رولربرینگ های مخروطی

رولربرینگ های مخروطی Taper roller bearings

زاویه تماس:

هر قدر این زاویه بزرگتر باشد قدرت تحمل بار محوری برینگ افزایش می یابد. این برینگ دارای شیار غلتک مخروطی در حلقه بالایی و پایینی بوده و جزء غلتشی نیز در آنها به شکل مخروطی می باشند. این نوع طراحی، برینگ را برای تحمل بارهای مرکب (شعاعی و محوری) مناسب ساخته است. قدرت تحمل بار محوری به زاویه شیار حلقه بیرونی (a) بستگی دارد.

رولربرینگ های مخروطی قابلیت تفکیک شدن داشته، حلقه داخلی بهمراه قفسه و غلتک ها یک جز و حلقه بیرونی دوم را تشکیل می دهد. در انواع مختلف یک ردیفه، دو ردیفه و چهار ردیفه در دو اندازه متریک و اینچی تولید می شوند. نوع مخصوص از این برینگها به TQ معروف است، دارای طراحی مخصوصی در لبه داخلی با غلتک هاست که عمل روانکاری را در آن محل تماس بهینه ساخته و نیز شیار غلتک ها بطور مخصوص جهت توزیع مناسب بار ساخته شده است. کاهش اصطکاک و افزایش قدرت تحمل بار از خصوصیات این نوع طراحی است. طراحی مخصوص دیگر جهت کاربرد در مورد بارهای سنگین نظیر رولربرینگ های پینیون در دیفرانسیل اتومبیل هاست. این رولربرینگ ها دارای بار اولیه pre load بوده و دارای مزایایی نظیر اصطکاک کم (که سایش کمتر را نیز به دنبال دارد)، زمان آب بندی کوتاهتر running in ، امکان اعمال بار بزرگتر در شروع چرخش و دقت بالاتر، هستند این طراحی مخصوص با پسوندهایی نظیر CL7C, CL7A مشخص می شوند.

رولربرینگ های مخروطی، یک ردیفه Single row taper roller bearings

این نوع رولربرینگ ، قادر به تحمل بار محوری از یک جهت است. تحت بار شعاعی یک بار محوری در برینگ تولید می شود که باید مهار شود، لذا معمولاً در کاربردها از دو تا رولربرینگ مورد بحث استفاده می کنند. رولربرینگ های مخروطی یک ردیفه در دو اندازه متریک و اینچی تولید می شوند. در اندازه اینچی، حلقه داخلی به همراه قفسه غلتک ها Cone یک شماره و حلقه بیرونی Cup دارای شماره دیگر است که یک رولربرینگ مخروطی کامل شامل هر دوی این شماره ها می شود که با یک / از هم جدا می شوند. نظیر: K-11949/K-11910 Cup Cone پیشوند – K علامت رولربرینگ های مخروطی با ابعاد اینچی است.

بار حداقل Minimum load

جهت اجتناب از مسائلی نظیر سر خوردن غلتک ها بر روی شیار خود، رولربرینگ همیشه باید تحت حداقل باری قرار داشته باشد که مقدار آن از این رابطه بدست می آید: Frm=0.02C بار شعاعی حداقل، Frm=N بار دینامیکی مبنا N، که در جداول مشخصات رولربرینگ  ها داده می شود C= اگر وزن قطعات روی برینگ به همراه نیروهای خارجی به مقدار فوق الذکر نرسید، باید به طریقی این مقدار بار ایجاد شود. یک روش متداول جهت انجام این کار در مواردیکه از دو رولربرینگ استفاده شود، ایجاد بار اولیه در برینگ با تنظیم حلقه های بیرونی یا درونی نسبت به یکدیگر است.

بار دینامیکی معادل بر روی برینگ Equivalent dynamic bearing load

Fa / Fr≤ e اگر P=Fr Fa / Fr> e اگر P=0.4Fr+YFa Fr نیروی شعاعی، Fa نیروی محوریست. Y, e فاکتورهایی هستند که در جداول مشخصات رولربرینگ ها ارائه می گردند. همانگونه که قبلاً گفته شد به علت زاویه دار بودن شیار غلتک، اعمال بار شعاعی بر رولربرینگ  موجب ایجاد یک بار محوری نیز می شود که در محاسبه بار دینامیکی معادل باید در نظر گرفته شود. در جدول صفحه 203 طرز محاسبه این نیرو در حالات مختلف آورده شده است. (محاسبات برای حالتی در نظر گرفته شده که لقی داخلی صفر و بار اولیه ای نیز وجود ندارد).

بار استاتیکی معادل بر روی برینگ Equivalent static bearing load

Po=0.5Fr+yoFa Yo فاکتوریست که در جداول مشخصات برینگها داده می شود. Fr نیروی شعاعی و Fa نیروی محوریست. اگر مقدار Po محاسبه شده کمتر از Fr شود باید Po را مساوی Fr در نظر گرفت. مجدداً باید یادآور شد که رولربرینگ های مخروطی به علت طراحی خاص خود باید به صورت دوتایی نصب شده و نسبت به یکدیگر تنظیم شوند تا به لقی یا بار اولیه یکسان برسند. مقدار لقی یا بار اولیه از اهمیت بسیار زیادی برخوردار هستند زیرا در صورت وجود لقی بیش از حد از تمامی قدرت برینگ جهت تحمل بارها نمی توان استفاده کرد و بار اولیه خیلی بزرگ نیز باعث افزایش اصطکاک و گرما می شود. ترتیب قرار دهی دو رولربرینگ مخروطی اعمال بار شعاعی بر رولربرینگهای مخروطی موجب ایجاد یک بار محوری می شود که مقدار آن در هر یک از دو برینگ از روابط ذیل حاصل می شود.

رولربرینگ های مخروطی تک ردیفه، مخصوص نصب دوتایی Paired single row taper roller bearings

در مواردیکه استفاده از یک رولربرینگ مخروطی جهت تحمل مقدار بار مورد نظر کافی نباشد و یا مجبور به موقعیت دهی شافت از دو طرف باشیم، از دو عدد رولربرینگ مخروطی آماده برای نصب استفاده می کنیم. از مزایای این تولیدات می توان نصب ساده به علت عدم نیاز به کالیبره کردن حلقه فاصله گذار، هدایت محوری دقیق شافت، تعیین لقی محوری شافت در هنگام ساخت، قدرت تحمل بار محوری و شعاعی بالا و نگهداری و روانکاری ساده تر از طریق سوراخهای تعبیه شده در حلقه فاصله گذر را نام برد. ترتیب قراردهی برینگ ها می تواند به صورت روبرو face-to-face، پشت به پشت back-to-back، یا پشت سر هم tandem، باشد. در نصب روبرو از یک حلقه فاصله گذار بین حلقه های بیرونی استفاده می شود. در این حالت بار محوری از دو طرف و از هر طرف توسط یک برینگ کنترل می شود. در طراحی پشت به پشت از دو حلقه فاصله گذار، یکی بین حلقه های بیرونی و دیگری بین حلقه های داخلی استفاده می شود. مزیت این نوع طراحی نسبت به نوع قبلی تحمل بارهای ممان است. در طراحی پشت سر هم بار محوری فقط از یک سمت، ولی توسط هر دو برینگ تحمل می شود. در این حالت نیز یک حلقه فاصله گذار بین حلقه های بیرونی و یکی بین حلقه های داخلی کار گذاشته می شود. باید به یاد داشت هر مقدار ناهمراستایی شافت در این نوع رولربرینگ های دوتایی موجب کوتاه شدن طول عمر برینگ می شود. لقی محوری داخل این رولربرینگ ها توسط حلقه فاصله گذار تعیین می شود. هرگونه تغییر در لقی های نرمال با پسوند C همراه یک عدد دو یا سه رقمی که معرف مقدار متوسط لقی داخلی برینگ است در جلوی برینگ مشخص می شود. قفسه این رولربرینگها فولادی است.

بار حداقل Minimum load

حداقل باری که رولربرینگ مورد بحث همیشه باید تحت آن قرار داشته باشد تا از مشکلاتی نظیر سرخوردن غلتک ها بر روی شیار جلوگیری شود از این رابطه بدست می آید: Frm=0.02C حداقل بار شعاعی ، Frm=N بار دینامیکی مبنا در جفت رولربرینگ N، که در جداول مشخصات رولربرینگ ها داده می شود C= اگر وزن قطعات مجاور رولربرینگ به همراه نیروهای خارجی اعمال شونده بر برینگ به مقدار محاسبه شده از فرمول بالا نرسید، باید به طریقی این نیرو بر رولربرینگ اعمال شود.

بار دینامیکی معادل بر روی رولربرینگ Equivalent dynamic bearing load

برای حالتی که دو رولربرینگ به صورت روبرو جفت شده باشند داریم: Fa / Fr≤ e اگر P=Fr+Y1Fa Fa / Fr> e اگر P=0.67Fr+Y2Fa Fr نیروی شعاعی، Fa نیروی محوری و Y2 , Y1, e ضرایبی هستند که در جدول مشخصات رولربرینگها ارائه می شوند.

بار استاتیکی معادل بر روی برینگ Equivalent static bearing load Po=Fr+YoFa Fa

نیروی محوری، Fr نیروی شعاعی و Y0 ضریبی است که در جداول مشخصات رولربرینگ ها ارائه می شود. مقادیر لقی محوری که در جدول زیر صفحه آورده شده اند، به نحوی انتخاب شده اند که در صورت استفاده از تلورانس پیشنهادی ذیل برای شافت، رولربرینگها به لقی مناسب بعد از نصب خواهند رسید.

بالای 200	بالای 140 الی 200	بالای 40 الی 140	تا 40	قطر داخلی برینگ (mm)
P6	n6	m5	k5	تلورانس شافت

در صورت انتخاب کلاسهای تلورانس J6 یا H7 برای سوراخ داخل محفظه (محل قرارگرفتن رولربرینگ) به انطباق مناسب دسترسی پیدا خواهد شد.

Total width tolerances and standard internal clearance Of matched single row metric taper roller bearings
لقی داخلی محوری						تلورانس پهنای کل						قطر داخلی
Axial internal clearance Series						Total width tolerance TsDF Series						Bore diameter
313 (x)		302,322		320 x		313 (x)		302,322		320 x		d
m µ						m µ						mm
100 110 120	60 70 80	140 160 180	100 120 140	120 140 160	80 100 120	+50 +50 +50	+500 +550 +550	+100 +100 +100	+550 +600 +600	+100 +100 +150	+550 +550 +600	30 40 50	- 30 40
140 170 170	100 110 110	200 220 270	160 180 210	180 200 230	140 160 190	+100 +100 -300	+550 +600 +600	+150 +150 -200	+600 +6500 +700	+150 +150 -250	+600 +600 +650	65 80 100	50 60 80
190 220 240	130 160 180	280 300 330	220 240 270	280 300 330	220 240 270	-300 -350 -300	+600 +950 +950	-200 -300 -250	+700 +1 000 +1 050	-200 -350 -250	+700 +1 000 +1 050	120 140 160	100 120 140
- - -	- - -	370 400 450	310 340 390	370 400 450	310 340 390	- - -	- - -	-200 -200 -150	+1 100 +1 100 +1 150	-200 -200 -150	+1 100 +1 100 +1 150	180 200 225	160 160 200
- -	- -	500 550	440 490	500 550	440 490	- -	- -	-100 -	+1 200 -	-100 -50	+1 200 +1 250	250 280	225 250