مبانی یاتاقان های غلتشی
یاتاقان های غلتشی: در این نوع یاتاقان نیرواز طریق عضو غلتان (ساچمه های کروی، استوانه ای، بشکه ای و …) منتقل می گردد. یاتاقان های لغزشی: نیرو از طریق یک لایه از روغن منتقل می گردد
Ball and roller bearings due to low rolling friction these bearings are aptly called “antifriction” bearing.
Frictional resistance considerably less than in plain bearings
Rotating – non-rotating pairs separated by balls or rollers
Ball or rollers has rolling contact and sliding friction is eliminated and replaced by much lower rolling friction.
In plain bearing the starting resistance is much larger than the running resistance due to absence of oil film.
In ball and rolling bearings the initial resistance to motion is only slightly more than their resistance to continuous running.
Hence ball and rolling bearing are more suitable to drives subject to frequent starting and stopping as they save power.
Owing to the low starting torque, a low power motor can be used for a line shaft running in ball bearing.
The disadvantage of the ball and roller bearings are high cost, they cannot be used in half, and greater noise.
طراحی اجزاء نشان داده شده در شکل درانواع یاتاقان های غلتشی بسته به نوع کاربرد متفاوت هستند
اجزاء اصلی
چگونه یک یاتاقان انتخاب کنیم
رینگ خارجی
رینگ داخلی
عضو غلتشی
قفسه
کروی ساچمه ساچمه استوانه ای ساچمه مخروطی
غلتک بشکه ای
غلتک بشکه ای مخروطی
غلتک سوزنی
چه نوع یاتاقان غلتشی انتخاب کنیم ؟
Types of bearing
فاکتورهای اصلی تعیین کننده در انتخاب یاتاقان غلتشی برای کاربرد های مختلف
چه نوع یاتاقان غلتشی انتخاب کنیم ؟
نیروی شعاعی
نیروی محوری
سرعت
نامیزانی
دما
نیروی شعاعی
نیروی شعاعی
a: raceway b: lip
ظرفیت تحمل بار شعاعی در یاتاقان به طول خط تماس بین عضو غلتان و رینگ بستگی دارد
نیروی محوری
ظرفیت بار محوری یاتاقان به زاویه تماس عضو غلتان در محل تماس با رینگ بستگی دارد
نیروی محوری
نیروی تحت زاویه
یک نیروی تحت زاویه را می توان به دو مولفه شعاعی FR و محوری FA تجزیه کرد
سرعت
با افزایش اندازه عضو غلتان و افزایش سرعت عملکرد یاتاقان ، نیروی گریز از مرکز عامل فشارنده عضو غلتان به رینگ افزایش می یابد.
این عامل موجب اعمال نیروی بیشتر به فیلم روغن و رینگ می گردد.
نامیزانی استاتیک ممکن است در اثراستقرار نامناسب یاتاقان ها و یا عدم تراش محل یاتاقانها در یک مرحله بوجود آید.
نامیزانی استاتیک
نامیزانی دینامیک در اثر ایجاد خیز در شافت در اثر نیروهای وارد برآن بوجود می آید.
نامیزانی دینامیک
Thrust ball bearing
بلبرینگ کف گرد
Thrust angular contact ball bearing
بلبرینگ تماس زاویه ای کف گرد
Thrust cylindrical roller bearing
رولبرینگ استوانه ای کف گرد
Thrust spherical roller bearing
رولبرینگ بشکه ای کف گرد
یاتاقان های شعاعی
بلبرینگ های شعاعی
رولر برینگ های شعاعی
Deep groove ball bearing
بلبرینگ شیار عمیق
Ancular contact ball bearing
Single row douple row
بلبرینگ تماس زاویه ای
Four point ball bearing
بلبرینگ با تماس چهارنقطه ای
Self aligning ball bearing
بلبرینگ خود میزان
Cylindrical roller bearing
رولبرینگ استوانه ای
Tapered roller bearing
رولبرینگ مخروطی
Barrel roller bearing
رولبرینگ بشکه ای
Spherical roller bearing
رولبرینگ بشکه ای خود میزان
انواع یاتاقان
رولر برینگ های محوری
نامیزانی استاتیک – دینامیک
مناسب بودن یاتاقان برای کارکرد در دمای بالا علاوه بر طراحی یاتاقان ، به جنس ساچمه ها ، رینگ و قفسه نیز وابسته است.
دما
دما
محدوده دمای عملکرد مجاز جهت اجزاء یاتاقان
150°Cبدنه فولادی یاتاقان
300°Cقفسه برنز / فولاد
120°Cقفسه – پلی آمید
110°Cقفسه – فنلیک
110°C NBRآب بند – لاستیک
300°Cگرد گیر
از برخورد ساچمه ها با یکدیگر جلوگیری می کند
موجب توزیع منظم ساچمه ها با فواصل مساوی می گردد
ساچمه ها در نواحی خارج از محدوده بارهدایت می کند
از بیرون افتادن ساچمه ها از مسیر و رینگ جلوگیری نموده و لذا مونتاژ و دمونتاژ را تسهیل میکند
طراحی قفسه
قفسه های پرسی : معمولاً از ورق های فوادی ساخته می شوند ولی در برخی موارد ازورق های برنزی نیز استفاده می شود. این قفسه ها مزایایی از قبیل وزن کم،قیمت ارزان را دارا هستند.در صورت تولید انبوه کاملاً اقتصادی هستند.
قفسه های صلب: این قفسه ها از برنز،فولاد،فلزات سبک ،رزین های فنولیک با پوشش الیاف مصنوعی،پلاستیک های تزریق شده و یا مواد زینتر شده ساخته می شوند.
طراحی قفسه
قفسه پرسی
J
قفسه پرسی
JN
قفسه ماشینکاری شده
M
قفسه ماشینکاری شده
MP
قفسه ماشینکاری شده
M
قفسه پرسی
JPA
قفسه ماشینکاری شده
M1
قفسه ماشینکاری شده
TV
قفسه ماشینکاری شده
TVP
قفسه ماشینکاری شده
TVP
طراحی قفسه
طراحی قفسه
دمای کاری قفسه های پلی آمید
حد پایین °C 40-
حد بالا °C 120+
چند ساعت (حدود 5 ساعت) °C 150+
تحمل دمای بالا برای چند دقیقه °C 180+
نقطه دوب °C 255+
دمای کار مداوم
طراحی قفسه
Cage design
لقی بین ساچمه ورینگ بیانگر مسیری است که رینگ یاتاقان می تواند در جهات شعاع یا محور در برابر رینگ دیگر حرکت کند.
Rolling Bearing Clearance
Gr
Ga
لقی داخلی در یاتاقانهای مستقر با یاتاقانهای غیر مستقر کاملاً متفاوت است. مقدار لقی در یاتاقانهای مستقر (ثابت) باید حداقل باشد تا صلبیت استقرار محور تامین گردد. البته مقدار لقی در یاتاقانهای غیر مستقر در اثرجازدن با تلرانس تداخلی و همچنین به علت گرم شدن حین عملکرد کاهش می یابد. لذا مقدار لقی اولیه در یاتاقان غیر مستقر باید مورد نظر قرار گیرد.
لقی در یاتاقان های غلتشی
مقدار لقی بر اندازه ناحیه اعمال نیرو در یاتاقان تاثیر مستقیم دارد
کاهش لقی داخلی موجب افزایش محدوده اعمال نیرو و توزیع بهتر نیرو می گردد
لقی در یاتاقان های غلتشی
افزایش لقی داخلی باعت اعمال نیرو در محدوده کوچکی از یاتاقان می شود
لقی در یاتاقان های غلتشی
تعیین نحوه استقرار یاتاقانهای غلتشی
استقرار یاتاقانهای غلتشی
به منظور یاتاقان بندی و هدایت مناسب محور چرخان به حداقل دو یاتاقان مستقر در فاصله مناسب نیاز است. بسته به کاربرد، یاتاقانها بصورت مسقر یا غیر مستقر و تنظیم شده یا شناوردر محل قرار می گیرند.
یاتاقانهای مستقر و غیر مستقر
در محورهایی که توسط یاتاقانهای غلتشی یاتاقان بندی شده اند، با توجه به دقت های ساخت و ماشینکاری ، فاصله بین مراکز محور و نشیمنگاه محوردر پوسته تا خط مرکزی دقیقاً مساوی نیست.
گرم شدن محور حین کارکرد نیز موجب تغییر فاصله می گردد. این اختلاف فاصله معمولاً در یاتاقان شناور(غیر مستقر) floating bearing. جبران می گردد.
یاتاقان مستقر locating bearing محور را بلحاظ محوری مقید نموده و نیروی محوری را منتقل می نماید.
یاتاقانهای مستقر و غیر مستقر
یاتاقانهای مستقر و غیر مستقر
یاتاقانهای مستقر و غیر مستقر
یاتاقانهای مستقر و غیر مستقر
تنظیم نحوه استقرار یاتاقانها
بعنوان یک قاعده می توان گفت که دریک استقرار تنظیم شده از یک جفت بلبرینگ تماس زاویه ای یا رولبرینگ مخروطی با آرایش متقارن استفاده می شود که هنگام نصب مقدار لقی آن و مقدار پیش بار تنظیم شده است.
این استقرار در مواردی که هدایت دقیق محور مورد نیاز است بکارگرفته می شود.
مطابق شکل شعاعهای مخروطی تشکیل شده از خطوط تماس عضو غلتشی با رینگ به سمت بیرون می باشد (استقرار پشت به پشت).
استقرار تنظیم شده
مطابق شکل با استقرار جفت یاتاقان بصورت رو برو مخروط خطوط تماس در داخل فاصله بین دو یاتاقان قرار می گیرد.
استقرار تنظیم شده
هنگام تنظیم لقی محوری باید به انبساط حرارتی یاتاقان توجه نمود
استقرار تنظیم شده
استقرار تنظیم شده
استقرار تنظیم شده
استقرار تنظیم نشده
استقرار شناور(تنظیم نشده) یک راه حل مناسب و اقتصادی است برای کاربردهایی که مقید کردن دقیق شافت در راستای محوری ضروری نباشد.
در این استقرار محور می تواند کمی در راستای طولی نسبت به پوسته لقی داشته باشد.
مقدار لقی بسته به دقت مورد نیاز تعیین می گردد و همواره در حدی است که از اعمال نیروی محوری اضافی روی یاتاقان ها حتی در شرایط نامناسب حرارتی نیز جلوگیری شود.
در رولبرینگ های استوانه ای نوع NJ لقی مورد نیازS حتی درصورت جازدن پرسی یاتاقان در پوسته نیز قابل تامین خواهد بود
استقرار تنظیم نشده
در یاتاقانهایی که قابلیت جداشدن ندارند ، یکی از یاتاقان ها با کمی فاصله نسبت به قید محوری قرار می گیرد.
استقرار تنظیم نشده
استقرار انعطاف پذیر یک جفت بلبرینگ شیار عمیق
استقرار تنظیم نشده
Indirect mounting
Direct mounting
Roller Bearings
Spherical bearings
Bearing design uses barrel shaped rollers. Spherical roller bearings combine very high radial load capacity with modest thrust load capacity and excellent tolerance to misalignment.
Thrust Bearings
Ball thrust bearing
Roller thrust bearing
Ken Youssefi
Roller Thrust Bearings
Spherical Thrust Bearings
Cylindrical Thrust Bearings
Linear Bearings
Bearings
Load runners (idler-rollers)
Roller bearing cam follower
Flanged
V-Grooved
Comparison of Ball Bearings
Bearing Life
If a bearing is clean, properly lubricated and mounted and is operating at reasonable temp., failure is due to fatigue caused by repeated contact stresses (Hertzian stress)
Failure criterion – spalling or pitting of an area of 0.01 in2,
Bearing Life
Life – number of revolution or hours of operation, at constant speed, required for the failure criterion to develop.
Bearing Life
L10 = (C / F)a , a = 3 for ball bearings and a = 10/3 for roller bearings
F = applied radial load
Select a deep groove ball bearing for a desired life of 5000 hours at 1725 rpm with 90% reliability. The bearing radial load is 400 lb.
Ken Youssefi
Bearing Reliability
If a machine is assembled with 4 bearings, each having a reliability of 90%, then the reliability of the system is (.9)4 = .65 = 65%. This points out the need to select bearings with higher than 90% reliability.
The distribution of bearing failure can be best approximated by two and three parameter Weibull distribution.
C10 is the catalog basic dynamic load rating corresponding to LR hours of life at the speed of nR rpm.
Ken Youssefi
Mechanical Engineering Dept.
Example
Select a deep groove ball bearing for a desired life of 5000 hours at 1725 rpm with 99% reliability. The bearing radial load is 400 lb.
Design Life Suggestions and Load Factor
Equivalent Radial Load
P = XVFr + YFa
P = equivalent load
Fr = applied radial load (constant)
Fa = applied thrust load (constant)
Mechanical Engineering Dept.