تفاوت بلبرینگ و رولبرینگ در چیست؟
در اتصالات محور های دوار در انواع مختلفی از ماشین آلات دینامیک صنعتی از نوعی یاتاقان برینگ Bearing استفاده می شود. هدف از بکارگیری برینگ ها اولا تعلیق مناسب تر بار و ثانیا جلوگیری از سایش مستقیم دو سطح فلزی بر روی یکدیگر می باشد که این هدف با بکارگیری ساچمه در ساختار برینگ ها میسر می شود. اما یاتاقان ها در شکل های مختلف با قابلیت های بسیار متنوعی تولید می شوند که هر یک برای عملکرد تحت زاویه مشخص، میزان بارگذاری مشخص و سرعت زاویه ای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند.
یاتاقان Bearing دارای اشکال هندسی مختلفی بوده که بلبرینگ ها، رولبرینگ ها، یاتاقان برینگ ها، یاتاقان های پیچ و مهره ای، بال اسکرو و حتی لاینر گاید نیز نمونه هایی از این اتصالات هستند. برای تحلیل انواع برینگ می بایست ابتدا به تحلیل انواع بار های وارده بر برینگ ها پرداخته و بر این مبنا در نهایت به مقایسه عملکرد بلبرینگ و رولبرینگ می پردازیم.
در ماشین آلات صنعتی انرژی جنبشی اغلب توسط شافت های دوار که حرکت دوار خود را یا در تماس با یک موتور الکتریکی و یا در تماس با یک موتور احتراق داخلی اغلب از نوع دیزلی دریافت می کنند پدید می آید. این شافت دوار می تواند در راستای افق، در راستای عمودی و یا بصورت اریب و زاویه دار قرار داشته باشد. در اتصالات این شافت ها که اغلب با سرعت زاویه ای بالایی اتصال داشته و به یک گیربکس متصل می شوند انواع برینگ ها اتصال پیدا می کنند که دسته بندی نوع بار آنها به قرار زیر است.
- شافت های افقی مولد بار های شعاعی : بخش عمده ای از شافت های صنعتی مانند شافت های اتصال چرخ، میل لنگ و غیر بصورت افقی قرار دارند و مولد بار های شعاعی هستند که از انواع بلبرینگ و رولبرینگ شعاعی در تعلیق این بار ها استفاده می شود.
- شافت های عمودی مولد بار محوری : در صنایع برای برخی از کاربری ها مانند دلر ها و دستگاه های حفاری که عمود بر سطح زمین عمل می کنند از شافت های عمودی استفاده می شود. این سری از شافت ها مولد بار های محوری در راستای محور شافت هستند و از انواع بلبرینگ و رولبرینگ محوری در تعلیق بار و کاهش اصطکاک استفاده می کنند.
- شافت های اریب مولد بار های ترکیبی: در صنایع و اتصالات برخی از ماشین آلات از شافت هایی با زاویه اریب استفاده می شود که نمونه آنها شافت ماشین های انتقال بتن است. البته بار های ترکیبی تنها در اتصال شافت های اریب پدید نمی آیند و در صورتیکه شافت با سرعت زاویه ای بسیار بالایی دوران نماید نیز این بار ها پدید می آیند و از بلبرینگ و رولبرینگ های ترکیبی در تعلیق این بار ها استفاده می شود.
مقایسه قابلیت های بلبرینگ و رولبرینگ
بلبرینگ ها نوعی از یاتاقان ها هستند که ساچمه های آنها تنها به شکل کروی Ball مورد استفاده قرار می گیرد. این در حالی است که در ساختمان رولبرینگ ها از شکل های مختلفی ساچمه مانند ساچمه های استوانه ای، بشکه ای، سوزنی و نیمه مخروطی نیز استفاده می شود. با این تعریف بلبرینگ در واقع نوعی از رولبرینگ است که دارای ساچمه های کروی شکل است.
شکل هندسی کروی ساچمه بلبرینگ ها مزایا و معایبی را نسبت به رولبرینگ ها به همراه دارد. مهمترین مزیت بلبرینگ ها به رولبرینگ ها درجه آزادی بالاتر ساچمه های آنها می باشد که سایش و اصطکاک جانبی کمتری را بالاخص در تعلیق بار های محوری و نوع کف گرد نسبت به رولبرینگ ها بوجود می آورد. از مهمترین معایب بلبرینگ ها نسبت به رولبرینگ ها تماس نقطه ای بین ساچمه های بلبرینگ و رینگ های بیرونی می باشد. تماس نقطه ای تمرکز تنش را در ساچمه ها بسیار بالا برده و این امر سبب می شود که محدودیت بارگذاری برای بلبرینگ ها بوجود آید. به بیان ساده در در اتصال شافت هایی که تنش های فشاری بسیار بالایی را پدید می آورند ساچمه گرد بلبرنیگ ها به سرعت دچار سایش و یا شکست می شود و ترجیح به استفاده از انواع رولبرینگ در اتصالات است چرا که تماس ساچمه های رولبرینگ بر روی رینگ ها بصورت خطی با تعلیق بهتر و تمرکز تنش کمتری صورت می پذیرد.
انواع بلبرینگ شعاعی و محوری
دسته بندی های یاتاقان برینگ ها به روش های مختلفی صورت می پذیرد که بر حسب شکل هندسی، نوع ساچمه، نوع بار تعلیقی و حتی برند می باشد. مهندسی ترین روش برای دسته بندی بلبرینگ ها با توجه به یکسان بودن شکل هندسی ساچمه های کروی در آنها بر حسب نوع باری است که تعلیق می کنند. از این منظر می توان دسته بندی های زیر را قائل شد.
- بلبرینگ شیار عمیق Deep groove ball bearing : پر مصرف ترین نوع بلبرینگ های صنعتی می باشد که برای تعلیق بار های شعاعی در اتصال شافت های افقی به میزان متوسط با سرعت زاویه ای متوسط بکار می رود. در اتصالات جرثقیل های سقفی، دستگاه های تراش، CNC و حتی در اتصالات ابزار آلات دستی ساختمانی از این دسته برینگ استفاده می شود.
- بلبرینگ تماس زاویه ای Angular contact bearing: این دسته از بلبرینگ ها برای تعلیق بار های ترکیبی که در اتصال شافت های افقی با سرعت زاویه ای بالا پدید می آیند مورد استفاده قرار می گیرند. بلبرینگ های تماس زاویه ای بارهای شعاعی را در تمامی جهات و بار های محوری را تنها در یک جهت تعلیق می کنند. این نوع قابلیت تعلیق در بلبرینگ تماس زاویه ای به سبب شکل هندسی قفسه نگهداری ساچمه ها و یا طراحی خاص رینگ های بیرونی پدید می آید.
- بلبرینگ کف گرد Thrust ball bearing: این دسته از بلبرینگ ها از نوع محوری در اتصال شافت های عمودی مورد استفاده قرار می گیرند. قرار گیری تمامی ساچمه ها در ارتفاعی برابر در ساختمان بلبرینگ کف گرد قابلیت تعلیق میزان بسیار زیادی از بار را پدید می آورد. بلبرنیگ های کف گرد اغلب برای تعلیق بار بالا در سرعت زاویه ای متوسط و پایین طراحی می شوند.
- بلبرینگ خود تنظیم Self aligning ball bearing: نوعی مدرن از بلبرینگ های شعاعی می باشد که متشکل از دو ردیف ساچمه بوده و قابلیت تطابق زاویه اتصال حتی در صورت انحراف از محور را پدید می آورد. بلبرنیگ های خود تنظیم وزن و قیمت بالاتری نسبت به بلبرینگ های دیگر دارند.
انواع اشکال ساچمه رولبرینگ
رولبرینگ ها یکی از قدرتمند ترین نوع اتصالات صنعتی هستند که بیشترین قابلیت بارگذاری را دارند. از همین روست که در ماشین آلات صنعتی سنگین مانند ماشین های راهسازی و معدنی که گاهی وزن آنها از 200 تن نیز بالا می رود در نقاطی که با تنش های فشاری و سایشی بالایی روبرو هستند مانند قسمت چرخ و زیر بندی از رولبرینگ استفاده می شود. انواع رولبرینگ تحت تاثیر شکل های هندسی مختلف ساچمه ها، کونس و رینگ و طراحی پدید می آیند که اغلب با توجه به تنوع در شکل هندسی ساچمه ها رولبرینگ ها بر حسب شکل ساچمه دسته بندی شده و به قرار زیر هستند.
- رولبرینگ استوانه ای Cylindrical roller bearing: یکی از قدرتمند ترین نوع رولبرینگ های صنعتی می باشد که اغلب بصورت شعاعی مورد استفاده قرار می گیرد. نمونه های از رولبرینگ های استوانه ای بصورت کف گرد نیز وجود دارند اما اغلب دارای درجه آزادی محدودی هستند. تماس خطی ساچمه های استوانه ای نسبت به بلبرینگ ها قابلیت تعلیق میزان بالایی از بار را فراهم می آورد.
- رولبرینگ مخروطی Tapered roller bearing: یکی از مدرن ترین و پر کاربرد ترین نوع رولبرینگ های صنعتی است. رولبرینگ مخروطی که برای اولین بار توسط برند تیمکن TIMKEN معرفی گردید قابلیت تعلیق بار های شعاعی در تمامی جهات و بار های محوری تک جهت را دارد. کاربری رولبرینگ مخروطی در ماشین آلات صنعتی مانند گیربکس ها بسیار گسترده است.
- رولبرینگ بشکه ای Spherical roller bearing: برای غلبه بر مشکلات عمومی رولبرینگ ها مانند درجه آزادی کمتر و مشکلات بلبرینگ ها مانند تماس نقزه ای ساچمه و رینگ رولبرینگ های بشکه ای پدید آمدند. برای اولین بار برند معتبر SKF آلمان بود که به تولید و استفاده از رولبرینگ های بشکه ای چه از نوع شعاعی و چه از نوع محوری پرداخت. ساچمه بشکه ای سطح متوسطی از قابلیت های بلبرینگ و رولبرینگ را بصورت یکجا فراهم می آورد.
- رولبرینگ سوزنی Needle Bearing: در واقه نوعی از ساچمه های استوانه ای می باشد. رولبرینگ سوزنی به سبب قطر کم ساچمه حجم بسیار اندک، وزن پایین و قیمت مناسب تری نسبت به رولبرینگ های استوانه ای دارد. کاربری رولبرینگ های سوزنی در ابزار دقیق اندازه گیری، صنایع هوا فضا و نظامی بسیار گسترده است.
برند های تولید کننده انواع بلبرینگ و رولبرینگ
تشخیص کیفیت انواع برینگ با توجه به مشخصات مکانیکی و فنی عملا برای تمامی کاربران میسر نیست. خواندن اطلاعات فنی و مقایسه این مشخصات نیاز به دانش کافی از علم مکانیک و حتی متالورژی داشته و در حیطه کاری اغلب کاربران ماشین آلات صنعتی نمی باشد. از این رو اولین و ساده ترین روش برای اطمینان از کیفیت بلبرینگ و رولبرینگ انتخاب برند مناسب تولید کننده این محصولات صنعتی است. با توجه به گستردگی بسیار زیاد کاربری یاتاقان برینگ ها برند های مختلفی در سطح گسترده در دنیا به تولید این قطعه صنعتی می پردازند که برخی پیشگام و تبیین کننده استاندارد ها و برخی دیگر تنها پیرو هستند. در زیر به معرفی معتبر ترین برند های تولید کننده بلبرینگ و رولبرینگ می ردازیم.
- بلبرینگ SKF آلمان : این برند در واقع برندی سوئدی می باشد اما به سبب تولید تحت استاندارد و لیسانس آلمان به برند آلمانی مشهور است. برند بلبرینگ و رولبرینگ SKF از پیشگامان طراحی و تبین استاندارد ها و اولین تولید کننده رولبرینگ بشکه ای در دنیا می باشد.
- بلبرینگ TIMKEN آمریکا : این برند در سطح دنیا به تولید انواع بلبرینگ و رولبرینگ های اینچی استاندارد ASTM شناخته می شود. پر مصرف ترین محصول برند تیمکن رولبرینگ های مخروطی می باشد که توسط همین برند معرفی و ثبت گردیده است.
- رولبرینگ INA : محصولی دیگر از کشور آلمان و از زیر مجموعه های شوفلر می باشد. رولبرینگ های این برند صنعتی بالاخص در نوع رولبرینگ استوانه ای و سوزنی در ماشین آلات سنگین کاربری گسترده ای دارد.
- بلبرینگ FAG آلمان: از دیگر برند های زیر مجموعه کمپانی معظم شوفلر آلمان می باشد. بلبرینگ FAG بر روی بسیاری از ماشین آلات صنعتی تولید کشور آلمان اتصال پیدا کرده دارای قابلیت های تنسایل و سختی بسیار بالایی است.
- بلبرینگ NTN: محصولی از کشور ژاپن می باشد که دارای محصولاتی با گستردگی بسیار بالا و متنوع در ابعاد و استاندارد ها می باشد. بلبرینگ NTN در جعبه هایی به رنگ سفید و آبی روشن عرضه شده و دارای روانکاری بسیار ایده آلی است.
- بلبرینگ و رولبرینگ NSK: یکی دیگر از محصولات ژاپنی می باشد که بکارگیری گریس هایی با کیفیت بسیار بالا و روانکاری مناسب بالاخص برای یاتاقان های تولیدی آن زبان زد می باشد.
- بلبرینگ KOYO ژاپن: این برند که علاوه بر برینگ به تولید بسیاری قطعات هیدرولیکی و پنوماتیکی نیز مبادرت دارد به تولید یاتاقان برینگ های میلیمتری مطابق با استاندارد های جهانی می پردازد.
- بلبرینگ ناچی NACHI: از دیگر برند های ژاپنی تولید کننده انواع یاتاقان برینگ در دنیا محسوب می شود. بسیاری از بلبرینگ های مینیاتوری مصرفی در ابزار آلات دقیق و تجهیزات حساس نظامی و فضایی با این برند مورد استفاده قرار می گیرند.
