قطعه صنعتی – بلبرینگ

بلبرینگ چیست؟

 

بلبرینگ از دو کلمه ball وbearing  تشکیل شده است. در زبان فارسی به معنای یاتاقان توپی می باشد. اگر به دستگاه های بزرگ و وسایل مکانیکی و چرخ های اتومبیل ها و ماشین های سنگین توجه کرده باشید. می بینید که به راحتی و نرمی حرکت می کنند. این اجسام سنگین به واسطه وسیله به نام بلبرینگ به چرخش در می آیند . یکی از مفیدترین اختراعات بشر بلبرینگ بود تا بوسیله آن، برای حرکت اجسام سنگین از ساییدگی و اصحکاک جلوگیری کنند. با استفاده از این وسیله به جای ایجاد ساییدگی اجسام در کنار هم به گردش در می آیند. بدون بلبرینگ، لوازم مورد استفاده برای چرخش در سریعترین زمان ممکن نیاز به تعویض دارند.

 

بیرینگ های غلتشی شامل دو عدد رینگ و مجموعه ای از اجزاء غلتنده که در مسیر مشخصی داخل رینگ ها حرکت می کنند، هستند. بلبرینگ ها نیز نوعی از بیرینگ های غلتشی هستند.  تمامی بلبرینگ های استاندارد دارای اجزائی مانند ساچمه یا رولر استوانه‌ی یا رولر سوزنی یا رولر مخروطی یا رولر بشکه ای متقارن یا رولر بشکه ای نامتقارن می باشند.

 

نوع بیرینگ غلتشی، از روی شکل های استاندارد این اجزاء چرخنده مشخص می شود. برای مثال اگر شکل اجزا اجزاء چرخنده بشکل ساچمه باشند، به آنها را بلبرینگ و اگر شکل اجزاء چرخنده به شکل رول(استوانه یا مخروط) باشد آن را رولبرینگ می نامند.

 

 برای ایمن شدن فضای چرخش اجزای غلتنده و جلوگیری از انحراف آنها از هم و برخورد به جداره بلبرینگ یا رولبرینگ ، تمامی اجزا درون یک قفس مهار شده اند. در بیرینگ های قابل تفکیک، نگه داشتن مجموعه اجزاء کنار هم که باعث تسهیل در نصب ببرینگ ها می شود، از دیگر وظایف قفسه ها است.

کاربرد بلبرینگ

به دلیل گرد بودن ساچمه ‌ها، فشار وارده بر بلبرینگ، در نقطه ی تماس دو سطحی که بر روی هم حرکت می کنند کوچک می شود. از این طریق برای آن دو حرکتی بسیار نرمی را ایجاد می کند.

 

از مهمترین کاربرهای بلبرینگ، کاهش شدت اصطکاک بین سطوح در حال حرکت می باشد.  محور یا شفت در حال چرخش و محفظه بلبرینگ، مانع ازکشیده‌ شدن این سطوح بر روی هم می شود. این عمل به وسیله ساچمه های کرد و دو کنس با سطوح صیقلی و صاف، سطح تماس آنها را کاهش می‌دهد.

 

نحوه کار بلبرینگ

فشار حرکت در بلبرینگ ها  از لایه ی خارجی به گوی‌ها و سپس از گوی ها فشار به لایه ی داخلی منتقل می شود.

 

به دلیل کروی بودن گوی ها، نقطه ی تماس اندکی با لایه‌های درونی و بیرونی دارند. این حجم از نقطه تماس باعث نرم حرکت کردن آن ها می شود. یکی از پیامدهای این نقطه تماس کوچک این است که اگر فشار بیش از حدی به گوی‌ها وارد شود می‌تواند موجب تغییرشکل یا خردشدن آن ها شود. برای حل این مشکل می توان از یاتاقان‌های غلطکی یا یاتاقان‌های غلطکی مخروطی‌شکل استفاده کرد.

 

بلبرینگ‌های محوری نوعی بلبرینگ‌ است که نمی تواند بار محوری شدیدی متحمل شود برای سرعت‌های پایین در نظر گرفته شده‌اند. از این نوع بلبرینگ در میز های گردان استفاده می شود.

 

تاریخچه بلرینگ

انسان پی برد به گردش در آوردن اجسام (غلتش یا حرکت غلتشی) بسیار ساده تر و آسانتر از ساییدن آن ها ( لغزش یا حرکت لغزشی) بر روی هم می باشد. در همین زمان بود که بلبرینگ ها اختراع شدند. مثلا: چرخ های دوچرخه را مانند نقش ساچمه در بلبرینگ ها تصور کنید که اگر به جای چرخ چیزی مانند اسکی را به جای آن قرار دهیم آنوقت حرکت دادن آن به دلیل وجود اصطحکاک بالا در خلاف جهت حرکت چرخ (قانون سوم نیوتن) بسیار مشکل خواهد بود. بنابراین غلتیدن دو سطح روی هم (حرکت غلطشی) بسیار آسان تر از آن خواهد بود که بر روی هم بلغزند (حرکت لغزشی).

اجزای اصلی بلبرینگ

  • قفسه
  • ساچمه
  • رینگ خارجی
  • کاسه نمد فلزی
  • رینگ داخلی

 

روش ساخت بیرینگ ها (بلبرینگ و رولبرینگ)

برای داشتن توانایی سختی پذیری تا مغز قطعه، بلبرینگ و رینگ ها و اجزای غلطتنده را معمولا از فولادهای کرم دار می سازند. در بعضی موارد نیز از فولادهای سخت شونده سطحی استفاده می گردد.

 

با وجود اینکه شرکت های سازنده بلبرینگ و رولبرینگ اطلاعات دقیق آلیاژ فولاد بکار رفته در محصولاتشان را به هیچ عنوان افشا نمی کنند، دو آلیاژ که در ساخت بلبرینگ استفاده می شود AISI 420 و AISI 52100 هستند.

 

بسته به نوع استفاده از بلبرینگ از آلیاژ به خصوصی در ساخت آن استفاده می شود. برای مثال بلبرینگ های بزرگ، مثل بلبرینگ های بشکه‌ایی بزرگ، از کوئچ و تمپر کردن فولاد با قابلیت سختی پذیری سطحی بالا تولید می شوند. در بیرینگ های ویژه که فشار و حرارت زیادی را متحمل می شوندو نباید در معرض زنگ زدن باشند، از فولادهای مقاوم به حرارت یا فولادهای زنگ نزن به همراه پلاستیک، سرامیک یا مواد مخصوص دیگر استفاده می شود.

 

با توجه به کاربرد مخصوص همچنین قفس بلبرینگ یا بیرینگ ها (بلبرینگ و رولبرینگ) نیز از مواد خاص ساخته می شوند. برای مثال معمولا به روش پرس کاری ورق و از ورق های فولادی ساخته می شوند. گاهی برای بخری کاربردها از ورق برنجی نیز استفاده می شود. همچنین از پلاستیک، برنج، آلیاژهای سبک  با فولاد و در بعضی موارد از آهن زینتر شده (تف جوشی شده) یا از رزین فنولی با لایه های الیاف نخی در ساخت قفسه های یکپارچه، استفاده می شود. این قفس های یکپارچه اما بیشتر از مواد ترموپلاست تزریق شده در قالب، خصوصا از پلی امید تقویت شده با الیاف شیشه ساخته می شوند.

انواع بلبرینگ

 

  • انواع بلبرینگ عبارتند از
  • بلبرینگ های شیار عمیق
  • بلبرینگ های تماس زاویه ای
  • بلبرینگ های کف گرد (شامل: بلبرینگ های کف گرد یک ردیفه، بلبرینگ های کف گرد دو ردیفه
  • بلبرینگ های خود تنظیم

 

بلبرینگ شیار عمیق

کاربردی ترین بلبرینگ در صنعت، بلبرینگ های شیار عمیق یا Deep groove ball bearings می باشند.

 

همانطور که از نام آن فهمیده می شود، در هر رینگ یک شیار عمیق دایره ای با شعاعی برابر با شعاع ساچمه وجود دارد که توان تحمل بارهای شعاعی زیاد به همراه مقدار بسیار کم نیروهای محوری را به آن می دهد. این ویژگی کاربرد وسیعی در صنعت را شامل این بلبرینگ کرده است.

 

 اندازه و تعداد ساچمه ها توسط معادلات مربوط و با توجه به الاستیسیته رینگ ها محاسبه می گردد. رینگ داخلی پس از قرارگیری تمامی ساچمه ها، هم مرکز با رینگ خارجی قرار می گیرد. پس از مرتب کردن ساچمه ها با فواصل منظم در فضای بین رینگ ها می توان قفسه را روی ساچمه ها مونتاژ کرد.

 

قفسه های دو تکه که از پرسکاری ورق فولادی یا برنجی ساخته شده اند، در بلبرینگ های شیار عمیق کاربرد دارند. نیمه های قفسه توسط پرچ یا خم کردن لبه های خار مانند به هم وصل می شوند.

 

در این بلبرینگ گاهی  از قفس های پلاستیکی نیز استفاده می شود. در نمونه های پلاستیکی، لب های نگهدارنده قابل انعطافند تا براحتی و با فشار داخل بلبرینگ و ساچمه ها چفت شوند.

 

نوع دو ردیفه این بلبرینگ قابلیت تحمل بارهای خمشی را نیز دارد . همچنین بلبرینگ های شیار عمیق قابلیت باز شدن و گریس کاری مجدد را ندارند.

 

بلبرینگ های شیار عمیق نوع  

 اگر رینگ داخلی بلبرینگ های شیار عمیق دنباله داشته باشد، به آن بلبرینگ های شیار عمیق نوع s می گویند. در این نوع از بلبیرینگ که برای کاربردهای خاص ساخته می شود، به یک طرف رینگ داخلی، یک رینگ قفل کن خارج از مرکز نصب می شود و یا خود رینگ داخلی بلندتر طراحی شده و روی آن دو پیچ تنظیم قرار می گیرد.

 

این بلبرینگ ها حلقه آب بند لاستیکی دو طرفه و در مواردی هم زبان هایی روی رینگ های داخلی هستند که  جهت حفاظت از حلقه آب بند استفاده می شود. در این نوع بلبرینگ ها برای اینکه با چرخش داخل محفظه چدنی با فولادی مخصوص  بتواند خود را با اشکالات احتمالی تطبیق دهد، سطح خارجی رینگ بیرونی به شکل کروی سنگ زده می شود. اشکالات احتمالی شامل عدم تراز بودن شفت یا اشکال موقعیت قرارگیری بلبرینگ، تطبیق بلبرینگ ها عموما در ماشین آلات کشاورزی، نوار نقاله ها و ماشین آلات ساختمانی می شود.

 

بلبرینگ های شیار عمیق با شیار جازنی

 این نوع بلبرینگ دارای ساچمه ها  هایی هستند که نمونه اولیه بلبرینگ های شیار عمیق بدون شیار جازنی دارای آن می باشند .ساچمه ها را از طریق شیارهایی که در یک طرف این بلبرینگ ها روی لبه هر دو رینگ داخلی و خارجی هستند، جا زد.

 

به دلیل اینکه در این نوع بلبرینگ شیارهای جازنی خارج خواهند شد، جهت تحمل بارهای محوری زیاد مناسب نمی باشند. نوع بدون شیار جازنی کاربرد بیشتری دارند.

 

بیرینگ های دینام

 این نوع بلبرینگ نیز بسیار مشابه شیار عمیق است با این تفاوت که در رینگ خارجی  خارجی فقط یک لبه وجود دارد. بنابراین اجزاء آن می توانند براحتی از بیرینگ جدا شوند.

 

بلبرینگ دینام بار محوری در یک جهت را می تواند تحمل کند. بیرینگ ها را با لقی محوری کمی مونتاژ می شوند، تا امکان تغییرات جزئی در طول شفت و محفظه بیرینگ وجود داشته باشد. بنابراین مهار نمودن شفت در راستای محوری با استفاده از دو روی هم راحت انجام می شود.

 

 در این نوع بلبرینگ امکان نصب رینگ داخلی با ساچمه ها و قفسه به صورت جداگانه وجود دارد. ساچمه ها توسط قفسه ایی با مقطع U شکل از جنس برنج یا فولاد و یا قفسه های یکپارچه از جنس پلی آمید تقویت با الیاف شیشه نگه داشته می شوند. با وجود اینکه قطر خارجی تمام رولبرینگ ها تلرانس منفی دارند، اما بیرینگ های دینام تلرانس  mm 0.01 + دارند.

 

مثال های استفاده از این نوع بلبرینگ، دینام، استارت خودرو، جارو برقی، قطب نما و … هستند. جالب است بدانید، در اکثر صنایع از بلبرینگ شیار عمیق سری ۶۰۰۰ به عنوان بلبرینگ دینام استفاده می شود.

 

بلبرینگ ها‌ی خود تنظیم

بلبرینگ ها‌ی خود تنظیم ( Self-aligning ball bearings) قابلیت تنظیم در شرایط ناهمراستایی شفت را دارند.

 

بلبرینگ ها‌ی خود تنظیم با ابعاد متوسط و پر مصرف با حلقه آب بند با گریس کافی تا پایان عمر مفید  تولید می شوند. این نوع بلبرینگ در ماشین آلات کشاورزی، نوار نقاله ها و .. استفاده شده اند.

 

بلبرینگ تماس زاویه‌ایی

در بلبرینگ تماس زاویه‌ایی ( Angular contact ball bearings) رینگ داخلی و رینگ خارجی آن بطور نسبی با هم جابجا می شوند و باعث  قابلیت تحمل  بار محوری و بار شعاعی به طور همزمان می شود. این بلبرینگ ها در انواع مختلف ۱۵ و ۲۵ و ۴۰ درجه تولید می شوند .در این نوع بلبرینگ هر چه مقدار زاویه تماس بیشتر باشد، قدرت تحمل بار محوری نیز بیشتر می شود.

 

بلبرینگ تماس زاویه ایی به 3 دسته تقسیم می شود:

 

  • بلبرینگ تماس زاویه ایی یک ردیفه  (Single row angular contact ball bearings)
  • بلبرینگ تماس زاویه ایی دو ردیفه یا دوبل (Double row angular contact ball bearings)
  • بلبرینگ تماس زاویـــه ایی چهار نقطه تماس (Four-point contact ball bearings)

بلبرینگ ها‌ی تماس زاویه ایی یک ردیف قادر به تحمل بارهای محوری  بالا هستند. این بلبرینگ ها به صورت O , X  یا پشت سر هم (طرح عمومی) مونتاژ می شوند.

 

بلبرینگ محور با زاویه تماس ۱۵ و ۲۵ درجه، بلبرینگ های دقیقی می باشند. از این بلبرینگ در تجهیزاتی با محور دوران دقیق و بدون لقی مانند کارگیر ماشین های ابزار (ماشین های تراش ، فرز و سی ان سی) استفاده می شود. این نوع بلبرینگ با زاویه‌ی ۱۵ درجه برای سرعت های بالا و با زاویه ۲۵ درجه جهت تحمل بارهای محوری بالا کاربرد دارند .

 

بلبرینگ تماس زاویه‌ایی دو ردیفه مشابه بلبرینگ های تماس زاویه‌ایی یک ردیفه با چیدمان O  و قادر به تحمل بارهای سنگین شعاعی و محوری می باشند. این بلبرینگ ها در انواع بدون حلقه آب بند یا با حلقه آب بند و همچنین رینگ داخلی آنها در دو نوع قابل جدا سازی و غیر قابل جدا سازی تولید می شوند.

 

بلبرینگ کف گرد

بلبرینگ کف گرد ( Thrust ball bearings) قادر به تحمل نیروهای محوری( و نه شعاعی) بالا هستند.

 

این نوع بلبرینگ که دو نوع یک طرفه و دو طرفه دارد، براساس جهت تحمل بار نام گذاری شده است. به این صورت که بلبرینگ های کف گرد دو طرفه قادر به تحمل بار محوری از بالا و پایینند، اما  بلبرینگ های کف گرد یک طرفه فقط قادر به تحمل بار محوری از یک سمت می باشند .

 

بیرینگ های مقطع باریک

بیرینگ های مقطع باریک، ابعاد مقطع شان نسبت به قطرشان بسیار کوچک است به همین علت موجب صرفه جویی در فضا و صلبیت و دقت بالا می شوند .

 

تمام اندازه های بیرینگ های مقطع باریک برخلاف استاندارهای سایر بیرینگ ها که با افزایش قطر ضخامت نیز افزایش می یابد، یکسان هستند.

 

بیرینگ های مقطع باریک در صنعت هوا و فضا  فیکسچرهای جوشکاری و ربات های صنعتی استفاده می شوند.

 

رولبرینگ ها نوعی بلبرینگ ها می باشند اما قدرت تحمل بار بیشتر و سرعت پایین تری نسبت به بلبرینگ ها دارند.

 

انواع رولبرینگ عبارتند از

  • رولبرینگ های استوانه ای، رولبرینگ های استوانه ای کف گرد، رولبرینگ های استوانه ای ضربدری، برینگ های پرغلتک استوانه ای
  • رولبرینگ های سوزنی، رولبرینگ های سوزنی با پوسته کشیده شده، رولبرینگ های سوزنی کف گرد
  • رولبرینگ های مخروطی (شامل: رولبرینگ های مخروطی تک ردیفه و رولبرینگ های مخروطی دو ردیفه
  • رولبرینگ های بشکه ای، رولبرینگ های بشکه ای کف گرد

 

 

اصول استفاده از بلبرینگ

استفاده از بلبرینگ بهترین راه های چرخش و کاستن اصطکاک و بسیار راحت می باشد. برای مثال برای به گردش در آوردن چرخ های اتوموبیل در صورت نبود بلبرینگ باید فلز دور چرخ با قدرت چرخیده شود و باعث حرکت خودرو شود. در صورت نبود بلبرینگ قطعات بسیار سریعتر فرسوده می شدند و حداکثر سرعت خودرو ها و چرخش لوازم بسیار کم بود. حرکت دستگاه های سنگین پس از استفاده از بلبرینگ بسیار ساده تر و با کاهش اصطحکاک و ساییدگی نرم تر شده است.

 

بار وارد شده بر بلبرینگ ها سه نوع است. این سه نوع radial  (شعاعی) وaxial  (محوری) وredial  & axial یا moment به معنی در لحظه  است. ایجاد هر کدام از این نوع فشار بستگی به نوع و کیفیت بلبرینگ و روش های استفاده دارد.

 

  بلبرینگ با تحمل بار radial یا شعاعی

در این نوع فشار، بار بصورت شعاعی بر بلبرینگ فشار وارد می کند.  این نوع از فشار معمولا در موتورهای الکترونیکی مانند موتور کولر و آب و… استفاده می شود.

 

بلبرینگ با تحمل بار axial یا شعاعی

در این نوع بلبرینگ فشار بار بر روی ناحیه ی اتصال دو قرقره می باشد. این نوع بلبرینگ در صندلی های گردان، دستگاه های سرگرمی شهربازی، هارد دیسک ها و… وجود دارد .

 

 بلبرینگ با تحمل بار لحظه ای یا moment load

وقتی در شرایطی هر دو نوع فشار گفته شده وحود داشته باشد، این نوع بلبرینگ به کمک می آید. به عنوان مثال در چرخ خودرو ها که هم وزن و هم فشار از نواحی مختلف وجود دارد، این نوع بلبرینگ کارآمد است.

 

 به طور کلی 3 نوع بلبرینگ وجود دارد که دارای تحمل بار thrust و radial و یا هر دو باشد.