من را دنبال کنید:
راهنمای نهایی برای بلبرینگ های بخش نازک
یاتاقان‌های مقطع نازک زمانی توسعه یافتند که بلبرینگ‌های شیار عمیق استاندارد برای کاربردهای خاص کافی نبودند. بلبرینگ های مقطع نازک نسبت به قطرشان سطح مقطع بسیار کمی دارند. این طراحی مشخص می کند که بلبرینگ مقطع نازک دارای حجم طراحی کمتر و جرم کمتر، در حالی که به استحکام و دقت عملیاتی بالایی دست می یابد.
سری بلبرینگ نورد استاندارد شده با توجه به DIN ISO، سطح مقطع یاتاقان های مقطع نازک با افزایش قطر افزایش می یابد و تمام اندازه های یاتاقان های مقطع نازک در یک سری دارای سطح مقطع یکسان هستند. تعاریف متعددی از یاتاقان های مقطع نازک در صنعت وجود دارد، یکی از رایج ترین آنها این است که یک یاتاقان زمانی نازک در نظر گرفته می شود که قطر آن از 4 برابر بیشتر از سطح مقطع شعاعی باشد. ابعاد مقطع می تواند متفاوت باشد، اما معمولاً قطر دو برابر توپ است. کاربردهای معمولی برای یاتاقان‌های مقطع نازک، آن دسته از کاربردهای حیاتی هستند که در آن فضا محدود است، وزن باید به حداقل برسد، دقت مطلق باید حفظ شود و نیازهای بار و گشتاور همچنان به استفاده از بلبرینگ نیاز دارند. در چنین کاربردهایی، یاتاقان‌های مقطع نازک به کاهش هزینه‌ها در مقایسه با اندازه‌های استاندارد بلبرینگ شیار عمیق کمک می‌کنند و این مزیت را دارند که فقط از یک یاتاقان استفاده می‌کنند که تأثیر کمی بر وزن کلی دارد.
هر کاربرد بلبرینگ مقطع نازک دارای الزامات خاصی است. این تفاوت های بالقوه باعث می شود که برخی از بلبرینگ های مقطع نازک گزینه های بهتری نسبت به بقیه داشته باشند. وقتی صحبت از بلبرینگ های بخش نازک می شود، سه نوع مختلف وجود دارد که باید در نظر گرفته شود:
یک نوع بلبرینگ بخش نازک
بلبرینگ مقطع نازک نوع C
بلبرینگ مقطع نازک نوع X
نوع A - یاتاقان های بخش نازک تماس زاویه ای
بلبرینگ های مقطع نازک تماس زاویه ای عمدتاً در محیط های خشن با بارهای محوری بالا استفاده می شوند. به طور کلی استفاده از یک یاتاقان مقطع نازک زاویه ای نوع A برای تحمل بارهای محوری لحظه ای یا معکوس توصیه نمی شود، اما دو یاتاقان نوع A به عنوان یک جفت بلبرینگ دوبلکس می توانند به راحتی چنین بارهایی را تحمل کنند. پایداری، ظرفیت بارگذاری و تکرارپذیری جفت‌های دوبلبرینگ تماس زاویه‌ای نوع A بهتر از یاتاقان‌های مقطع نازک نوع C است.
هر دو حلقه از یاتاقان های سطح نازک تماس زاویه ای نوع A دارای شیارهای توپی بسیار عمیق هستند (عمق شیار = 25٪ قطر توپ).
بلبرینگ های مقطع نازک تماس زاویه ای نوع A دارای فاصله شعاعی کافی برای ایجاد زاویه تماس 30 درجه (α) هستند که می تواند بارهای محوری را تحمل کند.
قفس یاتاقان مقطع نازک تماس زاویه ای نوع A در یک کیسه دایره ای شکل است که در آن تعداد توپ ها حدود 67٪ از کل توپ ها را تشکیل می دهد.
نوع A بلبرینگ بخش نازک وضعیت بار | ||||
شعاعی | محوری | لحظه | معکوس | ترکیب شده |
خوب | نرخ | استفاده به صورت جفت | استفاده به صورت جفت | خوب |
ظرفیت بار محوری (یک طرفه) بیشتری را نسبت به یاتاقان های نوع C یا X ارائه می دهد:
حلقه بیرونی معمولاً برای کاهش یک شانه از مسیر مسابقه طراحی می شود و حلقه بیرونی برای راحتی (با کمک اختلاف دما بین دو حلقه) روی حلقه داخلی، توپ ها و قفس نصب می شود.
یاتاقان مقطع نازک تماس زاویه ای نوع A یک یاتاقان غیرقابل جدا شدن است که می تواند بارهای شعاعی بزرگتری را تحمل کند و همزمان مقدار زیادی بار محوری را در یک جهت تحمل کند.
هنگام حمل بارهای محوری، سطوح حلقه های داخلی و خارجی بلبرینگ های مقطع نازک تماس زاویه ای نوع A تقریباً همسطح هستند و تنظیمات پیش بار را به حداقل می رساند.
بلبرینگ های سطح نازک تماس زاویه ای نوع A معمولاً در مقابل یاتاقان دیگری از همان نوع نصب می شوند تا بارهای محوری برای ایجاد و حفظ زاویه تماس و تحمل بارهای محوری معکوس با حداقل حرکت محوری وجود داشته باشد.
نوع C - یاتاقان های بخش نازک توپی شعاعی
بلبرینگ های سطح نازک تماسی شعاعی نوع C از طراحی توپی شیار عمیق استفاده می کنند که شیارهای آن می توانند بارهای زیاد را تحمل کنند و راه حل ترجیحی برای کاربردهای با بارهای شعاعی هستند. همانطور که انتظار دارید، بلبرینگ های مقطع نازک نوع C همچنین می توانند بارهای محوری متوسط، بارهای محوری معکوس و بارهای لحظه ای را تحمل کنند.
هر دو حلقه از یاتاقان های سطح نازک تماسی شعاعی نوع C دارای شیارهای توپی فوق العاده عمیق هستند (عمق شیار = 25٪ قطر توپ).
حلقه داخلی دارای یک جابجایی غیرعادی در داخل حلقه بیرونی است، تقریباً نیمی از فاصله توپ.
حلقه ها به صورت متحدالمرکز قرار گرفته اند و قفس/جداکننده توپ ها را به طور مساوی در کل محیط جدا می کند.
یاتاقان‌های سطح نازک توپی تماس شعاعی نوع C زمانی بهترین عملکرد را دارند که بین توپ و رینگ مقدار کمی بازی وجود داشته باشد (ترکیب شعاعی، که می‌تواند برای برآورده کردن شرایط عملیاتی افزایش یا کاهش یابد).
نوع C بلبرینگ بخش نازک وضعیت بار | ||||
شعاعی | محوری | لحظه | معکوس | ترکیب شده |
نرخ | خوب | خوب | خوب | خوب |
بلبرینگ های مقطع نازک توپی تماس شعاعی نوع C به گونه ای طراحی شده اند که زمانی که فقط بارهای شعاعی اعمال می شود، توپ و حلقه در صفحه مرکزی توپ تماس بگیرند. اگرچه بلبرینگ های نوع C عمدتاً برای کاربردهای بار شعاعی طراحی شده اند، اما شیارهای پر شده ای ندارند و می توانند برخی از بارهای محوری را در هر دو جهت تحمل کنند. توانایی تحمل بارهای محوری به میزان فاصله در یاتاقان پس از نصب بستگی دارد. با افزایش فاصله شعاعی بالاتر از مقدار استاندارد، یاتاقان‌های نوع C می‌توانند زاویه تماس بیشتری تحت بار محوری داشته باشند و در نتیجه ظرفیت بار محوری بیشتری داشته باشند. در این مورد، توصیه می شود که یاتاقان را در برابر یاتاقان دیگری با ساختار مشابه تنظیم کنید تا حرکت محوری تحت بارهای محوری معکوس کاهش یابد. با استفاده از این روش، یاتاقان ها اساساً بلبرینگ های تماس زاویه ای هستند تا بلبرینگ های شعاعی.
نوع X - یاتاقان بخش نازک چهار نقطه تماس
بر خلاف طرح‌های بیرینگ‌های بخش نازک نوع A و نوع C، بلبرینگ‌های مقطع نازک چهار نقطه‌ای نوع X با طاق‌های گوتیک ساخته می‌شوند که چهار نقطه تماس بین توپ‌ها و مسیرهای مسابقه در یاتاقان ایجاد می‌کنند. این طراحی یاتاقان‌های بخش نازک چهار نقطه‌ای را برای کاربردهایی که نیاز به گشتاور کافی یا بارهای محوری معکوس در بسته‌بندی کوچک دارند، به گزینه‌ای اصلی تبدیل می‌کند. با این حال، یاتاقان‌های مقطع نازک چهار نقطه‌ای نوع X نسبت به یاتاقان‌های مقطع نازک نوع X توانایی کمتری برای حمل طیف وسیعی از بارهای شعاعی دارند. بلبرینگ های مقطع نازک چهار نقطه ای نوع X به عنوان جایگزینی برای یاتاقان های مقطع نازک نوع C یا نوع A در محیط هایی که برای بارهای شعاعی خالص در نظر گرفته شده اند توصیه نمی شود. لازم به ذکر است که سرعت (rpm) یاتاقان های مقطع نازک چهار نقطه ای نوع X در ترکیب با بارهای شعاعی در هنگام اعمال با بارهای محوری یا لحظه ای یک نگرانی خاص است.
نوع X وضعیت بار | ||||
شعاعی | محوری | لحظه | معکوس | ترکیب شده |
فقیر | خوب | نرخ | نرخ | فقیر |
یاتاقان های نوع X از نظر هندسه شیارهای راه آهن با یاتاقان های نوع A و نوع C متفاوت هستند:
نوع C: مراکز شعاع ها در صفحه مرکزی توپ قرار دارند.
نوع A: فرول و توپ در تماس زاویه ای هستند و مرکز شعاع شیار به مقدار مساوی در دو طرف صفحه مرکز توپ جبران می شود.
نوع X: شیارهای هر حلقه دارای دو شعاع هستند که مرکز آنها از صفحه مرکزی توپ منحرف شده است.
عمق شیار در یاتاقان های نوع X مانند نوع A و نوع C (25٪ قطر توپ) است.را
ویژگی های خاص "طاق گوتیک" عبارتند از:
یک یاتاقان نوع X را قادر می سازد تا سه نوع بار (شعاعی، محوری و لحظه ای) را به طور همزمان تحمل کند (در حالی که یاتاقان های اندازه استاندارد معمولاً برای تحمل بارهای شعاعی و محوری طراحی می شوند).
آن را به یک یاتاقان ایده‌آل برای بسیاری از کاربردها تبدیل می‌کند، زیرا یک بلبرینگ تماسی چهار نقطه‌ای اغلب می‌تواند جایگزین دو یاتاقان شود، مانند مجموعه‌ای از دو یاتاقان A-frame که پشت به پشت چیده شده‌اند، بنابراین طراحی ساده‌تری ارائه می‌دهد.
بار محوری وارد شده به حلقه داخلی از راست به چپ از حلقه داخلی به توپ در نقطه B منتقل می شود.
سپس بار از طریق توپ به نقطه D منتقل می شود و در آنجا به حلقه بیرونی و ساختار نگهدارنده منتقل می شود.
خط عمل BD یک زاویه تماس اسمی 30 درجه (α) با خط مرکزی شعاعی بلبرینگ تشکیل می دهد.
به دلیل تغییر شکل الاستیک توپ و مسیر مسابقه در امتداد خط انتقال بار، بار روی توپ در نقاط A و C آزاد می شود و امکان چرخش صاف حول محور عمود بر خط BD را فراهم می کند.
هنگامی که یک بار محوری به حلقه داخلی از چپ به راست اعمال می شود، انتقال بار مشابهی بین نقطه C و نقطه A رخ می دهد.
مانند یاتاقان های نوع C، یاتاقان های نوع X معمولاً دارای فاصله شعاعی هستند. با این حال، زاویه تماس اسمی و ظرفیت بار محوری یاتاقان‌های نوع X به میزان فاصله بستگی ندارد. هنگامی که بار محوری یا لحظه ای قابل توجه است، شکاف باید به حداقل برسد تا زاویه تماس بیش از حد بزرگ نباشد. نکته اصلی این است که توصیه می شود از یاتاقان X به تنهایی استفاده شود. استفاده از دو یاتاقان X روی یک شفت مشترک توصیه نمی شود زیرا ممکن است منجر به ممان های اصطکاک غیرقابل قبول شود.
بار بر روی بلبرینگ های بخش نازک
یاتاقان ها از شفت ها یا محفظه ها پشتیبانی می کنند و به آنها اجازه می دهد آزادانه تحت بار حرکت کنند. در بالا، انواع یاتاقان های مقطع نازک را که می توانند بارهای شعاعی، محوری و لحظه ای را تحمل کنند، تجزیه و تحلیل کردیم. بارها را می توان در یکی از دو جهت اصلی بر یاتاقان های مقطع نازک اعمال کرد که در آن بار گشتاور حاصل (M) را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
M = Fa Sa + Fr Sr
M | = | بار لحظه ای [N·m] |
Fa | = | بار محوری [kN] |
Sa | = | فاصله افست از محور یاتاقان [m] |
Fr | = | بار شعاعی [kN] |
Sr | = | فاصله افست از صفحه شعاعی [m] |
بارهای محوری (Fa) موازی با شفت (محور چرخش یاتاقان) هستند، در حالی که بارهای شعاعی (F r) در زاویه قائمه با محور چرخش قرار دارند. هنگامی که این بارها از محور باربر (فاصله Sa) یا صفحه شعاعی (فاصله Sr< /span>) منحرف می شوند، یک بار لحظه ای نهایی (M) ایجاد می شود. استفاده از نرم افزارهای کامپیوتری روش تعیین عمر بلبرینگ را نسبت به محاسبات دستی قبلی پیچیده و دقیق کرده است. بار واقعی به یاتاقان اعمال می شود و بار حاصل از هر توپ در آن یاتاقان تعیین می شود. از این محاسبه، ضریب ایمنی استاتیک و عمر رتبه بندی پایه L10 را می توان تعیین کرد.
بار شعاعی اصلی
هر چه فاصله یاتاقان بزرگتر باشد، گوی های کمتری برای حمل بار وجود دارد و در نتیجه عمر دینامیکی کمتری خواهد داشت.
یک پیش بار یاتاقان بزرگ ممکن است قبل از اعمال بار، بر یاتاقان را اضافه بار کند.
بارهای محوری اصلی و بارهای لحظه ای
یک شکاف بزرگتر اجازه می دهد تا زاویه تماس بزرگتری نسبت به توپ در مسیر مسابقه ایجاد شود و بنابراین بهتر با بار اعمال شده سازگار می شود.
با این حال، ناحیه بیضی شکل تماس توپ با مسیر مسابقه ممکن است در بالای لبه مسیر مسابقه کوتاه شود و مشکلات دیگری ایجاد کند.
پیش بار بیشتر ممکن است قبل از اعمال بار، بار دیگر یاتاقان را اضافه بار کند.
محاسبه ضریب ایمنی ایستا یا عمر پویا به کمک نرم افزار کامپیوتری برای تعیین بارهای تکی توپ در سرتاسر یاتاقان - با استفاده از Reali-Design (برای بلبرینگ های اینچی Reali-Slim) یا Reali-Design MM (برای بلبرینگ متریک Reali-Slim) نرم افزار. هنگامی که اینها محاسبه شدند، از کره حداکثر بار برای تعیین حداکثر سطح تنش و در نتیجه ضریب ایمنی استاتیک استفاده می شود. تمام بارهای توپ در یک تحلیل وزنی برای تعیین عمر رتبه بندی پایه، L10 استفاده می شود.
محدود کردن سرعت بلبرینگ های بخش نازک
به طور کلی، تعیین حداکثر سرعت عملیات ایمن تا حد زیادی به تجربه گذشته بستگی دارد. عواملی که سرعت چرخش بلبرینگ ها را محدود می کنند بسیار پیچیده هستند، از جمله:
قطر بلبرینگ
نسبت قطر یاتاقان به سطح مقطع
نوع بلبرینگ و پیکربندی داخلی
نسبت شعاع شیار راهرو به قطر توپ
برق شعاعی داخلی یا پیش بارگذاری
زاویه تماس کاری
دقت بلبرینگ (رانات)
مواد و طراحی قفس توپ/جداکننده
دقت نصب (گردی، صافی زیر بار)
روغن کاری
معیارهای دمای محیط و اتلاف گرما
مهر و موم
بارگذاری
در حالی که امکان تعیین محدودیت سرعت دقیق وجود ندارد، کاربردهای عملی و تجربه آزمایشگاه تست AUB مبنایی را برای تعیین محدودیت های کلی فراهم می کند. فرض کنید بلبرینگ ها به درستی نصب شده اند و گرمای مناسبی دارند. این محدودیت ها بر اساس طول عمر کامل 1 دور است. اگر طول عمر کوتاه‌تر قابل قبول باشد، می‌توان سرعت‌های بالاتر را تحمل کرد. برای سرعت های نزدیک یا فراتر از حد مجاز محاسبه شده با استفاده از فرمول سرعت حدی (n)، باید توجه ویژه ای به روغن کاری و گرما شود:
گریس باید به طور خاص برای یاتاقان های با سرعت بالا طراحی شود.
فرکانس روغن کاری مجدد باید به اندازه ای باشد که روان کننده کافی همیشه در دسترس باشد.
در صورت استفاده از روغن، کشش ویسکوز باید با کنترل سطح، استفاده از اسلینگر روغن و/یا اندازه گیری مقدار کمی مایع یا مه به حداقل برسد.
اثرات تلاطم هوا در سرعت های بالا می تواند ورود روغن به سطوح بحرانی را بسیار دشوار کند، بنابراین طراحی سیستم روانکاری بسیار مهم می شود.
محاسبات زیر را می توان برای بلبرینگ های مقطع نازک سری Reali-Slim نوع باز در سرعت های پیوسته استفاده کرد.
n = 1 fl Cf/d
| Cf | = | ضریب محاسبه (جدول 1) |
| d | = | قطر سوراخ [mm (که در)(جدول محصول) |
| fl | = | ضریب کاهش (جدول 2) |
| n | = | سرعت محدود [r/min] |
چگونه بهترین بلبرینگ بخش نازک را برای کاربرد خود انتخاب کنیم؟
نوع و مقدار بارهای مورد نیاز در یک کاربرد خاص تعیین می کند که کدام یاتاقان با مقطع نازک مناسب تر است. به عنوان مثال، در محیط هایی که بارهای محوری در یک جهت وجود دارد، AUB استفاده از بلبرینگ های تماس زاویه ای نوع A خود را توصیه می کند. این گزینه همچنین برای کاربردهای رانش شعاعی یا ترکیبی ایده آل است. با این حال، برای کاربردهایی که نیاز به پشتیبانی از بارهای لحظه ای یا معکوس کردن بارهای محوری دارند، مناسب نیست.
هنگامی که بارهای لحظه ای بزرگتر تعیین شد، AUB استفاده از گزینه های X-pattern یا یاتاقان توپ تماسی 4 نقطه ای را توصیه می کند. این طراحی از یک مسیر مسابقه ای "قوس گوتیک" برای ایجاد چهار نقطه تماس بین توپ و مسیر مسابقه استفاده می کند. آن را به راه حلی عالی برای بارهای محوری معکوس و ایده آل برای بارهای لحظه ای تبدیل می کند. اگرچه از یاتاقان های نوع X ممکن است در شرایط بار سبک دیگر استفاده شود، جایگزینی یاتاقان های نوع C یا A تحت بارهای کاملا شعاعی همیشه توصیه نمی شود.
به عنوان یک قانون استاندارد، AUB هنگام تعیین یاتاقان های نوع X برای ترکیبی از بارهای محوری یا لحظه ای و بارهای شعاعی، نظارت دقیق بر سرعت کاربرد (RPM) را توصیه می کند. تیم مهندسین باتجربه AUB ثابت کردند که در این زمینه بسیار حمایت می کنند. آنها می توانند بر اساس آمار و تحقیقات، سرعت های محدود کننده و بارهای ترکیبی را ارائه و تعیین کنند. آنها همچنین توصیه هایی در مورد استفاده از یاتاقان های شعاعی با بارهای شعاعی، محوری یا لحظه ای ترکیبی و محدود کردن سرعت و انتخاب جداکننده اضافه کردند.
یاتاقان های تماس شعاعی مانند یاتاقان های نوع C برای بارهای شعاعی مناسب هستند. این به این دلیل است که شیارهای توپ عمیق آنها دوام را برای تحمل بارهای بالاتر فراهم می کند. اگرچه این نوع خاص از یاتاقان در کاربردهایی که عمدتاً بارهای شعاعی را حمل می کنند استفاده می شود، کارتر پیشنهاد می کند که می تواند به طور مؤثر بارهای محوری معکوس، بارهای محوری متوسط و بارهای لحظه ای را نیز حمل کند.
چه کاربردهای دیگری برای یاتاقان های بخش نازک وجود دارد؟
بلبرینگ های مقطع نازک عمدتاً برای کاربردهایی که فضا محدود است توسعه یافته اند و راه حل های بدون اصطکاک برای اجزای مفصلی مانند ربات بازوها یا سایر مفاصل مانند آرنج. انواع مختلفی از بلبرینگ های مقطع نازک به طور گسترده در موسسات مختلف از جمله هوافضا، تصویربرداری پزشکی، روباتیک، نیمه هادی ها، ذخیره سازی داده ها، ماشین ابزار، تجهیزات بسته بندی، تجهیزات بسته بندی، سیستم های ماهواره ای و سیستم های نوری و هدف گیری استفاده می شود.
AUB در راه حل های مربوط به طیف کاملی از یاتاقان های بخش نازک تخصص دارد. تیم مهندسی مجهز ما با در نظر گرفتن فضا، بار، دقت و قابلیت اطمینان، طرح‌های بلبرینگ سفارشی را ایجاد می‌کند و آنها را مطابق با نیازهای کاربردی شما تولید می‌کند. AUB یاتاقان های کم مشخصات دقیق را در اندازه های 1 اینچ ID (قطر داخلی) تا 40 اینچ OD (قطر بیرونی) برای میزهای گردان بزرگ در کاربردهای تجاری و صنعتی ارائه می دهد.