بلبرینگ های تماس زاویه ایANGULAR CONTACT BALL BEARINGS
هر قدر زاویه تماس بزرگتر باشد، قدرت تحمل بار محوری در برینگ نیز افزوده خواهد شد. حلقه های داخلی و بیرونی این نوع بلبرینگها نسبت به یکدیگر زاویه ای می سازند که امکان تحمل بارهای شعاعی و محوری همزمان را توسط آنها فراهم می کند. هر قدر زاویه تماس بلبرینگ بزرگتر باشد، قدرت تحمل بار محوری آن بیشتر می شود. تولیدات مختلف این بلبرینگ ها عبارتند از: بلبرینگ های تماس زاویه ای یک ردیفه Single row دو ردیفه double row و بلبرینگ های با چهار نقطه تماس Four Point Contact ball bearings.
بلبرینگ های تماس زاویه ای، یک ردیفه Single row angular contact ball bearings
این نوع بلبرینگ ها علاوه بر تحمل بار شعاعی، بار محوری را در یک جهت می توانند تحمل کنند. اعمال بار شعاعی بر بلبرینگ باعث ایجاد یک نیروی محوری نیز می شود که باید بطریقی مهار شود. به همین دلیل معمولاً این نوع بلبرینگها به صورت دوتایی بکار برده می شوند. بلبرینگ های تک ردیفه تماس زاویه ای معمولاً به دو صورت استاندارد تولید می شوند: گروه اول بدون پسوند در جلوی شماره اصلی خود برای مواقعی استفاده می شوند که بلبرینگ به صورت تکی در موقعیت خود نصب می شود. گروه دوم با پسوند CB در مواردیست که بلبرینگ به صورت دوتایی نصب می شود. این گروه که عموماً اندازه های بزرگ بلبرینگ ها را شامل می شود به گونه ای جهت مصارف عمومی با یکدیگر مطابقت داده شده اند. Universal matching که بعد از نصب به لقی دلخواه از پیش تعیین شده رسیده و توزیع بار بر روی آنها به طور یکنواخت صورت گیرد. در پسوند CB فوق الذکر، C نشان دهنده وجود لقی، B معرف مقدار آنست. لقی های کمتر با CC و بالاتر با CA مشخص می شوند. وجود بار اولیه در برینگ نیز با علامت GC, GB, GA مشخص می شود. استفاده از دو بلبرینگ تماس زاویه ای در یک محل همانگونه که قبلاً گفته شد به خاطر موقعیت دهی محوری شافت از دو سمت و نیز در مواقعی است که استفاده از یک برینگ برای مقدار بار اعمال شونده کافی نباشد. ترتیب قراردهی آنها می تواند به صورت: پشت سر هم Tandem جهت تحمل بار در یک سمت و توسط هر دو برینگ، روبرو face-to-face جهت تحمل بار از دو طرف و از هر طرف توسط یک برینگ،
پشت به پشت Back-to-Back جهت تحمل بار از دو طرف توسط یک برینگ باشد. حالت اخیر از استحکام بیشتری برخوردار بوده، برای تحمل بارهای ممان مناسب تر است.
طراحی ترتیب قراردهی برینگها Design of bearing arrangements
با توجه به مطالبی که قبلاً عنوان شد طراحی داخلی این نوع بلبرینگها به نحوی است که باید به صورت دوتایی بکار برده شوند. دو برینگ باید به گونه ای جفت شوند که بعد از نصب به لقی یا بار اولیه دلخواه برسند. تنظیم درست و انتخاب بار اولیه یا لقی صحیح در نحوه کارکرد برینگ تأثیر بسیار دارد. بعنوان مثال در صورت انتخاب لقی زیاد نمی توان از تمام توانایی برینگ در تحمل بار استفاده کرد و نیز استفاده از بار اولیه بیش از حد موجب بالا رفتن اصطکاک و گرما می شود. لازم به تذکر است که در بلبرینگ های تکه ردیفه تماس زاویه ای اگر رابطه Fa / Fr≥ ۱ (نسبت بار محوری به شعاعی) برقرار نباشد، بلبرینگ کارکرد مناسبی نخواهد داشت. در مورد بلبرینگ های دوتایی که به صورت روبرو یا پشت به پشت قرار گرفته اند باید متذکر شد که عدم اعمال نیرو به یک برینگ موجب بروز صدا، گسیختگی در لایه روانکار و افزایش تنش در قفسه می گردد. در صورت وجود چنین حالتی برینگها نباید دارای لقی باشند.
بار حداقل Minimum load
مقدار حداقل باری که بلبرینگ های مورد بحث همیشه باید تحت آن قرار داشته باشند تا از مسائلی نظیر لغزش ساچمه ها بر روی شیار بلبرینگ اجتناب شود، از این رابطه بدست می آید: برای برینگهایی که به صورت تکی یا به صورت پشت سر هم نصب می شوند برای برینگهایی که به صورت روبرو یا به صورت پشت به پشت نصب می شوند بار محوری حداقل، Fam=N بار شعاعی حداقل، Frm=N بار استاتیکی مبنا برای برینگهای تکی و دوتایی، Co=N ضریب بار حداقل محوری Ka= برای سریهای ۷۲BE 1.4= برای سریهای ۷۲B 1.2= برای سریهای ۷۳BE 1.6= برای سریهای ۷۳B 1.4= ضریب حداقل بار شعاعی Kr= برای بلبرینگ های سری ۷۲BE 80= برای بلبرینگ های سری ۷۲BE 95= برای بلبرینگ های سری ۷۳BE 90= برای بلبرینگ های سری ۷۳BE 100= ویسکوزیته روغن در دمای کاری، V=mm2/S سرعت ، n=r/min قطر متوسط برینگ، dm=mm, 0.5(d+D)= در صورتیکه وزن قطعات مجاور برینگ و نیروهای خارجی به اندازه نیرویی که از فرمول بالا بدست می آید، نرسد به طریقی باید نیروی محوری ایجاد کرد؛ مثلاً با تنظیم حلقه های داخلی و بیرونی نسبت به یکدیگر یا استفاده از فنر. برینگهای پشت به پشت یا روبرو باید تحت یک بار شعاعی نیز باشند.
بار دینامیکی معادل Equivalent dynamic bearing load
برای برینگهای تکی تا دوتایی پشت سر هم: Fa / Fr≤ ۱٫۱۴ اگر P=Fr Fa / Fr> 1.14 اگر P=0.35Fr+0.57Fa Fr بار شعاعی و Fa بار محوریست – برای برینگهای دوتایی به صورت پشت به پشت یا روبرو: Fa / Fr≤ ۱٫۱۴ اگر P=Fr+0.55Fa Fa / Fr> 1.14 اگر P=0.57Fr+0.93Fa
بار استاتیکی معادل Equivalent static bearing load
برای برینگهای تکی یا دوتایی پشت سر هم: Po= 0.5Fr+0.26Fa اگر Po بدست آمده در این حالت از Fr کوچکتر شد، اندازه Fr را در نظر می گیریم. برای بلبرینگ های دوتایی پشت به پشت یا روبرو: Po= Fr+0.52Fa
تعیین بار محوری در برینگهای تکی یا دوتایی پشت سر هم Determination of axial force bearings mounted singly or paired in tandem
همانگونه که در آغاز این مبحث گفته شد ،اعمال بار شعاعی به یک بلبرینگ با تماس زاویه ای موجب القای یک بار محوری نیز می شود که در محاسبات بارهای دینامیکی معادل باید در نظر گرفته شوند. معادلات لازم جهت محاسبه نیروی مورد بحث در جدول صفحه ۱۵۴ در چند حالت مختلف آورده شده اند. معادلات وقتی صادق هستند که مقدار لقی صفر باشد، و بار اولیه وجود نداشته باشد.
بلبرینگ های تماس زاویه ای، دو ردیفه Double row angular contact ball bearings
از نظر طراحی، این نوع بلبرینگ ها نظیر دو بلبرینگ تماس زاویه ای تک ردیفه است که به صورت پشت به پشت جفت شده باشند، فقط در مقایسه از پهنای آن کاسته می شود. این بلبرینگ ها قادر به تحمل بارهای شعاعی سنگین و بارهای محوری از هر دو جهت بوده و زاویه تماس در اکثریت آنها ۳۲º است. یک دسته از این نوع برینگها که با پسوند A مشخص می شوند، به علت عدم داشتن شیار ساچمه خور قادر به تحمل بار محوری از دو طرف است و پنجره ساچمه آنها پلی آمیدی (فیبری) است. نوع بدون پسوند دارای شیار ساچمه خور بوده و پنجره ساچمه آنها فولادی یا برنجی است. برینگهای با پسوند E به علت داشتن شیار ساچمه خور و نتیجتاً ساچمه بیشتر، دارای قدرت تحمل بار بالاتری هستند. بلبرینگ های مورد بحث کلاً با دو نوع کاسه نمد پلاستیکی و فلزی تولید می شوند و لقی داخلی آنها محوری است. پنجره ساچمه این نوع برینگها همانگونه که قبلاً گفته شد در سه نوع پلی آمیدی (فیبری) جهت کارکرد برای دماهای تا ۱۲۰ºc، فولادی و برنجی تولید می شوند.
نکته مهم در نصب Mounting instructions
در موقع نصب آن دسته از این نوع بلبرینگها که دارای شیار ساچمه خور هستند، باید بلبرینگ طوری نصب شود که بار محوری سنگین تر متوجه طرفی شود که شیار مزبور وجود ندارد.
بار حداقل Minimum load
حداقل باری که باید همیشه به این نوع بلبرینگها اعمال شود تا از مسائلی نظیر سرخوردن ساچمه بر روی شیار اجتناب شود، بدین طریق می آید: بار شعاعی حداقل، Frm=N ضریب بار حداقل، K= در برینگهای سری ۳۲ ۸۰= در برینگهای سری ۳۲A 60= در برینگهای سری ۳۲E 90= در برینگهای سری ۳۳ ۹۵= در برینگهای سری ۳۳A 70= در برینگهای سری ۳۳E 110= ویسکوزیته روغن در دمای کار، V=mm2/S سرعت بلبرینگ ، n=r/min قطر متوسط برینگ، dm=mm, 0.5(d+D) اگر وزن قطعات مجاور برینگ و نیروهای خارجی که به آن اعمال می شوند به نیروی محاسبه شده از فرمول فوق الذکر نرسید، باید به طریقی این نیرو را روی برینگ اعمال کرد.
بار دینامیکی معادل Equivalent dynamic bearing load
در بلبرینگ های تماس زاویه ای دو ردیفه با زاویه تماس ۳۲º داریم: Fa / Fr≤ ۰٫۸۶ اگر P=Fr+0.73Fa Fa / Fr> 0.86 اگر P=0.62Fr+1.17Fa Fa نیروی محوری و Fr نیروی شعاعی است.
بار استاتیکی معادل برینگ Equivalent static bearing load
در بلبرینگ های مورد بحث با زاویه تماس ۳۲º : Po= Fr+0.63Fa
بلبرینگ با چهار نقطه تماس Four – point contact ball bearings
شیار ساچمه این نوع بلبرینگها که در حقیقت یک نوع بلبرینگ تک ردیفه تماس زاویه ای است به گونه ایست که بلبرینگ را قادر به تحمل بار محوری از دو طرف می سازد. فضای محوری مورد نیاز برای نصب این نوع بلبرینگها کمتر از فضای مورد نیاز برای نصب بلبرینگهای دو ردیفه است. زاویه تماس این نوع بلبرینگ ها ۳۵º+ بوده و حلقه داخلی آنها دو تکه است که این امر امکان استفاده از تعداد ساچمه بیشتر و در نتیجه افزایش قدرت تحمل بار را فراهم آورده است. جهت جلوگیری از چرخش حلقه بیرونی در داخل محفظه، اندازه های بزرگ آنها را با دو جای خار تولید کرده اند (پسوند N2). مقدار ناهمراستایی مجاز در این برینگها بسیار محدود بوده (به اندازه بلبرینگ های شیار عمیق) و هر گونه ناهمراستایی منجر به افزایش صدای برینگ می شود. اگر این نوع بلبرینگ در یک کاربرد با برینگ شعاعی دیگر به گونه ای جفت شده باشد که مثل یک برینگ کف گرد باید عمل کند و نیز با لقی شعاعی در داخل محفظه نصب شده باشد، هیچ گونه ناهمراستایی مجاز نیست. لقی داخلی آنها از نوع محوری است. پنجره ساچمه آنها بیشتر برنجی بوده و بعضی از انواع آنها با پنجره ساچمه پلی آمیدی نیز تولید می شوند.
بار حداقل Minimum load
جهت جلوگیری از مسائلی نظیر سر خوردن ساچمه روی شیار خود، بلبرینگ باید همیشه تحت یک بار حداقل قرار داشته باشد که مقدار آن از این رابطه بدست می آید: بار محوری حداقل، Fam=N ضریب بار حداقل Ka= برای برینگ های سری QJ2 1.0= برای برینگ های سری QJ3 1.1= بار استاتیکی مبنا بر حسب نیوتن، این مقدار در جداول مشخصات برینگ داده می شود Co= سرعت دورانی ، n=r/min قطر متوسط برینگ، dm=mm, 0.5(d+D) اگر در حین کار چنین نیرویی به بلبرینگ وارد نشود، باید بطریقی نظیر استفاده از یک فنر این نیرو را روی بلبرینگ ایجاد کرد.
بار دینامیکی معادل Equivalent dynamic bearing load
این مقدار در بلبرینگ هایی که زاویه تماس آنها ۳۵º است عبارتست از: Fa / Fr≤ ۰٫۹۵ اگر P=Fr+0.66Fa Fa / Fr> 0.95 اگر P=0.6Fr+1.07Fa Fa نیروی محوری و Fr نیروی شعاعی است. لازم به تذکر است که کارکرد رضایت بخش برینگ وقتی حاصل می شود که ساچمه با هر حلقه در دو نقطه تماس داشته باشد و این وقتی حاصل می شود که رابطه Fa≥ ۱٫۲۷ Fr برقرار باشد. در حالتیکه این نوع بلبرینگ به عنوان یک برینگ کف گرد (برینگهایی که مخصوص تحمل بار محوری هستند) با برینگ شعاعی دیگر جفت شده و دارای لقی نیز باشد، بار دینامیکی معادل از این رابطه بدست می آید: P=1.07 Fa
بار استاتیکی معادل Equivalent static bearing load
در صورتیکه زاویه تماس ۳۵º باشد داریم: Po=Fr+0.58 Fa
