رولبرينگ

افزایش صلبیت To enhance stiffness
صلبیت برینگ عبارت است از نسبت بار اعمال شده به برینگ به تغییر شکل الاستیکی آن (mµ/N) این مقدار در برینگ های با بار اولیه، کمتر از برینگ هایی است که بار اولیه ندارند.
کاهش صدا To reduce running noise
هر قدر لقی داخلی کمتر باشد مقدار صدای حاصل از چرخش برینگ کمتر خواهد بود.
افزایش دقت کارکرد شافت To enhance the accuracy of shaft guidance
یک برینگ با بار اولیه، تکیه گاه مناسب تری برای یک شافت خواهد بود زیرا در این حالت ارتعاش و نوسان شافت محدود می شود.
جبران اثرات سایش در برینگ To compensate for wear and setting
سایش در برینگ، لقی داخلی را افزایش می دهد. وجود بار اولیه تا حدودی این عیب را تعدیل می کند.
افزایش عمر برینگ Long service life
بار اولیه موجب توزیع یکنواخت بار بر روی برینگ شده، بدین ترتیب عمر برینگ طولانی تر می شود.
محاسبه نیروی بار اولیه Determination of preload force
بار اولیه به صورت نیرو یا فاصله بیان می شود. بار اولیه همچنین به ممان اصطکاکی مرتبط است. یک بار اولیه مناسب در دمای کاری بستگی به بار خارجی اعمال شونده بر برینگ دارد.
در برینگ های زاویه دار نظیر بلبرینگ های تماس زاویه ای و رولبرینگ های مخروطی که بارهای شعاعی و محوری را همزمان متحمل می شوند اعمال بار شعاعی منجر به ایجاد یک نیروی محوری نیز می شود که باید توسط یک برینگ ثانویه که جهت زاویه آن خلاف برینگ اولیه است مهار شود (شکل 3 صفحه 85 و 1 صفحه 86).
مقدار این نیرو برابر است با:
برای بلبرینگ های با تماس زاویه ای Fa=eFr
برای رولبرینگ های مخروطی Fa=0.5 Fr/y
Fr نیروی شعاعی وارده بر برینگ بوده و e ضریبی است که بستگی به زاویه تماس داشته و مقدار آن در بلبرینگ های با زاویه تماس 40 (طراحی با پسوند B) 1.14 است. مقادیر y در جداول اطلاعات رولبرینگها ارائه می گردند.
وقتی بر برینگ های فوق الذکر که به صورت دو تایی نصب شده اند یک نیروی محوری خارجی اعمال شود، استفاده از بار اولیه به منظور جبران حرکتهای ناشی از تغییر شکل الاستیکی در برینگ و توزیع یکنواخت تر بار بین برینگ ها ضروریست.
اگر بین برجهندگی یک برینگ با نیروی وارده بر آن، یک رابطه خطی وجود داشته باشد(نظیر ثابت فنر)، مقایسه نشان خواهد داد که جابجایی محوری در برینگ با بار اولیه کمتر از حالت بدون بار خواهد بود.
به عنوان مثال سیستم پینیون یک اتومبیل با دو رولبرینگ مخروطی را در نظر بگیرید که ضریب ارتجاعی هر یک از برینگ ها CB,CA می باشد. جابه جایی محوری با داشتن بار اولیه کمتر از حالت بدون بار خواهد بود. (شکل 2 صفحه 86).
اگر بار محوری خارجی از مقدار: (K نیروی محوری خارجی است) تجاوز کند، جابجایی محوری افزوده خواهد شد. (به اندازه حالت بدون بار). و برینگ B (دومی) بدون بار خواهد ماند.
جهت اجتناب از این امر، وقتی برینگ A تحت بار Ka قرار دارد یک بار اولیه با مقدار ذیل ضروری خواهد بود:
روشهای تنظیم Adjustment procedures
منظور از این عبارت، مشخص کردن مقدار بار اولیه یا لقی در یک برینگ است.
یکی از این روشهای ایجاد بار اولیه مثلاً در رولبرینگ های استوانه ای استفاده از انطباقی است که لقی داخلی را به صفر برساند. این لقی در حین چرخش و کارکرد برینگ، منفی شده (در اثر انبساط حرارتی) موجب ایجاد بار اولیه در برینگ می شود.
در برینگ هایی که سوراخ داخلی آنها مخروطی است، ایجاد بار اولیه به صورت شعاعی راحت تر است، زیرا امکان جابجایی آن بر روی شافت تا رسیدن به انطباق و بار اولیه مورد نظر امکان پذیر است.
در رولبرینگ های مخروطی، بلبرینگ هی تماس زاویه ای و شیار عمیق که بار اولیه باید به صورت محوری ایجاد شود، از روش جابجایی یک حلقه نسبت به حلقه دیگر استفاده می کنند. در این حالت دو روش وجود دارد: روش مجزا و روش جمعی.
روش مجزا Individual adjustment
در این روش هر جفت برینگ در محل نصب خود با استفاده از مهره، ورقه های فاصله پرکن، بوشهای فاصله دهنده مقدار بار اولیه مورد نظر را پیدا می کنند. برای تصحیح و تنظیم این بار اولیه روشهای زیر پیشنهاد می شود:
تنظیم با استفاده از روش مسیر بار اولیه Adjustment using preload path
ایجاد بار اولیه در این نوع با روشهای ذیل:
- ایجاد حلقه های فاصله گذار بین حلقه های داخلی و بیرونی دو برینگ (شکل 1 صفحه 87).
- ایجاد ورقه ای فاصله گذار بین قسمت پله ای یک محفظه و حلقه بیرونی یا بین بدنه و محفظه (شکل 2 صفحه 87).
- ایجاد حلقه فاصله گذار بین پله یک شافت (شکل 1 صفحه 88) و یکی از حلقه های برینگ یا بین حلقه های داخلی دو برینگ.
ضخامت این حلقه های فاصله گذار و نظایر آن به پارامترهایی نظیر فاصله بین شافت و پله های محفظه و مجموع پهنای دو برینگ بستگی دارد.
تنظیم با استفاده از ممان اصطحکاکی Adjustment using friction torque
در تولیدات انبوه معمولاً از این روش استفاده می شود. از آنجائیکه بین بار وارده بر برینگ و ممان اصطکاکی آن رابطه مشخصی وجود دارد؛ تنظیم، می تواند تا زمان رسیدن برینگ به ممان اصطکاکی مشخص و در نتیجه کسب بار اولیه مورد نیاز، ادامه داشته و سپس متوقف شود.
روش انبوه Collective adjustment
در این روش، برینگ ها، شافت، محفظه، حلقه ها و بوشهای فاصله گذار به تعداد مورد نیاز تولید شده و به طور تصادفی مونتاژ می شوند، قطعات نامبرده شده کاملاً قابل جابجایی و تعویض هستند و این روش به تست مجدد احتیاجی ندارد.
ایجاد بار اولیه با استفاده از فنر Preloading by springs
با ایجاد بار اولیه در برینگ موتورهای کوچک الکتریکی، می توان از مقدار صدای تولیدی آنها کاست. این کار با استفاده از یک فنر امکان پذیر است.
نیروی فنر بر حلقه بیرونی یکی از دو برینگی که معمولاً در این موتورها استفاده می شود، اعمال می شود و این حلقه باید امکان جابجایی محوری داشته باشد.
این نیرو همیشه ثابت مانده و مقدار مورد نیاز آن از این رابطه بدست می آید: (شکل 2 صفحه 88)
F=Kd
نیروی بار اولیه، نیوتن F=(N)
ضریب ثابت – بسته به طراحی موتور بین 5 تا 10 K=
در صورتیکه بخواهیم برینگ را از اثرات ناشی از ارتعاش محافظت کنیم مقدار آن را 20 انتخاب می کنیم.
قطر داخلی برینگ، میلیمتر d=(mm)
در هنگام انتخاب نیروی بار اولیه، باید توجه داشت که صلبیت سیستم برینگ ها با بالا رفتن بار اولیه افزایش می یابد، و از طرف دیگر با افزایش بار اولیه، اصطکاک و نتیجتاً گرما افزایش یافته از عمر برینگ کاسته می گردد. دیاگرام صفحه 89 رابطه بین طول عمر برینگ را نسبت به لقی / بار اولیه نشان می دهد.
برینگها و مجموعه با بار اولیه Bearings and bearing sets for preloaded bearing arrangements
برینگهای مخصوصی جهت کاربردهای ویژه به گونه ای ساخته شده اند که بعد از نصب، بار اولیه محاسبه شده حاصل می شود. نظیر رولبرینگ های مخروطی که با پسوندهای CL7A , CL7C مشخص شده و در پینیون خودروها بکار می روند.
در بلبرینگ های تماس زاویه ای و رولبرینگ های مخروطی دوتایی بار اولیه در امتداد محوری ایجاد می شود.
ایجاد بار اولیه در بلبرینگ شیار عمیق با لقی بالاتر از نرمال موجب می شود بلبرینگ حالت تماس زاویه ای پیدا کند.
اعمال بار شعاعی بر رولبرینگ مخروطی یا بلبرینگ تماس زاویه ای منجر به ایجاد یک نیروی محوری نیز می شود که باید توسط یک برینگ ثانویه خنثی شود.
اعمال بار شعاعی منجر به ایجاد یک بار محوری در برینگ های تماس زاویه ای می شود که در صورت خنثی نشدن موجب جدایی حلقه های برینگ از یکدیگر می شود.
جابجایی محوری در برینگ های بدون بار اولیه از نوعی که بار اولیه دارند بیشتر است.
نصب حلقه های فاصله گذار بین حلقه های داخلی و خارجی دو برینگ جهت ایجاد بار اولیه.
نصب حلقه فاصله گذار بین محفظه و بدنه جهت ایجاد بار اولیه.
نصب حلقه فاصله گذار بین پله شافت و حلقه داخلی برینگ برای ایجاد بار اولیه.
استفاده از فنر جهت ایجاد بار اولیه.
رابطه بین طول عمر برینگ با بار اولیه/ لقی.

صلبیت برینگ عبارت است از نسبت بار اعمال شده به برینگ به تغییر شکل الاستیکی آن (mµ/N) این مقدار در برینگ های با بار اولیه، کمتر از برینگ هایی است که بار اولیه ندارند

بسته به نوع برینگ، بار اولیه ممکن است به صورت شعاعی یا محوری اعمال شود.
مثلاً در مورد رولبرینگ های استوانه ای این بار به صورت شعاعی و در بلبرینگ های کف گرد به صورت محوری است.
در بلبرینگ های تماس زاویه ای و رولبرینگ های مخروطی که به صورت روبرو یا پشت به پشت جفت شده باشند، بار اولیه به صورت محوری اعمال می شود. (شکل 1 صفحه 85).
بلبرینگ های شیار عمیق نیز باید در امتداد محوری بار اولیه داشته باشند که در صورت داشتن یک لقی داخلی C3 (بزرگتر از نرمال) حالت بلبرینگ تماس زاویه ای را پیدا می کنند.

همانگونه که در مبحث لقی Clearance صحبت شد، برینگ ها در اکثر موارد باید دارای لقی باشند (لقی مثبت)، اما این مسئله جامعیت ندارد، چون وجود فاصله بین اجزاء برینگ موجب عدم دقت لازم در چرخش برینگ و شافت می گردد و در مواردی نظیر ماشینهای افزار که صلبیت سیستم چرخنده و دقت آن اهمیت زیادی دارد، مجاز به استفاده از لقی مثبت در برینگ نبوده، بلکه برینگ باید دارای لقی منفی یعنی عدم هر گونه فاصله بین اجزاء غلتشی و حلقه های بیرونی و داخلی باشد که این امر منجر به ایجاد فشار در برینگ می شود. این فشار به بار اولیه اطلاق می گردد.
همانگونه که قبلاً ذکر شد، برینگ همیشه باید تحت یک بار حداقل قرار داشته باشد. بنابراین در مواردی که بار خارجی بر برینگ وارد نمی شود و یا اندازه آن خیلی کم است استفاده از وسیله ای نظیر فنر برای ایجاد بار اولیه توصیه شده است. این بار به عنوان یک بار حداقل لازم برای جلوگیری از لغزش اجزاء غلتشی در داخل برینگ عمل می کند.

در مبحث مجموعه برینگهای ایگرگ، محفظه های مخصوص بلبرینگ های ایگرگ مورد بحث قرار گرفتند. در این قسمت چند محفظه دیگر بررسی می گردند.
محفظه های پایه دار SNH
SNH plummer block housings
خلاصه مشخصات: Data summary
1- محفظه دو تکه است.
- Split plummer block housings.
2- برای بلبرینگ های خودتنظیم و رولبرینگ های بشکه ای مناسب هستند.
- Sultable for self-allgning ball bearings and spherical roller bearings.
3- شافت باید دارای قطری بین 20 الی 160 میلیمتر و 4/3 الی 2/51 اینچ باشد.
- Shaft diameter range 20-160 mm, 3/4 – 51/2 in.
4- برینگ در آنها مستقیماً یا با بوش تبدیل بر روی شافت نصب می شود.
- Direct or adapter sleeve mounting.
5- استفاده از روغن و گریس بعنوان روانکار در آنها امکان پذیر است. وسایل روانکاریهای مکرر نیز فراهم است.
- Grease or oll lubrication. Sultable for relubrication.
6- از جنس چدن خاکستری (سری SNH) یا چدن خاکستری گرافیت کروی (سری SsNHD) هستند.
- Grey cast Iron (SNH) or spheroidal graphite cast iron (SSNHD).
7- کاسه نمدهای مصرفی در آنها از نوع:
دو لبه (پسوند TG) - Double-lip seals (TG)
V شکل (پسوند TA) V-ring seals (TA)
نمدی (پسوند TC) Felt seais (TC)
مارپیچی (پسوند TS) Labyrinth seals (TS)
8- برای نصب راحت تر سریهای مشخص شده دارای پیچ قلابدار هستند.
- Eye boits for easy mounting(from size 224/320/524/620 upward).
9- ابعاد آن با استاندارد شماره ISO 113/11-1979 مطابقت می کند.
- Dimensions conform to ISO 113/11-1979.

این محفظه ها طراحی دارند که در آنها انتخاب برینگ، روش موقعیت دهی بر روی شافت، انتخاب کاسه نمد و روانکار از انعطاف پذیری زیاد برخوردار است. برای نصب آنها دو سوراخ تعبیه و برای نصب آنها بر روی مقاطع T شکل چهار محل دیگر وجود دارد که می توان با مته سوراخ نموده، با پیچ بر روی جای خود محکم نمود. دو سوراخ دیگر نیز برای پین هایی که به منظور جفت و جور کردن نیمه بالایی و پایینی محفظه تعبیه شده اند وجود دارد.
برینگ های مناسب برای این نوع محفظه ها، بلبرینگ های دو ردیفه خودتنظیم و رولبرینگ های بشکه ای هستند. در بسیاری موارد پهنای برینگ در داخل محفظه از پهنای سوراخ کمتر است، لذا جهت موقعیت دهی مناسب برینگ از حلقه های موقعیت دهنده Locating Rings که با FRB مشخص می شود استفاده می گردد.
همانگونه که قبلاً گفته شد در محفظه های مزبور انواع مختلف کاسه نمد کاربرد دارند:
- کاسه نمد دو لبه Double-Lip:
از جنس پلی اورتان، مقاوم در مقابل سایش، با خاصیت الاستیکی خوب. این کاسه نمدها در مواردیکه روانکار گریس است، مناسب بوده و حد سرعت دورانی آنها تا 8 m/s است. محل قرار کاسه نمد بر روی شافت باید سنگ زنی شده و فضای بین دولبه با گریس پر شود.
- کاسه نمد V شکل V-ring:
از جنس لاستیک نیتریل هستند. در روانکاری با گریس و روغن می توانند استفاده شوند. و تا 12 m/s سرعت دورانی دارند.
- کاسه نمدهای نمدی Felt:
آب بندی ساده و مطمئنی را برابر گریس ایجاد می کند. سرعت دورانی آنها به 4 m/s می تواند برسد. سرعتهای بالاتر هم امکان پذیر است، ولی باید بین کاسه نمد و شافت که در حالت عادی تماس وجود دارد، فاصله ایجاد نمود.
کاسه نمد عموماً شامل یک تسمه نمدی روغنی است که بین حلقه ای از جنس آلیاژهای سبک جازده شده است.
- کاسه نمدهای مارپیچی Labyrinth:
تحت شرایط سخت نظیر دماهای بالا، استفاده از این نوع توصیه می شود. در این کاسه نمد، سیم لاستیکی دایره ای شکل بین حلقه های مارپیچ و شافت جازده می شوند.
جهت بستن سوراخ محفظه که شافت از آن عبور نمی کند و مهار شافت، ته گیرهای لاستیکی End over استفاده می شود.
محفظه های مورد بحث از جنس چدن خاکستری هستند. اگر مقاومت این جنس کافی نباشد می توان از جنس چدن خاکستری با گرافیت کروی استفاده نمود که قدرت تحمل بار آن دو برابر نوع قبلی است.
در روانکاری برینگ در محفظه های مورد نظر، هم از روغن و هم از گریس می توان استفاده کرد. مقادیر مناسب گریسی که باید در محفظه وجود داشته باشد، در جدول صفحه 25 آورده شده اند.
فواصل گریسکاری مجدد به شرایط کاری بستگی دارد. جهت انجام این امر معمولاً پنج نقطه بر روی قسمت بالایی محفظه مشخص شده اند که می توان با سوراخ کردن و روزه کردن آن نازل مناسب را در آنها جازده و از طریق آن داخل محفظه را گریسکاری نمود.
در مواردیکه برینگ بر روی بوش تبدیل سوار است، باید دقت نمود تا گریس از سمت مخالف مهره بوش وارد محفظه شود.
هنگامیکه کاسه نمد از نوع دو لبه یا نمدی باشد، امکان خروج گریس اضافی از طریق کاسه نمدها وجود ندارد. گریس اضافی در داخل محفظه خود منجر به بالا رفت گرما خواهد شد، لذا در این حالت باید محفظه دارای سوراخ خروج گریس باشد محل جهت ایجاد سوراخ نیز در روی محفظه مشخص شده است.

خنک کاری موثر یاتاقانهای که با گریس روانکاری می شوند مشکل است و این پدیده مانعی برای استفاده از گریس در دورهای بالا می باشد ۲٫ انتخاب گرانروی گریس با توجه به استفاده ان در دماهای متغییر قابل توجه می باشد و در نتیجه گریسها را برای محیطهایی که نوسانات دمایی زیادی دارند مناسب نمی باشد .
مشخص کردن میزان واقعی گریس برای یاتاقانها بسیار مشکل است و باعث روانکاری زیاد یا کم یاتاقانها می گردد

    حلقه و تمام اجزائ چرخشی در معرض تنشهای متناوب و سریع می باشند که باعث عیب ناشی از خستگی می شود .

    بسیاری از یاتاقانهای لغزشی هنگام منتاژ و دمنتاژ نیازمند احتیاط زیاد و مراقبتهای ویژه ای هستند
    نیازمند مراقبتهای ویژهای از نظر میزان روانساز می باشند (نه کم نه زیاد )

مزایای عمده یاتاقانهای غلتشی :

    هزینه اولیه کم می باشد ۲٫ آنها میتوانند بدون مراقبت با پریودهای طولانی کار کنند
    انها معمولا نیبت به یاتاقانهای لغزشی با وظیفه مشابه محفظه های کوچکتر و کم هزینه ای لازم دارند
    بمنظور تعویض سریع می توان از منابع متنوعی استفاده کرد ۵٫ موجب صرفه جویی انرژی می شوند .تعویض روانساز بدلیل ضریب اصطکاک کم به دفعات بسیار کمتری نسبت به یاتاقانهای لغزشی انجام می شود و بیشتر یاتاقانهایغلتشی توسط روانکار داخلی با درپوش آببند تهیه شده که برای عمر کاری انها کافی است .