Tel: 021 3390 3552 , 021 3390 1804
آخرین مقاله ها در سایت

انتخاب اندازه برينگ

انتخاب اندازه برينگ

انتخاب اندازه برينگ Selection of bearing size

شرکت رول آرت فعالیت خود را در امور واردات و توزیع انواع برینگ در سال 1354 آغاز نموده و با بیش از سی سال سابقه در این زمینه ارائه دهنده رسمی محصولات SKF , RHB , THK در ایران میباشد  

برای کسب اطلاعات بیشتر به سایت شرکت رول آرت وارد شوید

نظريه جديد در مورد طول عمر برينگ در انتخاب اندازه برينگ    

 New life theory

تحقيقات پيشرفته و تجربيات عملي نشان داده‌اند كه اگر برينگ تحت شرايط معيني كار كند (مثلاً اگر بار سبك باشد) مي‌تواند طول عمري به مراتب بيشتر از آنچه از فرمولها بدست مي‌آيد داشته باشد. طبق اين تئوري، مفهوم بار خستگي Fatigue load limit در نظر گرفته شده و اين مقدار باريست كه اگر برينگ تحت مقاديري كمتر از آن قرار گيرد، دچار خستگي نمي‌شود. مقدار بار خستگي در جداول مشخصات برينگها را، با علام Pu براي هر برينگ نشان مي‌دهند. خستگي در برينگ از اعمال تناوبي بار حاصل مي‌شود. هر جزء غلتشي در برينگي كه با سرعت دوراني خاصي در حال چرخش است در هر ثانيه چندين بار در معرض اعمال بار گرفته و سپس رها مي‌شود. اين نوع اعمال بار باعث خستگي برينگ و نهايتاً از كار افتادگي زودرس آن مي‌شود حتي اگر از قدرت تحمل بار برينگ نيز كمتر باشد.

ظرفيت تحمل بار و طول عمر در انتخاب اندازه برينگ                                  

Load Carrying Capacity and Life

اندازة يك برينگ براساس ظرفيت تحمل بار برينگ با در نظر گرفتن مقدار بار و طول عمر مورد انتظار با ضريب اطمينان خاص انتخاب مي‌شود.

باري كه بر برينگ وارد مي‌شود ممكن است به صورت ديناميكي يا استاتيكي باشد. معمولاً در جداول برينگها اين دو بار با نامهاي بار ديناميكي مبنا Dynamic Load rating و بار استاتيكي مبنا Static Load Rating  درج مي‌شوند. همانگونه كه از نام آنها پيداست مقادير درج شده در جداول فقط يك مقدار پيشنهادي است كه بسته به طول عمر مورد انتظار از برينگ مي‌توان بارهاي مورد بحث را كم و زياد كرد.

بار، زماني ديناميكي در نظر گرفته مي‌شود كه برينگ در حال چرخش تحت بار يكنواخت (از نطر جهت واندازه) قرار گرفته باشد. بار ديناميكي مبنا، عبارت است مقدار باري كه تحت آن ده درصد برينگهاي مورد آزمايش، بعد از يك ميليون دور چرخش دچار اولين آثار خستگي شوند؛ اين آثار به تركهاي زير سطحي در يكي از حلقه‌هاي برينگ اطلاق مي‌شود.

بار را وقتي استاتيكي مي‌گويند كه برينگ با سرعتهاي خيلي كم بچرخد، يا تحت بارهاي ارتعاشي باشد، يا در پريودهاي خاصي در حالت سكون، تحت بار باشد. بار استاتيكي معادل مقدار باريست كه در نقطه زير بيشترين فشار، مقدار تنش ايجاد شده در برينگ 4600 MPa در بلبرينگهاي خودتنظيم، 4200 MPa در ساير انواع بلبرينگ‌ها و 4000 MPa در رولبرينگ‌ها باشد.

اين تنشها موجب تغيير شكل الاستيكي در اجزاء غلتشي و شيار آنها معادل 0.0001 قطر اجزاء غلتشي مي‌شود.

 تعريف عمر برينگ در  انتخاب اندازه برينگ

 Life

مقدار ساعت يا تعداد دورهايي كه يك برينگ قبل از پيدايش اولين آثار خستگي مي‌تواند بزند به عمر برينگ اطلاق مي‌شود. البته ممكن است برينگ‌ها در شرايط آزمايشي طول عمرهاي متفاوتي از خود نشان دهند، لذا اين مدت به زماني مربوط مي‌شود كه ده‌درصد برينگ‌هاي آزمايشي دچار خستگي شده و نود درصد بقيه دچار اين نقيصه نشوند، اين تعريف طول عمر مبناي Basic rating Life برينگ است. لازم به تذكر است كه پيدايش علائم خستگي به معناي از كارافتادگي كامل برينگ نيست، بلكه فرآيند پيدايش تركهاي زير سطحي تا رسيدن آنها به روي سطح و گسترش آنها تا شكستن برينگ طولاني است. اصولاً تعريف خاص براي عمر نهايي يك برينگ وجود نداشته و اين امر بستگي زيادي به مورد مصرف دارد. در كارهاي دقيق با اولين آثار سايش، برينگ بايد بلافاصله تعويض شود و در موارد نه چندان حساس مي‌توان تا زمان خرد شدن از آن بهره گرفت. علت نامگذاري طول عمر مبنا نيز به همين دليل است.

معادله نرخ عمر مبنا در انتخاب اندازه برينگ                                            

 Basic rating life equation

ساده‌ترين معادله ممكن بدين قرار است :

نرخ عمر مبنا بر حسب ميليون دور  L10 =

بار ديناميكي مبنا، برحسب N C =

بار ديناميكي معادل، بر حسب N P =

براي بلبرينگ‌ها 3 = توان معادله طول عمر p =

براي رولبرينگ‌ها 10/3 =

طريقه محاسبه بار ديناميكي معادل متعاقبا آورده شده است و اطلاعاتي نظير بار ديناميكي مبنا در جداول مشخصات برينگها در مورد هر برينگ ارائه شده است.

همين معادله را وقتي سرعت ثابت باشد، مي‌توان برحسب مقدار ساعت كاركرد بيان كرد :

   يا

سرعت دوراني برحسب دور بر دقيقه n = نرخ عمر مبنا، بر حسب ساعت L10h =

در بعضي از كاتالوگها و كتابهاي فني سازندگان برينگ، محاسبات فوق‌الذكر جهت سهولت بصورت جدول و نمودار آورده شده‌اند.

اگر بخواهيم طول عمر برينگ را در وسايل نقليه برحسب كيلومتر كاركرد وسيله بيان كنيم از اين معادله استفاده مي‌كنيم :

طول عمر مبنا، برحسب ميليون كيلومتر = L10s

قطر چرخ، برحسب متر D =

اگر برينگ به جاي چرخيدن، تحت زاويه حول يك نقطه نوسان كند از اين معادله استفاده مي‌كنيم:

عمر مبنا، برحسب ميليون سيكل = L10osc

مقدار نوسان (حداكثر زاويه انحراف از مركز) برحسب درجه =

تاثير دما بر برينگ در انتخاب اندازه برينگ

Influence of operating temperature on bearing material

با افزايش دما، ظرفيت بار ديناميكي كاسته مي‌شود. مقدار اين كاهش بصورت فاكتورهاي ذيل بيان مي‌شوند كه بايد در مقدار نرخ بار ديناميكي مبنا ضرب شوند :

150     200     250     300              دماي برينگ ( C )

                                                             1.00   0.90   0.75   0.60               ضريب دما

اصلاحيه در معادله نرخ طول عمر                      Adjusted rating life equation

معادله دقيق‌تر محاسبه طول عمر برينگ بدين صورت است :

  و يا

نرخ طول عمر اصلاح شده، بر حسب ميليون دور Lna =

(حرف n نشان‌دهنده اختلاف بين ضريب اطمينان مورد نياز با %100 است)

ضريب اصلاحيه طول عمر براي ضريب اطمينان a1=

ضريب اصلاحيه طول عمر براي مواد a2 =

ضريب اصلاحيه طول عمر براي شرايط كاركرد a3 =

در شرايط معمولي با ضريب اطمينان %90 داريم  : a1 = a2 = a3 = 1

ضريب اصلاحيه طول عمر در انتخاب اندازه برينگ

 a1                                        Life adjustment factor  a1

مقادير اين ضريب در جدول زير آورده شده است. مثلاً اگر بخواهيم ضريب اطمينان طول عمر را به 95% افزايش دهيم در اين صورت به جاي ضريب 1 بايد ضريب62/0 را در معادله وارد كنيم.

ضريب اصلاحيه طول عمر در انتخاب اندازه برينگ

 a2                                            Life adjustment factor a2

اين ضريب در توليدات معمول هر كارخانه يك در نظر گرفته مي‌شود. مقادير بالاتر نيز در صورت استفاده از موادمخصوص (فولادهاي مخصوص) امكان‌پذير است.

ضريب اصلاحيه طول عمر  در انتخاب اندازه برينگ 

a3                                               Life adjustment factor a3

از آنجائيكه استفاده از روانكار خوب با ويسكوزيته مناسب پارامتر بسيار مهمي در طول عمر برينگ است، ضريب a3 بر مبناي ويسكوزيته نسبي K تعيين مي‌شود. K عبارتست از ويسكوزيته واقعي V در شرايط كاركرد به ويسكوزيته مورد نياز V1 جهت يك روانكاري مناسب.  مقادير V و V1 را مي‌تـوان از نمودارهاي صفحات زير بدست آورد. لازم به يادآوريست كه ويسكوزيته سيال به مقدار مقاومت آن در مقابل جاري شدن اطلاق شده و واحد آن mm2/S است.

ويسكوزيته موردنياز برحسب ميليمتر مربع برثانيه براساس قطر متوسط برينگ و سرعت دوراني آن معين مي‌شود.

مثلاً اگر قطر متوسط برينگ 100mm و سرعت دوراني آن 2000 r/min باشد روانكار بايد ويسكوزيته‌اي معادل 10 mm2/s داشته باشد.

با اطلاع از ويسكوزيته روغن در دماي مبناي C ْ40 ، ويسكوزيته واقعي روغن در دماي كار را پيدا مي‌كنيم.

به عنوان مثال اگر ويسكوزيته روغن در دماي C ْ40 برابر 30 mm2/s باشد و دماي بــــرينگ در حال كار C ْ70، نخست نقطه تقاطع دماي C ْ40 با ويسكوزيته 30 را بدست آورده روي خط مورب فرضي كه به موازات ساير خطوط مورب رسم مي‌كنيم امتداد مي‌دهيم، تا به دماي C ْ70 برسيم. ويسكوزيته حدوداً 11 mm2/s مي‌باشد.

مقادير V1 در دياگرام 1 براساس قطر متوسط برينگ و تعداد برينگ در دقيقه بدست مي‌آيد، لذا در موارديكه برينگ بجاي حركت دوراني حركت نوساني داشته باشد، بايد از سرعت دوراني معادل در دياگرام استفاده كرد :

سرعت دوراني معادل، n =

برحسب دور بر دقيقه در انتخاب اندازه برينگ

مقدار نوسان (حداكثر زاويه انحراف از مركز) بر حسب درجه =

فركانس نوسان، برحسب سيكل بر دقيقه = nosc

تركيب دو ضريب در انتخاب اندازه برينگ  a2 , a

        Combination of life adjustment factor a2 and a3

اين دو ضريب با هم تركيب شده به صورت a23 درآورده شده است و معادله طول عمر بدين‌صورت تبديل مي‌شود : Lna = a1a23L10

در صورت وجود شرايط نرمال از لحاظ آلودگي محيط كار، مقادير a23 را مي‌توان از دياگرام صفحه 32 بر حسب نسبت K = V/V1 بدست آورد. منطقه خاكستري رنگ در دياگرام بدين معناست كه در صورتيكه روانكار حاوي مواد EP (فشار بالا Extreme pressure =) باشد، مي‌توان مقادير a23 را تا حد هاشور خورده بالا برد. اين مواد در موقع بالا رفتن فشار، موجب بالا رفتن ويسكوزيته روانكار شده؛ در نتيجه روانكار از فاصله بين اجزاء برينگ خارج نمي‌شود.

تئوري جديد طول عمر _ معادله طول عمر در انتخاب اندازه برينگ    

New life theory – life equation

در اين معادله مسئله بار خستگي (Fatigue Load)pu نيز در نظر گرفته شده و معادله از دقت بالايي برخوردار است. در اين معادله داريم :

و يا

طول عمر اصلاح شده مبنا، مطابق با تئوري جديد، ميليون دور Lnaa =

ضريب اصلاحيه طول عمر براي ضريب اطمينان a1 =

ضريب اصلاحيه طول عمر بر مبناي تئوري جديد askf =

نمودار مربوط به تعيين ضريب a23 بر حسب نسبت

ضريب اصلاحيه طول عمر در انتخاب اندازه برينگ

 askf                              Life adjustment factor skf

اين ضريب تركيب پيچيده از چند فاكتور، شامل شرايط روانكاري بوده و به نسبت ويسكوزيته مربوط مي‌شود. مقادير askf بعنوان تابعي از رابطه  در چهار دياگرام در صفحات بعد آورده شده است.  ضريب مربوط به درصد آلودگي محيط برينگ، Pu بار خستگي و P بار ديناميكي معادل است.

فاكتور اصلاحيه  براي آلودگيها و مواد اضافي در انتخاب اندازه برينگ

 For contaminationAdjustment factor

اين ضريب به جهت اهميت نقش مواد آلوده كننده در طول عمر برينگ در نظر گرفته شده است. تاثير اين مواد بر خستگي برينگ بستگي به عواملي نظير اندازه برينگ، ضخامت لايه روانكار داخل برينگ، اندازه و توزيع مواد اضافي و نرمي و سفتي آنها دارد. مقادير اين ضريب تحت شرايط مختلف كاري در جدول ذيل آورده شده است.

محاسبه بارهاي ديناميكي بر برينگ در انتخاب اندازه برينگ

Calculation of dynamic bearing loads

بارهاي اعمال شونده بر يك برينگ مطابق قوانين عمل مكانيك، قابل محاسبه هستند و اين در صورتيست كه نيروهاي خارجي نظير نيروهاي سيستم انتقال قدرت يا اينرسي و غيره از قبل معلوم و يا قابل محاسبه باشند. جهت سهولت در محاسبه، شافت به عنوان يك ميله صلب متكي بر تكيه‌گاه بدون ممان در نظر گرفته شده و نيز از تغيير شكل‌هاي الاستيكي در برينگ، و ساير اجزاء ماشين صرفنظر مي‌شود.

بار ديناميكي معادل در انتخاب اندازه برينگ                                   

 Equivalent dynamic bearing load

 در صورتيكه بار محاسبه شده F كه بر برينگ اعمال مي‌شود از نظر جهت و مقدار يكسان و يكنواخت باشد و در مورد برينگ‌هاي شعاعي، فقط شعاعي و در برينگ‌هاي كف گردبار، فقط در امتداد محوري اعمال شود، مي‌توان F را به جاي P يعني بار ديناميكي معادل قرار داد. در صورتيكه هر كدام از موارد فوق‌الذكر تقض شود، نخست بايد بار ديناميكي معادل را محاسبه كرد.

بار ثابت بربرينگ در  انتخاب اندازه برينگ   

Constant bearing load

در اكثر موارد اعمال بار به برينگ بصورت يكنواخت. (از لحاظ جهت و اندازه) و به صورت خالص شعاعي يا محوري نيست. برينگ‌هاي شعاعي هميشه علاوه بر بار شعاعي، بارهاي محوري را نيز متحمل مي‌شوند. در صورتيكه اندازه و جهت منتجه اين بارها يكسان باشد،بار ديناميكي معادل را مي‌توان از رابطه ذيل بدست آورد :

P = xfr + Yfa

بار ديناميكي معادلۀ برحسب نيوتن P = N

بار شعاعي واقعي، برحسب نيوتن fr = (N)

بار محوري واقعي، برحسب نيوتن Fa = (N)

ضريب بار شعاعي براي برينگ x =

ضريب بار محوري براي برينگ Y =

اصولاً بار محوري وقتي در معادله وارد شده و در نظر گرفته مي‌شود كه نسبت Fa به Fr از حد معيني (e) تجاوز كند. مقادير e در اطلاعات مختص هر برينگ توسط سازندگان آنها ارائه مي‌شود. اين مسئله در برينگ‌هايي كف گرد كه بار شعاعي را نيز متحمل مي‌كنند، صادق است. در مورد برينگ كف گرد كه بار شعاعي را نيز تحمل مي‌كنند، صادق است. در مورد برينگ كف گرد كه فقط بار محوري را نيز تحمل مي‌كند معادله به صورت ساده : P = Fa تبديل مي‌شود.

با توجه به فرمولهاي مذكور و با توجه به اينكه با افزايش ايعاد برينگ بار ديناميكي يا استاتيكي مبناي برينگ نيز افزايش مي‌يابند، اندازه برينگ با در نظر گرفتن طول عمر مورد نياز تعيين مي‌شود.


بار متغير در انتخاب اندازه برينگ

 Fluctuating bearing load

در بسياري از موارد اندازه باري كه بر برينگ اعمال مي‌شود، متغير است؛ لذا در اين حالت بايد يك بار متوسط Fm را در نظر گرفت.

اگر بار شامل نيروهاي مختلف باشد كه در تعداد دوران مشخص اندازه هر يك ثابت باشد، يك بار متوسط بدين ترتيب بدست مي‌آيد.

  بار متوسط ثابت، Fm = N

بارهاي ثابت طي دوره‌هاي F1,F2 … = …,U2,U1

تعداد كل دوران (U = u1+u2+ ,…) كه در هر يك از آنها بارهاي U =    , F1,F2,… اعمال مي‌شوند.

اگر سرعت برينگ يكنواخت و جهت بار ثابت، ولي مقدار آن بين يك اندازه حداقل Fmin و حداكثر Fmax نوسان كند، مقدار متوسط بار از اين رابطه بدست مي‌آيد.

در صورتيكه مطابق شكل زير، بار وارده بر برينگ شامل يك بار ثابت F1 از لحاظ اندازه و جهت (مانند وزن يك روتور) و يك بار ثابت دوراني F2 (مانند يك نيروي نامتعادل) باشد بار متوسط از اين رابطه بدست مي‌آيد :

Fm = fm(F1+F2)

اگر بارهاي متغير فوق‌الذكر بر برينگ‌هاي شعاعي فقط در امتداد شعاعي و بر برينگ كف‌گرد فقط در امتداد محوري تحميل شود، در اين صورت بار ديناميكي معادل P مساوي Fm خواهد بود. در غير اينصورت بايد از معادله بار ديناميكي معادل استفاده شده و بجاي Fr و Fa اجزاء بارهاي شعاعي و محوري بار متوسط درمعادله وارد شوند.

در صورتيكه جهت و مقدار بار با زمان تغيير كند، بارهاي معادل P2 , P1 بر اي فواصل زماني مجزاي …,U2,U1 با استفاده از معادله عمومي P = XFr + YFr محاسبه شده سپس مقدار متوسط بار معادل Pm از اين رابطه بدست مي‌آيد :

بار حداقل لازم در انتخاب اندازه برينگ                                                 

  Requisite minimum load

يك برينگ جهت يك عملكرد رضايت‌بخش همواره بايد تحت يك بر حداقل قرار داشته باشد. اين مقدار در رولبرينگها بايد 0.02C (C بار ديناميكي مبنا است) و در مورد بلبرينگ‌ها 0.01C باشد. اهميت بار حداقل در شتاب‌هاي بالا و وقتي به سرعت %75، نرخ سرعت قيد شده در جداول برينگ‌ها مي‌رسد، افزوده مي‌شود.

 انتخاب اندازه برينگ ” انتخاب اندازه برينگ ” انتخاب اندازه برينگ ” انتخاب اندازه برينگ ” انتخاب اندازه برينگ ” انتخاب اندازه برينگ ” انتخاب اندازه برينگ ” انتخاب اندازه برينگ ” انتخاب اندازه برينگ ” انتخاب اندازه برينگ “

مطالب مرتبط