چه چیزی هر یاتاقان را منحصر به فرد می کند؟ راهنمای ضروری شما برای انواع بلبرینگ ها و کاربرد آنها

تعریف مکانیکی بلبرینگ: یاتاقان چیست و چه هدفی دارد؟

در مهندسی مکانیک، بلبرینگ یک عنصر ماشینی است که حرکت نسبی بین قطعات متحرک را فقط به حرکت مورد نظر محدود می کند و اصطکاک بین آنها را کاهش می دهد. . هدف یک یاتاقان سه مورد است: تحمل بارهای منتقل شده بین اجزای چرخان یا لغزنده، کاهش اتلاف انرژی ناشی از اصطکاک، و افزایش طول عمر ماشین آلاتی که در آن کار می کند.

در اساسی ترین سطح خود، یک یاتاقان با جایگزینی اصطکاک لغزشی - که بسیار انرژی بر است - با اصطکاک غلتشی یا فیلم سیال، که می تواند مرتبه ای کوچکتر باشد، کار می کند. برای مثال، یک بلبرینگ شیار عمیق استاندارد دارای ضریب اصطکاک کمتری است 0.001 ، در مقایسه با مقادیر تماس کشویی خشک که می تواند برسد 0.3 تا 0.5 .

عملکرد یک بلبرینگ صرفاً به "کاهش اصطکاک" محدود نمی شود. بلبرینگ ها نیز:

• حرکت دقیق شفت ها، محورها و محورها را هدایت کنید
• به یاتاقان اجازه دهید تا بارهای سنگین را بدون خرابی سازه تحمل کند
• تراز شفت را تحت انبساط حرارتی و نیروهای دینامیکی حفظ کنید
• برای محافظت از ماشین آلات اطراف، شوک و لرزش را جذب کنید
• حرکت قابل پیش بینی و تکرارپذیر را در ابزار دقیق فعال کنید

بدون یاتاقان، ماشین آلات مدرن - از موتورهای جت در حال چرخش 15000 دور در دقیقه به توپی چرخ ماشین شما - ساخت با کارایی و طول عمر لازم غیرممکن است. ارزش بازار جهانی بلبرینگ به پایان رسیده است 45 میلیارد دلار ، نشان می دهد که این اجزا تا چه حد در تمام مهندسی اهمیت دارند.

اجزای یک بلبرینگ: داخل یاتاقان چیست؟

برای درک انواع بلبرینگ، ابتدا باید بدانید که داخل یک یاتاقان چیست و هر قسمت چه نقشی دارد. اجزای یاتاقان بر حسب نوع متفاوت هستند، اما اکثر بلبرینگ های المان غلتشی مجموعه ای ثابت از قطعات را به اشتراک می گذارند:

حلقه بیرونی (نژاد بیرونی)

حلقه بیرونی جزء ثابت اکثر مجموعه های بلبرینگ است. این یک یاتاقان است که به طور غیرمستقیم در اطراف یک محور مونتاژ می شود - حلقه بیرونی در یک سوراخ محفظه قرار می گیرد و یک مسیر سخت شده و دقیقاً زمینی برای عناصر نورد ایجاد می کند. حلقه های بیرونی معمولا از فولاد کروم AISI 52100 ، برای مقاومت در برابر سایش تا 58-65 HRC سخت شده است.

حلقه درونی (مسابقه درونی)

حلقه داخلی مستقیماً روی شفت قرار می گیرد و در اکثر تنظیمات با آن می چرخد. هندسه راهرو آن - چه شیار عمیق، زاویه دار یا مخروطی - جهت بار را تعیین می کند که بلبرینگ می تواند تحمل کند. حلقه داخلی ماشین کاری شده است تحمل به اندازه 2± میکرون است در بلبرینگ های دقیق

عناصر نورد

عناصر نورد - گوی ها، غلتک های استوانه ای، غلتک های مخروطی، غلتک های سوزنی، یا غلتک های کروی - قسمت هایی از یاتاقان هستند که بار را منتقل می کنند در حالی که امکان حرکت نسبی با اصطکاک کم را فراهم می کنند. بلبرینگ‌ها از عناصر کروی استفاده می‌کنند که با مسیرهای مسابقه تماس نقطه‌ای برقرار می‌کنند. یاتاقان های غلتکی از اشکال استوانه ای یا مخروطی استفاده می کنند که با خط تماس برقرار می کند و به آنها اجازه می دهد تا بارهای بسیار سنگین تری را حمل کنند. یک بلبرینگ شیار عمیق استاندارد 6205 شامل 9 عدد توپ فولادی قطر 7.938 میلی متر

قفس (نگهدارنده)

قفس فاصله یکنواختی را بین عناصر غلتشی حفظ می‌کند و از تماس بین توپ‌ها یا غلتک‌های مجاور که باعث اصطکاک فاجعه‌بار و تجمع گرما می‌شود، جلوگیری می‌کند. بسته به سرعت و دما، قفس ها از فولاد مهر شده، برنج ماشینکاری شده یا پلیمرهای قالبی ساخته می شوند. در سرعت های بسیار بالا (در بالا 1 میلیون DN ) از قفس های فنولی سبک یا PEEK برای کاهش تنش گریز از مرکز استفاده می شود.

مهر و موم و سپر

مهر و موم (درم بند لبه های لاستیکی) و سپرها (جلو کننده های فلزی بدون تماس) اجزای یاتاقانی هستند که روان کننده را حفظ کرده و آلاینده ها را حذف می کنند. یک یاتاقان مهر و موم شده با پسوند "2RS" (دو مهر و موم لاستیکی) مشخص می شود، در حالی که یک یاتاقان محافظ از "ZZ" استفاده می کند. مهر و موم های تماسی اصطکاک را کمی افزایش می دهند، اما مقاومت بالایی در برابر آلودگی ایجاد می کنند - که در توپی چرخ خودرو، تجهیزات پردازش مواد غذایی و کاربردهای خارج از منزل بسیار مهم است.

3 نوع اصلی بلبرینگ: چارچوبی برای درک

قبل از بررسی طرح های خاص، به دسته بندی بلبرینگ ها در بالاترین سطح کمک می کند. را 3 نوع اصلی بلبرینگ عبارتند از:

1. بلبرینگ ساده (بلبرینگ تماسی کشویی) - ساده ترین نوع بلبرینگ؛ متکی به یک رابط کشویی بین یک ژورنال (شفت) و یک سوراخ است که توسط یک فیلم روان کننده از هم جدا شده است. بدون عناصر نورد.
2. بلبرینگ های عنصر نورد - از توپ ها، غلتک ها یا سوزن ها برای ایجاد تماس غلتشی استفاده کنید که اصطکاک را به طور چشمگیری کاهش می دهد. به پیکربندی های شعاعی و رانشی تقسیم می شود.
3. فیلم سیال / بلبرینگ هیدرواستاتیک - از یک فیلم تحت فشار روغن یا هوا برای جداسازی کامل سطوح استفاده کنید تا اصطکاک نزدیک به صفر را به دست آورید. مورد استفاده در ماشین ابزار دقیق و توربین های بزرگ.

در این دسته بندی ها، پاسخ به "چهار نوع یاتاقان چیست" که بیشتر در عمل مهندسی به آنها اشاره می شود عبارتند از: بلبرینگ، یاطاقان غلتکی، یاتاقان‌های رانش و یاتاقان‌های ساده (آستین) . این چهار دسته اکثریت قریب به اتفاق کاربردهای صنعتی، خودرویی و دقیق را پوشش می دهند.

بلبرینگ: اسب کاری جهانی ماشین آلات دوار

بلبرینگ‌ها پرفروش‌ترین نوع بلبرینگ در جهان هستند - SKF به تنهایی تولید می‌کند. 1 میلیارد بلبرینگ در سال . تطبیق پذیری آنها از عناصر نورد کروی ناشی می شود که به آنها امکان می دهد بارهای شعاعی (عمود بر محور) و بارهای محوری متوسط ​​(موازی با شفت) را به طور همزمان تحمل کنند.

بلبرینگ شیار عمیق

بلبرینگ شیار عمیق (DGBB) یک یاتاقان کهن الگوی عنصر نورد است. مسیرهای عمیق و پیوسته آن به آن اجازه می دهد تا بارهای شعاعی، بارهای محوری دو طرفه و بارهای ترکیبی را تحمل کند - همه در یک واحد فشرده. را سری 6200 و 6300 رایج ترین بلبرینگ های مشخص شده در ماشین آلات عمومی هستند. برای مثال، یک یاتاقان 6206 دارای بار دینامیکی است 19.5 کیلونیوتن و به سرعت های درجه بندی می شود 13000 دور در دقیقه با روغن کاری گریس

بلبرینگ های شیار عمیق در موتورهای الکتریکی، گیربکس ها، پمپ ها، فن ها و لوازم خانگی یافت می شوند. هنگامی که هیچ شرایط بار یا سرعت خاصی نیاز به طراحی تخصصی تری ندارد، آنها انتخاب پیش فرض هستند.

بلبرینگ تماس زاویه ای

بلبرینگ‌های تماس زاویه‌ای برای تحمل بارهای شعاعی و محوری ترکیبی با جهت‌دادن زاویه تماس بین توپ و میدان مسابقه طراحی شده‌اند - معمولاً 15 درجه، 25 درجه یا 40 درجه . زاویه تماس تندتر ظرفیت بار محوری را به قیمت ظرفیت شعاعی افزایش می دهد. این یاتاقان‌ها به طور کلی در دوک‌های ماشین‌ابزار یافت می‌شوند، جایی که باید همزمان در برابر نیروهای برشی مقاومت کنند و خروجی شفت را در زیر حفظ کنند. 1 میکرون .

آنها معمولاً به صورت جفت نصب می شوند - یا پشت به پشت (آرایش DB) برای مقاومت بار لحظه ای یا رو به رو (آرایش DF) برای تحمل ناهماهنگی.

بلبرینگ های خود تراز

بلبرینگ های خود تراز شامل دو ردیف توپ هستند که روی یک راهروی بیرونی کروی مشترک اجرا می شوند. این طراحی به حلقه داخلی امکان می دهد تا به سمت بالا متمایل شود ± 3 درجه نسبت به حلقه بیرونی، انحراف شفت و ناهماهنگی محفظه را در بر می گیرد که باعث خرابی زودرس یاتاقان های صلب می شود. آنها برای شفت های بلند در ماشین های نساجی، کارخانه های کاغذسازی و تجهیزات کشاورزی که در آن انحراف ساختاری اجتناب ناپذیر است، ایده آل هستند.

بلبرینگ غلتکی: طراحی شده تا یاتاقان ها بتوانند بارهای سنگین را تحمل کنند

در جایی که بلبرینگ‌ها با مسیرهای مسابقه‌شان تماس نقطه‌ای برقرار می‌کنند، یاتاقان‌های غلتکی تماس خطی برقرار می‌کنند - بار را در یک منطقه بزرگ‌تر پخش می‌کنند و ظرفیت بارگذاری به‌طور چشمگیری را امکان‌پذیر می‌کنند. یک غلتک استوانه ای با قطر سوراخ مشابه با یک بلبرینگ قابل مقایسه 3 تا 5 برابر بار شعاعی . به همین دلیل است که یاتاقان‌های غلتکی بر صنایع سنگین، معدن، کارخانه‌های فولادی و برنامه‌های پیشرانه غالب هستند.

رولبرینگ استوانه ای

رولبرینگ های استوانه ای از غلتک هایی استفاده می کنند که نسبت طول به قطر آنها بین 1:1 و 3:1 است. آنها ظرفیت بار شعاعی بسیار بالا و استحکام عالی را ارائه می دهند که آنها را به انتخاب استاندارد تبدیل می کند انتهای محرک موتور الکتریکی، تکیه گاه های دوک ماشین ابزار و رول های کار آسیاب نورد . سری های NU، NJ، NUP و N در پیکربندی فلنج متفاوت هستند و تعیین می کنند که آیا می توانند بارهای محوری را بپذیرند یا آزادانه شناور شوند.

رولبرینگ‌های استوانه‌ای با دقت بالا (کلاس تحمل P4 یا P2) به خروجی شعاعی در زیر می‌رسند. 2.5 میکرون ، امکان دقت مورد نیاز در آسیاب کردن دوک ها را فراهم می کند.

غلتک مخروطی

رولبرینگ های مخروطی یکی از مهم ترین انواع بلبرینگ در مهندسی خودرو و تجهیزات سنگین هستند. هندسه مخروطی هم غلتک ها و هم مسیرهای مسابقه باعث می شود که خطوط تماس در یک نقطه در محور یاتاقان همگرا شوند - این هندسه به طور همزمان بارهای شعاعی سنگین را کنترل می کند. و بارهای محوری بزرگ (راست) در یک جهت. برجسته ترین کاربرد آنها توپی چرخ خودرو است که در آن باید نیروهای پیچ، وزن خودرو و بارهای ترمز را به طور همزمان مدیریت کنند.

شرکت تیمکن در طراحی غلتک مخروطی پیشگام بود 1898 ، و امروزه این بلبرینگ ها در اندازه هایی از مشخص شده اند سوراخ 10 میلی متر تا بیش از 2 متر برای محورهای اصلی توربین بادی آنها باید در جفت های متضاد (یا به عنوان یک مجموعه همسان) سوار شوند تا هر دو جهت محوری را محدود کنند.

رولبرینگ کروی

رولربرینگ‌های کروی شامل دو ردیف غلتک‌های بشکه‌ای شکل هستند که در یک راهرو بیرونی کروی معمولی کار می‌کنند - همان اصل خود تراز شدن یاطاقان توپی خود تراز، اما با ظرفیت بار بسیار بیشتر. آنها انتخاب ارجح برای نوار نقاله های معدن، رول های آسیاب کاغذ، سنگ شکن ها و صفحه های ارتعاشی در جاهایی که شفت‌ها طولانی، بارگذاری زیادی دارند و در معرض ناهماهنگی قابل توجهی هستند.

یک غلتک کروی بزرگ (به عنوان مثال، سری 23940، سوراخ 200 میلی متر) می تواند بارهای دینامیکی شعاعی بیش از حد را حمل کند. 1000 کیلونیوتن . قابلیت خود تراز شدن اجازه می دهد تا ± 2.5 درجه ناهماهنگی زاویه ای بدون تمرکز بار.

بلبرینگ های غلتکی سوزنی

نسبت طول به قطر غلتک های سوزنی بیشتر است 4:1 ، به بلبرینگ های سوزنی ظرفیت بار فوق العاده بالایی نسبت به سطح مقطع آنها می دهد. این آنها را در جایی ایده آل می کند که فضای شعاعی به شدت محدود است - مانند این گیربکس های سیاره ای، اتصالات جهانی، بازوهای راکر و شاتون های موتور دو زمانه . برخی از یاتاقان های سوزنی به طور کامل حلقه داخلی را کنار می گذارند و از سطح شفت سخت شده به عنوان مسیر ورودی داخلی برای صرفه جویی در فضای بیشتر استفاده می کنند.

یاتاقان های رانش: به طور خاص برای مدیریت بار محوری طراحی شده است

یاتاقان‌های رانش دسته‌ای تخصصی هستند که برای حمل بارهایی که به‌جای عمود بر محور شفت، موازی با محور شفت عمل می‌کنند، طراحی شده‌اند. زمانی که یک مهندس باید از حرکت محوری شفت جلوگیری کند و در عین حال اجازه چرخش را بدهد، آنها پاسخی هستند. درک این تمایز در هر راهنمای انتخاب بلبرینگ نقش اساسی دارد.

بلبرینگ رانش

بلبرینگ‌های تراست از دو واشر (مسیر مسابقه) و مجموعه توپ و قفس تشکیل شده‌اند. آنها بارهای محوری را در یک جهت تحمل می کنند و برای آن طراحی شده اند سرعت کم تا متوسط، بار محوری بالا شرایط کاربردهای رایج عبارتند از سوزان تنبل، میزهای دوار، شفت پمپ عمودی، و قلاب جرثقیل . آنها نمی توانند بارهای شعاعی را بپذیرند - هر نیروی شعاعی بر یاتاقان توپ رانش باعث خرابی سریع می شود و نصب صحیح را حیاتی می کند.

رولبرینگ های استوانه ای و کروی

یاتاقان‌های رانش غلتکی مزیت تماس خطی یاتاقان‌های غلتکی را به بارگذاری محوری می‌آورند. از یاتاقان‌های رانش استوانه‌ای غلتکی استفاده می‌شود میز و پرس ماشین ابزار . یاتاقان‌های رانش کروی غلتکی - که خود تراز می‌شوند - انتخابی هستند کاربردهای شفت عمودی بزرگ مانند ژنراتورهای برق آبی و همزن عمودی ، جایی که بارهای محوری می تواند به صدها تن برسد و برخی ناهماهنگی ها اجتناب ناپذیر است.

رولبرینگ های مخروطی

این بلبرینگ ها بارهای محوری بسیار بزرگ همراه با بارهای شعاعی را تحمل می کنند و معمولاً در گیربکس های خودرو، دیفرانسیل ها و گیربکس های صنعتی . هندسه مخروطی آنها یک عمل گوه‌زنی ایجاد می‌کند که استحکام و توزیع بار استثنایی را فراهم می‌کند و آنها را در برنامه‌های پیشرانه با گشتاور بالا ضروری می‌سازد.

بلبرینگ ساده: بلبرینگ مهندسی اصلی در هر شکلی

یاتاقان‌های ساده قدیمی‌ترین و ساده‌ترین نوع یاتاقان‌ها هستند، اما همچنان در مهندسی ضروری هستند. یک یاتاقان ساده بر روی یک رابط کشویی بین دو سطح کار می کند - معمولاً یک ژورنال شفت که در داخل سوراخ می چرخد ​​- که توسط روغن، گریس یا لایه جامد روغن کاری می شود. هیچ عنصر نورد وجود ندارد. بار مستقیماً توسط فیلم سیال یا مواد سطح بلبرینگ حمل می شود.

ژورنال (آستین) بلبرینگ

یاتاقان‌های ژورنال سوراخ‌های استوانه‌ای ساده‌ای هستند که شفت درون آن‌ها می‌چرخد. تحت سرعت روانکاری مناسب، یک گوه روغن هیدرودینامیکی بین شفت و سوراخ ایجاد می‌شود و سطوح فلزی را کاملاً از هم جدا می‌کند - ضریب اصطکاک به پایین‌تر از آن می‌رسد. 0.001 ، قابل مقایسه با یاتاقان های نورد. اینها هستند یاتاقان های اصلی در موتورهای دیزلی و بنزینی بزرگ (بلبرینگ های اصلی میل لنگ)، یاتاقان های ژورنال توربین و یاتاقان های پمپ بزرگ.

برای مثال، یاتاقان‌های اصلی در موتورهای خودرو، از ریخته‌گری دقیق هستند آلیاژهای آلومینیوم-قلع یا مس-سرب و باید اوج بارهای احتراق بیش از حد را تحمل کند 50 مگاپاسکال در حالی که موتور در حال کار است. ظرفیت بار آنها بیش از آن چیزی است که هر یاتاقان نورد با اندازه معادل می تواند ارائه دهد.

بلبرینگ های ساده فلنج دار و تراست

افزودن فلنج به یاتاقان آستین به آن اجازه می دهد تا بارهای محوری و همچنین شعاعی را تحمل کند و عملکرد ژورنال و رانش را در یک جزء ترکیب کند. اینها به طور گسترده در گیربکس ها، پمپ ها و تکیه گاه میل بادامک خودرو .

بلبرینگ های ساده خود روان کننده و خشک

فن آوری مدرن یاتاقان ساده شامل یاتاقان های برنزی آغشته به روغن، یاتاقان های PTFE و یاتاقان های کامپوزیت با استفاده از PEEK یا کربن-گرافیت است. اینها اجزای یاتاقانی هستند که برای کارکردن با حداقل یا بدون روغن کاری خارجی طراحی شده اند - برای این کار ضروری است تجهیزات پردازش مواد غذایی، تجهیزات پزشکی و مکانیسم های هوافضا جایی که آلودگی نفتی غیرقابل قبول است. برای مثال یاتاقان‌های ایگلاید IGUS برای عملیات خشک مداوم در بارهای تا 140 مگاپاسکال .

یاتاقان ساده در مقابل بلبرینگ به ویژگی‌های کاربرد بستگی دارد: یاتاقان‌های ساده در ظرفیت بار در واحد اندازه، تحمل ضربه، عملکرد بی‌صدا و سادگی برنده می‌شوند. بلبرینگ ها در شروع اصطکاک، دقت و قابلیت اجرا در محدوده سرعت وسیع بدون نیاز به سیستم های روانکاری تحت فشار برنده می شوند.

بلبرینگ های راهنما و یاتاقان های خطی: پشتیبانی از حرکت مستقیم و خطی

همه بلبرینگ ها از حرکت چرخشی پشتیبانی نمی کنند. یاتاقان‌های راهنما و یاتاقان‌های خطی طوری طراحی شده‌اند که امکان حرکت خطی دقیق و کم اصطکاک را فراهم می‌کنند - به جای چرخش حول محور، در امتداد یک محور مستقیم حرکت می‌کنند. این دسته نشان دهنده بخش متمایز و رو به رشدی از کاربردها و انواع بلبرینگ در اتوماسیون مدرن است.

بلبرینگ راهنما چیست؟

یاتاقان راهنما یاتاقانی است که برای محدود کردن و هدایت حرکت خطی یک جزء - یک اسلاید ابزار، یک ستون، یک میله پیستون - در امتداد یک مسیر مستقیم طراحی شده است. هدف یاتاقان راهنما اطمینان از دقیق بودن حرکت محوری و بدون انحراف جانبی یا بازی چرخشی است. در سیلندرهای هیدرولیک، یاتاقان های راهنما میله پیستون را در برابر بارهای جانبی که در غیر این صورت باعث خرابی آب بندی و سایش میله می شود، حمایت کنید.

بلبرینگ خطی و بوش

بلبرینگ های خطی (بوشینگ های خطی) حاوی گوی های چرخشی هستند که در مسیرهای طولی در یک محفظه استوانه ای قرار دارند. آنها اصطکاک فوق العاده کم و دقت بالا را برای حرکت خط مستقیم بلبرینگ در امتداد شفت های سخت شده بوشینگ های خطی استاندارد INA/Thomson برای ظرفیت های بار دینامیکی از رتبه بندی شده اند 75 نیوتن تا بیش از 10000 نیوتن و در همه جا حاضر هستند چاپگرهای سه بعدی، ماشین های CNC، برش های لیزری و تجهیزات اتوماسیون آزمایشگاهی .

بلبرینگ های خطی و راهنمای ریل پروفایل

برای بارهای بیشتر و استحکام بیشتر، سیستم‌های بلبرینگ‌های غلتکی و پروفیل ریل (راهنمای خطی) توپ‌ها را با غلتک‌ها جایگزین می‌کنند یا از مسیرهای ریلی پروفیلی با واگن‌های توپی یا غلتکی چرخشی استفاده می‌کنند. راهنماهای ریل پروفیل Hiwin و THK استاندارد در مراکز ماشینکاری CNC مدرن هستند - یک بخش ریلی 35 میلی متری می تواند بارهای دینامیکی بیش از حد را حمل کند. 50 کیلونیوتن با تکرارپذیری موقعیتی از ± 3 میکرون .

چیدمان بلبرینگ افقی

یاتاقان افقی به یاتاقانی گفته می شود که به گونه ای نصب شده است که محور شفت افقی باشد. این رایج ترین جهت گیری در ماشین آلات صنعتی است - موتورها، گیربکس ها، پمپ ها و نوار نقاله ها معمولاً از ترتیبات یاتاقان های افقی استفاده می کنند. در یاتاقان های افقی، گرانش به صورت شعاعی بر روی شفت عمل می کند که باید به طور کامل توسط ظرفیت بار شعاعی بلبرینگ پشتیبانی شود. این را با ترتیبات شفت عمودی مقایسه کنید، که برای حمل وزن محوری به یاتاقان‌های رانش نیاز دارند.

انواع بلبرینگ تخصصی: برای نیازهای مهندسی خاص طراحی شده است

فراتر از دسته بندی های استاندارد، یاتاقان های مهندسی شامل طیف وسیعی از طرح های تخصصی است که برای برآوردن الزامات کاربردی خاص ایجاد شده است که بلبرینگ های استاندارد نمی توانند برآورده شوند.

بلبرینگ تماسی چهار نقطه ای

این بلبرینگ‌های تک ردیفی از پروفیل راهروی قوس گوتیک استفاده می‌کنند که چهار نقطه تماس بین هر توپ و مسیرهای مسابقه ایجاد می‌کند. این هندسه به آنها اجازه می دهد تا بارهای محوری دو طرفه، بارهای شعاعی و بارهای لحظه ای - همه در یک ردیف فشرده از توپ ها را حمل کنند. آنها به طور گسترده ای استفاده می شوند حلقه‌های چرخشی در توربین‌های بادی، میزهای گردان بیل مکانیکی و پایه‌های آنتن رادار .

بلبرینگ های مغناطیسی و هوا

یاتاقان‌های مغناطیسی فعال (AMB) با استفاده از نیروهای الکترومغناطیسی کنترل‌شده روتور را معلق می‌کنند و به عملکرد کاملاً بدون تماس دست می‌یابند. با سایش مکانیکی صفر و قابلیت کار در بیش از 100000 دور در دقیقه ، AMB ها در استفاده می شوند دوک های ماشینکاری با سرعت بالا، کمپرسورها، ذخیره انرژی چرخ فلایویل و پمپ های توربومولکولی خلاء . بلبرینگ های هوا از یک فیلم هوای تحت فشار به طور مشابه استفاده می کنند و در تجهیزات تولید نیمه هادی استاندارد هستند که به دقت در سطح نانومتری نیاز دارند.

بلبرینگ غلتکی متقاطع

غلتک های متقاطع غلتک های استوانه ای را به طور متناوب در زوایای 90 درجه در یک مجموعه حلقه نازک قرار می دهند. این پیکربندی استحکام بسیار بالایی را در برابر بارهای لحظه ای، بارهای شعاعی و بارهای محوری به طور همزمان با سطح مقطع فوق العاده فشرده فراهم می کند. آنها انتخاب ارجح برای محرک های مشترک رباتیک، میزهای چرخشی، دروازه های سی تی اسکنر پزشکی و پایه های تلسکوپ .

بلبرینگ های مقطع نازک

بلبرینگ های مقطع نازک (که به آنها یاتاقان های باریک نیز گفته می شود) بدون توجه به قطر سوراخ، سطح مقطع ثابتی را حفظ می کنند. الف بلبرینگ مقطع نازک با سوراخ 200 میلی متری ممکن است فقط 12 میلی متر ارتفاع مقطع داشته باشد. - در مقایسه با 27 میلی متر برای یک بلبرینگ سری استاندارد. آنها در محرک های هوافضا، تجهیزات تصویربرداری پزشکی و مفاصل روباتیک استفاده می شوند که در آن به حداقل رساندن وزن و پاکت بسیار مهم است.

انواع بلبرینگ و کاربردها: موارد استفاده خاص صنعت

درک انواع یاتاقان ها و کاربردها در زمینه نشان می دهد که چرا انتخاب بلبرینگ بسیار مهم است. در اینجا نحوه نگاشت انواع مختلف یاتاقان ها به صنایع اصلی آمده است:

ملاحظات طراحی بلبرینگ: عوامل کلیدی در انتخاب بلبرینگ مهندسی

طراحی بلبرینگ یک مشکل مهندسی چند متغیره است. انتخاب بلبرینگ مناسب نیاز به ارزیابی تعدادی از پارامترهای وابسته به هم دارد. راهنمای انتخاب بلبرینگ مناسب همیشه موارد زیر را مورد توجه قرار می دهد:

نوع بار، جهت، و بزرگی

اساسی ترین ورودی طراحی، باری است که بلبرینگ باید تحمل کند. بارهای شعاعی عمود بر محور عمل کند. بارهای محوری (تراست). به موازات آن عمل کنید؛ بارهای ترکیبی دارای هر دو جزء بارهای لحظه ای برای نوک کردن بلبرینگ اقدام کنید. هر نوع یاتاقان به طور متفاوتی با این موارد برخورد می کند. یک غلتک کروی که می تواند حمل کند 500 کیلونیوتن شعاعی فقط ممکن است رسیدگی کند 150 کیلو نیوتن به صورت محوری - نسبت به اندازه قدر اهمیت دارد.

سرعت عملیات

هر یاتاقان دارای محدودیت سرعتی است که توسط تولید گرما، یکپارچگی لایه روانکاری و تنش های گریز از مرکز روی عناصر نورد کنترل می شود. بلبرینگ ها می توانند با سرعت های بالاتری نسبت به یاتاقان های غلتکی کار کنند با همان اندازه - یک بلبرینگ 6206 دارای محدودیت سرعت گریس 13000 RPM است، در حالی که یک غلتک استوانه ای قابل مقایسه به 10000 RPM محدود شده است. برنامه های کاربردی با سرعت فوق العاده بالای 1 میلیون DN به بلبرینگ های هیبریدی سرامیکی، مسیرهای زمینی دقیق و روانکاری هوا و روغن نیاز دارند.

محاسبات عمر بلبرینگ و قابلیت اطمینان

عمر بلبرینگ استاندارد با استفاده از روش ISO 281 L10 محاسبه می شود: ساعات کاری که در آن 90٪ از یک گروه از یاتاقان های یکسان همچنان کار می کنند (احتمال شکست 10 درصد). فرمول L10 = (C/P)^p × (10^6 / 60n) که در آن C رتبه بار دینامیکی، P بار دینامیکی معادل، p توان (3 برای بلبرینگ، 10/3 برای یاتاقان غلتکی)، و n سرعت در RPM است. محاسبات عمر اصلاح شده مدرن (ISO 281:2007) همچنین شرایط روانکاری، سطح آلودگی و خواص مواد را در نظر می گیرند - و می توانند عمر یاتاقان را با عواملی از 0.1 تا 50× بسته به شرایط

روانکاری و محیط زیست

روغن کاری شاید تنها مهم ترین عامل در طول عمر بلبرینگ باشد. بیش از 50 درصد از خرابی های زودرس بلبرینگ مربوط به روانکاری است - مقدار ناکافی، ویسکوزیته اشتباه، آلودگی یا فواصل روغنکاری مجدد نادرست. نسبت ویسکوزیته κ (ویسکوزیته واقعی ÷ ویسکوزیته مورد نیاز در دمای عملیاتی) برای تشکیل فیلم بهینه باید بین 1 تا 4 باشد. آلودگی که با ضریب پاکیزگی ISO eC اندازه گیری می شود، می تواند عمر بلبرینگ را کاهش دهد تا 90% اگر تمیزی روغن حفظ نشود.

تحمل ناهماهنگی

انحراف شفت، ناهماهنگی حفره محفظه و انبساط حرارتی همگی می توانند باعث ایجاد ناهماهنگی زاویه ای بین حلقه داخلی و خارجی شوند. بلبرینگ های شیار عمیق فقط تحمل می کنند ± 2 تا 10 دقیقه قوس ناهماهنگی قبل از بارگذاری لبه. دسته یاطاقان توپی خود تراز 3± درجه و یاطاقان غلتکی کروی تا ± 2.5 درجه - آنها را در نصب های دنیای واقعی که در آن تراز کامل قابل دستیابی نیست بسیار بخشنده تر می کند.

محدوده دما

فولادهای بلبرینگ استاندارد به تثبیت می شوند 120 درجه سانتی گراد ; انواع تثبیت شده در دمای بالا (پسوند /S1، /S2 و غیره) تا 200 درجه سانتیگراد یا 250 درجه سانتیگراد رتبه بندی می شوند. در دمای بالای 300 درجه سانتی گراد، گریس استاندارد نامناسب است و باید از روان کننده های سرامیکی یا گرافیتی با دمای بالا استفاده کرد. از طرف دیگر، یاتاقان های برودتی برای سرویس نیتروژن مایع یا اکسیژن نیاز به فولاد ضد زنگ آستنیتی یا ساختار کامل سرامیکی دارند تا از شکنندگی و خوردگی جلوگیری شود.

بلبرینگ به عنوان یک سیستم: درک مونتاژ، تناسب و پیش بارگذاری

یک یاتاقان هرگز فقط یک جزء مستقل نیست - آن به عنوان بخشی از یک سیستم شامل شفت، محفظه، روان کننده، آرایش آب بندی و ساختار اطراف عمل می کند. درست کردن این سیستم به اندازه انتخاب نوع بلبرینگ صحیح مهم است.

تناسب و تحمل بلبرینگ

تداخل بین حلقه داخلی یاتاقان و شافت از خزش حلقه تحت بار چرخشی جلوگیری می کند - پدیده ای که در آن حلقه به آرامی نسبت به شفت می چرخد و هر دو سطح را از بین می برد. تداخل مورد نیاز به بار بستگی دارد: بارهای سنگین به جاهای محکم تری نیاز دارند. یک توصیه معمولی است تحمل شفت k5 برای بارهای حلقه داخلی چرخان در موتورهای الکتریکی، 0 تا 18 میکرون تداخل را بسته به اندازه سوراخ یاتاقان ایجاد می کند.

بلبرینگی که به اشتباه در اطراف شفت مونتاژ شده است - با اتصال خیلی شل - دچار خوردگی و خرابی زودرس خواهد شد. تداخل بزرگ، برعکس، فاصله داخلی را کاهش می دهد و می تواند یاتاقان را بیش از حد بارگذاری کند و دمای کار را افزایش دهد.

پاکسازی داخلی و بارگذاری اولیه

فاصله شعاعی داخلی - آزادی کامل حرکت بین حلقه های داخلی و خارجی قبل از بارگذاری - باید با دقت انتخاب شود. گروه ترخیص استاندارد CN برای اکثر کاربردها مناسب است. هنگامی که یاتاقان داغ می شود و رینگ داخلی را از نظر حرارتی منبسط می کند، به افزایش فاصله (C3 یا C4) نیاز است. بلبرینگ های از پیش بارگذاری شده، برعکس، دارای فاصله منفی هستند - عناصر غلتشی به داخل راهروها فشرده می شوند - که باعث افزایش استحکام و کاهش ارتعاش به قیمت دمای عملیاتی بالاتر می شود. جفت های تماس زاویه ای در دوک های ماشین ابزار معمولاً از قبل بارگذاری می شوند 100-2000 N برای دستیابی به سختی لازم

ترتیبات بلبرینگ مکان یابی و غیر مکان یابی (شناور).

بیشتر شفت ها از آرایش دو بلبرینگ استفاده می کنند: یکی مکان یابی بلبرینگ که شافت را به صورت محوری محدود می کند (معمولاً یک بلبرینگ تماسی زاویه ای یا یک بلبرینگ با شیار عمیق با یک حلقه بیرونی نگهدارنده) و یکی بلبرینگ غیر مکان یابی (شناور). که به جابجایی محوری اجازه می دهد تا انبساط حرارتی را در خود جای دهد. بدون این ترتیب، رشد حرارتی شفت نیروهای پیش بار محوری عظیمی را ایجاد می کند - که به طور بالقوه بیش از ظرفیت بار محوری هر یاتاقان است.

راهنمای عملی انتخاب بلبرینگ: نحوه انتخاب بلبرینگ مناسب

یک راهنمای انتخاب بلبرینگ ساخت یافته با کار بر روی پارامترهای کلیدی به ترتیب، بهترین نوع بلبرینگ را برای هر کاربرد محدود می کند. در اینجا فرآیندی است که مهندسان شاغل دنبال می‌کنند:

1. بار را تعریف کنید: بار شعاعی (Fr)، بار محوری (Fa) و نسبت آنها (Fa/Fr) را تعیین کنید. اگر Fa/Fr < 0.35 باشد، یک بلبرینگ شیار عمیق یا غلتک استوانه ای احتمالاً کافی است. نسبت های بالاتر مستلزم تماس زاویه ای یا یاتاقان های رانش است.
2. سرعت را تعریف کنید: مقدار DN را محاسبه کنید. زیر 200000 DN، تقریباً هر نوع بلبرینگ کار می کند. بالاتر از 500000 DN، بلبرینگ ترجیح داده می شود. بالاتر از 1,000,000 DN، بلبرینگ های سرامیکی هیبریدی و روغن کاری هوا مورد نیاز است.
3. ارزیابی ناهماهنگی: اگر انحراف شفت از 4 دقیقه قوس بیشتر شود، یک بلبرینگ خود تراز یا غلتک کروی را مشخص کنید.
4. تعیین عمر مورد نیاز: با استفاده از روش ISO 281، نسبت C/P مورد نیاز را برای دستیابی به عمر L10h مورد نظر محاسبه کنید. با استفاده از معادله عمر اصلاح شده، شرایط آلودگی و روغن کاری را تنظیم کنید.
5. فضای موجود را بررسی کنید: اگر فضای شعاعی محدود است، بلبرینگ های غلتکی سوزنی را در نظر بگیرید. اگر فضای محوری محدود است، بلبرینگ های با مقطع نازک یا یاتاقان های تماس چهار نقطه ای را در نظر بگیرید.
6. محیط را در نظر بگیرید: محیط های خورنده نیاز به یاتاقان های فولادی ضد زنگ یا روکش دار دارند. فرآوری مواد غذایی نیاز به گریس های مطابق با FDA و ساختار ضد زنگ دارد. محیط های با آلودگی بالا نیاز به یاتاقان های مهر و موم شده یا آب بندی خارجی دارند.
7. تأیید از کاتالوگ سازنده: SKF، NSK، Timken، FAG/Schaeffler، و NTN همگی مستندات راهنمای انتخاب بلبرینگ جامع را با نمونه های کار شده، ابزارهای انتخاب آنلاین و توصیه های خاص برنامه منتشر می کنند.

پیروی از این ترتیب تضمین می کند که انتخاب بلبرینگ به جای عادت یا راحتی، بر اساس الزامات مهندسی انجام می شود - موثرترین قدمی که یک مهندس می تواند برای به حداکثر رساندن قابلیت اطمینان ماشین آلات و به حداقل رساندن هزینه چرخه عمر بردارد.

انواع مختلف بلبرینگ: مقایسه خلاصه

برای ادغام طیف کامل انواع مختلف بلبرینگ که در این راهنما پوشش داده شده است، جدول زیر مقایسه مستقیم انواع بلبرینگ در برابر ابعاد عملکرد کلیدی را ارائه می دهد:

هر نوع بلبرینگ ذکر شده در بالا وجود دارد زیرا یک مشکل مهندسی واقعی راه حلی را می طلبد که هیچ طرح موجود نمی تواند ارائه دهد. درک این تمایزات - و فیزیک اساسی که آنها را هدایت می کند - چیزی است که مهندس مکانیکی را که یاتاقان ها را بر اساس عادت انتخاب می کند از کسی که آنها را با قضاوت مهندسی انتخاب می کند جدا می کند. چه در حال طراحی یک مته دندانپزشکی با سرعت 50000 دور در دقیقه باشید یا یک گیربکس توربین بادی 10 مگاواتی ، بلبرینگ مناسب، به درستی مشخص شده و به درستی اعمال شده است، یکی از مطمئن ترین قطعات در دستگاه شما است.