بلبرینگ

طراحی یاتاقان های غلتشی با استفاده از SKF

1- یاتاقان های تماس غلتشی (Anti friction Bearings)

به طور کلی برای کاهش اصطکاک بین دو بخش از یک ماشین که نسبت به یکدیگر حرکت نسبی (دورانی و یا خطی) دارند، از یاتاقان ها استفاده می شود، یاتاقان ها به دسته های مهم زیر تقسیم بندی می شوند:

• ياتاقان های غلتشی که در آنها به دو بخش دارای حرکت نسبی از یک جزء غلتشی استفاده می شود.
• ياتاقان های لغزشی که در آنها به دو بخش دارای حرکت نسبی از یک سال همانند روغن استفاده می شود.
• ياتاقان های هوایی که در آنها به دو بخش دارای حرکت نسبی از گاز همانند هوا استفاده می شود.
• ياتاقان های مغناطیسی

انواع یاتاقان های غلتشی

• ياتاقان های غلتشی برای تحمل بارهای شعاعی خالص
• باتافان های غلتشی برای تحمل بارهای محوری خالص (کف گرد)
• ياتاقات های غلتشی برای تحمل بارهای ترکیبی از بارهای شعاعی و محوری
• اجزاء اصلی یک یاتاقان غلتشی
• رینگ داخلی
• رینگ خارجی
• اجزای غلتشی
• جدا کننده
• کاسه نمد

اجزاء غلتشی

1. کروی و یا ساچمه (Ball)
2. غلتک (Roller)
3. در حالت جزه غلتکی، اگر نسبت 4 < L/D باشد به آن ياتاقان های سوزنی شکل ( Needle Bearing) گفته می شود. این نوع یاتافان برای تحمل بار شعاعی زیاد به کار می رود.
4. خمره ای و یا بشکه ای (spherical)  
5. مخروطی (tapered)

2- انواع یاتاقان های بال برینگ

1. بال برینگ های شعاعی شیار عميق (Deep groove hall bearings)
2. بال برینگ های نوع محوری، کف گرد (Thrust Bearings)
3. بال برینگ تماس زاویه ای (Angular contacting hearing)
4. بال برینگ خود میزان (Self alignment Ball Bearing)

3- انواع رولربرینگ ها

1. رولربرینگ غلتک ساده
2. رولربرینگ خمره ای
3. رولربرینگ سوزنی
4. رولربرینگ مخروطی

• الف : غلتک ساده 
• ب : غلتک کروی کف گرد
• ج : غلتک مخروطی کف گرد
• د : غلتک سوزنی
• ه : غلتک مخروطی
• و : غلتک مخروطی با شیب تند

عمر یاتاقان: عمر یاتاقان به صورت کل تعداد دورها با تعداد ساعتهای کار یاتاقان در سرعت زاویه ای ثابت معلوم، که در یاتاقان معیارهای خرابی پدید آید، تعریف می شود. عمر تشخیص (عمر پایه ) 10 L : عمر تشخیص یک گروه از بال برینگ ها یا رولبرینگ های به ظاهر مشابه به صورت تعداد دورها با ساعت های کار با سرعت ثابت معلومی تعریف می شود که در ده درصد از گروه یاتاقان ها خرابی ایجاد شود. عمر متوسط حدود ۴ تا ۵ برابر عمر L10 است. همچنین عمر و بار با یکدیگر نسبت معکوس دارند.

شرایط جا به جایی بیرینگ ها

برای فرآیند جابجایی بیرینگ ها باید ابزارهای مناسب خاص خود را استفاده کرد.

1. برای بیرینگ های بزرگ نباید از لیفتینگ های زاویه دار استفاده کرد و باید تمامی نیروهایی که به بیرینگ وارد می‌شود، نیروها در راستای عمود بر بیرینگ باشد و از اعمال نیروهای زاویه دار به شدت جلوگیری شود زیرا این نیروها باعث دفرمگی رینگ داخلی می‌شوند.
2. به بیرینگ به هیچ وجه نباید ضربه وارد شود.

نحوه نامگذاری یاتاقان های غلتشی

معمولا با یاتاقان های غلتشی را از لحاظ کلاس کاری به سه طبقه سبک، متوسط و سنگین طبقه بندی می کنند. نحوه نامگذاری یاتاقان ها در کاتالوگ های سازنده عنوان می شود و معمولا نوع کلاس کاری و قطر داخلي ياتاقان در این نامگذاری مستتر است. مثلا در کاتالوگ SKF برای دو مدل 630 و 204 قطر داخلی برابر با 20 میلیمتر است ولی کلاس کاری آنها با یکدیگر متفاوت است.    

طراحی (انتخاب) یاتاقان مناسب با استفاده از کاتالوگ SKF

1. انتخاب نوع یاتاقان (Type)
2. انتخاب سایز و اندازه یاتاقان

انتخاب نوع یاتاقان (Type)

پارامترهای ذیل در انتخاب نوع یاتاقان موثر شد:

1. فضای قابل دسترس               
2. بار ( Load )
3. ناهي راستایی (Misalignment)
4. دقت  (Precision)
5. سرعت (Speed)
6. حرکت ارامد سر و صدای کم (Naise)
7. سخنی - ماشین ابزار
8. تغییر مکان در جهت طولی
9. جا زدن و خارج کردن
10. آب بندی داخلی یاتاقان (Scals)

انتخاب سایز و اندازه یاتاقان

عمر یک یاتاقان غلتشی به عوامل ذیل وایسته است:

1. عمر پوسته داخلی و خارجی یاتاقان
2. عمر بخش جدا کننده  
3. قطعه آب بندی کننده (Scals)
4. عمر المان چرخنده
5. روغنکاری
6. بار (Load)

شرایط نصب بیرینگ ها

در مورد شرایط نصب بیرینگ رعایت نکات مطرح شده امری ضروری میباشد.

مواردی که هنگام نصب بیرینگ ها ممنوع میباشد

1. دستکش های پارچه و پنبه ای
2. بیرینگ های باز به صورت روی میز ریخته شده
3. دستکش های آلوده و روغنی
4. هر چیزی که محل جمع آوری ضایعات باشد.
5. تجهیزاتی که ممکن است ضایعات تیز و برنده و فلزی ریز داشته باشد.
6. ضایعات چوب و براده آهن در محل هایی که قرار است نصب بیرینگ انجام شود و در نزدیکی بیرینگ و تجهیزاتی که برای نصب بیرینگ وجود دارد.
7. استفاده از کارگاه هایی که داخل آن ابزار تراشکاری و سنگ زنی وجود دارد.

مواردی که هنگام نصب بیرینگ ها لازم باید رعایت شود

1. نظافت و پاکیزگی کاملا رعایت شده باشد.
2. حتما محل ابزارها به دلیل جلوگیری از انتقال آلودگی ها از سطح به ابزارهای دقیق و ابزارهای اندازه گیری بیرینگ ها سطح مناسبی باشد.
3. گریس ها حتما باید در بسته استفاده شوند.
4. هر زمان که از گریس استفاده میشود، سطح آن را صاف کرده و در آن بسته شود.
5. بیرینگ ها تا زمانی که قرار است نصب شوند از محفظه های خود خارج نشوند.
6. قبل از اقدام به نصب بیرینگ باید ابزار مناسب نصب بیرینگ را در کارگاه آماده کرده باشیم و از صحت عملکرد آنها مطمئن شده باشیم.

نکاتی که قبل از نصب بیرینگ باید مد نظر قرار داد

1) قبل از نصب بیرینگ لازم است دور بودن شفت و حول بودن سوراخ را کاملا با اندازه گیری هایی که با میکرومتر ها انجام میشود از منظر سلامت در نقاط 1،2،3،4 اعداد اندازه گیری شود، با یکدیگر مقایسه شوند و باید مطمئن شد شفت دور میباشد و بیضی شکل نباشد.

2) در مورد هوزینگ هم باید کاملا چک شود که سوراخ هوزینگ کاملا به صورت دایره میباشد و بیضی شکل نیست. این اعداد را به اندازه گیری هایی که با میکرومتر های اندازه گیری شفت که داخل هوزینگ استفاده می شود، اندازه گیری میکنند و حتی می توان قفسه های برون نرو استفاده شود برای یکنواختی حول چک شود و اطمینان حاصل شود که ۱۰۰% هوزینگ سالم و شفت کاملا دور است.

سرعت در بیرینگ ها

در حوزه بیرینگ ها تقریبا با سه یا چهار دامنه سرعتی سر و کار داریم. اما اینکه گفته میشود سرعت بلبرینگ بالا و یا پایین است، به چه معنا است و مبنای آن چیست؟ در ابتدا باید این نکته را متذکر شد که اگر قرار است در مورد سرعت بیرینگ ها اظهار نظر کنیم، الزام داریم محدوده سرعتی را برای نوع خاصی از بیرینگ ها تعریف کنیم. زیرا سرعت بیرینگ ها ارتباط مستقیمی با نوع بیرینگ دارد، و اینکه یک سرعت را به تمام بیرینگ ها اختصاص دهیم کار اشتباهی میباشد.

انواع محرک برای بلبرینگ

در صنعت معمولا سه نوع محرک داریم که عبارتند از :

1. الکتروموتور
2.  توربین های بخار
3.  موتور دیزلی گازی و بنزینی

در بین موارد ذکر شده، الکتروموتورها مقبول ترین محرک های صنعتی هستند، به طوری که در صنعت بالای 95% محرک های صنعتی الکتروموتور هستند. در اینجا ما با یک سوال رو به رو هستیم و آن این است که آیا الکتروموتوری که فاقد درایو باشد، به این معنا که سیستم تغییر سرعت و تغییر فرکانس نداشته باشد، آیا امکان دارد در نوع چهار قطبی کمتر یا بیشتر از rpm 1450 (دور در دقیقه) و در نوع دو قطبی کمتر یا بیشتر از rpm 2900 ایجاد کند؟

با مطرح کردن این سوال نتیجه میگیریم در محرک ها به شدت با محدودیت رو به رو هستیم. در الکتروموتور دو قطبی حداکثر سرعتی که ایجاد میشود rpm 2900 میباشد که ما میتوانیم به وسیله گیربکس صنعتی آن را کم یا زیاد کنیم، و یا با درایو آن را کنترل کنیم. به طور معمول سرعت الکتروموتور از 2900 پایین تر میباشد، در غیر این صورت حتما باید از گیربکس استفاده کنیم. در ادامه مطالب آورده شده، نتیجه میگیریم که مبنای تولید سرعت محرک هایی هستند که دو گزینه بیشتر ندارند. با این تفاسیر برای تغییر سرعت باید از یک سری تجهیزات دیگر استفاده کرد، پس بلاشک میتوانیم بگوییم بالای 85% بیرینگ ها در صنعت دارای دور rpm 1450 و یا rpm 2900 میباشند.

از طرفی بالای 92% بیرینگ ها در صنعت بر روی rpm 1450 کوپل هستند. از این مطالب نتیجه میگیریم صحبت در مورد اینکه بیرینگ سرعت بالا و یا سرعت پایین میباشد، بی معنی است. امادر صنعت ما نکته ای در مورد سرعت بیرینگ ها و تعریف سرعت بیرینگ ها وجود دارد که در ادامه به آن میپردازیم. در بحث بیرینگ ها، ما با واژه ای به اسم "ضریب سرعت" مواجه هستیم. که یک پارامتر بدون اندیس میباشد، به این معنا که یک پارامتر بدون بعد است. ضریب سرعت بلبرینگ را با حرف A نمایش میدهند که فرمول آنرا در ادامه مشاهده میکنید:                                               

A = n.dm

در این فرمول n بیانگر سرعت rpm و dm هم بیانگر میانگین قطر بیرینگ میباشد. نکته ای که در این بین میتوان به آن اشاره کرد این است که از مقدار A در بحث روانکاری هم بسیار استفاده میشود، و حجم زیادی از استاندارد های روانکاری بیرینگ ها و محاسبات آن بر اساس ضریب سرعت بیرینگ ها بدست می آید. نکته ای حائز اهمیت در بحث rpm بیرینگ ها این است rpm که بیرینگی که مستقیما کوپل با الکتروموتور باشد، معادل rpm الکتروموتور است، ولی ممکن است تمامی بیرینگ هایی که در این گیربکس استفاده شده اند دیگر آن rpm را نداشته باشند، زیرا هر بیرینگی که ممکن است در محلی نصب شده باشد که سرعت را کم یا زیاد کند. برای بدست آوردن سرعت یک بلبرینگ باید بدانیم بیرینگ ما چند دور در دقیقه میزند و ابعاد قطر داخلی و خارجی آن را داشته باشیم. بعد از بدست آوردن عامل سرعت "A" برای تعیین محدوده بیرینگ، باید نوع بلبرینگ را بدانیم، زیرا طبق جدولی که در ادامه آورده شده است، عامل سرعت با نوع بلبرینگ ارتباط پیدا میکند.

مبنای تمامی شرکت ها بیرینگ ساز بر این اساس است که محدود طول عمر و طراحی بیرینگ بر اساس Medium loaded (متوسط بارگذاری شده ) است. به این معنی که طراح یک low load در نظر گرفته است، که اگر کمتر از این مقدار باگذاری انجام شود، بیرینگ صدا خواهد داد زیرا بلبرینگ سختی خود را از دست خواهد داد و عمر آن به شدت کاهش پیدا خواهد کرد. بالعکس این موضوع هم صدق میکند، به این معنی که اگر بارگذاری از میزان high load بیشتر انجام شود، بیرینگ به شدت عمرش کم و نابود میشود. در کاتالوگ شرکت SKF هر آنچه در مورد بیرینگ گفته شده است، مربوط به medium load است. پایین تر و بالاتر از این محدوده عمر بیرینگ کاهش پیدا میکند.

برای تجهیزاتی با فناوری پیشرفته و سرعت بالا و تجهیزاتی که نیازمند قابلیت اطمینان بالا ( رکتور پتروشیمی ) هستند، الزاماً باید از گرید های سطح یک کیفی خریداری کرد. در این سطح کیفی الزاما واحد بازرگانی ملزم به خرید بلبرینگ های اصل از برند های SKF, FAG INA, TIMKEN است. برای تجهیزاتی با حساسیت پایین تر، واحد بازرگانی ملزم به خرید از برند های NTNSNR, NYC, KOYO, NACHI, ZWZ, LYC می‌باشد. در یک سطح پایین تر وسیله هایی که اهمیت کمتری دارند، مانند ماشین آلاتی که نگران خواب و یا توقف اضطراری آن ها نیستیم و قابلیت اطمینان زیادی ندارند را قرار می دهیم. برای این سطح واحد بازرگانی ملزم به خرید از برند های IDP, IBC, IDC, RKB, NKE, STC است.

نکات مهم برای نگهداری بیرینگ ها

انبارداری و محل نگهداری بیرینگ ها، پارامتری مهمی است که ویژگی ها و عملکرد انبار به منظور نگهداری بیرینگ ها شامل موارد زیر میشود. میزان دما و رطوبت محل نگهداری بیرینگ ها یکی از موارد زیر است:

1. دمای 20 درجه، رطوبت 75
2. دمای 22 درجه، رطوبت 60
3. دمای 25 درجه، رطوبت 50

• بیرینگ ها نباید در محل هایی که به شدت دچار تغییرات دمایی میشوند، نگهداری شوند. بیرینگ ها نمی‌توانند در محدوده‌ای از تغییرات دمایی گسترده انبارداری مناسبی داشته باشند و حتما باید تا این جایی که امکان دارد ثبات دمایی و رطوبتی محل نگهداری رعایت شود.
• رویکرد انبارداری بیرینگ ها، بصورت فایفو است. به این معنا که اولین بیرینگی که وارد انبار میشود باید اولین بیرینگی باشد که از انبار خارج میشود.
• بیرینگ های اوپن و در واقع بیرینگ هایی که آب بندی نشده اند، عمر انبار داری 5 سال است.
• بیرینگ های بسته بندی شده، و بیرینگ هایی که آب بندی شده هستند و دارای آب بندهای Z دار و دیگر آب بندها هستند، عمر انبار داری 3 سال است.
• بیرینگ ها باید در محیطی نگهداری شوند که ارتعاش به بیرینگ ها انتقال پیدا نکند. بیرینگ ها نباید در معرض ارتعاش قرار بگیرند زیرا دچار نقصی می‌شوند در اثر ارتعاش عناصر غلتان در کنس های بیرینگ، باعث ایجاد فرورفتگی های خیلی ریز در محل برخوردهای ضربه ای عنصر غلتان با رینگ ی‌شود و نقصی است که بیرینگ را از لحظه نصب دچار صدا و ارتعاش می کند و بیرینگ را از پا در می آورد.
• بیرینگ ها به دلیل جلوگیری از انتقال ارتعاش به بیرینگ باید به صورت خوابیده نگهداری شوند.

نقش بلبرینگ در پمپ چیست؟

در پمپ های کوچک، بلبرینگ ها نقش به سزایی در تحمل نیروی محوری تراست دارد و در پمپ های بزرگتر برای تحمل نیروی محوری از کفگرد استفاده می شود.

بلبرینگ استوانه ای یا چند ساچمه ای در کجا استفاده می شود؟

از جاهایی که سطح مقطع زیادتر برای تحمل نیرو نیاز است از بلبرینگ استوانه ای یا چند ساچمه ای استفاده می شود. به عنوان مثال در دهانه مکش پمپ ها به دلیل نیروی محوری تراست زیاد است، از این نوع بلبرینگ استفاده می شود.

در پمپ های VKL از چه بلبرینگ هایی استفاده می شود؟

در این نوع از پمپ ها در سمت کوپلینگ از بلبرینگ های NU استفاده می شود و کنت داخل بلبرینگ قابل بیرون آمدن است.

بلبرینگ ها به چند روش روغن کاری می شود؟

بلبرینگ ها عموماً به دو روش خنک کاری و روغنکاری می شود. در روش اول توسط شرکت سازنده به صورت گریس کاری شده تحویل می شود. به طور تجربی و به عنوان مثال اگر قطعه دوار در کار سبک و محلی بدون رطوبت و گرد و غبار روزی 8 ساعت کارکند، به مدت دو سال این بلبرینگ کار می کند. در روش دوم قرار دادن بلبرینگ در حمام روغن است. این روش اثر پذیرتر است. مقدار روغنی که درون این سیستم میریزند مقدار معینی دارد که توسط کارخانه سازنده تعریف می شود.

وظیفه یاتاقان چیست؟

وظیفه یاتاقان ها نگهداری راستای صحیح شفت در برابر بارهای شعاعی و محوری وارد بر آن است. یاتاقان ها در حقیقت تکیه گاه شفت هستند. به یاتاقان هایی که موقعیت شعاعی شفت را حفظ میکنند یاتاقان شعاعی یا Redial Bearing گفته می شود و به یاتاقانی که موقعیت محوری شفت را حفظ میکند یاتاقان محوری یا Thrust Bearing گفته می شود. یاتاقان های شعاعی محوری یاتاقان هایی هستند که تحمل بار را در هر دو جهت شعاعی و محوری دارند. همچنین یاتاقان را می توان به دو دسته یاتاقان غلتشی و لغزشی دسته بندی نمود. در تماس غلتشی اصطکاک خیلی ناچیز بوده و تقریباً اصطکاکی وجود ندارد ولی در تماس لغزشی اصطکاک وجود دارد و قابل توجه است.

یاتاقان غلتکی بهتر است یا یاتاقان ساچمه ای؟

سطح تماس غلتک از سطح تماس ساچمه بیشتر است. از این رو یاتاقان غلتکی به لحاظ سطح تماس بزرگتر، بار بیشتری را میتوانند تحمل نمایند.

آیا یاتاقان نیاز به خنک کننده دارد؟

یاتاقان ها به طور کلی نیاز به خنک کننده دارند تا دمای روانکار و یاتاقان در حد مناسب قرار گیرد. برای این منظور از واترجکت استفاده میشود. جکت در دور بیرینگ Bearing قرار میگیرد و آب جهت خنک کاری از داخل آن عبور می کند.