راهنمای کامل جنس انواع بلبرینگ ها

جنس بلبرینگ

از بلبرینگ ها می توان در کاربردهای مختلفی استفاده کرد ، از فناوری پزشکی و هوافضا گرفته تا تجهیزات بسته بندی ، وسایل الکترونیکی ، فناوری اداری و حتی بازی های یویو بچه گانه سطح بالا. از آنجا که این اجزا در جنس های مختلفی موجود هستند و هرکدام دارای مجموعه ای از ویژگی ها و مزایای خاص خود هستند. بررسی بین مزایا و معایب نوع خاصی از بلبرینگ ها می تواند به بخشی مهم از روند طراحی تبدیل شود. سه جنس اصلی بلبرینگ ها شامل استیل و سرامیک و پلاستیک است. در حالی که هر بلبرینگ از چهار قسمت اصلی تشکیل شده است – یک مسیر غلتش بیرونی ، یک مسیر غلتش داخلی ، یک قفسه و ساچمه – هر کدام دارای ویژگی ها و مزایای خاص خود هستند.

آشنایی با جنس بلبرینگ ها :

بلبرینگ های استیل

بلبرینگ های استیل تا حدی به دلیل اینکه یک فناوری قدیمی هستند ، یک راه حل قابل اعتماد برای بسیاری از مهندسان طراحی است. به طور معمول این نوع بلبرینگ ها از قطعات تمام استیل تشکیل شده اند ، اما با انواع مختلف مسیر غلتش و ساچمه های فولادی یا با قفس فنلی در دسترس هستند.

جنس بلبرینگ استیل برای کاربردهای قوی که بارهای بسیار زیاد و چرخش های سریع در دقیقه ( RPM ) را تحمل می کنند و بعضی از آنها دارای ظرفیت بار شعاعی تا ۳۰۰۰۰ پوند هستند، بسیار ایده آل می باشد.

یکی دیگر از مزایای آن این است که بلبرینگ های استیل به دلیل فاصله داخلی که می توان بدست آورد ، دقیق تر هستند. با این حال ، بلبرینگ های استیل دارای معایبی هستند. آنها سنگین ، پر سر و صدا بوده و بسته به درجه فولاد ، مقاومت شیمیایی ندارند.

آنها نیاز به روغن کاری مداوم دارند که به معنی زمان و هزینه صرف شده برای نگهداری است. استیل در محیط های مرطوب یا خیس ونمناک نیز در معرض خوردگی است. به علاوه در کاربردهای پزشکی ، خاصیت مغناطیسی آن می تواند مشکلاتی جدی ایجاد کند. علاوه بر این ، تعداد تولیدکنندگان بلبرینگ فولادی به قدری زیاد است که قیمت ها می توانند بسیار متفاوت باشند ، از ارزان تا بسیار پرهزینه. این می تواند به عنوان یک مزیت یا ضرر تلقی شود.

جنس بلبرینگ سرامیکی

معمول ترین نوع بلبرینگ سرامیکی اغلب ” پیوندی ” در نظر گرفته می شود ، که نشان دهنده این است که مسیر غلتش بیرونی و داخلی و قفسه بلبرینگ از فولاد تشکیل شده در حالی که ساچمه ها از سرامیک ساخته شده اند. مواد سرامیکی باعث می شود که بلبرینگ با حفظ دمای کارکرد خنک تر و همزمان کاهش صدا و لرزش ، سریع تر کار کند. بلبرینگ های سرامیکی نسبت به بلبرینگ های استیل مقاومت در برابر خوردگی ، سختی و وزن سبک تری دارند.
ضرایب کمتر و دور در دقیقه بالاتر نیز امکان پذیر است و از آنجا که غیر رسانا هستند ، از بلبرینگ های سرامیکی می توان در کاربردهای الکتریکی استفاده کرد. به علاوه ، بیشتر بلبرینگ های سرامیکی می توانند در دمای حداکثر ۱۸۰۰ درجه فارنهایت کار کنند.

با این مزایا ، جنس بلبرینگ سرامیکی یک راه حل جذاب است. با این حال ، این نوع از بلبرینگ ها بسیار گران بوده که خود یک دلیل قوی برای جستجوی یک راه حل جایگزین است.

بلبرینگ های پلاستیکی
در حالی که بلبرینگ های پلاستیکی یک فناوری جدیدتر هستند ، اما مزایایی دارند که توسط بلبرینگ های استیل یا سرامیکی ارائه نمی شوند. بلبرینگ های پلاستیکی از مسیرهای غلتش کاملا پلاستیکی و یک قفسه پلاستیکی تشکیل شده اند و به طور معمول با انتخاب سه نوع ساچمه مختلف در دسترس هستند : پلاستیکی ، شیشه ای یا فولاد ضد زنگ. انتخاب مواد اغلب به محیطی که از بلبرینگ در آن استفاده خواهد شد ، بستگی دارد. جنس بلبرینگ پلاستیکی در شرایطی که صدا و وزن بسیار حیاتی است ، بهترین گزینه بوده در حالی که ساچمه های شیشه ای دارای خاصیت مغناطیسی کمتری نسبت به ۳۱۶ گلوله های ضد زنگ هستند.

ساچمه شیشه ای در صورت نیاز به محلول بدون فلز ایده آل هستند. ساچمه های فولادی ضد زنگ مقرون به صرفه ترین انتخاب هستند اما وزن آنها بیشتر از پلاستیک و شیشه است. با این حال ، در مقایسه با ساچمه های فولادی ، آنها هنوز هم یک مزیت وزن قابل توجهی دارند. از هر تنظیماتی که باشد ، بلبرینگ های پلاستیکی برای کاربردهایی با سرعت نرمال تا زیاد ایده آل بوده و دارای تعدادی ویژگی جذاب هستند. به لطف ساختار پلاستیکی ، این دسته از بلبرینگ ها خاصیت خود روانکاری دارند ، در برابر خوردگی مقاوم هستند و عملکردی آرام دارند. یکی دیگر از مزایای آن سبک بودن آنهاست : در حالی که یک بلبرینگ سرامیکی تقریبا یک سوم وزن مشابه مدل استیل را دارد ، وزن یک ساچمه پلیمری از هر سه نوع وزن کمتر است. با این حال ، مواردی وجود دارد که نباید از بلبرینگ های پلاستیکی استفاده شود ، از جمله برنامه هایی با بار زیاد یا دمای طولانی مدت بیش از ۳۰۰ درجه فارنهایت.

یکی از مهم ترین مشکلات هنگام کار با ماشین های دینامیک ، اصطکاک است. افزایش اصطکاک منجر به روند کندتر و عملکرد ناکارآمد می شود. همچنین ممکن است در اثر تماس مکرر فلز با فلز بین سطوح ، به دستگاه آسیب برساند. با استفاده از مواد روان کننده می توان اصطکاک را برطرف کرد ، اما حتی روان کننده ها نیز راه حل بسیار کارآمدی نیستند. متناسب با کاربرد خاصی باید از روان کننده مناسب استفاده شود ، در غیر اینصورت موثر نخواهد بود. علاوه بر این ، روان کننده ها نیاز به تعویض مکرر دارند و برای جلوگیری از آلودگی های محیطی ، باید دفع آنها به درستی انجام شود. این نکات منفی توسط یک گزینه دیگر – بیرینگ ها – برطرف می شود.

بیرینگ ها مجموعه های مکانیکی هستند که به ماشین آلات اجازه می دهند بارهای سنگین را با کارایی و سهولت حمل کنند و ضمن کاهش اصطکاک با سرعت بسیار بالا در حرکت خطی یا چرخشی حرکت کنند. عملا تمام برنامه های مربوط به قطعات متحرک از یک یا چند بیرینگ استفاده می کنند. آنها تقریبا در همه سیستم ها ، از پنکه های سقفی گرفته تا ماشین گرفته تا ماشین آلات صنعتی ، نقشی اساسی دارند. صنایع مختلفی برای تولید اجزای مختلف بلبرینگ از مواد مختلفی استفاده شده است. این مواد بیرینگ به منظور دستیابی به خصوصیات مطلوب جهت به حداکثر رساندن عمر و عملکرد بیرینگ ، تحت عملیات حرارتی و فرآیندهای مختلفی قرار می گیرند.

جنس بلبرینگ فلزی

فولاد کروم SAE 52100
رولر ، ساچمه و رولبرینگ مخروطی معمولا از فولاد بیرینگ کروم SAE 52100 ساخته شده است. این ماده دارای مقاومت عالی در برابر سایش و سختی Rockwell حدود ۶۴ HRC است. بلبرینگ های ساخته شده از فولاد کروم می توانند در دمای حداکثر ۱۲۰ درجه سانتیگراد کار کنند و پس از عملیات حرارتی ، حتی می توانند تا ۲۲۰ درجه سانتیگراد نیز برسند. با این حال ، یک عیب بلبرینگ های فولادی کروم ، محتوای کم کروم است که آنها را مستعد خوردگی می کند.

فولاد ضد زنگ AISI 440C
جنس بلبرینگ های فولاد ضد زنگ دارای محتوای کروم بالاتر ( حداکثر ۱۸ درصد ) هستند که آنها را از نظر مقاومت در برابر خوردگی ، نسبت به SAE 52100 ، برتر می کند. آنها می توانند در دمای حداکثر ۲۵۰ درجه سانتیگراد کار کنند اما علاوه بر اینکه هزینه تولید بالاتری دارند ، از سختی و ظرفیت کلی بار پایین نیز برخوردار هستند. AISI 440C یک فولاد ضد زنگ با کربن بالا است که در بلبرینگ های تماسی غلتشی ( ساچمه یا رولبرینگ ) استفاده می شود. به طور گسترده ای در محیط های خورنده و در مواردی که مقاومت در برابر خوردگی از ظرفیت بار از اهمیت بیشتری برخوردار است ، مانند بلبرینگ های ابزار استفاده می شود.

AISI 440C تا ۶۰ HRC قابل عملیات حرارتی بوده و سخت می شود. مهم ترین عیب آن عمر خستگی کوتاه تر آن در مقایسه با SAE 52100 است. با این وجود ، برخی از کاربردها با استفاده از بیرینگ های روکش دار کروم ساخته شده از فولاد استاندارد SAE 52100 ، ویژگی های خستگی زیاد و مقاومت در برابر خوردگی را ادغام می کنند. سایر مواد فلزی مورد استفاده در بیرینگ ها شامل موارد زیر می باشد :

بابیت ( آلیاژ نرم و سفیدی مرکب از قلع و سرب و مس و آنتیموان که در ساختن بلبرینگ و غیره کاربرد دارد )
برنز
آلیاژهای مس – سرب
چدن
آلیاژهای آلومینیوم
نقره

جنس بلبرینگ غیر فلزی

بلبرینگ های غیر فلزی ویژگی هایی را ارائه می دهند که برای کاربردهای زیادی مناسب هستند. آنها به طور کلی در برنامه هایی با ارزش PV کم ( سرعت-فشار ) به دلیل هدایت گرمای نسبتا کم در مقایسه با فلزات ، علاوه بر برآورده سازی نیاز به روغن کاری ، هزینه کم ، مقاومت شیمیایی و پایداری دمای بالا ، در کاربردهای کم استفاده می شوند. مواد غیر فلزی را می توان به پلاستیک ، سرامیک ، لاستیک ، گرافیت کربن و سایر مواد طبقه بندی کرد. در اینجا برخی از مواد رایج گردآوری شده است :

مواد فنلی
از مواد فنلی معمولا برای قفس های بلبرینگ های پرسرعت مانند دوک های تجهیزات ابزار ماشین استفاده می شود. آنها مقاومت خوبی در برابر محلول های آب ، اسیدی و قلیایی دارند. با این وجود ، رسانایی گرمایی کمی دارند و تمایل به گسترش دارند ، که باعث می شود در کاربردهای با سرعت بالا ، مطلوبیت کمتری داشته باشند. آنها به عنوان جایگزینی بلبرینگ های فلزی در چرخ دنده های سوئیچ الکتریکی ، بیرینگ های توربین آب و بیرینگ های شفت پروانه کشتی استفاده می شوند. اگرچه قفس های فنلی دارای مقاومت بالا و سبک وزن هستند ، اما تولید آنها گران است ، بنابراین پلاستیک ها اغلب در جای خود استفاده می شوند.

نایلون
نایلون یک پلی آمید است ، یک ماده بلوری است که به طور گسترده ای در جنس بلبرینگ به عنوان یک لایه همجوش در داخل یک روکش فلزی یا یک ریخته‌گری تزریقی ( روش شکل دادن به برخی مواد پلاستیکی از راه تزریق پلاستیک گداخته به درون قالب‌ های خیلی سرد ) استفاده می شود. این ماده از مقاومت ، ویژگی های سایش و خستگی و مقاومت شیمیایی بسیار خوبی برخوردار است. از بلبرینگ هایی با جنس نایلونی معمولاًدر کاربردهای کم بار مانند لوازم خانگی استفاده می شود. نایلون به طور خاص با MoS2 پر شده است که دارای خواص روانکاری است و برای بلبرینگ مناسب است.

بلبرینگ

لاستیک نیتریل

لاستیک نیتریل یا بونا ( لاستیک مصنوعی که از پلیمریزه کردن بوتادین { butadiene } به دست می‌ آید ) یکی از متداول ترین مواد آب بند بیرینگ ها است. آن ها در برابر بسیاری از مواد شیمیایی مقاوم است و می تواند در محدوده دمایی گسترده ای مورد استفاده قرار گیرد. همچنین از خواص مکانیکی خوبی برخوردار است و تولید آن ارزان است. آب بند بلبرینگ همچنین می تواند از سیلیکون و ویتون ساخته شود. با این حال ، آنها فقط در مواردی استفاده می شوند که یک برنامه خاص به دلیل گران بودن به ویژگی های منحصر به فرد آنها نیاز داشته باشد.

تفلون
پلی تترا فلورواتیلن (PTFE) ، که معمولا با نام تفلون شناخته می شود ، یک ماده پلیمری ترموپلاستیک است که بی اثر بودن شیمیایی بالا ، خاصیت خود روانکاری و ضریب اصطکاک کم آن را به ماده ای مناسب برای قفسه اجزای غلتنده بلبرینگ ، محور یاتاقان و بیرینگ های کشویی تبدیل می کند. تفلون ماده ای نرم با مقاومت کم در برابر سایش و وادادگی است اما با ترکیب مواد افزودنی مانند الیاف یا ذرات مواد سخت تر ، هزار بار قابل بهبود است.

بسته به نوع بلبرینگ ، کاربرد ، سرعت ، بار و شرایط کار می توان بلبرینگ ها را از پلاستیک ، فلزات یا مواد کامپوزیتی تهیه کرد. روش روغن کاری نیز از عوامل اصلی است. بسیار مهم است که در نظر بگیریم که جنس بلبرینگ فقط یک جزئیات در روند انتخاب بلبرینگ است و حتی گران ترین بلبرینگ ها نیز نمی توانند اطمینان حاصل کنند که اگر سایر اصول طراحی نادیده گرفته شوند ، عملکرد موفقیت آمیزی دارند. از نظر نیازهای کاربردی ، جنس بیرینگ ها باید تعادل بین دو نیاز مخالف را برآورده کند. یکی اینکه فلز مورد استفاده باید به اندازه کافی سخت و محکم باشد تا از بروز موضوعاتی مانند خزش جلوگیری کند و باید از سطح خستگی و مقاومت در برابر ضربه مناسبی برخوردار باشد. از ویژگی هایی که باید در هنگام انتخاب مواد در نظر گرفته شود :

مقاومت در برابر خوردگی
مقاومت در برابر رابیش
مقاومت در برابر خستگی
قابلیت جاسازی
سازگاری
تخلخل
ضریب اصطکاک
ضریب انبساط حرارتی
رسانایی گرمایی
مقاومت فشاری
هزینه

جهت مشاهده سایر مقالات مرتبط با این مقاله ، به صفحه بلبرینگ و جهت مشاهده سایر مقالات به صفحه بلاگ مراجعه نمایید.