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 الیه از روغن منتقل می گردد

طراحی اجزاء نشان داده شده در شکل درانواع یاتاقان های غلتشی بسته به نوع کاربرد متفاوت هستند

اجزاء اصلی

چگونه یک یاتاقان انتخاب کنیم

رینگ خارجی

رینگ داخلی

عضو غلتشی

قفسه

ساچمه استوانه ای ساچمه مخروطی ساچمه کروی

غلتک سوزنیغلتک بشکه ای مخروطیغلتک بشکه ای

چه نوع یاتاقان غلتشی انتخاب کنیم ؟

فاکتورهای اصلی تعیین کننده در انتخاب یاتاقان غلتشی برای کاربرد های مختلف

چه نوع یاتاقان غلتشی انتخاب کنیم ؟

نیروی شعاعی

نیروی محوری

سرعت

نامیزانی

دما

نیروی شعاعی

نیروی محوری

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

دارد

نیروی محوری

نیروی تحت زاویه

FRیک نیروی تحت زاویه را می توان به دو مولفه شعاعی

تجزیه کردFAو محوری

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 ممکن است در اثراستقرار نامناسب یاتاقان ها و یا عدم تراش محل یاتاقانها

در یک مرحله بوجود آید.

نامیزانی استاتیک

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

نامیزانی دینامیک

Thrust ball bearingبلبرینگ کف گرد

Thrust angular contact ball bearing

بلبرینگ تماس زاویه ای کف گرد

Thrust cylindrical roller bearing

رولبرینگ استوانه ای کف گرد

Thrust spherical roller bearing

رولبرینگ بشکه ای کف گرد

یاتاقان های شعاعیبلبرینگ های شعاعی

رولر برینگ های شعاعی

Deep groove ball bearing

بلبرینگ شیار عمیق

Ancular contact ball bearingSingle row douple row

بلبرینگ تماس زاویه ای

Four point ball bearingبلبرینگ با

تماس چهارنقطه ای

Self aligning ball bearingبلبرینگ خود

میزان

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

انواع یاتاقان

رولر برینگ های محوری

دینامیک - استاتیک نامیزانی

مناسب بودن یاتاقان برای کارکرد در دمای باال عالوه بر طراحی یاتاقان ، به جنس ساچمه ها ،

رینگ و قفسه نیز وابسته است.

دما

دما

محدوده دمای عملکرد مجاز جهت اجزاء یاتاقان

150°Cبدنه فوالدی یاتاقان

300°Cقفسه برنز / فوالد

120°Cقفسه – پلی آمید

110°Cقفسه – فنلیک

110°C NBR – آب بند الستیک

300°Cگرد گیر

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

معموال\ از ورق های فوادی قفسه های پرسی : 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 کامال\

اقتصادی هستند.

این قفسه ها از قفسه های صلب: برنز،فوالد،فلزات سبک ،رزین های فنولیک با پوشش الیاف مصنوعی،پالستیک های تزریق شده و یا مواد زینتر شده ساخته می شوند.

طراحی قفسه

قفسه پرسیJ

قفسه پرسیJN

قفسه ماشینکاری شدهM

قفسه ماشینکاری شدهMP

قفسه ماشینکاری شدهM

قفسه پرسیJPA

قفسه ماشینکاری شدهM1

قفسه ماشینکاری شدهTV

قفسه ماشینکاری شدهTVP

قفسه ماشینکاری شدهTVP

طراحی قفسه

دمای کاری قفسه های پلی آمید

-C 40° حد پایین

+C 120 ° حد باال

+C 150 ° ساعت(5 چند ساعت )حدود

+C 180 ° تحمل دمای باال برای چند دقیقه

+C 255 ° نقطه دوب

دمای کار مداوم

طراحی قفسه

لقی بین ساچمه ورینگ بیانگر مسیری است که رینگ

یاتاقان می تواند در

جهات شعاع یا محور در برابر

رینگ دیگر .حرکت کند

Rolling Bearing Clearance

Gr

Ga

لقی داخلی در یاتاقانهای مستقر با یاتاقانهای غیر مستقر کامال\ 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

لقی در یاتاقان های غلتشی

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

دقیقا\ مساوی نیست.

گرم شدن محور حین کارکرد نیز موجب تغییر فاصله می گردد. این اختالف فاصله معموال\ در

floating یاتاقان شناور)غیر مستقر(bearing. .جبران می گردد

محور را بلحاظ locating bearingیاتاقان مستقر 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

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.

در رولبرینگ های استوانه

NJای نوع لقی مورد

حتی Sنیازدرصورت

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

استقرار تنظیم نشده

aa = effective bearing spread

Measure of the rigidity of the bearing mounting

Indirect mounting

Direct mounting

Roller BearingsSpherical 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

Ken Youssefi

Roller Thrust BearingsSpherical Thrust Bearings

Cylindrical Thrust Bearings

Tapered Thrust Bearings

Linear Bearings

Bearings

Load runners (idler-rollers)

Roller bearing cam follower

Flanged V-Grooved

Spherical rod end

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

Failure criterion – spalling or pitting of an area of 0.01 in2,

– crack initiates below the curved surface at the location of maximum shear stress, propagates to the surface causing surface damage.

Spalling

Bearing Life

Life – number of revolution or hours of operation, at constant speed, required for the failure criterion to develop.

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

– 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%

– 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.

Ken Youssefi

Bearing ReliabilityIf 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.

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.

C10

Ken Youssefi Mechanical Engineering Dept.

ExampleSelect 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

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.