بار بلبرینگ / تحمل بار بلبرینگ
سریع ترین راه برای برآورد طول عمر و عملکرد بلبرینگ این است که همه چیز را در مورد تحمل بار برنامه ای که بر روی بلبرینگ وارد می شود ، بدانید. مهندسان هنگام طراحی یک برنامه جدید ، تغییر دادن یک برنامه موجود و به ویژه پس از خرابی یا از کار افتادن بلبرینگ ، باید به تحمل انواع بار بلبرینگ فکر کنند. بار بیرینگ به عنوان نیرویی گفته می شود که از یک حلقه بیرینگ ، از طریق برخی یا تمام اجزای غلتنده ، به حلقه بیرینگ دیگر منتقل می شود. بارهای کاربردی به طور کلی به شافت و سپس به حلقه داخلی بلبرینگ و سپس به حلقه خارجی منتقل می شود. بیرینگ از ترکیب بارهای مختلف پشتیبانی می کند ، اما اکثر انواع بارهای برنامه را می توان به این چهار گروه اصلی تقسیم بندی کرد :
- بار شعاعی
- بار محوری
- پیش بار
- نیروی مرکز گریز
مقدار بار بلبرینگ چیست ؟
مقدار بار یکی از فاکتورهای تعیین شده ابعاد بلبرینگ است. عموما رولبرینگ ها توانایی حمل بار بیشتری نسبت به بلبرینگ ها با ابعاد مشابه دارند ( شکل 1 ). همچنین بلبرینگ های بدون قفسه ( تعداد ساچمه ها یا رولرهای بیشتر ) توانایی حمل بار بیشتری نسبت به بلبرینگ های قفسه دار مشابه دارند. بلبرینگ ها عموما برای بارهای کم و متوسط به کار می روند. برای بارهای سنگین و شفت های قطور رولبرینگ انتخاب مناسب تری می باشد.
جهت بار بلبرینگ
بار شعاعی
رولبرینگ های استوانه ای طرح NU و N ، رولبرینگ سوزنی و رولبرینگ توریدال فقط می توانند بار شعاعی خاص را تحمل کنند ( شکل 2 ). انواع دیگر بلبرینگ های شعاعی علاوه بر بار شعاعی توانایی حمل بار محوری را نیز دارند.
تحمل بار شعاعی بلبرینگ نیروهایی هستند که عمود بر محور شفت ، موازی شعاع بلبرینگ هستند. برخی از نمونه های بار شعاعی بیرینگ ، وزن مونتاژ شفت افقی ، چرخ دنده ها ، کشنده ها یا ابزارهای برش است. هنگام کار ، مجموعه شفت به صورت شعاعی روی حلقه داخلی بلبرینگ فشار می آورد و بار را از طریق اجزای غلتنده به حلقه بیرونی منتقل می کند. بارهای شعاعی نیرو را به طور مساوی و یکنواخت بر روی اجزای غلتنده منتقل نمی کنند.
به طور معمول ، توزیع نیرو را به شکل منحنی زنگ خواهید دید. اجزای غلتنده مستقیما زیر بار برنامه معمولا آن چیزی است که بیشترین نیرو را دریافت می کند.
سپس هر اجزای غلتنده پی در پی ، در هر دو جهت ، بار کمتری را به دیگری منتقل می کند.
اگر برنامه شما بار شعاعی را روی بیرینگ وارد می کند ، یا بلبرینگ شعاعی یا بلبرینگ تماسی زاویه ای با زاویه تماس کم یک انتخاب بلبرینگ خوب خواهد بود.
بار محوری
بلبرینگ کف گرد و بلبرینگ چهار نقطه تماس ( شکل 3 ) برای تحمل بارهای محوری خالص کم تا متوسط مناسب می باشد. بلبرینگ کف گرد یک طرفه فقط بار محوری را در یک جهت تحمل می کند. برای تحمل بار محوری در دو جهت نیاز به بلبرینگ کف گرد دوطرفه است.
بار محوری بیرینگ نیرویی است که موازی با محور شفت عمل می کند ، گاهی اوقات به عنوان نیروی محرکه از آن یاد می شود.
معمولا ، یک بار محوری را مستقیما در راستای محور ، مانند یک مته پیدا خواهید کرد. در مواقع دیگر ، بار محوری می تواند بار واکنشی باشد كه از محور شفت خارج می شود ، مانند چرخ دنده مورب.
بارهای محوری بلبرینگ نیرو را به صورت مساوی و یکنواخت بر روی اجزای غلتنده منتقل می کنند و در نتیجه توزیع بار متعادل ایجاد می شود. به طور معمول ، توزیع مساوی نیروها در هر ساچمه را مشاهده خواهید کرد. از آنجا که ساچمه ها با زاویه ای با مسیرهای غلتش تماس می گیرند ، نیروهای حاصله به بیرون و در راستای محور بیرینگ تابش می کنند. بیرینگ تماس زاویه ای با زاویه تماس بیشتر در حدود 25 درجه یک انتخاب بلبرینگ خوب خواهد بود. فقط برای افزودن پیچیدگی به این امر ، بارهای محوری که از مرکز محور جابجا شده اند ، مانند یک چرخ دنده ، دارای “نیروی گشتاور” در مسیر غلتش داخلی هستند. هنگامی که نیروی لحظه ای اعمال می شود ، توزیع بار بر روی اجزای غلتنده بلبرینگ یکنواخت نیست.
پیش بار بیرینگ ها
یکی از انواع بارهای محوری ، ” پیش بار ” نامیده می شود. پیش بار بیرینگ یک بار از پیش تعیین شده است که بر روی بلبرینگ اعمال می شود و از بارهای برنامه جدا است. افزودن پیش بار باعث ایجاد هم افزایی مطلوب بین اجزای غلتنده و مسیر غلتش بلبرینگ می شود. مزایای این نوع از انواع بار بیرینگ عبارتست از :
- از لغزش بیش از حد محافظت می کند
- سفتی را افزایش می دهد ، ارتعاش و اصطکاک کشویی را کاهش می دهد
- دقت بالا در اجرا – حتی اگر شرایط بارگذاری در حال تغییر باشد
- ظرفیت بار را افزایش می دهد
به طور کلی ، اگر در حال طراحی یک برنامه کاربردی با سرعت بالا هستید ، از یک پیش بار نور در بلبرینگ تماس زاویه ای خود استفاده کنید. از سوی دیگر ، اگر در حال طراحی برنامه ای هستید که نیاز به سختی و دقت دقیق دارد ، ممکن است بخواهید یک پیش بار متوسط یا سنگین بر روی بلبرینگ تماس زاویه ای خود در نظر بگیرید.
حتما مطالعه کنید : اطلاعات جامع پیش بار بلبرینگ ها
نیروی مرکز گریز
بارهای گریز از مرکز از سرعت چرخش ( RPM ) یک برنامه استفاده می شود. برنامه های کاربردی با سرعت بالا می توانند بار گریز از مرکز قدرتمندی ایجاد کنند که گاهی اوقات می تواند دلیل حداکثر سرعت یک برنامه باشد. نیروی گریز از مرکز همان نیروی ظاهری است که توسط جسمی که در مسیر منحنی حرکت می کند و به بیرون از مرکز چرخش عمل می کند ، احساس می شود. در بیرینگ دوار ، برهم کنش بین اجزای غلتنده و حلقه بیرونی باعث ایجاد بار شعاعی گریز از مرکز می شود ، در اینجا نحوه انجام این کار را برایتان شرح داده ایم :
- حلقه داخلی اجزای غلتنده را می چرخاند
- اجزای غلتنده ، به دنبال حرکت ، می خواهند مستقیما در امتداد مسیر مماس با قوس چرخش ادامه دهند
- حلقه بیرونی باید اجزای غلتنده را مجبور کند تا در امتداد قوس دایره ای بیرینگ ادامه دهند
نیروی مرکز گریز با توجه به تاثیری که در طول عمر بلبرینگ دارد در انتخاب انواع بیرینگ بسیار مهم است. اگر در برنامه ای به دنبال سرعت بالا هستید ، باید بلبرینگ تماس زاویه ای با ساچمه کوچک را در نظر بگیرید.
بلبرینگ تماس زاویه ای کف گرد می تواند بار محوری متوسط را در سرعت های بالا تحمل کند. نوع یک طرفه می تواند همزمان بار شعاعی را نیز تحمل کند ولی نوع دو طرفه فقط می تواند بار محوری خاص را تحمل کند ( شکل 4 ).
برای بارهای محوری یک جهته و متوسط و سنگین رولبرینگ های کف گرد سوزنی ، استوانه ای ، مخروطی و کروی ( شکل 5 ) مناسب می باشد. رولبرینگ های کروی کف گرد می توانند علاوه بر بار محوری بار شعاعی را نیز تحمل کنند. برای بارهای سنگین محوری با جهت متغیر می توان از دو رولبرینگ استوانه ای کف گرد یا دو رولبرینگ کروی کف گرد که در کنار هم قرار می گیرند استفاده کرد.
بار ترکیبی
بار ترکیبی از یک شعاع محوری به همراه یک بار شعاعی تشکیل شده است که به طور همزمان عمل می کنند. توانایی حمل بار محوری یک بلبرینگ توسط تماس زاویه ی α تعیین می شود. هر چه این زاویه بزرگتر باشد ، بلبرینگ برای حمل بار محوری مناسب تر است. یک معیار برای زاویه تماس فاکتور محاسباتی Y می باشد که با افزایش زاویه تماس کاهش پیدا می کند. ظرفیت حمل بار محوری یک بلبرینگ شیار عمیق به طراحی داخلی و لقی داخلی آن بستگی دارد.
برای بارهای ترکیبی بلبرینگ تماس زاویه ای یک ردیفه ، دو ردیفه و رولبرینگ مخروطی یک ردیفه کاربرد زیادی دارند. ولی بلبرینگ شیار عمیق و رولبرینگ کروی نیز مناسب هستند ( شکل 6 ) همچنین بلبرینگ خود تنظیم ، رولبرینگ استوانه ای طرح NJ و NUP و رولبرینگ استوانه ای طرح NU با رینگ زاویه دار HJ را میتوان برای بارهای ترکیبی که در آنها مقدار بار محوری نسبتا کم است ، بکار برد ( شکل 7 ).
بلبرینگ تماس زاویه ای یک ردیفه ، رولبرینگ مخروطی ، رولبرینگ استوانه ای طرح NJ ، رولبرینگ استوانه ای طرح NU به همراه رینگ زاویه دار HJ و رولبرینگ کروی کف گرد بار محوری را فقط در یک جهت تحمل می کنند و برای بار محوری دو جهته باید به همراه یک بیرنگ دیگر بکار برده شود. به همین علت بلبرینگ های یک ردیفه تماس زاویه ای در طرح چند منظوره برای نصب جفتی موجود می باشند. همچنین رولبرینگ های مخروطی را نیز می توان به صورت جفتی استفاده کرد.
وقتی مولفه بار محوری یک بار ترکیبی بزرگ باشد ممکن است از یک بیرینگ مجزا برای حمل بار محوری استفاده شود و بیرینگ دیگر بار شعاعی را تحمل کند. علاوه برای بیرینگ کف گرد بعضی بیرینگ های شعاعی نظیر بیرینگ شیار عمیق یا بلبرینگ چهار نقطه تماس برای این منظور مناسب است ( شکل 7 ) . برای اطمینان از اینکه این بلبرینگ تحت بار شعاعی قرار نگیرد ، رینگ خارجی آن باید با لقی شعاعی در نشیمنگاه نصب شود.
بار خمشی
وقتی باری به صورت خارج از مرکز به بیرینگ وارد شود ، یک ممان خمشی ایجاد می کند. بیرینگ های دو ردیفه نظیر بیرینگ های شیار عمیق و تماس زاویه ای دو ردیفه می توانند ممان خمشی را تحمل کنند ولی بلبرینگ های تماس زاویه ای و رولبرینگ های مخروطی یک ردیفه به صورت جفتی جلو به جلو یا طرح بهتر پشت به پشت برای این منظور مناسب تر می باشد ( شکل 8 ).
جهت مشاهده سایر مقالات مرتبط با این مقاله ، به صفحه بلبرینگ و جهت مشاهده سایر مقالات به صفحه بلاگ مراجعه نمایید.
بلبرینگ