رولبرینگ مخروطی چیست ؟

رولبرینگ های مخروطی در پایان قرن نوزدهم پیشرفت بزرگی داشته است ، زیرا بیرینگ های مورد استفاده در محورهای چرخ از زمان باستان تغییر چندانی نکرده اند. آنها از یک نشیمنگاه استوانه ای روی قاب و بخشی از محور محصور در یک محفظه یا جعبه ای كه مواد روان كننده را در خود جای داده بود ، تشکیل شده اند. به این ها بیرینگ های ژورنالی گفته می شود و به روانکار برای تشکیل بیرینگ مانع متکی هستند. بدون روانکاری کافی ، بیرینگ های ژورنالی به دلیل گرمای بیش از حد ناشی از اصطکاک خراب می شوند. رولر بیرینگ های مخروطی در ترکیب با روان کننده های مدرن بسیار مقاوم هستند و تقریبا به طور جهانی در کاربردهایی که شامل محورهای چرخان و شفت های انتقال است ، استفاده می شود. دوام بیرینگ به حدی است که این شفت ها برای صدها هزار کیلومتر کارکرد اغلب به هیچگونه نگهداری و تعمیر نیاز ندارند.

رولبرینگ مخروطی چیست ؟

مسیر غلتش حلقه داخلی و خارجی بخش هایی از مخروط ها هستند و غلطک ها به صورت مخروطی ساخته شده اند تا سطوح مخروطی مسیرهای غلتش و محورهای غلتکی در صورت پیش بینی ، همه در یک نقطه مشترک در محور اصلی بیرینگ قرار می گیرند. این هندسه باعث می شود که حرکت مخروط ها هم محور باقی بماند و هیچ حرکت لغزشی بین مسیرهای غلتش و قطر خارجی غلتک ها وجود نداشته باشد. این هندسه مخروطی یک وصله تماس خطی ایجاد می کند که اجازه می دهد بارهای بیشتری نسبت به رولبرینگ های کروی که دارای تماس نقطه هستند ، حمل شود. هندسه بدین معنا است که سرعت مماسی سطوح هر یک از غلتک ها همان مسیرهای غلتش آنها در کل طول وصله تماسی است و هیچ سایشی رخ نمی دهد.

رولرها توسط فلنج بر روی حلقه داخلی تثبیت شده و مهار می شوند ، در مقابل آنها انتهای بزرگ آنها سر می خورد. هرچه نیمی از زاویه های این مخروط ها بزرگتر باشد ، نیروی محوری بیشتری می تواند تحمل کند. رولربیرینگ های مخروطی به صورت یک مجموعه مخروطی و یک فنجان قابل جدا شدن هستند. مجموعه مخروط غیر قابل جدا شدن از حلقه داخلی ، غلتک ها و قفسی تشکیل شده است که غلتک ها را حفظ و به طور مساوی فاصله می دهد.

اجزای غلتنده این دسته از رولبرینگ ها به صورت رولرهای مخروطی است. آن ها یک خط ارتباطی مابین مسیر غلتش حلقه داخلی و حلقه خارجی دارند. این دسته از رولبرینگ ها جز بیرینگ های قابل تفکیک هستند و با توجه به نیازهای ابعادی ویژه ، البته در محدودیت های طراحی اولیه تهیه می شوند. آن ها همچنین در ابعاد متریک و اینچی در دسترس هستند. مجموعه رینگ داخلی و رولرها که به آن ها مخروط نیز گفته می شود ، را می توان از رینگ خارجی ( کاپ ) جدا کرد.

رولبرینگ های مخروطی حاوی یک حلقه داخلی ، حلقه بیرونی و تعدادی غلتک مخروطی هستند. به صورت جداگانه حلقه های بیرینگ داخلی و خارجی نیز مخروطی هستند و شبیه یک بخش مخروطی می باشند. رولبرینگ های مخروطی به دلیل برخورد زیاد با سطح ، قادر به تحمل بارهای محوری و شعاعی زیادی هستند. این دسته از رولبرینگ ها در مقایسه با سایر رولبرینگ ها دارای ویژگی های طراحی منحصر به فردی هستند. رولرها قطرهای انتهایی با دو اندازه متفاوت دارند ، از این رو ” غلتک های مخروطی ” نامگذاری شده اند.

مسیرهای غلتش که غلطک ها روی آن کار می کنند دارای یک سطح زاویه دار متناظر با غلتک های مخروطی هستند که باعث می شود این حلقه ها به قطعات مخروط شباهت داشته باشند. مسیر غلتش داخلی در واقع مخروط نامیده می شود ، در حالی که مسیر غلتش بیرونی به عنوان کاپ شناخته می شود. غلتک ها توسط قفسه جدا می شوند ، همچنین به عنوان نگهدارنده نیز شناخته می شوند که غلتک ها را از یک فاصله ثابت دور نگه می دارد و از چرخش صاف و حتی توزیع بار اطمینان حاصل می کند. غلتک ها خود به طور فعال با سطوح زاویه ای غلتک ها ، مخروط ها و کاپ ها تراز می شوند ، بنابراین قفسه عمدتا به فضای یکنواخت غلتک ها و حاوی آنها در یک مجموعه واحد عمل می کند. فلنج ها از خروج مجموعه غلتک و قفسه با سرعت بالا از مسیر بیرینگ خارج می شوند. از نظر تئوری اگر غلتک های مخروطی ، مخروط و کاپ به عنوان مخروط های هندسی برآورده شوند ، راس هر کدام در همان نقطه از محور اصلی بیرینگ قرار می گیرند.

اجزای رولربیرینگ های مخروطی

بارهای محوری و شعاعی

زاویه ای که از خط تماس بین کاپ و غلتک ها و محور سوراخ بیرینگ تشکیل شده است ، نوع باری را که بلبرینگ برای آن مناسب است تعیین می کند. هرچه زاویه بزرگتر باشد ، بیرینگ توانایی تحمل بارهای رانشی بهتری را دارد ، اما ظرفیت تحمل بارهای شعاعی به طور نسبی کاهش می یابد. بارهای محوری را فقط می توان برای بیرینگ های مجهز به یک ردیف غلتک مخروطی در یک جهت تحمل کرد.

بارهای فقط-محوری
مشابه انواع رولبرینگ ها ، رولبرینگ های مخروطی نیز در انواع رانش تولید می شود. در این حالت ، غلتک ها در پیکربندی قرار می گیرند که در آن محورهای آنها عمود بر محور سوراخ بیرینگ هستند. انتهای قطر بزرگتر هر غلتک نسبت به انتهای قطر کوچکتر فاصله بیشتری از سوراخ قرار دارد. هیچ مخروطی برای این پیکربندی استفاده نشده است ،بلکه دو کاپ منطبق و قفس حاوی بیرینگ های داخل مجموعه است.

ردیف های غلتکی چندگانه
از آنجا که رولربیرینگ های مخروطی که از یک ردیف غلتک استفاده می کنند ، فقط می توانند کف گرد محوری را در یک جهت قرار دهند ، تولید کنندگان ردیف های جفت شده غلتک را به صورت مجاور در بیرینگ قرار می دهند تا رانش در هر دو جهت محور بیرینگ تحمل شود. غلتک های دارای دو ردیف یا چهار ردیف رولبرینگ های مخروطی بیشتر متداول هستند. بیرینگ های دارای دو ردیف بر اساس نحوه جهت گیری غلتک ها و نحوه ساخت سایر اجزا طبقه بندی می شوند.

آن دسته از بیرینگ هایی که از دو جفت ردیف غلتکی مخروطی استفاده می کنند ، به دلیل قابلیت های تحمل بار دو طرفه استثنایی و همچنین تغییر مکان جهت گیری غلتکی ، ارزش گذاری می شوند. آنها اغلب در گردن غلتکی تجهیزات غلطکی استفاده می شوند. این نوع بیرینگ ها به طور معمول از دو مخروط دوتایی ، یک مسیر غلتش دو-کاپ ، دو مسیر غلتش تک-کاپ و فاصله دهنده های بیرینگ مرتبط ساخته می شوند. بیرینگ های چهار-ردیفه نیز با سوراخ باریک تولید می شوند ، به طوری که بر روی شفت ها قرار می گیرند. چنین طرح هایی ممکن است از ساختار معمول رولبرینگ مخروطی چهار ردیف منحرف شود.

قفسه رولربیرینگ مخروطی :

قفسه های رولبرینگ های مخروطی تا حدی متفاوت از قفسه های انواع بلبرینگ ها است. رایج ترین نوع قفسه که اجرا می شود قفسه نوع پین شده است. دو حلقه با اندازه های مختلف تراش داده می شوند ، یکی از آنها دارای یک سری پین است که از محیط آن امتداد یافته و غلتک ها روی آن نخ می شوند. حلقه دیگر به انتهای سنجاق ها جوش داده می شود تا غلتک ها و قفسه را در یک مجموعه واحد قرار دهد. قفسه های پلیمری بیشتر رایج است ، اما برخی از فلزات غیر آهنی نیز استفاده می شود. غلتک های بیشتر منجر به ظرفیت بار بالاتر می شود ، اما توانایی تحمل را در سرعت های بالا ، بارهای دینامیکی ، لرزش و کاهش سرعت کاهش می دهد.

روانکاری :

مانند همه انواع رولبرینگ ها ، روانکتری یک قسمت اساسی از عملکرد کارآمد بیرینگ است. در حالی که پتانسیل کشویی یا سایش غلطک در این نوع بلبرینگ به طور قابل توجهی کمتر از سایر بلبرینگ ها است ، روانکاری به کاهش اصطکاک بین غلتک ها و مسیرهای غلتش کمک می کند. روغن کاری همچنین باعث دفع گرما و کاهش صدای عملیاتی می شود. یک شیار حلقوی کوچک ممکن است برای کمک به تکثیر روان کننده ، دور کاپ بیرینگ را اجرا کند. از آنجا که رولبرینگ های مخروطی به راحتی جدا می شوند ، سوراخ های در دسترس روغن کاری اضافی مورد نیاز نیست ، اما گاهی اوقات به هر حال شامل می شوند.

روغن های مصنوعی غالبا در بیرینگ های خوش ساخت استفاده می شوند و برای RPM ( دور در دقیقه ) متوسط تا زیاد مناسب هستند. روغن های بر پایه نفت ، تحت تنش زیاد و سرعت بالا روغن کاری با کیفیت ارائه می دهند. روغن های معدنی نیز برای چرخش با سرعت بالا قابل قبول هستند. روغن های مبتنی بر سیلیکون در برابر حرارت زیاد محافظت می کنند و در برابر لاستیک خوردگی ندارند ، بلکه فقط در کاربردهای کم سرعت استفاده می شوند.
گریس ها برای RPM ( دور در دقیقه ) متوسط یا زیاد بهترین هستند. گشتاور پرسرعت بیرینگ چرب از بیرینگ روغنی کمتر است ، اما در سرعت های پایین این قضیه برعکس است.
غشاهای خشک هرگز روان کننده ای ایده آل نیستند ، اما در مواردی استفاده می شوند که روغن ها و گریس ها مناسب نباشند. استفاده از غشا و تولید پوسته پوسیده در حین کار دشوار است.

آب بند ( مهر و موم ) رولبرینگ مخروطی

آب بندی بیرینگ روشی موثر در جلوگیری از مشکل دار شدن بیرینگ توسط آلودگی های مختلف محیطی و رطوبت است. آب بندهای تماسی آنهایی هستند که اصطکاک را افزایش می دهند ، به این دلیل که اجزای آب بندی شده لاستیکی یا پلی اورتان مقداری لغزش در برابر بیرینگ چرخشی را تجربه می کنند. مهر و موم های غیر تماسی اصطکاک اضافی ایجاد نمی کنند و فاصله ای بین مهر و موم و بیرینگ باقی مانده است. مهر و موم های غیر تماسی از فولاد یا فلز سخت دیگر تشکیل شده اند و گاهی اوقات با گریس پر می شوند. غیرمعمول نیست که بیرینگ ها در کاربردهای فشار بالا دارای هر دو نوع آب بندی شده باشند.

ویژگی های رولبرینگ های مخروطی :

قابلیت حمل بار شعاعی زیاد و همچنین بارهای محوری یک ردیفه
مناسب برای کاربردهایی با سرعت کم تا متوسط
رولبرینگ های مخروطی دو یا چهار ردیفه در چیدمان بیرینگ های نورد در صنایع فولادسازی به کار می روند ، محدوده تولیدات را کامل می کنند. رولربیرینگ مخروطی به صورت آب بند وگریس زده شده نیز تولید می شوند.

طول عمر

هنگامی که اجزای بیرینگ شروع به پوسته پوسته شدن مواد می کنند ، بیرینگ خسته شده در نظر گرفته شده و تعویض فوری توصیه می شود. طول عمر را می توان بر اساس ISO 281 برآورد کرد. این استاندارد طول عمر بیرینگ را بر اساس 90% قابلیت اطمینان برای همه رولبرینگ ها تخمین می زند و متغیرهایی مانند مواد ، کیفیت ساخت ، انواع بار ، شرایط کار ، روغن کاری و آلودگی را در بر می گیرد.

دما

انبساط حرارتی اجزای بیرینگ اجتناب ناپذیر است ، اما گرمای بیش از حد می تواند توسط روان کننده ، مواد و ساخت مسیرهای غلتش ، قفسه ها و غلتک ها و سطح کلی سطح تخلیه شود. شرایط کار مختصر ، مانند راه اندازی بیرینگ یا بیرینگ تازه نصب شده ، ممکن است جهش دما را فراخوانی کند ، اما این تقریبا همیشه کاهش می یابد. این نتیجه انبساط حرارتی است که توسط اجزای بیرینگ تجربه می شود. هنگام انتخاب بلبرینگ برای تجهیزات دقیق باید دقت زیادی کرد.

سرعت

دمای بیرینگ تا حد زیادی سرعت عملیاتی را تعیین می کند. سرعت مرجع سرعتی است که در آن گرمای تولید شده و پراکنده شده توسط بیرینگ در تعادل است. سرعت حدی سرعتی است که بیرینگ در آن حالت می چرخد. سرعت حدی همیشه به اندازه سرعت مرجع نیست ، اما در صورت مقاومت مواد بیرینگ ها ، اصطکاک ناشی از هرگونه آب بند تماسی و روغن کاری استفاده شده گسترش یافته و مانع چنین عملیاتی نمی شود.

گشتاور

گشتاور بیرینگ را می توان به متغیرهای مختلفی نسبت داد مانند اندازه غلتک ، تعداد غلتک ، ترکیب قفسه ، تلرانس بیرینگ، نوع روان کننده و پر کننده و بار بیرینگ. گشتاور بیرینگ به سه دسته تقسیم می شود :

گشتاور شروع کننده به اندازه گیری گشتاور مورد نیاز برای شروع چرخش در یک مسیر غلتش بیرینگ است. این نسبتا از گشتاور در حال اجرا بیشتر است.
گشتاور متوسط در حال اجرا میانگین سطح گشتاور بیرینگ است که در یک دور در دقیقه ثابت است.
حداکثر گشتاور در حال اجرا حداکثر گشتاور تجربه شده توسط بیرینگ است ، اما تعیین آن دشوار است. این اندازه گیری سازگاری را برای دسته ای از بیرینگ ها فراهم می کند.
انحراف

انحراف بین رولبرینگ مخروطی و مسیرهای غلتش رخ خواهد داد. به طور خاص انتهای غلتک ها ممکن است شکل بیضوی تری داشته باشند. رولربیرینگ مخروطی کمتر از بسیاری از انواع دیگر بیرینگ ها منحرف می شوند ، بنابراین معمولا در ابزارهای ماشین آلات که به موقعیت دقیق شفت نیاز دارند ، استفاده می شود. انحراف کنترل شده رولبرینگ کف گرد مخروطی از اهمیت بالاتری برخوردار است ، زیرا توزیع بار در بیرینگ به سمت داخل حرکت می کند و باعث افزایش تنش تماس در طول نقاط خاص و سایش غلتک و مسیر غلتش می شود. موارد بسیاری وجود دارد که در آن پیش بار ، که اغلب توسط فنر تهیه می شود ، سختی بیرینگ را بهبود می بخشد و دقت عملکرد را بهبود می بخشد.

رولبرینگ مخروطی تک ردیفه
در طراحی چیدمان رولبرینگ های مخروطی یک ردیفه باید به مشخصه های خاص این بیرینگ ها توجه شود. به علت طراحی داخلی این بیرینگ ها ، آن ها را نمی توان به صورت تکی استفاده کرد و به بیرینگ مشابه دیگری نیاز دارد.

رولبرینگ مخروطی دو ردیفه
این دسته از رولبرینگ ها سفت بوده و قابلیت حمل بارهای سنگین را دارد. آن ها برای تطابق بارهای ترکیبی ( محوری و شعاعی ) مناسب بوده و می تواند شفت محوری را در هر دو جهت با فاصله محوری مشخص شده و یا پیش باز تعیین شده مستقر سازد. کاربرد اصلی آن ها در گیربکس ، تجهیزات بالابر ، نورد و ماشین های قابل استفاده در صنعت معدن و غیره می باشد.

رولربیرینگ مخروطی دارای پرفیل تماس لگاریتمی می باشند که منجر به توزیع بهینه تنش در سطح تماس رولرها و سطح غلتش می شود. طراحی خاص سطوح لغزش در لبه راهنما و انتهای بزرگ تر رولرها باعث منجر به توزیع مناسب روانکار و تشکیل فیلم روانکاری در محل تماس لبه و انتهای رولرها می شود.

برای چیدمان هایی که شرایط کارکرد سخت و محیط آلوده است و در شرایطی که بارهای سنگین وجود دارد و یا دما بالاست ، باید از رولبرینگ های مخروطی خاص مقاوم به سایش استفاده کرد. بعضی از بیرینگ های مخروطی یک ردیفه دارای رینگ خارجی فلنج دار می باشند. بیرینگ ها با رینگ خارجی فلنج دار را می توان به صورت محوری در نشیمنگاه ثابت کرده و چیدمان ساده ای را ایجاد کرد.

کاربرد رولبرینگ های مخروطی

موارد معمول استفاده از این رولربیرینگ مخروطی عبارتند از :

بیرینگ چرخ اتومات و همچنین در جعبه دنده ها ، سیستم های محوری و موتورها
شفت و شفت خطی ماشین آلات کشاورزی ماشین آلات کشاورزی
به عنوان غلتک استراحت ثابت ، تسطیح نوار یا در ترکیب با یک عنصر ریل
انتقال هلی کوپتر
پمپ های سوخت هواپیما