رولبرينگ

نیروی اصطكاك علی رغم فوایدی كه در برخی موارد برای انسان داشته است در پاره‌ای موارد هم به عنوان مانع در سر راه انسان بوده و باعث اتلاف مقدار بسیار زیادی از انرژی می شود. در تعریف كلی ,به هر تكیه‌گاهی كه اصطكاك را كاهش دهد یاتاقان یا بیرینگ (Bearing) گویند . آیا تا به حال به چگونگی کارکرد وسایلی مانند چرخهای اسکیت یا موتور های الکتریکی که به نرمی و با سرعت می چرخند توجه نموده اید؟ علت را می توان درکلمه ی کوچک و ساده یاتاقان (بیرینگ) یافت. بیرینگ ها ممکن است در ابزارهایی که ما همه روزه از آنها استفاده می کنیم وجود داشته باشند .بدون یاتاقان، می بایست پیوسته اجزایی را که تحت اصطکاک خراب می شوند ,عوض کرد. یاتاقانها تكیه گاه اصلی اجزاء چرخنده پمپ ها بوده و معیوب شدن آنها ممكن است موقعیت اجزاء چرخشی پمپ را تغییر دهد كه در این صورت باعث برخورد قطعات ثابت و متحرك پمپ می گردد. معیوب شدن كلی یاتاقانها ممكن است موجب خم شدن محور پمپ شود و در نهایت باعث شكستگی محور شده و در سایر موارد باعث داغ شدن موضعی قطعات پمپ شود. یاتاقان‌ها اجزاء همه منظوره‌ای هستند که تجهیزات اندکی می‌توانند بدون آنها به کار خود ادامه دهند. پوشش الماسی، اصطکاک را در ساچمه و ریل لغزنده‌ی یاتاقان ها کاهش می‌دهد. لایه‌ی کربن می‌تواند به محفظه‌ی پلاستیکی با استفاده از فرآیند خاصی اعمال شود و حالت ارتجاعی و طول عمر اجزاء یاتاقان را افزایش دهد. یاتاقان‌های ساچمه‌ای در دوچرخه‌ها، یاتاقان‌ با ریل‌های لغزنده (متحرک) در میل لنگ کشتی‌ها یا یاتاقان‌های با کارایی بالا در تجهیزات ورزشی موتوری نمونه‌هایی از کاربرد یاتاقانها هستند. در بسیاری از موارد آنها باید در برابر دورهای بالای موتور و در نتیجه گرمای زیاد مقاومت کنند. چرخ دنده ها، چرخ و شفت بوسیله یاتاقانها در محل استقرار خود نصب شده و در مقابل اصطکاک و فرسایش محافظت می شوند. یاتاقان وسیله ای است که اجازه حرکت نسبی مقید بین دو یا بیشتر از دو قطعه را می دهد که به می تواند به صورت چرخش یا حرکت خطی باشد .

به احتمال این سوال برای خیلی از شماها پیش آمده است که اصلا چه تفاوتی میان «بلبرینگ» و رولبرینگ وجود دارد ؟! در این مقاله پاسخ این سوال را مورد بررسی قرار خواهیم داد .

در پاسخ با سوال بالا بهتر است بگوییم که تفاوت اصلی که میان رولبرینگ و «بلبرینگ» وجود دارد در استقامت این دو در برابر انواع و اقسام بارهایی است که به آن ها وارد می گردد .

باید بیان داشت که دو نوع بار شامل : بار محوری و بار شعاعی از جمله بارهایی هستند که به «بلبرینگ»ها و رولبرینگ ها وارد می گردند .

یکی از این دو باره شعاعی و یا محوری و یا در برخی موارد هر دوی این بارها به «بلبرینگ»ها وارد می شود و این موضوع هم بستگی به شرایط و موقعیتی دارد که «بلبرینگ» ها در آن قرار می گیرند .

در مواقعی که فشار از نوع شعاعی باشد می توانیم از رولبرینگ ها استفاده نماییم چراکه رولبرینگ ها در برابر این فشارها خیلی مقاوم هستند و در صورتی که هر دوبار شعاعی و محوری وارد گردد می توان از «بلبرینگ» استفاده نمود .

در واقع بلبرینگ ها گونه ای از یاتاقان ها هستند که می توانند هم بار محوری و هم بار شعاعی را تحمل نماید و معمولا در جاهایی به کار می روند که بار به نسبت کوچک باشد و در رولبرینگ ها نیز سطح تماس ساچمه با سطوح به صورت یک خط می باشد و به همین دلیل این بلبرینگ ها قادر خواهند بود فشار بسیار زیادی از نوع شعاعی را تحمل نمایند ولی قادر به تحمل کردن فشار زیاد از نوع محوری نمی باشند .

بلبرینگ (به انگلیسی: Ball bearing) یا یاتاقان توپی 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. در یک بلبرینگ بار از لایهٔ خارجی بهگوی‌ها اعمال می‌شود و از آنجا فشار به لایهٔ داخلی منتقل می‌گردد.

با توجه به کروی‌بودن گوی‌ها، نقطهٔ تماسشان با لایه‌های درونی و بیرونی بسیار کوچک خواهد بود، در نتیجه می‌توانند بسیار نرم حرکت کنند؛ از سوی دیگر با توجه به کوچک بودن محل تماس، اگر فشار بیش از حدی به گوی‌ها وارد شود می‌تواند موجب تغییرشکل یا خردشدن آن‌ها گردد، در اینگونه موارد می‌توان از یاتاقان‌های غلطکی∗ یا یاتاقان‌های غلطکی مخروطی‌شکل∗استفاده کرد. گونهٔ خاصی از بلبرینگ‌ها، بلبرینگ‌های محوری∗ نام دارند که برای سرعت‌های پایین در نظر گرفته شده‌اند و نمی‌توانند بارهای محوری شدید را تحمل کنند و از نمونه‌های کاربردها آن‌ها می‌توان به کاربردشان در میزهای گردان اشاره کرد.

یاتاقان (به انگلیسی: Bearing) وسیله‌ای است که اجازه حرکت نسبی مشخصی را بین دو یا بیشتر از دو قطعه را می‌دهد که به طور نمونه به صورت چرخش یا حرکت خطی است. یاتاقان‌ها می‌توانند به صورت گسترده‌ای بر طبق حرکتی که مجازند داشته باشند و یا براساس اصول کاریشان و همچنین جهت بارهای اعمالی که می‌توانند تحمل کنند، طبقه‌بندی شوند.

 دقت برینگ

دقت برینگ Precision of bearing

      برینگ‏ها بر حسب شرایط کارکرد از قبیل سرعت دورانی، میزان بار وارده و دمای کارکرد با دقت‏های متفاوتی تولید می‏شوند، معمولاً برای شرایط نرمال کارکرد (دما، فشار و سرعت)، برینگ‏ها با دقت کلاسه نرمال تولید می‏شوند.

سایر کلاس‏های دقت برینگ‏های تولیدی به شرح ذیل می‏باشد که بصورت پسوند در ادامه شماره تایپ برینگ آورده می‏شود.

P6 : دقت برینگ مطابق ISO class 6

P5 : دقت برینگ مطابق ISO class 5 (بیشتر از P6)

P4 : دقت برینگ مطابق ISO class 4 (بیشتر از P5)

EP : دقت افزایش یافته جهت نیازمندیهای با کاربردهای ویژه

SP : دقت ویژه با دقت ابعادی مشابه P5 و دقت چرخشی مشابه P4

UP : دقت فوق‏العاده با دقت ابعادی مشابه P4 و دقت چرخشی بیشتر از P4

برینگ‏های تولیدی شرکت بلبرینگ ایران در کلاسه دقت نرمال تولید می‏شوند.

دمای کارکرد برینگ

برینگ‏های تولیدی بر حسب شرایط دمای کارکرد در پنج رده به شرح ذیل تقسیم می‏شوند.

S0 : رینگ‏های داخلی و بیرونی برینگ حداکثر تا 150ºC قابلیت کارکرد دارند.

S1 :   200ºC≥ دمای کارکرد برینگ

S2 :   250ºC≥ دمای کارکرد برینگ

S3 :   300ºC≥ دمای کارکرد برینگ

S4 :   350ºC≥ دمای کارکرد برینگ

توضیح اینکه برینگ‏های تولیدی شرکت بلبرینگ ایران از نوع S0 بوده و تا 150ºC قابلیت کارکرد دارند.

پارامترهای S0 تا S4 به عنوان پسوند در ادامه شماره تایپ برینگ آورده می‏شود.

لقی برینگ عبارت است از مقدار فضایی که یک رینگ برینگ بتواند نسبت به رینگ دیگر در امتداد شعاعی یا محوری حرکت داشته باشد.

تشخیص لقی داخلی یک برینگ قبل و بعد از نصب برینگ در محل کارکرد ضروری است. لقی بعد از نصب و در حین کارکرد برینگ بنابه دلایلی نظیر انطباق آن بر روی شفت و تفاوت در انبساط حرارتی رینگ‏ها از لقی اولیه (قبل از نصب) کمتر است.

جهت عملکرد مطلوب برینگ، لقی داخلی شعاعی آن از اهمیت خاصی برخوردار است، بطور کلی بلبرینگ‏ها باید بدون لقی (لقی صفر) یا حتی با لقی منفی باشند.

لقی داخلی که تحت عنوان نرمال Normal Clearance در جداول آورده شده‏اند مواقعی کاربرد دارند که شرایط کاری برینگ نرمال باشد. در شرایط غیر نرمال مثلاً مواقعیکه رینگ‏های داخلی و خارجی باید با انطباق تداخلی Interference fits نصب شوند لقی باید کمتر از نرمال (سفت‏تر) باشد و بالعکس در شرایطی که دمای کارکرد برینگ بالاست لقی باید بیشتر از نرمال باشد. این لقی‏های بیشتر و کمتر از نرمال با پسوندهای C1 تا C5 در برینگ‏ها مشخص می‏شوند. (C1 و C2 کمتر از نرمال و C3 و C4 و C5 بیشتر از نرمال می‏باشند).

روانکاری برینگ Bearing Lubrication

یک برینگ جهت کارکرد مطلوب باید به نحو مناسب روانکاری شود تا از تماس مستقیم اجزاء برینگ و در نتیجه سایش آنها و نیز زنگ‏زدگی آن ممانعت بعمل آید.

در انتخاب نوع روانکار (گریس یا روغن) عوامل متعددی نظیر سرعت کارکرد برینگ و دما دخیل هستند و در این رابطه انواع متعدد روانکار اعم از گریس (Grease) و روغن (Oil) تولید می‏شوند.

گریس‏کاری Grease Lubrication

 در شرایط کارکرد نرمال (سرعت، فشار و دما) گریس کاربرد زیادی در روانکاری برینگ‏ها دارد. مزایای گریس نسبت به روغن، عبارت است از چسبندگی بهتر به برینگ و عدم چکه کردن به خصوص در مواقعی که شفت حالت عمودی داشته باشد و نیز عملکردی مشابه کاسه نمد در مقابل ورود بعضی مواد زائد و رطوبت به داخل برینگ ایفا می‏کند. منتها باید توجه داشت که گریس زیاد موجب بالا رفتن سریع دما بخصوص در سرعت‏های بالا می‏شود معمولاً %30-50 فضای داخل محفظه برینگ با گریس پر شده تا فضای آزاد کافی جهت انتقال گرما از برینگ به محیط اطراف از طریق گریس امکان‏پذیر شود.

فقط در سرعت‏های خیلی کم و خطر خوردگی زیاد توصیه می‏شود کل محفظه برینگ با گریس پر شود.

گریس‏ها روغن‏های طبیعی یا مصنوعی هستند (روغن پایه) که با یک غلیظ کننده که عموماً صابون‏های فلزی هستند حالت نیمه مایع تا جامد به خود می‏گیرند و سفتی آن نیز به مقدار غلیظ کننده بستگی دارد. جهت ایجاد خواصی نظیر خاصیت ضد خوردگی عناصر دیگری نیز به گریس اضافه می‏شود.

در انتخاب نوع گریس به پارامترهایی نظیر ویسکوزیته روغن پایه، درجه سفتی، دمای کارکرد و خاصیت ضد خوردگی آن باید توجه شود.

ویسکوزیته روغن پایه

ویسکوزیته به مقاومت سیال (روانکار) در مقابل جاری شدن اطلاق می‏شود.

اهمیت ویسکوزیته روغن پایه (90-85% وزن گریس را تشکیل می‏دهد) برای دارا بودن قدرت لازم جهت نگهداشتن اجزاء برینگ از تماس مستقیم با یکدیگر مد نظر می‏باشد.

استفاده از روغن به عنوان روانکار در مواردی است که بعلت سرعت و دمای بالا، گریس قادر به عملکرد مناسب نباشد و یا مکانیزم قطعات مجاور برینگ، قطعاتی نظیر چرخ دنده باشد که به خاطر مسائل سرعت و اصطکاک ملزم به استفاده از روغن باشیم.

زنگ زدگی و خوردگی بلبرینگ

تعریف: زنگ زدگی عبارت است از تشکیل لایه فیلم اکسیدی، ئیدروکسیدی یا کربناته در اثر فعل و انفعالات شیمیایی بر روی سطح فلزی.
خوردگی به پدیده اکسیداسیون یا تجزیه در اثر فعل و انفعال شیمیایی با یک اسید یا باز گفته می شود.

علل:زنگ زدگی و خوردگی بلبرینگ
زنگ زدگی:
1) هنگامی که ماشین متوقف شده و دمای آن تا نقطه شبنم افت می کند، رطوبت داخل محفظه به قطرات آب تبدیل شده، روانکار را آلوده می کند. در نتیجه سطح بلبرینگ زنگ می زند.
2) در صورتی که بلبرینگ در محیط مرطوب برای مدت طولانی انبار شود، زنگ زدگی در فواصل یکسان با فواصل اجزاء غلتشی برروی شیار غلتک ظاهر می شود.
خوردگی:
1) زمانی اتفاق می افتد که ترکیبات کلرین یا سولفور موجود در مواد افزودنی روانکار تحت دمای زیاد تجزیه می شود.
2) زمانیکه آب به داخل بلبرینگ نفوذ کند.

روش اصلاح:
الف- تقویت سیستم آب بندی مجموعه
ب- بازرسی منظم روانکار
ج- فراهم نمودن امکانات لازم برای جلوگیری از زنگ زدگی بلبرینگ درهنگام انبار کردن آ

رولبرینگ های سوزنی کف گرد
 Needle Roller Thrust Bearings
این برینگ ها قادر به تحمل بار محوری سنگین بوده و ضمن حساس نبودن به بارهای ضربه ای به حداقل فضای محوری ممکن برای نصب نیاز دارند. این رولبرینگ ها بار محوری را فقط از یک سمت میتوانند متحمل شوند.
این برینگ شامل واشر محفظه، واشر شافت و مجموعه قفسه و غلتک هاست. میتوان مجموعه قفسه و غلتک ها را فقط با یک واشر کفی بکار برد و این درحالتی است که محل قرار برینگ از سختی و صافی کافی سطح برخوردارباشد.
واشرهای برینگ
مانند رولبرینگ های استوانه ای کف گرد، در این نوع نیز می توان به جای استفاده از واشرهای محفظه و شافت از واشرهای شیار دار و واشرهای کفی استفاده نمود. واشرهای شیاردار از جنس فولاد کرومی سخت کاری شده هستند. شیار آنها پرداخت شده و بقیه سطوح ماشینکاری شده اند.
در مواردی که دقت به هم مرکز بودن واشرها، زیاد مورد نیاز نباشد، می توان از این نوع واشرها به عنوان واشر شافت و محفظه استفاده نمود.
واشر کفی معمولاً ضخامت بسیارکمی داشته 1mm و از جنس فولاد فنر است. این نوع واشرها نیز می توانند به جای واشرمحفظه یا شافت بکار برده شوند.
در این رولبرینگ ها، می توان با استفاده از یک واشر میانی و دو سری مجموعه قفسه و غلتک رولبرینگ را دو طرفه کرد که بار محوری را از دو طرف متحمل شود. در رولبرینگ های کف گرد سوزنی هیچ نوعی ناهمراستایی مجاز نیست.
قفسه سوزنی های رولبرینگ کف گرد فولادی و در بعضی موارد فیبری است که در این حالت برینگ تا دمای 120ºc توانایی کارکرد دارد.
در قطعاتی که با رولبرینگ تماس مستقیم دارند مسائلی نظیر دارا بودن زاویه درست نسبت به محور شافت و حالت یک نواخت داشتن ( پله ای نبودن ) از اهمیت خاصی برخوردار است.  
در صورت عدم استفاده از واشرهای محفظه و شافت، سختی سطحی که مجموعه قفسه و غلتک ها بر روی آن قرار میگیرد باید بین  58HRC الی 64HRC بوده و زبری سطح از 0.2µm بالاتر نباشد(Ra<0.2 m). درجه سختی پایین تر به منزله افت ظرفیت تحمل بار مجموعه خواهد بود.
هدایت شعاعی مجموعه قفسه و غلتک ها بخصوص در سرعتهای بالا ضروری است

رولبرینگ بشکه ای کف گرد

رولبرینگ های بشکه ای کف گردرولبرینگ های بشکه ای کف گرد
  Spherical Roller Thrust Bearings
حالت زاویه دار بودن شیارغلتک نسبت به محور در این برینگ ها، آنها را برای تحمل بارهای شعاعی و محوری مناسب می سازد. خصوصیت مهم دیگر آنها قابلیت خود تنظیم بودن است که این امر موجب عدم حساسیت رولبرینگ نسبت به ناهمراستایی شافت است.
این رولبرینگ ها تفکیک شدنی بوده، واشر شافت به همراه قفسه و غلتک ها یک قسمت و واشر محفظه قسمت دیگر را تشکیل می دهد. غلتک های بشکه ای در این نوع رولبرینگ ها حالت نامتقارن داشته، تعداد زیاد این غلتک ها به همراه طراحی خاص شیار غلتک موجب قدرت فوق العاده بالای آنها دربرابر بارهای محوری است ضمن اینکه از سرعت دورانی نسبتاً بالایی نیز برخوردارند. طراحی های خاصی نیز وجود دارند (پسوند E) که قدرت تحمل بار آنها از نوع معمولی نیز بالاتر است.
بعضی از سری های این نوع رولبرینگها با قفسه فولادی واکثریت سری ها با قفسه فولادی یا برنجی ماشینکاری شده تولید می گردند که این قفسه ها با یک بوش که در سوراخ واشر شافت تعبیه شده است، جهت قرار گرفتن در وضعیت درست تنظیم می شود. همانگونه که قبلاً گفته رولبرینگ های کف گرد بشکه ای خاصیت خود تنظیمی دارند.