درباره بلبرينگ

همه انواع بلبرینگ ها را می توان از لحاظ مقدار فشاری که باید تحمل کنند به چهار دسته زیر تقسیم کرد :

•     بلبرینگ های خیلی سبک
•     بلبرینگ های سبک
•     بلبرینگ های متوسط
•     بلبرینگ های سنگین

قفسه ها دارای انواع مختلفی از لحاظ ساختار هستند که می توانند بر روی کیفیت بلبرینگ ها تاثیر گذار باشند. هدف اصلی قفسه ها به شرح زیر است:
نگه داشتن عناصر دوار در یک فاصله ی مناسب و مشخص از یکدیگر به منظور جلوگیری از تماس مستقیم آنها با یکدیگر، هدف از این کار به حداقل رساندن اصطکاک و گرمای تولید شده حین عملیات است.
نگه داشتن عناصر دوار در یک توزیع مناسب و دوار که منجر به توزیع بار یکنواخت و عملکرد بار آنها خواهد شد.
هدایت عناصر دوار به منطقه ی بدون بار به منظور بهبود شرایط دورانی بلبرینگ و جلوگیری از آسیب دیدن آنها در حرکات لغزشی یکی دیگر از موارد کاربرد قفسه هاست
نگه داشتن عناصر دورانی در یک مجموعه در مواردی که بلبرینگ دارای طرح جداشدنی هستند و مخصوصا در حالتی که رینگ بلبرینگ برای نصب و پیاده سازی از آن جدا می شود.

لقی داخلی به کل فاصله ای گفته می شود که یک رینگ بلبرینگ نسبت به رینگ دیگر در جهت شعاعی (لقی شعاعی داخلی) یا جهت محوری (لقی داخلی محوری) می تواند حرکت داشته باشد.
تمایز بین لقی داخلی بلبرینگ قبل و بعد از نصب از اهمیت بالایی برخوردار است که این تفاوت به دلیل دمای عملکرد ایجاد می شود (لقی عملکردی) ؛ لقی اولیه ی داخلی (قبل از نصب) بزرگتر از لقی در زمان عملکرد است و دلیل آن تفاوت در زاویه لبه ها در نصب و تفاوت در انبساط حرارتی بوجود آمده در رینگ بلبرینگ در رابطه با عناصر مرتبط است که قابلیت منبسط و منقبض شدن حین عملیات را دارند.

دایره گام Pitch Circle: دایره‌ای فرضی که تمامی‌محاسبات بر اساس آن انجام می‌گیرد. دایره گام دو چرخ‌دنده درگیر بر هم مماس می‌باشند.

گام محیطی Circular Pitch: طول کمانی از دایره گام که بین دو نقطه متناظر از دو دندانه مجاور قرار گرفته است.

ارتفاع سر دنده Addendum: فاصله بین بالای دندانه Top Land تا دایره گام.

ارتفاع ته دنده Dedendum: فاصله بین ته دندانه Bottom Land تا دایره گام.

لقی محیطی Backlash: مقداری که فضای خالی بین دو دندانه یک چرخ‌دنده از ضخامت دندانه‌های چرخ‌دنده درگیر با آن در امتداد دایره گام بیشتر است.

 اولین نکته  نسبت چرخ دنده ها است. نسبت  چرخ دنده ها  قدرت و سرعت خروجی را تعیین می کند.
نکته دوم  شکل دنده هایی  است که  روی  چرخ دنده  قرار گرفته اند.  چرخ  دنده های قدیمی ظاهری شبیه شکل روبرو داشتند.  چنین چرخ دنده ای برای کارهای ساده خوب است،  اما وقتی بخواهیم در یک ابزار پیچیده از آن استفاده کنیم کارآیی چندانی ندارد.
اینجا نوبت به انتخاب نوع چرخ دنده ها می رسد. چرخ دنده ها انواع مختلفی دارند که هر یک از آنها برای شرایط خاصی به کار می رود.
چرخ دنده های ساده
این چرخ دنده ها ساده ترین چرخ دنده هایی هستند که دیده اید. آنها دندانه های مستقیم دارند و محور دو چرخ نیز موازی با یک دیگر قرار گرفته اند. گاهی تعداد زیادی از آن ها را در کنار هم قرار می دهند تا سرعت را کاهش و قدرت را افزایش دهند.
در تعداد  زیادی از وسایل از  این چرخ دنده ها استفاده می شود. مثلاً ساعت های کوکی، ساعت های اتوماتیک، ماشین لباس شویی، پنکه و ... . اما در اتومبیل به کار نمی آیند، چون سر و صدای زیادی دارند.  هر بار که دندانه یک چرخ به دندانه چرخ روبرو می رسد، صدای کوچکی در اثر برخورد ایجاد می شود.  می توانید  مجسم کنید وقتی تعداد زیادی از این چرخ دنده ها  با هم کار کنند، چه سر و صدایی راه می اندازند؟ تازه این برخورد ها  در دراز مدت،  باعث شکستن دندانه ها می شود. برای کاهش سر و صدا و افزایش عمر چرخ دنده ها در بیشتر اتومبیل ها از چرخ دنده های مارپیچ استفاده می کنند.

چرخ دنده های مارپیچ
دندانه این  چرخ  دنده ها اریب است.  وقتی یکی از آن ها  می چرخد،  ابتدا نوک دندانه ها با هم تماس پیدا میکنند سپس به تدریج دو دندانه کاملاً  در  هم جفت می شوند. این درگیری تدریجی همان چیزی است که هم سرو صدا را کم میکند و هم باعث می شودکه این چرخ دنده ها نرم تر کار کنند.  
در ماشین  تعداد  زیادی  چرخ  دنده  مارپیچ  وجود  دارد.  به خاطر  مایل بودن  دندانه ها، هنگام درگیری  نیروی زیادی به آن ها وارد می شود. به همین علت در وسایلی که از چرخ  دنده های مارپیچی  استفاده می کنند  بلبرینگ هایی  تعبیه شده است تا این  فشار را تحمل کند. اگر زاویه دندانه ها را به دقت تنظیم کنیم، می توان دو چرخ دنده را به دو محور عمود بر هم وصل کرد تا جهت چرخش 90 درجه تغییر کند.
چرخ دنده های مخروطی
این چرخ دنده ها بهترین وسیله تغییر جهت هستند.  معمولاً از آن ها برای تغییر جهت 90 درجه استفاده می شود، ولی می توان طراحی را طوری انجام داد که در زاویه های دیگر نیز کار کنند.
دندانه های آن ها ممکن است مستقیم یا پیچ دار باشد. اما اگر دندانه ها صاف باشد همان مشکل چرخ دنده های ساده را دارند. در دندانه های پیچ دار این مشکل برطرف شده است، ولی در هر دوی آن ها باید محور چرخ دنده ها در یک صفحه قرار داشته باشد.
گاهی می خواهیم محور  چرخ ها  در یک صفحه نباشند.  در چنین شرایطی  از چرخ  دنده هایی مانند شکل روبرو استفاده می کنیم.
در دیفرانسیل بسیاری از اتومبیل ها از این چرخ دنده ها استفاده می شود. این طراحی امکان آن را ایجاد می کند که  محور چرخ  دنده بیرونی پایین تر از محور چرخ دنده حلقوی قرار داده شود. شکل روبرو محور بیرونی ورودی را نشان می دهد که در تماس با چرخ حلقوی قرار گرفته است. از آن جایی که محور محرک (Drive Shaft) ماشین به چرخ بیرونی متصل می شود، پایین آمدن چرخ بیرونی امکان پایین آوردن محور محرک را هم ایجاد می کند، پس می توان محور را پایین تر آورد و در عوض فضای بیشتری را به سرنشینان اتومبیل اختصاص داد.

چرخ دنده های حلزونی
این چرخ  دنده ها  زمانی  مورد استفاده  قرار می گیرند که  بخواهیم تغییر زیادی در سرعت و یا قدرت ایجاد کنیم.  معمولاً نسبت شعاع دو چرخ دنده 20:1 است و گاهی حتی به 300:1 و بیشتر نیز می رسد.
این چرخ دنده ها یک خاصیت جالب  هم دارند که در هیچ چرخ  دنده  دیگری  پیدا  نمی شود. (چرخ بالایی حلزون) می تواند به راحتی چرخ دیگر (چرخ دنده حلزونی) را  حرکت دهد، ولی چرخ  پایینی نمی تواند حلزون را  بچرخاند.  زاویه دنده های روی حلزون آن قدر کوچک است که وقتی  چرخ پایینی بخواهد آن را بچرخاند،  اصطکاک به  حدی  زیاد  می شود که از حرکت حلزون جلوگیری می کند. این ویژگی  به ما امکان استفاده از این چرخ دنده ها را در جاهایی که به یک قفل خودکار نیاز داریم می دهد. فرض کنید از این چرخ دنده در یک بالابر استفاده کرده ایم؛ وقتی موتور بالابر از کار بیفتد،  چرخ دنده ها قفل می شوند و نمی گذارند بار پایین بیاید. معمولاً در  دیفرانسیل کامیون ها و خودروهای سنگین از این چرخ دنده ها استفاده می شود.
چرخ دنده شانه ای
این چرخ دنده ها برای تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی استفاده می شوند. یک مثال خوب برای این چرخ دنده ها فرمان اتومبیل است.  فرمان، چرخ دنده ای را می چرخاند که با چرخ شانه ای در تماس است. وقتی شما فرمان  را  می چرخانید،  با  توجه به جهت چرخش  فرمان،  شانه به سمت چپ و یا راست حرکت می کند و باعث حرکت چرخها می شود. در برخی از ترازوها نیز برای چرخاندن عقربه از سیستم مشابهی استفاده می شود

چرخ دنده‌ها کارهای  متنوعی انجام می‌دهند. فرض کنید که می‌خواهید حرکت دو چرخ قرمز را با هم همگام کنید، ولی آن ها از یکدیگر فاصله دارند. اگریک چرخ دنده بزرگ بین آن ها قرار دهید می‌توانید ارتباط بین آنها را برقرار کنید. در این حالت جهت چرخش دو چرخ یکسان است. اما اگر بخواهید جهت چرخش آنها عکس یک دیگر باشد می‌توانید از دو چرخ دنده کوچک تر استفاده کنید.
ولی در هر حال  به تعدادی چرخ دنده اضافی نیاز دارید . این چرخ دنده‌ها  به محورهای جدیدی نیاز دارند.  پس استفاده  از این  روش،  وزن دستگاه  شما را هم زیاد  می‌کند.  در چنین مواردی معمولاً از یک زنجیر یا تسمه استفاده می‌کنند.
زنجیر سبک تر از چرخ دنده است و در ضمن  می‌توان یک زنجیر  را به تعداد  زیادی چرخ دنده بست تا همه آن ها را با هم  بچرخاند. مثلاً در  موتور ماشین یک تسمه  هم دینام  را می‌چرخاند و هم دو میل  بادامک را. اگر می‌خواستید  به جای تسمه از  چرخ دنده استفاده کنید، این کار خیلی مشکل تر بود. علاوه  بر این هر وقت که بخواهید ارتباط دو چرخ را قطع کنید می‌توانید زنجیر را جدا کنیداین ویژگی به ما کمک می‌کندکه خیلی ساده تر ابزارهای مان را تعمیرکنیم. اگر دوست دارید درباره انواع چرخ دنده‌ها بدانید.

یکی از  جالب ترین چرخ دنده هایی که  اختراع شده است،  چرخ دنده خورشیدی است. فرض کنید می‌خواهید دوچرخ دنده داشته باشیدکه سرعت یکی 6 برابر دیگری باشد،اما جهت چرخش آن ها با هم یکی باشد.  برای این کار دو راه  وجود دارد.  راه حل اول اینست که از  چیزی شبیه شکل 5 استفاده کنیم.
چرخ آبی 6 برابر چرخ زرد است. اندازه چرخ قرمز مهم نیست.وظیفه چرخ قرمز آنست که جهت چرخش  را تغییر دهد تا جهت چرخش  نهایی با جهت چرخش زرد یکی باشد. ولی اگر بخواهید محور چرخ دنده خروجی با محور چرخ دنده ورودی یکسان باشد مجبورید از چرخ دنده های خورشیدی استفاده کنید.
به شکل 6 توجه کنید. در این سیستم  چرخ زرد  (خورشید) به طور هم زمان، هر سه چرخ قرمز (سیاره ها) را می‌چرخاند.
هر سه این  چرخ دنده‌ها به یک صفحه (Planet carrier)  متصل اند  و با دندانه های  درون چرخ دنده آبی جفت شده اند (توجه کنید که در حالت عادی دندانه‌ها روی سطح بیرونی چرخ دنده بودند نه درون آن). این چرخ حلقه (Ring) نام دارد و محور خروجی به آن متصل است. محور  خروجی  به حلقه آبی متصل است  و صفحه ثابت  نگه داشته می‌شود.  به این ترتیب یک نسبت 6:1 بدست می‌آید.
اگر ورودی را به یکی دیگر از چرخ دنده های این مجموعه متصل کنید،  نسبت جدیدی بدست می‌آید. به این ترتیب می‌توانید با استفاده از همین مجموعه و فقط با تعویض ورودی، خروجی و قسمت ثابت سرعت های مختلفی را در خروجی ایجاد کنید. مثلاً اگر ورودی به خورشید  وصل باشد، حلقه ثابت نگه داشته شود و محور خروجی به صفحه متصل شود، صفحه و سیاره‌ها به دور خورشید می‌چرخند،  در این صورت خورشید  برای چرخاندن  صفحه باید هفت دور  بچرخد نه شش دور.  چون صفحه، خورشید  را  یک بار در جهت چرخش خود چرخانده است،  پس یک دورازچرخش خورشید خنثی می‌شود. بدین ترتیب ما یک کاهش 7:1  درچرخ ایجاد کرده ایم. می‌توانید خورشید را ثابت نگه دارید، ورودی را به چرخ دنده حلقوی متصل کنید و خروجی را به صفحه. در این صورت یک کاهش 1/17:1 بدست می‌آید. حالت های مختلف استفاده از این مجموعه در مدل سازی زیر نشان داده شده است. البته توجه کنید نسبت و تعداد چرخ دنده های مدل سازی با شکل تفاوت دارد.

چرخ دنده خورشیدی قلب یک دنده اتوماتیک است. سایر قسمتهای موجود در دنده اتوماتیک ماشین فقط وظیفه تعویض ورودی و خروجی و یا ثابت نگه داشتن چرخ دنده های مختلف را بر عهده دارند.

از لغزش چرخ دنده‌ها جلوگیری می‌کند. پس محورهایی که با چرخ دنده به هم متصل شده اند، همواره همگام با یکدیگر حرکت می‌کنند.
 با استفاده از آنها می‌توان به راحتی نسبت دو چرخ دنده را حساب کرد، کافیست تعداد دنده های یک چرخ را بشمارید و به تعداد دنده های چرخ دوم تقسیم کنید.
با استفاده از دنده‌ها می‌توان خطاهای کوچکی را که در هنگام ساختن چرخ‌ها پیش آمده برطرف کرد.  چون نسبت چرخ ها با تعداد  دندانه‌ها  کنترل می‌شود،  دیگر اشتباهات  کوچک  در تولید چرخ ها اهمیت چندانی ندارد.
تا این جا همه چیز ساده بود و هر کس می‌تواند به راحتی مطالب بالا را بفهمد. اما آن هایی که با ابزارهای مکانیکی کار کرده اند، می‌دانند که مشکلات دیگری هم وجود دارد که باید راه حلی برای آنها پیشنهاد کرد. به تدریج ایده های جدیدی برای استفاده بهتر از چرخ دنده‌ها ارائه شد تا این مشکلات برطرف شود.
اولین مشکل  این  بود که امکان ساختن چرخ های خیلی کوچک  وجود نداشت. به همین خاطر نمی شد نسبت دو چرخ دنده را خیلی افزایش داد. اگر شما می‌خواستید این مشکل را حل کنید، چه می‌کردید؟
چرا به جای کوچک کردن یک چرخ، چرخ دیگر را بزرگتر نمی کنند؟
به شکل روبرو نگاه کنید. آیا متوجه شدید که مسئله چطور حل شد؟

چرخ بنفش دو تکه است. یک چرخ کوچک به وسط یک چرخ بزرگتر متصل شده است. چرخ کناری فقط  به  چرخ کوچک متصل است.  درست است که چرخ های بزرگ هم اندازه اند، اما سرعت چرخش یکی از آنها دو برابر دیگری است. اگر تعدادی زیادی از این چرخ‌ها را در کنار هم قرار دهید، چیزی شبیه زیر خواهید داشت.
سرعت چرخ بنفش دو برابر سرعت چرخ آبی است و سرعت چرخ سبز هم دو برابر سرعت چرخ بنفش. سرعت چرخ سبز چند برابر سرعت چرخ آبی خواهد بود؟
اگر چرخ  وسطی را  کوچکتر کنیم  (یا چرخ بیرونی را بزرگتر بسازیم)،  می‌شود  باز  هم  نسبت چرخ دنده‌ها را بزرگ کرد. در شکل زیر چرخ وسطی 5/1 چرخ بیرونی است.
پس اگر  چرخ بنفش را  به  موتوری وصل کنید که  با سرعت 100  دور  در دقیقه  بچرخد، چرخ قرمز 2500 در دقیقه  خواهد  چرخید.  اگر موتور را به چرخ  قرمز  وصل کنید،  می‌توانید سرعت چرخش  را  25 بار کاهش  دهید. تا  به  حال درون کنتور  برق خانه  خود  را دیده اید؟ در کنتور معمولاً پنج چرخ دنده وجود دارد که به همین شکل به هم متصل شده اند.
نسبت چرخ دنده های کنتور 10:1 است. می‌توانید بگویید چرا؟
یک  نکته جالب دیگر این که اگر دقت کنید می‌بینید که در کنتور اعداد  روی چرخ های مجاور برعکس هم نوشته شده است. دلیل انجام این کار آنست که چرخها مستقیماً به هم وصل شده اند.
اما اگر بخواهید به نسبت های واقعاً بزرگ دست پیدا کنید، هیچ چیز توانایی رقابت با چرخ دنده های حلزونی را ندارد. چرخ دنده حلزونی از یک محور مارپیچی و یک چرخ دنده تشکیل شده است. با هر گردش محور، چرخ دنده یک دندانه جلو می‌رود. اگر چرخ چهل دندانه داشته باشد، در یک فضای بسیار کوچک به نسبت 40:1 دست پیدا می‌کنیم مدل سازی زیر یک چرخ دنده حلزونی را نشان می‌دهد که در برف پاک کن ماشین استفاده می‌شود.

اگر بدانید که محیط یک دایره چگونه محاسبه  می‌شود،  به راحتی می‌توانید مفهوم  نسبت  چرخ دنده‌ها  را درک کنید. محیط دایره برابر است با حاصل ضرب عدد پی در قطر آن.  بنابراین نسبت قطر دو چرخ دنده، در واقع همان نسبت محیط های آنها است. در مدل سازی زیر رابطه بین قطر و محیط یک دایره نشان داده شده است.

همانطور که می‌بینید قطر این دایره 27/1 اینچ است، ولی وقتی دایره می‌چرخد، خطی به طول 4 اینچ را طی می‌کند. حالا فرض کنید که این دایره در تماس با دایره دیگری قرار دارد که قطر آن نصف این مقدار، یعنی 635/0 اینچ است. اگر این چرخ را یک دور بچرخانیم خط طی شده 2 اینچ طول خواهد داشت. چون هر دو چرخ در کنار هم هستند، با گردش چرخ بزرگ، چرخ کوچک هم حرکت می‌کند. دو چرخ مسافت یکسانی را طی می‌کنند، پس چرخ کوچک دو دور می‌زند.