بیرینگ های غلتشی (بلبرینگ و رولربیرینگ)

به طور کلی تمام بیرینگ های غلتشی از دو عدد رینگ و مجموعه ای از اجزاء غلتنده که در مسیر مشخصی داخل رینگ ها حرکت می کنند، تشکیل شده اند. این اجزا شامل ساچمه، رولر استوانه ای، رولر سوزنی، رولر مخروطی، رولر بشکه ای متقارن و رولر بشکه ای نامتقارن می باشند.

رولر بشکه ای نامتقارن

رولر بشکه ای متقارن

رولر مخروطی

رولر سوزنی

رولر استوانه ای

ساچمه

اجزاء غلتنده، با با قفسه ای مهار شده اند تا همواره فاصله ی آنها از هم ثابت مانده و از برخورد و تماس آنها جلوگیری شود. در رولربیرینگ های سوزنی و رولربیرینگ های کروی خود تنظیم بدون لبه ی برآمده (روی رینگ داخلی)، قفسه باید موقعیت مناسب محور دوران رولرها را نیز تضمین نماید. در بیرینگ های قابل تفکیک، قفسه ها وظیفه ی دیگری نیز دارند که نگه داشتن مجموعه اجزاء کنار هم می باشد. این امر باعث تسهیل در نصب بیرینگ ها می شود. اکثر رینگ ها و اجزاء غلتنده را از فولادهای کرم داری می سازند که توانایی سختی پذیری تا مغز قطعه را داشته باشند.
در بعضی موارد نیز از فولادهای سخت شونده ی سطحی استفاده می گردد. قطعات بیرینگ های غلطشی بزرگ، مثل بیرینگ های مفصلی بزرگ، از کونچ و تمپر کردن فولاد با قابلیت سختی پذیری سطحی،تولید می شوند و فقط سطوح تماس سخت می گردند. در بیرینگ های ویژه که تحت بار، سرعت، حرارت و یا خوردگی بالایی کار می کننند از فولادهای مقاوم به حرارت یا فولادهای زنگ نزن به همراه پلاستیک، سرامیک یا مواد مخصوص دیگر بنا به مورد کاربرد، استفاده می شود.
قفسه ها ی تولید شده به روش پرس کاری ورق معمولاً از ورق های فولادی ساخته می شوند البته در بعضی موارد، از ورق برنجی نیز استفاده می گردد. قفسه های یکپارچه نیز از پلاستیک، برنج، آلیاژ های سبک یا فولاد و در بعضی موارد از آهن زینتر شده (تفجوشی شده) یا از رزین فنولی با لایه های الیاف نخی ساخته می شوند. البته اکثر قفسه های یکپارچه از مواد ترموپلاست تزریق شده در قالب، خصوصاً از پلی آمید تقویت شده با الیاف شیشه تولید می شوند.

انواع بیرینگ های غلتشی با توجه به طراحی و موارد کاربرد، دسته بندی شده اند. مشخصه ی اصلی تمایز بین بیرینگ های شعاعی از بیرینگ های محوری، راستای اعمال بار اصلی به آنها می باشد و همچنین شکل اجزای غلتنده، نشانه ی اصلی تمایز بین بیرینگ ها و رولربیرینگ ها می باشد. مشخصه ی مهم دیگر، جهت های مهار کردن حرکت شفت توسط بیرینگ غلتشی است.مثلاً آیا بیرینگ امکان جابجایی محوری به شفت می دهد؟ یا آیا بیرینگ اجازه ی حرکت زاویه ای به شفت می دهد تا بتواند خود را با انحراف شفت به هنگام دوران رینگها تطبیق دهد؟

بیرینگ های غلتشی به دو دسته ی شعاعی و محوری تقسیم می شوند. در این مقاله به معرفی انواع بلبرینگ های شعاعی میپردازیم و انواع دیگر بیرینگ های غلتشی را در مقالات دیگر مورد بررسی قرار خواهیم داد.

بلبرینگ های شعاعی:

• بلبرینگ های شیار عمیق

در این نوع بلبرینگ ها در هر رینگ یک شیار عمیق دایره ای با شعاعی برابر با شعاع ساچمه وجود دارد؛ به خاطر وجود همین شیار و ایجاد سطح تماس بالا بین ساچمه ها و رینگ ها، این نوع بیرینگ ها توان تحمل بارهای شعاعی زیاد به همراه نیرو های محوری را دارند.

شکل زیر نحوه ی مونتاژ ساچمه ها بین رینگ ها را نشان می دهد.

در ابتدا، فضای خالی ناشی از ، خارج از مرکز قرار گرفتن رینگ ها نسبت به هم، امکان قرار دادن ساچمه ها داخل رینگ ها را ایجاد می کند. اندازه و تعداد ساچمه ها توسط معادلات مربوط و با توجه به الاستیسیته ی رینگ ها محاسبه می گردد. پس از قرارگیری تمامی ساچمه ها، رینگ داخلی را در موقعیت هم مرکز با رینگ خارجی قرار می دهیم، سپس ساچمه ها را در فضای بین رینگ ها با فواصل مساوی مرتب می کنیم، در این حالت می توان قفسه ها را روی ساچمه ها مونتاژ نمود.

اکثراً در بلبرینگ های شیار عمیق از قفسه های دو تکه استفاده می شود، این قفسه ها معمولاً از پرسکاری ورق فولادی یا برنجی ساخته می شوند. نیمه های قفسه از دو طرف در بلبرینگ قرار گرفته و توسط پرچ یا خم کردن لبه های اضافی ار مانند روی آنها به هم متصل می گردند. در برخی موارد از قفسه های پلاستیکی نیز استفاده می شود در نمونه های پلاستیکی، لبه های نگهدارنده قابل انعطافی تعبیه شده که به همین جهت به راحتی و لا فشار می توان آن را داخل بلبرینگ و ساچمه ها چفت کرد. در بلبرینگ هایی که کاربرد ویژه داشته باشند از قفسه های یکپارچه ای مشابه قفسه های دو تکه ی پرسی که ساچمه ها را ثابت می کنند استفاده می شود. قفسه های یکپارچه ی این نوع بلبرینگ ها که برای کار در سرعت بالا طراحی شده اند، می توانند توسط لبه های رینگ داخلی یا خارجی نیز در جای خود ثابت شوند. برای این نوع قفسه ها، باید لبه های رینگ ها سنگ زده شود.

به دلیل توانایی تحمل بارهای شعاعی و محوری، اصطکاک کم و توانایی تحمل سرعت های بالا، بلبرینگ های شیار عمیق کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف پیدا کرده اند. بلبرینگ های شیار عمیق دو ردیفه قابلیت تحمل بارهای خمشی را نیز دارند. بلبرینگ شیار عمیق دو ردیفه برای شفت های کوتاهی که بخواهیم فقط از یک بلبرینگ در انتهای آن استفاده کنیم مناسب است.
حفاظ ها یا حلقه های آب بندی:
این حلقه ها باعث می شوند داخل بلبرینگ پاکیزه مانده و این امر باعث افزایش طول عمر بلبرینگ می گردد. حلقه های آب بند از لاستیک یا واشر پلاستیکی که به یک حلقه ی فلزی جهت جا زدن چسبانده شده باشد ساخته می شوند. لبه ی داخلی حلقه ی آب بندی فرم مخصوصی دارد تا بتواند روی لبه ی سنگ خورده ی رینگ داخلی بلغزد. این لبه به نحوی با سطح لبه ی رینگ داخلی تماس دارد که هیچ گونه بار اولیه ای را بر بلبرینگ اعمال نمی نماید. طرح های مختلف بیرینگ ها با حلقه ی آب بندی یا حفاظ دار به صورت یکطرفه یا دو طرفه در بازار موجود می باشند. داخل بیرینگ هایی که در هر دو طرف، حلقه ی آب بندی داشته باشند، توسط تولید کنده، به میزان لازم گریس تزریق می گردد و این میزان به نحوی در نظر گرفته شده است که تا پایان عمر مفید بلبرینگ، نیازی به گریس کاری مجدد نباشد.

• بلبرینگ های نوع S

بلبرینگ های با شیار عمیق که رینگ داخلی آنها دنباله داشته باشد را بلبرینگ نوع S می نامند. این طرح فقط برای بعضی از موارد خاص بکار می رود؛ در این نوع از بلبرینگ به یک طرف رینگ داخلی، یک رینگ قفل کن خارج از مرکز نصب می شود و یا خود رینگ داخلی بلند تر طراحی شده و روی آن دو پیچ تنظیم تعبیه می شود عموماً این نوع رینگ ها حلقه ی آب بند لاستیکی دو طرفه اشته و حتی در مواردی از زبانه های نصب شده روی رینگ داخلی جهت حفاظت از حلقه ی آب بند استفاده می شود. معمولاً در این نوع بیرینگ ها سطح خارجی رینگ بیرونی به شکل کروی سنگ زده می شود تا با چرخش داخل محفظه ی چدنی یا فولادی مخصوص خود، بتواند خود را با اشکالات احتمالی، عدم تراز بودن شفت یا اشکال موقعیت قرارگیری بلبرینگ تطبیق دهد. این بیرینگ ها عموماً در ماشین آلات کشاورزی، نوار نقاله ها و ماشین آلات ساختمانی بکار می روند.

• بلبرینگ های شیار عمیق با شیار جازنی ساچمه ها

این نوع بلبرینگ در واقع نمونه ی اولیه ی بلبرینگ های شیار عمیق بدون شیار جازنی می باشد. در یک طرف این بلبرینگ های روی لبه ی هر دو رینگ داخلی و خارجی، شیارهایی تعبیه شده که از طریق این شیارها می توان به راحتی ساچمه ها را داخل بلبرینگ جا زد. این بلبرینگ ها جهت تحمل بارهای محوری زیاد مناسب نمی باشند، زیرا در آن صورت ساچمه ها از شیارهای جازنی خارج خواهند شد، چون تقریباً به تمام بیرینگ ها بار محوری نیز وارد می شود، بیرینگ های بدون شیار جازنی کاربرد بیشتری دارند.

• بیرینگ های دینام

ساختمان بیرینگ های آهن ربایی بسیار شبیه بلبرینگ های شیار عمیق بدون شیار جازنی است. اما چون در رینگ خارجی فقط یک لبه وجود دارد اجزای آن می توانند به راحتی از بیرینگ جدا شوند. پروفیل دایره ای شکل شیار در رینگ خارجی، از مرکز رینگ به بعد، تبدیل به پروفیل خطی می شود. بیرینگ های دینام بار محوری را فقط در یک جهت می توانند تحمل کنند. به همین دلیل برای مهار نمودن شفت در راستای محوری باید از دو بیرینگ رو در روی هم استفاده نمود. معمولاً در این حالت بیرینگ ها را با لقی محوری کمی مونتاژ می نمایند تا امکان انطباق با تغییرات جزئی در طول شفت و محفظه بیرینگ وجود داشته باشد. از آنجا که اجزاء بیرینگ های دینام قابل جدا شدن هستند، می توان رینگ داخلی با ساچمه ها و قفسه را جداگانه در جایگاهشان نصب نمود.

• بلبرینگ با تماس زاویه ای یک ردیفه

در بلبرینگ های با تماس زاویه ای یک ردیفه شیارها به نحوی قرار گرفته اند که نیروها تحت زاویه تماس مشخصی از یک رینگ به رینگ دیگر منتقل می شوند، زاویه ای که بین خط اعمال نیرو و صفحه ی شعاعی تشکیل شده است. بلبرینگ های با تماس زاویه ای در انواع مختلف با زاویه تماس ۱۵ و ۲۵ و ۴۰ درجه ساخته شده اند.
به خاطر همین زاویه ی تماس، بلبرینگ های با تماس زاویه ای یک ردیفه خیلی بهتر از بلبرینگ های شیاردار قادر به تحمل بارهای محوری بالا می باشند. هرچند آنها فقط زمانی قادر به تحمل بارهای شعاعی هستند که تحت بارهای محوری نیز باشند.

اگر بار حوری اعمالی دائمی نباشد و یا نسبت بار شعاعی به بار محوری از مقدار مجاز تعیین شده به واسطه ی زاویه تماس، بالاتر باشد، باید از دو بلبرینگ رو به روی هم در شفت استفاده شود تا شفت در هر دو جهت محوری ثابت شود. جهت دست یافتن به بهترین جهت تقسیم بار و غلتش ساچمه ها باید هنگام مونتاژ کردن، موقعیت محوری این دو بلبرینگ را دقیقاً تنظیم کرد. تنظیم موقعیت محوری بلبرینگ ها مانع جدا شدن بیش از حد بلبرینگ ها در اثر اختلاف حرارتی شفت و نشیمنگاه بلبرینگ ها می گردد. این اختلاف حرارت که باعث انبساط و انقباض در راستای محور می شود، می تواند باعث تغییر لقی بین اجزای بلبرینگ شود. با یک وسیله ی تنظیم لاستیکی می توان تغییرات فاصله ی بلبرینگ ها را جبران کرد.

بلبرینگ های با تماس زاویه ای یک ردیفه به شکل O و X و یا پشت سر هم کنار هم مونتاژ می شوند که به این چیدمان ها اصطلاحاً طرح عمومی یا U گفته می شود . البته آنها را می توان بنا به نیاز در شکل های مختلفی حتی بدون لایی تنظیم نیز کنار هم چید و بسته به نوع طرح انتخابی (UL ,UO ,UA) بلبرینگ های جفت شده، لقی یا بار اولیه مختلفی خواهند داشت. بلبرینگ های بسیار دقیقی که اصطلاحاً بلبرینگ محور نامیده می شوند، در واقع بلبرینگ های با تماس زاویه ای، با زاویه تماس ۱۵ یا ۲۵ درجه می باشند. این نوع بلبرینگ غالباً در محور کارگیر ماشین های ابزار با سرعت دوران بالا و همچنین در تجهیزاتی با محور دوران دقیق و بدون لقی و لنگی، به کار می روند. طرح های با زاویه تماس ۱۵ درجه برای سرعت های بسیار بالا و طرح های با زاویه ۲۵ درجه جهت تحمل بارهای محوری بالا مناسب هستند.

• بلبرینگ های با تماس زاویه ای دو ردیفه

طرح آنها مشابه بلبرینگ های یک ردیفه جفت شده با چیدمان O می باشد، به شکلی که راس مخروط فرضی تشکیل شده از خطوط راستای تماس ساچمه ها، همواره در بیرون بلبرینگ تشکیل می شود. بیرینگ های با تماس زاویه ای دو ردیفه قادر به تحمل بارهای سنگین شعاعی و محوری هستند. به ویژه آنها برای ثابت کردن شفت در راستای محوری مناسب هستند.
بلبرینگ های با تماس زاویه ای دو ردیفه کوچک، شیار جازنی ندارند بنابراین توانایی تحمل بار محوری در هر دو جهت را دارند. قفسه های آنها از جنس پلی آمید تقویت شده با الیاف شیشه است. اما بلبرینگ های بزرگتر ، در یک طرف شیار جازنی دارند و در آنها از قفسه های برنجی ماشینکاری شده و یا ورق فولادی موجدار برای هر ردیف از ساچمه ها استفاده شده است برای تحمل همزمان بارهای شعاعی و محوری بلبرینگ باید به نحوی مونتاژ شود که بار محوری به طرف بدون شیار جازنی وارد شود.
بلبرینگ های با تماس زاویه ای دو ردیفه با رینگ داخلی دو تکه جهت تحمل بارهای سنگین و یا بارهای محوری با تغییر جهت تناوبی طراحی شده است . این بلبرینگ ها زاویه تماس بزرگتری داشته و در آنها شیار جازنی وجود ندارد. این بیرینگ ها در طرح های بدون حلقه ی آب بند یا با حلقه ی آب بند و رینگ داخلی این بلبرینگ ها در دو نوع قابل جداسازی و غیر قابل جداسازی ارائه شده اند.

• بیرینگ های با تماس چهار نقطه ای

پروفیل شیار هر یک از رینگ های داخلی و خارجی در این نوع بلبرینگ ها از دو کمان تشکیل شده است که مراکز آنها بر هم منطبق نمی باشند، به همین دلیل هنگام اعمال بارهای شعاعی، ساچمه ها در چهار نقطه با شیارها تماس پیدا می کنند. جهت جا زدن ساچمه ها یکی از رینگ ها را که معمولاً رینگ داخلی است، دو تکه می سازند.
این بیرینگ ها برای تحمل بارهای خالص محوری یا بارهای محوری غالب بر بارهای شعاعی در هر دو جهت مناسب می باشند. تحت بارهایی از این قبیل، ساچمه ها با هر رینگ در یک نقطه تماس خواهند داشت، مشابه حالتی که در بلبرینگ های با تماس زاویه ای تحت بار محوری اتفاق می افتد.
زاویه تماس بیرینگ های با تماس چهار نقطه ای بزرگ است (معمولاً ۳۵ درجه) بنابراین این بیرینگ ها توانایی تحمل بارهای محوری بالایی را در هر دو جهت دارند. کاربرد اصلی آنها در زمینه ی تجهیزات انتقال قدرت می باشد، جایی که بار محوری در هر دو جهت اعمال می شود و باید حرکت محوری کاملاً مهار شود و همچنین باید از بیرینگ با پهنای کم استفاده کرد. بیرینگ های با تماس چهار نقطه ای به هیچ وجه برای تحمل بارهای شعاعی غالب بر بارهای محوری مناسب نیستند زیرا تحت بار شعاعی نقاط تماس به چهار نقطه افزایش و در نتیجه میزان اصطکاک افزایش می یابد.
در بیرینگ های با تماس چهار نفطه ای از قفسه های یکپارچه از جنس پلی آمید تقویت شده با الیاف شیشه یا برنج استفاده می شود.

• بلبرینگ های خود تنظیم

در یک بلبرینگ خود تنظیم پروفیل شیار رینگ خارجی کروی شکل است. همچنین رینگ داخلی دو شیار با مقطع دایره ای دارد. قفسه، هر دو ردیف ساچمه را روی رینگ داخلی ثابت کرده و تشکیل یک مجموعه را می دهد. این مجموعه داخل رینگ خارجی به صورت مفصلی می چرخد و خود را با وضعیت شفت تنظیم می کند. در نتیجه مشکلات همراستا نبودن نشیمنگاه بلبرینگ، عدم توازی شفت با محور رینگ خارجی و یا خیز شفت، اثر نامطلوبی بر بیرینگ نمی گذارند.
عموماً در بیرینگ های با قطر سوراخ داخلی ۶۰ تا ۹۰ سانتی متر از فسه های پرس شده از ورق فولادی استفاده می شود. در بیرینگ های بزرکتر، قفسه های برنجی ماشینکاری شده به کار می روند.
بلبرینگ های خود تنظیم با ابعاد متوسط و پر مصرف با حلقه ی آب بند با گریس کافی تا پایان عمر مفید نیز ارائه می شوند. عموماً بلبرینگ های خود تنظیم در ماشین آلات کشاورزی، نوار نقاله ها، ماشین های ساده، صنایع چوب و هواکشها کاربرد دارند.

• بیرینگ های مقطع باریک

ابعاد مقطع این بیرینگ ها نسبت به قطرشان بسیار کوچک است و همین امر باعث صرفه جویی در فضا و وزن به همراه صلبیت و دقت دوران بالا می گردد. بر خلاف رولر بیرینگ های استاندارد که مقطع شان با افزایش قطر افزایش می یابد، تمام اندازه های یک سری از بیرینگ های مقطع باریک دارای مقاطع یکسانی هستند.
بیرینگ های مقطع باریک در انواع با تماس چهار نقطه ای، بلبرینگ شیار عمیق و بلبرینگ با تماس زاویه ای با قطر خارجی بین ۲۵ تا ۱۰۰۰ میلیمتر ساخته شده اند. مصارف عمده ی آنها در صنایع هوا فضا فیکسچرهای جوشکاری، روبات های صنعتی، ماشین آلات نساجی و رنگرزی، صنایع اپتیک و اپترونیک می باشد.