می شود.

در این بلبرینگ غلتک ها استوانه ای شکل هستند لذا سطح تماس آنها با شیارهای بیرونی و داخلی نقطه ای نبوده بلکه به شکل خط می باشند.

این خاصیت باعث می شود که بار مربوطه روی فضای بیشتری پخش شود که به بلبرینگ های غلتکی این امکان را می دهد تا نسبت به بلبرینگ های ساچمه ای بار بیشتری را تحمل کنند.

در هر صورت این نوع از بلبرینگ ها نیز برای حمل مقادیر زیاد بارهای رانشی طراحی نشده اند. گونه خاصی از این نوع بلبرینگ ها که به آنها بلبرینگ های سوزنی هم می گویند، از استوانه های با قطر بسیار کم ساخته می شوند.

به همین خاطر این نوع بلبرینگ می توانند در فضاهای تنگ و متراکم نیز کاربرد داشته باشند.

بلبرینگ های رانشی ساچمه ای (بالتراست)

بلبرینگ های بالتراست  اغلب برای کاربرد در سرعت های پایین استفاده می شوند و نمی توانند بارهای چرخشی زیادی را تحمل کنند.

بلبرینگ های رانشی غلتکی( رولرتراست )

بلبرینگ های رولرتراست می توانند بارهای رانشی زیادی را تحمل کنند. این نوع بلبرینگ ها اغلب در جعبه دنده ها مثلا در گیربکس ماشین ها (بین دنده ) و بین شافت و غلاف های چرخان استفاده می شوند.

چرخ دنده های حلزونی شکل و مارپیچی که در اغلب گیربکس اتومبیل ها به کار می روند دارای دندانه های مورب هستند.

این امر باعث به وجود آمدن بار رانشی زیادی می شود و ایجاب می کند که از بلبرینگ های رولرتراست برای پشتیبانی این قسمت ها استفاده شود.

بلبرینگ های غلتکی نوک تیز (تاپردرولر)

بلبرینگ های غلتکی نوک تیز یا مخروطی شکل می توانند بارهای زیاد رانشی یا چرخشی را تحمل کنند.

ازاین بلبریگ ها اغلب در توپی چرخ اتومبیل ها استفاده می شود و معمولا به صورت دوتایی به و روبروی هم در خلاف جهت یکدیگر به کار می روند.

به همین خاطر قادرند که بارهای رانشی را در هر دو جهت پشتیبانی کنند.

آن دسته از این نوع برینگ ها که در دو طرف خود، کاسه نمد دارند با گریس نیز پر شده اند، به همین دلیل نباید آنها را جهت جا زدن گرم نمود و یا شست. مقدار گریس داخل برینگ معمولاً ۲۵ الی ۳۵ درصد فضای خالی داخل برینگ است. کاسه نمدهای فلزی معمولاً با پسوند Z (یک طرف) و ۲Z (دو طرف برینگ) مشخص می شوند.

این نوع کاسه نمدها با حلقه داخلی برینگ فاصله داشته و اصولاً وقتی باید مورد استفاده قرار گیرند که حلقه های داخلی بچرخد. در صورت چرخش حلقه بیرونی امکان نشت گریس وجود دارد. نوع دیگری کاسه نمد با اصطکاک تولیدی کم وجود دارد Low friction seals بطوریکه سرعت برینگ می تواند همپایه سرعت آن با کاسه نمد فلزی باشد. این نوع کاسه نمد با پسوند RZ مشخص شده و شامل یک لاستیک مصنوعی است که با یک واشر فلزی تقویت شده است.

فاصله این کاسه نمد با حلقه داخلی بسیار ناچیز بوده، بطوریکه خاصیت آب بندی را به نحو مطلوبی بالا می برد. محدوده دمایی کارکرد این نوع کاسه نمد -۴۰ºc الی +۱۲۰ºc کارکرد دارد. سرعت برینگ با این نوع کاسه نمدها افت می کند. نوع تولید شده دیگر آنها با جای خار Snap ring groovee است که با قرار دادن یک خار در آن می توان برینگ را از لحاظ محوری با صرفه جویی در مقدار فضای اشغالی محکم کرد. خار به همراه جای خار با پسوند NR در جلوی شماره برینگ مشخص می شوند. نوع دیگر برای مواقعی است که میزان صدای تولید شده توسط برینگ، نظیر لوازم خانگی اهمیت دارد Bearings for Silent running applications با پسوند QE5 مشخص می شود.

بلبرینگ نوعی از چرخدنده ها می باشد که دارای کابردهای زیادی است و در هر وسیله ای که امکان چرخش در آن وجود دارد  استفاده می شود. مانند : اسکیت ها ، دیسک های سخت کامپیوتر ، ماشین ها و موتورهای دستگاه های صنعتی  و …. .

خود لغت بلبرینگ از دو بخش تشکیل شده است یکی به معنی گوی یا توپ و دیگری به معنی تحمل کردن می باشد. کار اصلی بلبرینگ جلوگیری از کشیده شدن دو جسم به همدیگر می باشد و سطحی که دو جسم با هم تماس دارن را کم می کند و در حاصل استحکاک بین دو سطح را به مقدار بسیار زیادی کاهش می دهد.بلبرینگ های شیار عمیقنوعی از بلبرینگ های پر مصرف در بازار و صنایع  بلبرینگ شیار عمیق می باشد. در این بلبرینگ ها از یک شیار عمیق دایره ای شکل یا شعاعی مساوی با شعاع  ساچمه استفاده شده است.

به همین خاطر در موارد زیادی کاربد دارد و توانایی این را دارد که بارهای زیادی را تحمل کند . این بلبرینگ ها در نوع های یک ردیفه ، یک ردیفه با شیار ساچمه خور ، دو ردیفه به بازار عرصه  می شود. در بلبرینگ ها سادگی و تفکیک ناپذیری و کاربرد مناسب از ویژگی های این بلبرینگ ها می باشد.

بلبرینگ (به انگلیسی: Ball bearing) گونه‌ای از چرخنده از خانواده یاتاقان‌ها هستند که کاربرد وسیعی در ابزارهای مختلف مانند هر چیزی که میچرخد و دیسک‌های سخت رایانه و اسکیت‌ها و صنایع بزرگ و خودرو ها و موتورها و …دارند. بلبرینگ‌ها می‌توانند هم بارهای شعاعی و هم بارهای محوری را تحمل کنند و معمولاً در جاهایی به کار می‌روند که بار به‌نسبت کوچک باشد.

به طور کلی بار وارد شده بر بلبرینگ‌ها را به دو دسته Radial و Thrust دسته‌بندی می‌کنند. بسته به موقعیت و شرایطی که بلبرینگ مورد استفاده قرار می‌گیرد یکی از این دو بار و یا هر دو بار بر آن وارد می‌شوند. بار وارد شده بر بیشتر بلبرینگ‌های مورد استفاده در موتورهای الکترونیکی از این نوع می‌باشد. نوع دیگر بار که Thrust نام دارد، فشار خود را بر ناحیه اتصال دو قرقره اعمال می‌نماید. بر بلبرینگ چرخ خودروی شما هر دو نوع فشار وارد می‌شود.

ایده موجود در بلبرینگ بسیار ساده است. به گردش در آوردن اجسام ساده‌تر از ساییدن آنها بر یکدیگر می‌باشد. به عنوان مثال چرخ‌های اتومبیل شما مثل بلبرینگ‌های بزرگی هستند. اگر به جای چرخ اتومبیل شما چیزی مانند چوب اسکی داشت آنگاه به حرکت درآوردن آن بسیار دشوارتر بود. دلیل آن این است که وقتی از اجسامی مانند چوب اسکی به جای چرخ برای اتومبیل استفاده کنید آنگاه نیروی اصطکاک قویی در جهت عکس حرکت اتومبیل برآن وارد می‌شود، لذا حرکت اتومبیل به کندی صورت خواهد گرفت. ولیکن اگر دو سطحی که با یکدیگر در تماس هستند بر روی هم گردش نمایند آنگاه اصطکاک به حداقل خود می‌رسد.

بلبرینگ با دارا بودن ساچمه‌هایی گرد و سطوح صیقلی اصطکاک را به حداقل خود می‌رساند. این ساچمه‌ها بار کاری را تحمل کرده و سبب می‌شوند تا وسیله به راحتی حرکت کند.

    اندازه یک برینگ براساس ظرفیت تحمل بار برینگ با در نظر گرفتن مقدار بار و طول عمر مورد انتظار با ضریب اطمینان خاص انتخاب می شود.
    باری که بر برینگ وارد می شود ممکن است به صورت دینامیکی یا استاتیکی باشد. معمولاً در جداول برینگها این دو بار بانامهای مبنا Dynamic Load Rating و بار استاتیکی مبنا Static Load Rating درج می شوند. همانگونه که از نام آنها پیداست مقادیر درج شده در جداول فقط یک مقدار پیشنهادی است که بسته به طول عمر مورد انتظار از برینگ می توان بارهای مورد بحث را کم و زیاد کرد.

دامنه کاربرد بلبرینگ های شیار عمیق وسیع می باشد، زیرا طراحی آنها ساده، غیر قابل تفکیک و با قدرت کارکرددر سرعت های زیاد است. این نوع برینگ ها در چند نوع یک ردیفه، دو ردیفه و یک ردیفه با شیار ساچمه خور تولید می شوند.
این برینگ دارای شیار ساچمه عمیق و یکپارچه بوده و ساچمه و شیار در آن مطاقبت هندسی کاملی داشته، بطوریکه علاوه بر تحمل بار شعاعی، بار محوری را نیز از هر دو طرف تحمل می کنند. متداولترین اندازه های برینگهای مورد بحث با کاسه نمد فلزی و لاستیکی نیز تولید می شود. آن دسته از این نوع برینگ ها که در دو طرف خود، کاسه نمد دارند با گریس نیز پر شده اند، به همین دلیل نباید آنها را جهت جا زدن گرم نمود و یا شست. مقدار گریس داخل برینگ معمولاً 25 الی 35 درصد فضای داخل برینگ است. کاسه نمدهای فلزی معمولاً با پسوند Z(یک طرف) و 2Z(دو طرف برینگ) مشخص می شوند. این نوع کاسه نمدها با حلقه داخلی برینگ فاصله داشته و اصولاً وقتی باید مورد استفاده قرار گیرند که حلقه های داخلی بچرخد. در صورت چرخش حلقه بیرونی امکان نشت گریس وجود دارد. نوع دیگری کاسه نمد با اصطکاک تولیدی کم وجود دارد Low fiction seals بطوریکه سرعت برینگ می تواند همپایه سرعت آن با کاسه نمد فلزی باشد. این نوع کاسه نمد با پسوند ZR مشخص شده و شامل یک لاستیک مصنوعی است که با یک واشر فلزی تقویت شده است. فاصله این کاسه نمد با حلقه داخلی بسیار ناچیز بوده، بطوریکه خاصیت آب بندی را به نحو مطلوبی بالا می برد. محدوده دمایی کارکرد این نوع کاسه نمد -40°C الی+120°C است. کاسه نمد لاستیکی Seals شامل یک لاستیک مصنوعی با یک واشر فلزی بوده و با حلقه داخلی در تماس است و در دمای -40°C الی +120°C کارکرد دارد. سرعت برینگ با این نوع کاسه نمدها افت می کند.
نوع تولید شده دیگر آنها با جای خار Snap ring groove  است که با قرار دادن یک خار در آن می توان برینگ را از لحاظ محوری با صرفه جویی در مقدار فضای اشتغالی محکم کرد. خار به همراه جای خار با پسوند NR در جلوی شماره برینگ مشخص می شوند. نوع دیگر برای مواقعی است که میزان صدای تولید شده توسط برینگ، نظیر لوازم خانگی اهمیت دارد Bearing for silent running” application با پسونQE5  مشخص می شود.

این برینگ دارای دو ردیف ساچمه با یک حلقه بیرونی مشترک است که شیار ساچمه در آن بصورت منحنی بوده و  این باعث ایجاد خاصیت خود تنظیمی بلبرینگ در مواقع انحراف و ناهمراستایی شافت می شود. در صورتیکه قدرت تحمل بار این نوع بلبرینگ کافی نباشد، می توان از رولبرینگ های بشکه ای Spherical roller bearings که دارای خاصیتی مشابه هستند نمود.
  

حلقه های داخلی و بیرونی این نوع بلبرینگها نسبت به یکدیگر زاویه ای می سازند که امکان تحمل بارهای شعاعی و محوری همزمان را توسط آنها فراهم می کند. هر قدر زاویه تماس بلبرینگ بزرگتر باشد، قدرت تحمل بار محوری آن بیشتر می شود. تولیدات مختلف این بلبرینگ ها عبارتند از: بلبرینگ های تماس زاویه ای یک ردیفه Single row دو ردیفه double row و بلبرینگ های با چهار نقطه تماس Four Point Contact ball bearings

در رولبرینگ های سوزنی، غلتک ها به شکل استوانه بوده، ولی قطر آنها به نسبت طولشان کوچک است که علیرغم این ویژگی از قدرت تحمل بار بالایی برخوردار بوده و در مصارفی که فضای موجود کوچک باشد. مناسب هستند. عدم تماس انتهای غلتک ها با لبه های برینگ موجب اجتناب از تمرکز تنش در گوشه ها می شود. این نوع رولبرینگ ها در انواع مختلف: با پوسته کشیده شده drawn cup needle roller bearings که می توانند بصورتهای ته باز open end و ته بسته closed end باشند و نیز رولبرینگ های سوزنی با حلقه داخلی یا بدون آن تولید می شوند. چند نمونه پر مصرف این نوع رولبرینگ ها بدین ترتیب مورد بررسی قرار می گیرند:

تحقیقات پیشرفته و تجربیات عملی نشان داده اند که اگر برینگ تحت شرایط معینی کار کند(مثلاً اگر با سبک باشد) می تواند طول عمری به مراتب بیشتر از آنچه از فرمولها به دست می آید داشته باشد. طبق این تئوری، مفهوم بار خستگی Fatigue load limit در نظر گرفته شده و این مقدار باری است که اگر برینگ تحت مقادیری کمتر از آن قرار می گیرد، دچار خستگی نمی شود. مقدار بار خستگی در جداول مشخصات برینگ ها را، با علامت Pu برای هر برینگ نشان می دهند. خستگی در برینگ از اعمال تناوبی بار حاصل می شود.
هر جزء غلتشی در برینگی که با سرعت دورانی خاصی در حال چرخش است در هر ثانیه چندین بار در معرض اعمال بار قرار گرفته و سپس رها می شود.
این نوع اعمال بار باعث خستگی برینگ و نهایتاً از کارافتادگی زودرس آن می شود. حتی اگر از قدرت تحمل بار برینگ نیز کمتر باشد.