کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور
کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور – شیبا صنعت
در مطلب قبلی به کاربرد بلبرینگ در الکتروموتور پرداختیم، در اینجا به کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور میپردازیم.
همانطور که میدانیم بیرنگ یا یاتاقانی که دارای غلتک است به دو دسته بلبرینگ (Ball bearing) و رولبرینگ (Roller Bearing) تقسیم میشود. این دو از طریق غلتش، چرخش و حرکت نسبی در اطراف شفت و محورها ایجاد میکنند، و در بسیاری از ماشینها مانند دوچرخهها، خودروها، موتورهای الکتریکی، توربینهای هواپیما و غیره مورد استفاده قرار میگیرد.
این قطعات مهم در صنعت، دارای مقاومت بالا و تحمل بار هستند و اصطکاک بین اجزا دوار و چرخشی را کم میکنند، همچنین قطعاتی مقرون به صرفه و قابل تعویض هستند. سطح تماس ساچمه با دیگر سطوح در رولبرینگ در یک خط است و فشار بالایی از نوع شعاعی را تحمل میکنند.
رولبرینگ و کاربرد آن
به طور کلی رولبرینگ علاوه بر تحمل بار و کمک به چرخش جسم، اصطکاک بین قطعات متحرک را کاهش میدهند. با توجه به طرح های متنوع و ویژگیهای آن، کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور متفاوت است. رولبرینگ با غلتشی که دارای مقاومت بالا و لغزش پایین است حرکتی بین دو قطعه ایجاد میکند.
تفاوت اصلی رولبرینگ و بلبرینگ، در عنصر غلتشی آنهاست که، در بلبرینگ به شکل ساچمه و در رولبرینگ استوانهای شکل است و دارای عناصر غلتشی بیشتری هستند و قدرت تحمل بار شعاعی بیشتری را نسبت به بلبرینگها دارند.
کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور بسیار گسترده است به طوری که در هر ماشینی که دارای محور دوار است مانند ماشینآلات ساختمانی، معدنی یا راهسازی استفاده میشود. رولبرینگ شرایط چرخش تجهیزات صنعتی در سرعتهای بالا را فراهم میکند، و در همین حال اصطکاک، گرما، سر و صدا و اتلاف انرژی را کم کند.
مشخصات رولبرینگ
کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور متفاوت است، و باید بدانیم که مشخصات فنی رولبرینگ با توجه به موارد زیر تعیین میشود:
- تعداد ردیفهای غلتکی
- ظرفیت تحمل بار
- نوع بار (محوری یا شعاعی یا ترکیبی)
- قابلیت جابهجایی محوری
- نوع رولبرینگ
- نوع قفسه
- سرعت چرخش
- دقت حرکت
- سختی
- قابل تراز کردن
- قابل جداشدن
اجزای رولبرینگ
با اینکه کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور متفاوت است، اما همه آنها دارای اجزای اصلی هستند، که در ادامه به آن میپردازیم. برای بررسی اجزای رولبرینک، ابتدا در نظر بگیرید که سطح تماس عناصر غلتان و حلقه های داخلی و خارجی به صورت خطی است، به همین دلیل گفته میشود که تنها تحمل بارهای شعاعی را دارند.
با چرخش محور، حلقه داخلی نیز به حرکت در آمده و این حرکت به عناصر غلتان منتقل میگردد و غلتک ها شروع به غلتیدن میکنند. در نتیجه بار از محور دوار به عناصر غلتان و سپس حلقه خارجی انتقال مییابد، به این ترتیب بیرینگ ها بار وارده را تحمل کرده و کاهش میدهند.
اجزای رولبرینگ عبارتند از:
- حلقه داخلی: حلقه داخلی که در واقع همان مسیر حرکت است، مسیر سرعت داخلی روی شفت یا محور میباشد. در رولبرینگ این مسیرها یا صاف هستند و یا این که به شکلی مخروطی شدهاند تا عناصر غلتان را در خود جای دهند. در اکثر کاربردها حلقه داخلی به جزء متحرک یعنی محور دوار پرس شده و با آن میچرخد.
- حلقه خارجی: مسیر بیرونی میتواند مسطح، کروی یا مخروطی با فلنجی باشد که غلتکها را نگه دارد. حلقه خارجی به قسمت ثابت دستگاه متصل میشود.
- عناصر غلتشی: رولبرینگ به وسیله غلتکها یا همان عناصر غلتشی میچرخند. اگر این عناصر نباشند، مسیرها به سرعت از بین میروند. عناصر غلتشی به صورت متقارن ساخته میشوند چرا که حتی یک عنصر غیرمتقارن، عملکرد آن را کاهش میدهد. همچنین این عناصر به کیفیت سطحی که در آن میچرخند نیز بستگی دارند، زیرا که بر روان بودن حرکت آنها تاثیر زیادی میگذارند. اصطکاک ایجاد گرما میکند و باعث کاهش عمر و افزایش صدای آن میشود.
- قفس یا نگهدارنده: نگهدارنده یا قفس، وظیفه نگهداری عناصر غلتشی یا غلتکها را در بین مسیر داخلی و مسیر خارجی برعهده دارد. در واقع قفس تمام قطعات را کنار یکدیگر نگه میدارد و مانع از بهم ریختن یا خارج شدن قطعات میشود، و از غلتکها محافظت میکند اما این را نیز تضمین میکند که باعث چرخش آنها میشود.
تفاوت رولبرینگ و بلبرینگ
با توجه به اینکه کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور بسیار مهم است، اما تفاوتهایی با بلبرینگ هم دارد که توضیح میدهیم.
همانطور که میدانیم نیروی وارده به انواع بیرینگ به دو صورت محوری و شعاعی میباشد، با توجه به اینکه کدام نیرو به الکتروموتور وارد شود، و یا ممکن است هر دو نیرو وارد شود، از بین رولبرینگ و بلبرینگ باید آن نوع را انتخاب کرد که بیشترین کارایی را خواهد داشت.
زمانی از رولبرینگ استفاده میشود که نیروی وارده از نوع شعاعی باشد، زیرا همانطور که گفتیم، رولبرینگ ها در مقابل این نوع نیرو عملکرد بهتری دارد ولی اگر نیرو به هر دو صورت شعاعی و محوری باشد از بلبرینگ استفاده مینماییم. پس در نتیجه اصلی ترین تفاوت رولبرینگ با بلبرینگ در نوع نیروی وارده میباشد. همچنین رولبرینگ ها دارای غلتش بیشتری نسبت به بلبرینگ میباشند.
انواع رولبرینگ
تفاوت کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور، باعث طراحی و تولید انواع رولبرینگ شده است، و در واقع این تفاوت به دلیل طرز قرارگیری لبهها روی رینگها است، که عبارتند از:
- رولبرینگ استوانه ای
- رولبرینگ سوزنی
- رولبرینگ مخروطی
- رولبرینگ بشکه ای
- رولبرینگ کف گرد
رولبرینگ استوانهای (Cylindrical Roller Bearing)
یکی از مهمترین کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور، مدل استوانه ای است. مهمترین و پر کاربردترین مدل، رولبرینگ استوانهای است، که در بسیاری از پروژههای صنعتی و مکانیکی استفاده میشود و میتواند بار شعاعی بالایی را تحمل کند. رولبرینگ استوانه ای در انواع متعددی اعم از یک ردیفه، پر غلتک و یا انواع دیگری مانند کف گرد و ضربدری نیز عرضه میگردد.
در مدل یک ردیفه معمولاً از یک طرف یا از هر دو طرف لبه ندارند. از این نوع، در سرعت های بالا و بار های شعاعی سنگین استفاده میکنیم. رولبرینگ های استوانه ای پر غلتک، نگهدارنده یا قفس ندارند و فضای بین دو حلقه داخلی و خارجی را با غلتک ها پر میکنند. به دلیل نداشتن قفس، غلتک ها هنگام حرکت با هم برخورد کرده و در تماس هستند، که باعث ایجاد اصطکاک شده که در نهایت باعث سایش میشود.
دلیل این که به این نوع، مدل استوانهای میگویند این است که غلتکها و اجزای گردان به شکل استوانه هستند. سطح داخلی لبه های رینگ ها در این نوع رولبرینگ، برای افزایش روانکاری بیشتر و افزایش ضخامت لایه روغن، در هنگام ساخت به سمت بیرون شیب دار میسازند.
رولبرینگ های استوانه ای کاربرد زیادی در صنعت دارند مانند تجهیزات انتقال نیرو، ویبراتورها و در ماشین های ابزار و شفت های دستگاه های برش مورد استفاده قرار میگیرند. مدل استوانهای به دو دسته شناور و غیرشناور تقسیمبندی میشوند:
- رولبرینگ استوانه ای شناور
در این نوع رولبرینگ ها، عنصر غلتان به سادگی میتواند روی رینگ بدون لبه در راستای محوری حرکت کنند. به عبارت دیگر اگر لبه های رولبرینگ بدون برآمدگی باشد به آنها رولبرینگ شناور گفته میشود. همینطور رولبرینگ استوانه میتواند در دو جهت بار محوری را تحمل کند.
- رولبرینگ استوانه ای غیرشناور
در این نوع رولبرینگ، عناصر غلتان فقط از یک طرف می توانند حرکت داشته باشند. به عبارت دیگر، رولبرینگ فقط قادر است که بار محوری را در یک جهت تحمل نماید.
رولبرینگ سوزنی (Needle Roller Bearing)
یکی دیگر از انواع کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور، مدل سوزنی است. این نوع رولبرینگ، در واقع رولبرینگ استوانه ای با غلتک های بلند و کم قطر بوده، و دراصل قطر سطح مقطع مربوط به اجزای غلتان آن نسبت به طول آنها خیلی کوچکتر است، و همینطور توانایی تحمل بار شعاعی دارند. رولبرینگ های سوزنی در انواع متعددی مثل یک ردیفه و دو ردیفه ارائه میگردند.
نکته مهم در این قسمت این است که هر کدام از این دو نوع تحمل بار محوری کمی را داشته و برای شرایط و موقعیت های خاصی استفاده میشوند. مدل سوزنی یک نوع خاص از بیرینگ ها است که عناصر غلتان در آن، طولانی و نازک شبیه سوزن میباشد، و در تجهیزاتی که نیاز به فضای دسترسی کم دارند از آنها استفاده میکنند.
رولبرینگ های معمولی، قطر تقریبا بزرگتری نسب به آنها دارند اما قطر غلتک در نوع سوزنی حداقل چهار برابر طولشان است. این دسته از رولبرینگها فقط میتوانند بارهای شعاعی را تحمل کنند و ساختار آنها اجازه تحمل بارهای محوری را نمیدهد. از مدل سوزنی در طراحی لوازم برقی خانگی و تجهیزات اندازهگیری استفاده میشود.
رولبرینگ مخروطی (Taper Roller Bearing)
مدل مخروطی نیز از دیگر کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور است. رولبرینگ مخروطی به نسبت انواع دیگر آن کارایی کمتری دارد. به دلیل این که در طراحی این مدل تعدادی عناصر غلتان مخروطی شکل وجود دارد، که به آن مدل مخروطی میگویند. این نوع رولبرینگ ها درون خود یک رینگ داخلی با دو لبه دارند. یا در این حالت هستند یا یک رینگ خارجی بدون لبه در این نوع رولبرینگ ها وجود دارد. اکثر رولبرینگ های مخروطی دارای زاویه تماسی بین 10 تا 20 درجه دارند.
این نوع را میتوان در دو حالت استفاده کرد، یکی به همان مدلی که هست و دیگری در حالتی استفاده شود که حلقه خارجی بدون لبه باشد. با توجه به کاربردی که دارند، دانستن زاویه تماس اهمیت ویژهای دارد. بیشترین استفاده از مدل مخروطی، در ماشینآلات صنعتی و جعبه دندهها است.
بنابراین رولبرینگ مخروطی، دارای شیار داخلی و خارجی و غلتک های مخروطی بوده و قادر به تحمل بار محوری و شعاعی میباشد. رولبرینگ های مخروطی برای تحمل بارهای محوری و شعاعی به طور همزمان ساخته شدهاند.
انواع رولبرینگ مخروطی عبارتند از رولبرینگ مخروطی یک ردیفه، دو ردیفه و سه ردیفه، در رولبرینگ های مخروطی یک ردیفه میتوانند بارهای محوری را صرفا در یک جهت تحمل کنند، بنابراین آنها در کنار یک بیرینگ دیگر که بار محوری در جهت مخالف را تحمل میکند، به کار میروند.
رولبرینگ بشکهای (Spherical Roller Bearing)
نوعی از کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور، مدل بشکه ای است. در دستهبندی خودتنظیمی و خود میزانی، رولبرینگ بشکهای قرار دارد، که برای بارهای شعاعی ضربه ای مناسب است، و در مورد بارهای محوری و شعاعی ظرفیت تحمل بار بسیار بیشتری دارد. مشابه دیگر بیرنگهای خودتنظیم رینگ خارجی به شکل کروی است که به همین دلیل در صورتی که با شفت همراستا نباشد، میتواند خود را تطبیق دهد.
از مهمترین ویژگیهای این نوع این است که توانایی تحمل بارهای سنگین با شوک ضربهای شدید را دارد و استحکام آن بسیار بالا است. در این سری از رولبرینگ، از ساچمه های استوانه ای متقارن بلند با قطر زیاد استفاده شده که این موضوع توانایی تحمل بار بیرینگ را افزایش میدهد.
رولبرینگ های بشکه ای دارای دو ردیف المان های غلتان کروی شکل هستند. این نوع رولبرینگ ها استحکام بالایی دارند و در بسیاری از اوقات در صنعت مربوط به ماشین آلات معدنی و صنایع مربوط به غلتک های بزرگ استفاده خواهند شد.
رولبرینگ کف گرد (Thrust Roller Bearing)
مدل کف گرد هم مدلی از کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور است. این رولبرینگ ها بر خلاف رولبرینگ های قبلی برای تحمل بار های محوری سنگین ساخته شده اند، انواع رولبرینگ های کف گرد بر اساس عناصر غلتان آن ها به شرح زیر است:
- کف گرد استوانه ای: بار محوری را در یک جهت تحمل میکند.
- کف گرد بشکه ای: بار شعاعی خوبی را تحمل میکند.
- کف گرد سوزنی: در مکانهایی که محدودیت فضا داریم استفاده میشود.
راهنمای خرید رولبرینگ
رولبرینگها اجزای استاندارد و متداول ماشین آلات صنعتی هستند، اما کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور متفاوت است و معیارهای انتخاب، معمولاً بر اساس کاربرد آن است. بنابراین، در خرید رولبرینگ باید ابعاد اصلی بیرینگ که معمولا قطر حفره را بر اساس طراحی و ساخت کلی است، در نظر گرفت. امروزه طراحی آنها به وسیله کامپیوتر این امکان را فراهم میسازد تا نمونههایی با ابعاد بهینه ساخته شود.
پارامترهایی که باید در خرید رولبرینگ در نظر گرفت، عبارتند از:
- نوع و حجم بار
- مقررات نصب، فضای نصب و سبک روانکاری
- طول عمر عملکرد رولبرینگ
- پارامترهای عملکرد آن مانند سرعت و شرایط حرارتی
- الزامات دقت و سلامت قطعه
- تعمیر و نگهداری
- شرایط محیطی مانند ارتعاشات
- مقررات مونتاژ و جداسازی
سخن آخر
یکی از قطعاتی که در صنعت بسیار کاربرد دارد رولبرینگها هستند به طوری که آن را در بسیاری از تجهیزات و ماشینآلات صنعتی مشاهده میکنیم. رولبرینگ با استفاده از غلتشی که با مقاومت زیاد و لغزش کم انجام میشود امکان حرکت بین دو قطعه را فراهم میکند.
هدف از استفاده از این قطعات صنعتی کاهش فشار و بارهای وارد شده به اجزای متحرک است. کاربرد رولبرینگ در الکتروموتور متفاوت است، و انتخاب نوع آن بر اساس کارایی و عملکرد موتور الکتریکی و همینطور نوع نصب آن مختلف است، که با درنظر گرفتن پارامترهای انتخاب رولبرینگ، آسان تر میشود.
