رولبرینگ های استوانه ای

رولبرینگ های استوانه ای CYLINDRICAL ROLLER BEARINGS

مناسب برای بارهای شعاعی سنگین و سرعتهای بالا Suitable for heavy radial loads and high speeds

انواع مختلف این نوع رولبرینگ ها بدین ترتیب مورد بحث قرار می گیرند:

رولبرینگ استوانه ای، یک ردیفه Single row cylindrical roller bearings

طراحی این رولبرینگ ها به نحوی است که یکی از حلقه های داخلی یا بیرونی، از یک یا دو طرف لبه نداشته و لذا رولبرینگ قابلیت تفکیک شدن دارد. این امر در مواردی نظیر جا زدن و در آوردن رولبرینگ ها به خصوص در مواردیکه انطباق باید تداخلی باشد، موجب تسهیل کار می شود. این نوع برینگها ضمن قابلیت در تحمل بارهای سنگین، قادر به چرخش با سرعتهای بالا نیز هستند. در یک نوع از آنها که شماره آن با حرف NU آغاز می شود، حلقه پایینی بدون لبه و قابل تفکیک شدن است و در نوع دیگر که با حرف N مشخص می شود، حلقه بالایی بدون لبه است. در مواردی نظیر انبساط طولی شافت در اثر حرارت، امکان جابجایی حلقه ها در امتداد محوری از ایجاد تنش جلوگیری می کند. در نوع دیگر که با NJ شروع می شود، حلقه داخلی در یک سمت دارای لبه است، لذا امکان تغییر مکان محوری از یک سمت وجود دارد. در سری که با NUP شروع می شوند، حلقه پایینی در یک سمت لبه یکپارچه و در سمت دیگر لبه جداشدنی دارد. این نوع طراحی باعث می شود که نخست برینگ قابل تفکیک را به راحتی نصب نموده و سپس با گذاشتن لبه شل در جلوی آن رولبرینگ را از دو طرف در امتداد محوری تثبیت کرد. می توان به جای لبه جداشدنی از حلقه گوشه دار Angle ring که با HJ مشخص می شود، استفاده نمود. مقدار ناهمراستایی مجاز در رولبرینگ سری 10، 2، 3 و 4، چهار دقیقه و در سریهای 22 و 23، سه دقیقه است. رولبرینگ های استوانه ای تا دمای 150ºc بدون تغییر بعد قابلیت کارکرد دارند. پنجره ساچمه آنها نیز در انواع پلی آمیدی، فولادی و برنجی بسته به هر سری اندازه تولید می شود.

بار حداقل Minimum load

حداقل باری که باید بر رولبرینگ وارد شود تا از مشکلاتی نظیر سر خوردن غلتک ها بر روی شیار خود اجتناب شود بدین ترتیب بدست می آید: بار شعاعی حداقل، Frm=N ضریب بار حداقل، Kr= برای رولبرینگ های سری 10 100= برای رولبرینگ های سری 4,3,2 150= برای رولبریگ های سری 22 200= برای رولبرینگ های سری 23 250= سرعت دورانی، n=r / min سرعت مبنای برینگ با روغن بر حسب r/min، این مقدار در جداول مشخصات رولبرینگ nr= داده می شود. قطر متوسط رولبرینگ، dm=mm, 0.5(d+D) در صورتیکه وزن قطعات مجاور برینگ و نیروهای خارجی به مقدار محاسبه شده از فرمول فوق الذکر نرسیدند، باید به طریقی این نیرو را بر رولبرینگ اعمال کرد.

بار دینامیکی معادل رولبرینگ Equivalent dynamic bearing load

وقتی از رولبرینگ های استوانه ای به عنوان رولبرینگ غیرثابت non-Locating استفاده شود و بار وارد بر آن فقط شعاعی باشد داریم: P=Fr Fr نیروی شعاعی است. در رولبرینگ هایی که در حلقه های داخلی یا بیرونی خود لبه دارند و باید شافت را از یک یا دو طرف موقعیت دهی کنند، داریم: Fa / Fr≤ e اگر P=Fr Fa / Fr> e اگر P=0.92Fr+Yfa نیروی محوری، Fa=N ضریب محاسبه e= برای برینگهای سری 4,3,2,10 0.2= برای برینگهای سری 23,22 0.3= ضریب بار محوری Y= برای برینگ های سری 4,3,2,10 0.6= برای برینگ های سری 23,22 0.4= رولبرینگ هایی که تحت بار محوری هستند، زمانی کارکرد رضایت بخش خواهند داشت که همزمان تحت بار شعاعی نیز باشند؛ لذا در سریهایی که با پسوند EC مشخص می شوند نسبت Fa/Fr نباید از 0.5 تجاوز کند و در سایر رولبرینگ ها این رقم به 0.4 می رسد.

بار استاتیکی معادل برینگ Equivalent static bearing load

در رولبرینگهایی که به طور استاتیکی تحت بار هستند: Po= Fr

ظرفیت تحمل بار دینامیکی در امتداد محوری Dynamic axial load carrying capacity

رولبرینگهایی که در حلقه داخلی یا بیرونی خود لبه دارند، می توانند علاوه بر بار شعاعی، بار محوری را نیز تحمل کنند. این ظرفیت بر اساس مقدار مقاومت در برابر نیروها در سطوح تماس غلتک ها با لبه ها محاسبه می شود و مقدار مجاز آن را می توان از فرمول ذیل با تقریب مناسب بدست آورد: حداکثر بار محوری مجاز، Fap= N بار استاتیکی مبنا بر حسب نیوتن، این مقدار در جداول مشخصات برینگها داده می شود Co=

بار شعاعی، Fr=N سرعت دورانی، n=r/min قطر سوراخ داخلی برینگ، d=mm قطر بیرونی برینگ، D=mm ضریب ثابت، جدول روبرو K1 = ضریب ثابت، جدول روبرو K2 = این فرمول با توجه به شرایط نرمال ذیل محاسبه شده است: – اختلاف دمای 60ºc بین رولبرینگ در حین کارکرد و محیط اطراف – انتقال گرمای معین از برینگ به مقدار 0.5 mw/mm2ºc نسبت ویسکوزیته K برابر 2 (این نسبت در مبحث روانکاری توضیح داده شده است) FaP محاسبه شده برای مواقعی است که رولبرینگ به طور ممتد تحت بار باشد. در مواقعی که بار به صورت منقطع یا لحظه ای Shock Loads باشد، می توان مقدار Fap را به ترتیب 2 برابر و 3 برابر کرد. مقدار بار محوری Fa که به طور ممتد بر رولبرینگ اعمال شود، نباید از مقدار عددی 1.2D2 (D قطر بیرونی رولبرینگ بر حسب میلیمتر) و بار لحظه ای از 3D2 تجاوز کند.

برینگهای پرغلتک استوانه ای Full complement cylindrical roller bearings

این رولبرینگها دارای حداکثر تعداد غلتک بوده و در اصل با عدم وجود قفسه تمامی فضایی که در سایر برینگها توسط قفسه اشغال می شود در آنها از غلتک پر شده است. ضخامت آنها نسبت به پهنایشان کم بوده که این خصوصیات موجب بالا بردن فوق العاده زیاد تحمل بار و در عین حال صرفه جویی در مقدار فضای مورد نیاز برای جا زدن رولبرینگ می شود. سرعت دورانی آنها مسلماً به انواع معمولی رولبرینگ ها نمی رسد و در چند نوع یک ردیفه و دو ردیفه و چند ردیفه تولید می شود. از آنجائیکه این نوع رولبرینگها دارای پنجره ساچمه نیستند، غلتک ها با یکدیگر در تماس مستقیم بوده که این امر موجب بالا رفتن اصطکاک و نیز اشکال در ایجاد لایه هیدرودینامیکی روانکار بین فاصله غلتک ها با یکدیگر می شود که تمامی این عوامل منجر به بالا رفتن سایش می گردد. جهت کاهش چنین اثرات زیانباری، معمولاً غلتک را تحت یک سری عملیات حرارتی شامل سخت کاری سطحی قرار می دهند. چنین رولبرینگهایی با پسوند B متمایز می گردند نظیر NJG 2310 BVH استفاده از رولبرینگ هایی که بدین ترتیب اصلاح شده اند، تحت شرایط ذیل توصیه می شود: – سرعت های بالا – روانکاری نامناسب – شتابهای دورانی یا شعاعی بالا در صورتیکه شرایط کاری از موارد فوق الذکر هم سخت تر باشد، می توان از رولبرینگهایی استفاده کرد که حلقه های آن نیز تحت عملیات سطحی قرار گرفته باشد. این نوع برینگها با پسوند B4 مشخص می شوند نظیر NJG 2310 B4VH. همانگونه که قبلاً گفته شد، این نوع رولبرینگها در انواع متنوع یک ردیفه و دو ردیفه تولید شده و نظیر رولبرینگ های استوانه ای معمولی ممکن است حلقه های داخلی یا بیرونی آنها حالات مختلفی از لحاظ داشتن لبه Flange دارا باشند. در بعضی از آنها استفاده از حلقه نگهدارنده retaining ring موجب یکپارچه نگه داشتن رولبرینگ می شود (بار محوری از سمت حلقه نگهدارنده نمی تواند بر رولبرینگ اعمال شود). نوع دیگر نظیر سری NNC، در حلقه بیرونی خود یک لبه یکپارچه و یک حلقه لبه دار Flange ring دارد. این سری می توانند بار محوری را در هر دو جهت تحمل کنند. در نوع دیگر که با NNF شروع می شود، حلقه داخلی دو تکه بوده و توسط یک حلقه نگهدارنده بهم متصل می شوند. در حلقه بیرونی خود جای خار داشته و در دو طرف کاسه نمد لاستیکی نیز دارند که با گریس لیتیمی مخصوص کارکرد در دمای -50ºc الی +110ºc پر شده اند. ولی محدوده دمایی کارکرد این سری رولبرینگ ها بین -40ºc الی +80ºc است. (به خاطر وجود کاسه نمد) در صورت عدم نیاز به کاسه نمد می توان توسط یک آچار پیچ گوشتی یا وسیله ای نظیر آن آنها را در آورد. مقدار ناهمراستایی مجاز در رولبرینگ های مورد بحث عبارتست از: 4 دقیق برای برینگهای سری 18 و 3 دقیقه برای برینگهای سری 22،23،29،30.

بار حداقل Minimum load

جهت اجتناب از مسائلی نظیر سرخوردن غلتک بر روی شیار، رولبرینگ همیشه باید تحت یک بار حداقل قرار داشته باشد که مقدار آن از این رابطه بدست می آید: بار شعاعی حداقل، Frm=N ضریب بار حداقل، Kr= برای برینگ های سری 18 100= برای برینگ های سری 48,29 200= برای بریگ های سری 49 250= برای برینگ های سری 30,22 300= برای برینگ های سری 23 350= برای بریگ های سری 3194 (00),NNF50 400= برای برینگ های سری 50 500= سرعت دورانی برینگ، n=r / min سرعت مبنای روغن بر حسب r/min، که در جداول مشخصات برینگ داده می شود nr= برای برینگ های سری NNF50 و 3194(00) داریم: نرخ سرعت nr= 1.3x قطر متوسط برینگ، dm=mm, 0.5(d+D) اگر وزن قطعات مجاور برینگ به همراه نیروهای خارجی به مقدار محاسبه شده از فرمول فوق الذکر نرسید، باید بطریقی این نیرو را بر برینگ اعمال کرد.

بار دینامیکی معادل رولبرینگ Equivalent dynamic bearing hoad

وقتی رولبرینگ غیر ثابت بوده non-locating و فقط بار شعاعی بر آن اعمال شود، داریم: Fr بار شعاعی است. P=fr درصورت داشتن لبه در حلقه های داخلی و بیرونی و تثبیت شافت از یک یا دو طرف: Fa / Fr≤ e اگر P=Fr Fa / Fr> e اگر P=0.92Fr+Yfa نیروی محوری، Fa=N ضریب محاسبه e= برای رولبرینگ های دو ردیفه 0.15= برای رولبرینگ های سری 18 0.2= برای سایر رولبرینگ های یک ردیفه 0.3= ضریب بار محوری Y= برای رولبرینگ های سری 18 0.6= برای رولبرینگ های دو ردیفه 0.53= برای سایر رولبرینگ های یک ردیفه 0.4= از آنجائیکه کارکرد مناسب رولبرینگ ها در مواقعی که تحت بار محوری قرار دارند، زمانی بهبود می یابد که همزمان تحت یک بار شعاعی نیز قرار داشته باشند، نسبت Fa/Fr در رولبرینگ های یک ردیفه نباید از 0.5 تجاوز کند و این مقدار در انواع دو ردیفه به 0.25 می رسد.

بار استاتیکی معادل برینگ Equivalent static bearing load

این مقدار در حالتیکه رولبرینگ تحت بار استاتیکی قرار دارد، عبارتست از: Po=Fr

ظرفیت تحمل بار دینامیکی در امتداد محوری Dynamic axial load carrying capacity

آن دسته از رولبرینگهایی که در حلقه های خود لبه دارند علاوه بر شعاعی، بار محوری را نیز متحمل می شوند. مقدر مجاز این بار با تقریب قابل قبول از این رابطه بدست می آید:

 

حداکثر بار محوری مجاز، Fap=N بار استاتیکی مبنا بر حسب نیوتن، که در جداول مشخصات رولبرینگها داده می شود Co= بار شعاعی، Fr=N سرعت دورانی، n=r/min قطر سوراخ داخلی برینگ، d=mm قطر بیرونی برینگ، D=mm ضریب ثابت، جدول روبرو K1 = ضریب ثابت، جدول روبرو K2 = این فرمول در مواردی صادق است که رولبرینگ بطور مداوم کار کند. در صورتیکه کارکرد آن در زمانهای منقطع و کوتاه باشد، مقدار بدست آمده را می توان در 2 ضرب نمود و در مواردیکه بار لحظه ایست می توان مقدار بدست آمده را سه برابر کرد. و نیز مقدار بار محوری Fa (بر حسب نیوتن) هیچ گاه نباید از مقدار عددی 1.2D2 (D قطر بیرونی رولبرینگ) تجاوز کند و این مقدار در مورد بارهای کوتاه مدت لحظه ای به 3D2 می رسد.