رولربرینگ کروی برای اولین بار توسط مهندس آروید پالمگرن اختراع شد و در سال 1919 توسط شرکت SKF به بازار معرفی شد. طراحی بلبرینگی که آروید پالمگرن اختراع کرد شبیه طرحی است که هنوز در ماشین های مدرن استفاده می شود.
امروزه، سازندگان رولبرینگ کروی در تلاش هستند تا دانش بیرینگ ها را به سمت راه حل های سازگار با محیط زیست و انرژی کارآمدتر اصلاح کنند.
درباره اسم گذاری رولبرینگ های کروی
رولبرینگ های کروی در بازار ایران به اسامی دیگری نیز شناخته می شوند، از جمله کروی، غلتکی، بشکه ای و ...
علیرغم آنچه از نام آنها پیداست، بلبرینگ های غلتکی کروی، واقعاً شکل کروی ندارند. عناصر غلتشی رولبرینگ‌های کروی عمدتاً به شکل استوانه‌ای می باشند، اما دارای نمایه‌ای (بشکه‌ای) هستند که آنها را شبیه استوانه‌هایی می‌کند که کمی بیش از حد باد شده‌اند.
رولبرینگ های کروی بصورت دو ردیف از غلتک های متقارن، حلقه بیرونی، حلقه بیرونی مشترک و دو حلقه درونی ساخته می شوند. رولبیرینگ های غلتشی درواقع یک یا دو ردیف غلتک یا رولر بشکه ای شکل هستند که در زاویه ای نسبت به محور بیرینگ قرار گرفته اند. رولربرینگ کروی به دلیل قابلیت خود ترازبودن(خود تنظیم)، استفاده از رولر به جای ساچمه و ظرفیت بالا یکی از محبوب ترین نوع بیرینگ ها هستند. رولبرینگ های کروی استحکام بیشتری دارند و بارهای محوری و شعاعی با ظرفیت بسیار بالا تحمل می کنند و می توانند به طور یکنواخت بار را روی غلتک‌ها پخش کنند. برای کاربردهای سنگین مانند معدن، تجهیزات ساختمانی، ماشین آلات صنعتی و نورد کاری معمولاً از این بیرینگ ها استفاده می کنند.
این بیرینگ ها در دو طرح کلی باز و همراه با آب بند تماسی (کاسه نمد دار) ارائه می شوند.
همچنین طرح هایی با یک ردیف غلتک نیز وجود دارند که برای بارهای شعاعی کمتر و عملاً بدون بار محوری مناسب هستند. این رولبرینگ ها با نام های رولبرینگ بشکه ای یا Tonnenlage، بشکه‌ای نیز نامیده می‌شوند و معمولاً در سری‌های 202 و 203 در بازار موجود هستند.
کاربرد رولر برینگ های کروی (بشکه ای)
رولر بیرینگ های کروی در کاربردهای صنعتی بی شماری که در آن بارهای سنگین شعاعی و محوری با سرعت متوسط و احتمال وجود ناهمراستایی هست استفاده می شوند. برخی از زمینه های کاربردی رایج آن ها عبارتند از:
· سیستم های نقاله
بلبرینگ های کروی از شفت هایی که تسمه ها را به حرکت در می آورند پشتیبانی می کنند. ناهماهنگی و انحراف شفت به دلیل بارگذاری ناهموار، کشش تسمه یا تغییرات دما رخ می دهد.
· توربین های بادی
رولبرینگ های کروی از محور روتور و جعبه دنده پشتیبانی می کنند. ناهماهنگی و انحراف شفت می تواند با تغییر جهت باد، تغییرات سرعت باد یا وزن پره های توربین اتفاق بیفتد.
· ماشین های کاغذ
رولربیرینگ های غلتکی کروی از غلتک هایی پشتیبانی می کنند که تار کاغذ را حرکت داده و شکل می دهند. تغییرات کشش و سرعت غلتک می تواند باعث ناهماهنگی و انحراف شفت شود.
· تجهیزات ساخت و ساز
رولبرینگ های کروی از اجزای چرخشی مانند قلاب جرثقیل یا حلقه چرخشی پشتیبانی می کنند. ناهماهنگی و انحراف شفت می تواند در اثر بارگذاری ناهموار یا حرکت روی سطوح ناهموار ایجاد شود.
· تجهیزات معدن
رولبرینگ های کروی از اجزای تجهیزات معدن مانند قرقره های نوار نقاله یا محورهای سنگ شکن پشتیبانی می کنند. نیروهای زیادی که در طول فرآیند استخراج ایجاد می‌شوند، می‌توانند باعث انحراف یا انحراف شفت شوند.
- گیربکس ها
- سرندها
- ماشین های ریخته گری پیوسته
- جابجایی مواد
- پمپ ها
- فن و دمنده مکانیکی
- تجهیزات معدنی و ساختمانی
- تجهیزات پردازش خمیر و کاغذ
- نیروی محرکه دریایی و حفاری دریایی
- وسایل نقلیه خارج از جاده
طراحی رولربیرینگ کروی
طراحی داخلی این رولبرینگ ها توسط سیستم ISO استاندارد سازی نشده است، به همین علت بین تولید کنندگان مختلف و سری های مختلف تفاوت وجود دارد.
همانطور که در شکل زیر مشاهده می شود، یک غلتک کروی دارای اجزای زیر است:
حلقه بیرونی (A): سطح تماس حلقه بیرونی دارای سطح کروی است که این اجازه می دهد تا غلتک ها به طرفین حرکت کنند.
غلتک ها (B): غلتک های بشکه ای دارای سطح تماس کروی با انحنا هستند که به بیرینگ اجازه می دهد بارهای محوری را تحمل کند. رولبرینگ های کروی با دو ردیف غلتک که به عنوان غلتک کروی محوری نیز شناخته می شوند، برای بارهای محوری بالاتر ایده آل هستند. رولبرینگ های کروی با یک ردیف غلتک برای کاربردهایی که با حداقل بارهای محوری مواجه می شوند مناسب هستند. غلتک ها در هر ردیف در جهت مخالف زاویه دارند تا در برابر بارهای رانش در هر جهت مقاومت کنند.
قفس (C): یک قفس غلتک ها را در جای خود نگه می دارد.
حلقه داخلی (D): سطح تماس حلقه داخلی دارای دو مسیر برای حرکت غلتک ها به صورت جداگانه است.
اگرچه ظرفیت جابجایی محوری رولبرینگ های کروی کمتر از رولبرینگ های تماس زاویه ای است، رولبرینگ های کروی می توانند این بارهای محوری را در هر دو جهت تحمل کنند. بلبرینگ های تماس زاویه ای می توانند این کار را فقط در یک جهت انجام دهند مگر اینکه به صورت پشت به پشت یا رو در رو نصب شوند.
سوراخ مخروطی در مقایسه سوراخ استوانه ای
رولبرینگ های کروی می توانند دارای سوراخ مخروطی یا استوانه ای باشند. انتخاب بین این دو بر اساس موارد زیر صورت می گیرد:
- سرعت دورانی
برای کاربردهایی با سرعت چرخش بالا، بیرینگ‌های با سوراخ‌های مخروطی ترجیح داده می‌شوند.
- ناهمراستایی (misalignment)
بیرینگ ها با سوراخ های مخروطی می توانند ناهماهنگی بیشتری را نسبت به سوراخ های استوانه ای تحمل کنند.
- بار
یک غلتک کروی با سوراخ مخروطی می تواند بارهای سنگین تری را نسبت به آنهایی که سوراخ های استوانه ای دارند تحمل کند.
- طراحی شفت
شفت ها مانند بلبرینگ ها می توانند دارای قطر بیرونی استوانه ای یا مخروطی باشند.
- ارتعاشات
کاربردهایی با ارتعاشات سنگین باید دارای رولبرینگ های کروی با سوراخ های مخروطی باشند.
دلیل اصلی اینکه رولبرینگ‌های کروی با سوراخ‌های مخروطی بر روی عوامل فوق بهترعمل می‌کنند، به دلیل توانایی تنظیم فاصله داخلی آنها و فاصله داخلی فاصله بین غلتک ها و مسیرهای حرکت است. اگر فاصله بیش از حد کوچک باشد، ممکن است ساییدگی و پارگی شدید به وجود بیاید. اگر فاصله بیش از حد بزرگ باشد، ارتعاشات بیش از حد ایجاد می شود که منجر به کاهش ظرفیت بار و عمر آن می شود. تنظیم با استفاده از یک اسلیو آداپتور مخروطی انجام می شود.
دلایل مختلفی وجود دارد که باعث ایجاد ناهمراستایی بلبرینگ می شود. با این حال، برای رولبیرینگ های غلتکی کروی، دلیل اصلی عدم تراز یا همان ناهمراستایی به استفاده از آنها در کاربردهای صنعتی سنگین مربوط می شود. رولبرینگ های غلتکی کروی محورهای دوار را پشتیبانی و هدایت می کنند که می توانند تحت بارهای سنگین منحرف شوند و منجر به ناهماهنگی بلبرینگ شوند. همچنین ارتعاشات نیز شدید می تواند باعث ناهمراستایی شود.
رولبرینگ های کروی می توانند ناهمراستایی محوری را تا دو درجه کنترل کنند.
برای کاربردهایی با انحراف بیش از دو درجه، بلبرینگ های خود تراز یا خود تنظیم می توانند راه حل مناسبی باشند.
متریال بکار رفته در رولبرینگ های کروی (بشکه ای)
متریال غلتک
حلقه‌ها و غلتک‌های بیرونی و داخلی در رولربیرینگ های غلتکی کروی اغلب از فولاد کروم با کربن بالا ساخته می‌شوند که ماده رایج برای بسیاری از انواع مختلف بیرینگ ها است. این ماده تا حدی استاندارد شده است:
- AISI 52100 (ایالات متحده آمریکا)
- DIN 17230 (آلمان)
- 100CR6 (آلمان)
- SUJ2 (ژاپن)
- GCR15 (چین)
متریال رایج قفس
- فولاد
- برنج
- پلی آمید
- ورق فولادی
انتخاب مواد عمدتاً با حجم و روش ساخت انجام می شود. برای رولبرینگ های با حجم زیاد، قفسه ها بیشتر از جنس ورق فولادی یا پلی آمید هستند، در حالی که تولید کنندگان با حجم کم یا سری های کم حجم اغلب قفس هایی از برنج ماشینکاری شده یا فولاد ماشینکاری شده دارند.
اهمیت روغن کاری و روانکاری رولبرینگ کروی
مانند تمام بیرینگ ها، رولبرینگ های کروی باید به اندازه کافی با گریس یا روغن روغن کاری شوند. گریس نسبت به روغن ظرفیت سرعت عملیاتی کمتری دارد. برای کاربردهای با سرعت بالا، روغن انتخاب بهتری است.
اغلب، سازندگان یک شیار گریس را در مسیر خروجی بیرونی می‌سازند تا عملیات گریس کاری را آسانتر کنند.
اگر روغن انتخاب شود، این عملیات را می توان از طریق یک بیرینگ مهر و موم شده با مخزن روغن یا روانکاری حمام روغن انجام داد. با حمام روغن، فقط پایین ترین غلتک باید با روغن تماس داشته باشد و این اجازه را می دهد تا روغن کاری با پاشش پاشیده شود. اگر بیش از پایین ترین غلتک با روغن تماس پیدا کند، بیرینگ به نیروی بیشتری نیاز دارد تا غلتک ها را از آن عبور دهد و کارایی و مزیت سرعت خود را از دست بدهد.
روش های نصب بلبرینگ کروی
معمولاً سه روش اصلی برای نصب بلبرینگ های کروی وجود دارد:
- پیچ تنظیم
- آداپتور مخروطی
- شفت مستقیم
تفاوت رولربرینگ استوانه با رولبرینگ کروی
تفاوت اصلی بین رولبرینگ‌های کروی و استوانه‌ای، بارهایی است که تحمل می‌کنند و توانایی آنها در کنترل ناهمراستایی‌ها. آنها همچنین در ضریب اصطکاک و کاربرد متفاوت هستند.
نوع بار قابل تحمل
بلبرینگ های غلتکی استوانه ای بارهای شعاعی بالا و بارهای محوری کوچک را تحمل می کنند. با این حال، رولبرینگ های کروی نه تنها بارهای شعاعی را تحمل می کنند، بلکه بارهای محوری بالاتری را نیز تحمل می کنند.
عدم تراز
رولبرینگ های استوانه ای برخلاف رولبرینگ های کروی، ناهماهنگی را کنترل نمی کنند.
اصطکاک
غلتک‌های استوانه‌ای ضریب اصطکاک کمتری نسبت به رولبرینگ‌های کروی دارند و بنابراین، می‌توانند کاربردهای با سرعت بالاتر را انجام دهند.
کاربردها
رولبرینگ های استوانه ای در ماشین آلاتی مانند پمپ ها، کمپرسورها و گیربکس ها یافت می شوند. رولبرینگ های کروی می توانند ارتعاشات و بارهای بیشتری را تحمل کنند و بنابراین برای معدن، کارخانه های کاغذ و تجهیزات ماشین آلات ساختمانی مناسب هستند.
تفاوت رولبرینگ کروی و بلبرینگ
تفاوت اصلی بین رولبیرینگ های غلتکی کروی و بلبرینگ در نحوه اعمال آنها است. بلبرینگ ها می توانند با سرعت های بالاتری نسبت به رولبرینگ های کروی کار کنند. با این حال، بلبرینگ ها نمی توانند بار زیادی را تحمل کنند یا ناهماهنگی را کنترل کنند. نمونه‌ای از کاربردهای بلبرینگ‌ها، موتورهای الکتریکی، دوچرخه‌ها و سیستم‌های نوار نقاله هستند.
تفاوت رولبرینگ کروی و رولبرینگ غلتکی مخروطی
تفاوت اصلی بین رولبرینگ های کروی و مخروطی این است که چقدر بار را تحمل می کنند و توانایی مدیریت ناهماهنگی را دارند. شکل غلتک های مخروطی امکان تماس بیشتر بین غلتک ها و نژادهای بلبرینگ را فراهم می کند. بنابراین، غلتک مخروطی می تواند بارهای بیشتری را در سرعت های بالاتر تحمل کند. با این حال، یاطاقان غلتکی مخروطی مانند رولبرینگ‌های کروی، ناهماهنگی را کنترل نمی‌کنند.
رولبرینگ کروی Nachi
رولبرینگ‌های کروی مخصوصاً برای کاربردهایی مناسب هستند که در آن ناهمراستایی ممکن است به دلیل خطا در نصب یا انحراف شفت ایجاد شود.
رولبرینگ های کروی ناچی در تعدادی از پیکربندی های طراحی و مواد بسته به نوع کاربرد و مواد ساخته می شوند.
ویژگی های رولبرینگ کروی Nachi
- عمر عملیاتی طولانی تر
- کم صدا
- ماندگاری در دمای بالا (تا 200 درجه سانتیگراد)
- تحمل بارهای شعاعی و محوری
رولبرینگ های کروی ناچی برای کاربردهای محوری بالا، ضربه ای و بارهای سنگین مانند تولید کاغذ، نورد و سایر ماشین آلات سایز بزرگ مناسب هستند.
سوراخ و شیار روانکاری
حلقه بیرونی رولبرینگ های کروی اغلب با سوراخ های روانکاری و یک شیار برای تغذیه روان کننده ساخته می شود. حلقه بیرونی نیز می‌تواند با سوراخ‌های روغن پیکربندی شود که بستگی به اتصال، نصب یا شرایط سرویس دارد.
بلبرینگ های تثبیت شده با حرارت
رولبرینگ های کروی ناچی به صورت استاندارد تحت عملیات تثبیت حرارتی قرار می گیرند. آنها را می توان در دمای عملیاتی تا 200 درجه سانتیگراد با حداقل تغییرات ابعادی استفاده کرد.
ناهمراستایی
حداکثر زاویه ناهمراستایی مجاز در شرایط عمومی حدود 2 درجه است. اما زاویه آن با، شرایط و ساختار اطراف متفاوت خواهد بود. با افزایش سرعت چرخش، بیرینگ های نامناسب تمایل به ایجاد نویز بیشتری دارند.
به دلیل محدودیت های نویز، حداکثر ناهماهنگی عملی در یک بیرینگ ممکن است به طور قابل توجهی کمتر از حداکثر ناهماهنگی مجاز باشد.
نکات مهم هنگام انتخاب رولبرینگ کروی مناسب
برای کاربردهای بار محوری بالا، بار محوری Fa نباید بیش از 0.6 بار شعاعی Fr باشد.
برای کاربردهایی که در آن بارهای نوسانی یا سرعت بالا است، میتوانید برای کمک در طراحی با شرکت Kaalaak تماس بگیرید.
در شرایط بارگذاری بسیار کم یا بدون بار، حرکت لغزشی ممکن است رخ دهد که می تواند به بلبرینگ آسیب برساند.
برای جلوگیری از این آسیب، بلبرینگ ها باید تحت بار بیشتر از 0.02 Cr (پایه) قرار گیرند.
نرخ بار دینامیکی).
تعداد ضریب مواد بلبرینگ برای رتبه بار دینامیکی در نظر گرفته می شود.
نصب بلبرینگ با سوراخ مخروطی
نصب بلبرینگ با سوراخ مخروطی نیاز به تجربه و تکنیک دارد.
بیرینگ های با سوراخ مخروطی همیشه با تداخل مناسب روی شفت نصب می شوند.
برای اندازه گیری میزان تداخل بر روی شفت، قرارگیری محوری حلقه داخلی یا کاهش فاصله شعاعی داخلی به دلیل تناسب تداخل می تواند مورد استفاده قرار گیرد. به طور کلی، اندازه گیری کاهش در لنگر داخلی شعاعی روش مطمئن تری نسبت به اندازه گیری جابجایی محوری حلقه داخلی است.