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.

چگونه یک یاتاقان انتخاب کنیم رینگ خارجی اجزاء اصلی رینگ داخلی عضو غلتشی قفسه طراحی اجزاء نشان داده شده در شکل درانواع یاتاقان های غلتشی بسته به نوع کاربرد متفاوت هستند

چه نوع یاتاقان غلتشی انتخاب کنیم ؟ کروی ساچمه ساچمه استوانه ای ساچمه مخروطی غلتک بشکه ای غلتک بشکه ای مخروطی غلتک سوزنی

Types of bearing

چه نوع یاتاقان غلتشی انتخاب کنیم ؟ فاکتورهای اصلی تعیین کننده در انتخاب یاتاقان غلتشی برای کاربرد های مختلف نیروی شعاعی نیروی محوری سرعت نامیزانی دما

نیروی شعاعی

نیروی شعاعی a a a a a a b a: raceway b: lip ظرفیت تحمل بار شعاعی در یاتاقان به طول خط تماس بین عضو غلتان و رینگ بستگی دارد

نیروی محوری

نیروی محوری ظرفیت بار محوری یاتاقان به زاویه تماس عضو غلتان در محل تماس با رینگ بستگی دارد

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 نامیزانی استاتیک ممکن است در اثراستقرار نامناسب یاتاقان ها و یا عدم تراش محل یاتاقانها در یک مرحله بوجود آید.

نامیزانی دینامیک نامیزانی دینامیک در اثر ایجاد خیز در شافت در اثر نیروهای وارد برآن بوجود می آید.

انواع یاتاقان 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 رولر برینگ های شعاعی 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 رولر برینگ های محوری Thrust cylindrical roller bearing رولبرینگ استوانه ای کف گرد Thrust angular contact ball bearing بلبرینگ تماس زاویه ای کف گرد Thrust spherical roller bearing رولبرینگ بشکه ای کف گرد Thrust ball bearing بلبرینگ کف گرد

نامیزانی استاتیک - دینامیک

دما مناسب بودن یاتاقان برای کارکرد در دمای بالا علاوه بر طراحی یاتاقان ، به جنس ساچمه ها ، رینگ و قفسه نیز وابسته است.

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

طراحی قفسه 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 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

دمای کاری قفسه های پلی آمید 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

Cage design

Rolling Bearing Clearance لقی بین ساچمه ورینگ بیانگر مسیری است که رینگ یاتاقان می تواند در جهات شعاع یا محور در برابر رینگ دیگر حرکت کند. Gr Ga

لقی در یاتاقان های غلتشی 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

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.

استقرار تنظیم شده 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 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.

استقرار تنظیم نشده 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

aa = effective bearing spread Indirect mounting Measure of the rigidity of the bearing mounting 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

Roller Thrust Bearings Spherical Thrust Bearings Cylindrical Thrust Bearings Tapered Thrust Bearings Ken Youssefi

Linear Bearings

Bearings Roller bearing cam follower Spherical rod end Flanged V-Grooved Load runners (idler-rollers)

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) Fatigue failure consists of a spalling or pitting of the curved surfaces – crack initiates below the curved surface at the location of maximum shear stress, propagates to the surface causing surface damage. Spalling 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. – defines the number of revolution or hours of operation, at constant speed, in such a way that of the bearings tested (from the same group) will complete or exceed before the first evidence of failure develops. This is known as life. Rating Life L10 90% L10 = 500 (hours) x 33.33 (rpm) x 60 = 106 = 1 million revolutions For ball bearings and spherical bearings: For tapered bearings manufactured by Timken: L10 = 3000 (hours) x 500 (rpm) x 60 = 90 x 106 = 90 million revolutions – constant radial load that a group of bearings can carry for L10 life. Basic Dynamic Load Rating, C

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.

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 Two parameter Weibull distribution for tapered bearings C10 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. C10 = 14.3 kN 30 mm Bore deep groove bearing For 90% reliability Use 99% reliability, R = .99 = 23.7 kN Select a 35 mm bearing instead of 30 mm for 90% reliability Lnew D = LD / .22 = 5000 / .22 = 22,770 hours Ken Youssefi Mechanical Engineering Dept.

Design Life Suggestions and Load Factor Multiply design load by load factor.

Equivalent Radial Load P = XVFr + YFa P = equivalent load Fr = applied radial load (constant) Fa = applied thrust load (constant) X = radial factor Y = thrust factor V = rotational factor Specified by bearing manufacturer

Mechanical Engineering Dept.