بلبرینگ تماسی زاویه ای چیست و چگونه کار می کند؟

بلبرینگ تماس زاویه ای چیست؟

یاتاقان تماسی زاویه ای نوعی از بلبرینگ یا رولبرینگ است که با راهروهایی طراحی شده است که در زاویه افست نسبت به محور بلبرینگ قرار گرفته اند و به آن اجازه پشتیبانی می دهند. بارهای شعاعی و محوری (تراست) به طور همزمان به جای تحمل تنها یک نوع بار مانند یک یاتاقان شیار عمیق استاندارد. این افست که زاویه تماس نامیده می شود، معمولاً از 15 درجه تا 40 درجه متغیر است و تعیین می کند که یاتاقان چقدر می تواند بار محوری را نسبت به بار شعاعی تحمل کند.

بلبرینگ تماس زاویه ای به طور خاص از گلوله ها به عنوان عنصر نورد استفاده می شود و رایج ترین شکل این نوع یاتاقان است که به طور گسترده در دوک های ماشین ابزار، پمپ ها و جعبه دنده ها استفاده می شود که در آن شفت ها نیروهای رانش ناشی از مش بندی چرخ دنده یا فشار سیال را در کنار بارهای شعاعی معمولی تجربه می کنند. یک بلبرینگ با a زاویه تماس 40 درجه می تواند تقریباً دو برابر بار محوری بار محوری با زاویه 15 درجه در همان اندازه یاتاقان تحمل کند، به همین دلیل است که انتخاب زاویه تماس صحیح اولین تصمیم در هر کاربرد است.

نحوه کار بلبرینگ های تماس زاویه ای

در داخل یک یاتاقان معمولی شیار عمیق، مسیرهای داخلی و خارجی به گونه ای در یک راستا قرار گرفته اند که تماس بین توپ و مسیر مسابقه مستقیماً در سراسر صفحه شعاعی اتفاق می افتد. در یاتاقان‌های تماسی زاویه‌ای، راهروها به‌طور نامتقارن زمین می‌شوند، بنابراین خطی که نقاط تماس را در قسمت‌های داخلی و خارجی به هم متصل می‌کند، زاویه‌ای نسبت به صفحه شعاعی بلبرینگ تشکیل می‌دهد.

چرا زاویه ظرفیت رانش را فعال می کند؟

از آنجایی که مسیر بار به صورت مورب از میان توپ عبور می کند و نه مستقیم در سراسر آن، بخشی از هر بار شعاعی به یک جزء نیروی محوری تبدیل می شود و برعکس یاتاقان می تواند در برابر بارهای محوری که شفت را به یک جهت فشار می دهد مقاومت کند. به همین دلیل است که یاتاقان های تماس زاویه ای تقریباً همیشه به صورت جفت یا مجموعه نصب می شوند، زیرا یک یاتاقان تنها در برابر رانش در یک جهت محوری مقاومت می کند.

محدودیت رانش یک جهته

یک یاتاقان تماس زاویه ای تنها می تواند بار محوری را حمل کند که شفت را به سمت سمتی که زاویه تماس "باز می شود" فشار می دهد. رانش معکوس پشتیبانی نمی شود، که دلیل اصلی جفت شدن این یاتاقان ها به صورت پشت به پشت یا رو در رو در مجموعه های واقعی است.

کلاس های زاویه تماس و ظرفیت بار آنها

سازندگان بلبرینگ های تماس زاویه ای را در چند کلاس زاویه تماس استاندارد تولید می کنند که هر کدام برای تعادل متفاوتی از سرعت و ظرفیت بار محوری مناسب هستند.

به عنوان یک قاعده کلی، زوایای تماس کمتر از سرعت بالاتر پشتیبانی می کند زیرا نیروی تماس کمتری به صورت محوری هدایت می‌شود و تولید گرما را کاهش می‌دهد، در حالی که زوایای تماس بالاتر، برخی از قابلیت‌های سرعت را با پشتیبانی بیشتر از بار رانش عوض می‌کنند.

پیکربندی بلبرینگ و ترتیبات نصب

از آنجایی که یک یاتاقان تماسی تک زاویه ای فقط نیروی رانش یک طرفه را کنترل می کند، سازندگان آن ها را در مجموعه های از پیش منطبق شده زمینی عرضه می کنند تا با فاصله داخلی صحیح در کنار هم قرار گیرند. پیکربندی انتخاب شده بر صلبیت، تحمل ناهماهنگی، و جهت‌های بار پشتیبانی می‌شود.

چیدمان پشت به پشت (DB) معمولاً برای دوک های ماشین ابزار ترجیح داده می شود زیرا فاصله مرکزی مؤثرتر بین دو بلبرینگ فراهم می کند. مقاومت قابل توجهی در برابر کج شدن شفت تحت بارهای لحظه ای در مقایسه با راه اندازی چهره به چهره.

یاتاقان های تماس زاویه ای در مقابل سایر انواع بلبرینگ

مهندسان اغلب بلبرینگ های تماس زاویه ای را با بلبرینگ های شیار عمیق و یاتاقان های غلتکی مخروطی مقایسه می کنند، زمانی که شفت باید بارهای شعاعی و محوری را تحمل کند.

بلبرینگ های تماس زاویه ای در یک زمین میانی عملی قرار دارند: آنها سرعت را تحمل می کنند تقریبا 20 تا 30 درصد بالاتر نسبت به یاتاقان‌های غلتکی مخروطی با اندازه مشابه به دلیل اصطکاک غلتشی کمتر، در حالی که هنوز بار رانش معنی‌داری را مدیریت می‌کند که یاتاقان‌های شیار عمیق نمی‌توانند به طور قابل اعتماد از عهده آن برآیند.

کاربردهای رایج بلبرینگ تماس زاویه ای

ترکیب ظرفیت شعاعی و رانش با عملکرد خوب در سرعت بالا، یاتاقان های تماس زاویه ای را به انتخاب استاندارد در چندین صنعت تبدیل می کند.

• دوک های ماشین ابزار - بلبرینگ های زاویه تماس 15 درجه به صورت جفت پشت سر هم از نیروهای برشی پشتیبانی می کنند و در عین حال دقت چرخشی مورد نیاز برای دقت زیر میکرونی را حفظ می کنند.
• توپی چرخ های جلو خودرو - بلبرینگ های زاویه تماس 40 درجه، بارهای رانش در پیچ ها را در کنار وزن خودرو کنترل می کند.
• پمپ‌ها و کمپرسورهای گریز از مرکز – یاتاقان‌های 25 تا 30 درجه، نیروی رانش محوری ایجاد شده توسط اختلاف فشار پروانه را مدیریت می‌کنند.
• گیربکس‌های با چرخ‌دنده‌های مارپیچ یا مخروطی - مجموعه‌های تماس زاویه‌ای، نیروی محوری ذاتی را که این نوع چرخ دنده‌ها در طول مش بندی ایجاد می‌کنند جذب می‌کنند.
• اتصالات بازوی رباتیک و میزهای دوار - یاتاقان های جفت شده استحکام لازم برای مقاومت در برابر گشتاورهای کج شدن در اتصال را فراهم می کند.

پیش بارگذاری و انتخاب کلاس دقیق

دو مشخصات اضافی نحوه عملکرد بلبرینگ تماس زاویه ای را پس از نصب مشخص می کند: سطح پیش بارگذاری و کلاس دقت.

پیش بارگیری کنید

اعمال یک بار داخلی کوچک و کنترل شده (پیش بار) هنگام نصب جفت بلبرینگ، بازی داخلی را از بین می برد و دقت چرخش را بهبود می بخشد. پیش بارگذاری سبک برای کاربردهای اسپیندل با سرعت بالا مناسب است، در حالی که پیش بارگذاری سنگین در جایی استفاده می شود که حداکثر استحکام بیشتر از حداکثر سرعت مهم است، مانند دوک های ماشین سنگ زنی.

کلاس دقیق

بلبرینگ ها بر اساس استانداردهای ISO یا ABEC درجه بندی می شوند، با ABEC 7 یا ABEC 9 (ISO P4/P2) کلاس‌ها برای کار با دوک با دقت بالا در نظر گرفته شده‌اند، در حالی که بلبرینگ‌های استاندارد ABEC 1 (ISO P0) برای گیربکس‌های صنعتی و پمپ‌هایی که دقت چرخشی شدید مورد نیاز نیست، کافی هستند.

بهترین روش های نصب و نگهداری

از آنجایی که مجموعه‌های بلبرینگ منطبق به صورت یک جفت زمین می‌شوند، جابجایی نادرست در حین نصب یکی از شایع‌ترین دلایل خرابی زودرس است.

1. هرگز یاتاقان ها را از مجموعه های همسان مختلف مخلوط نکنید، زیرا فاصله داخلی به طور خاص برای آن جفت زمین است
2. قبل از نصب، علامت‌های جهت‌گیری صحیح (اغلب یک فلش یا حرف روی حلقه بیرونی) را تأیید کنید، زیرا معکوس کردن یک یاتاقان در یک مجموعه پشت به پشت آن را به یک آرایش چهره به چهره ناخواسته تبدیل می‌کند.
3. با استفاده از آستین یا پرس، نیروی نصب را به طور یکنواخت در سطح حلقه داخلی اعمال کنید، هرگز مستقیماً روی توپ ها یا قفس ضربه نزنید.
4. بررسی کنید که تلورانس شفت و محفظه مطابق با توصیه‌های سازنده بلبرینگ است، زیرا یک سوراخ بزرگ محفظه می‌تواند بار پیش‌بار مورد نظر را کاهش دهد.
5. روغن کاری مجدد در فواصل زمانی مشخص شده توسط سازنده؛ یاتاقان‌های دوک با سرعت بالا اغلب به سیستم‌های روغن-هوا یا گریس مادام العمر به جای گریس کاری دستی دوره‌ای نیاز دارند.

داده های میدانی از سازندگان بلبرینگ به طور مداوم این را نشان می دهد تنظیم نادرست پیش بارگذاری سهم بزرگی از خرابی های اولیه یاتاقان دوک را به همراه دارد بیشتر از نقص مواد یا سایش معمولی است، به همین دلیل است که مراحل نصب با کنترل گشتاور به اندازه خود انتخاب بلبرینگ اهمیت دارد.

نحوه انتخاب بلبرینگ تماس زاویه ای مناسب

انتخاب بلبرینگ صحیح به تطابق زاویه تماس، پیکربندی و کلاس دقت با مشخصات بار و سرعت واقعی برنامه بستگی دارد.

• محاسبه نسبت مورد انتظار بار محوری به شعاعی. نسبت های بالای 0.5 معمولاً زاویه تماس 30-40 درجه را به جای 15 درجه می طلبد.
• هنگامی که مقاومت بار لحظه ای و صلبیت بیشترین اهمیت را دارد، نصب پشت به پشت (DB) را انتخاب کنید، و زمانی که انتظار می رود مقداری ناهماهنگی شفت وجود داشته باشد، رو به رو (DF) را انتخاب کنید.
• کلاس دقت را با الزامات دقت برنامه به جای پیش‌فرض با بالاترین کلاس موجود مطابقت دهید، زیرا دقت غیرضروری کم هزینه قابل‌توجهی را بدون مزیت عملکردی در مصارف صنعتی عمومی اضافه می‌کند.
• تأیید کنید که سرعت نامی یاتاقان (اغلب به صورت مقدار dn، قطر سوراخ ضربدر RPM بیان می شود) به راحتی از سرعت عملکرد برنامه بیشتر است.
• با تأمین‌کننده‌ای کار کنید که اسناد و مدارک منطبق بر مجموعه و علامت‌های جهت روشن را ارائه می‌دهد، زیرا نصب صحیح یاتاقان‌های بدون علامت یا نامتناسب در میدان سخت است.

درست کردن این انتخاب‌ها در مرحله طراحی، از مشکل بسیار گران‌تر تشخیص خرابی زودرس یاتاقان پس از اینکه یک دستگاه در حال حاضر در خدمت است، جلوگیری می‌کند.