بلبرینگ و رولبرینگ صنعتی

بلبرینگ Ball bearing نوعی از اتصال است که در صنایه بر روی ماشین آلات دینامیک بسته می شود. بلبرینگ ها دارای انواع گوناگونی هستند که بسته به نوع مفصلی که بر روی آن بسته می شوند و راستای نیرویی که بر پیکر بلبرینگ وارد می شود دسته بندی می شوند. در صنایع به اشتباده هر گونه مفصل صنعتی حتی یاتاقان ها را نیز با نام بلبرینگ می خوانند اما حقیقت این است که این امر کاملا بر عکس می باشد و بلبرینگ نوعی رولبرینگ و کلیه رولبرینگ ها تنها نوعی یاتقان هستند.
بلبرینگ ها قطعات مصرفی هستند بدین معنا که حتی قدرتمند ترین بلبرینگ نیز که توسط معتبر ترین برند های جهانی تولید شده است تحت تنش های بالای کاری و در مدت زمان بالا دچار استهلاک شده و نیاز به تعویض پیدا می کند. بلبرینگ ها اغلب از جنس فولادی تولید می شوند تا دارای قابلیت های بالایی در تعلیق بار تحت تنسایل مقاومتی بالا و سختی سطحی مناسب باشند اما گاهی اوقات شرایط سخت محیط عملکرد بلبرینگ شرایط را برای استفاده از بلبرینگ های فولادی محدود می کند و نیاز به استفاده از متریال هایی جایگزین مانند بلبرینگ های استیل و یا حتی سرامیکی را بوجود می آورد.

توزیع تنش و نیرو در بلبرینگ و رولبرینگ

یکی از مهمترین بخش های مهندسی در طراحی و تست انواع بلبرینگ و رولبرینگ که منجر به انتخاب نوع و سایز بلبرینگ برای اتصال بر روی ماشین آلات دینامیک می شود نمودار توزیع تنش و کرنش معدل آن می باشد. تنش به مفهوم میزان بار وارده بر بلبرینگ بر روی واحد سطح است. از انجایی که در بلبرینگ ها تماس بین ساچمه کروی با سطح رینگ در دو نقطه بالایی و پایینی صورت می پذیرد با کم شدن سطح مقطع تماس در این دو نقطه افزایش شدید تنش و یا تمرکز تنش اتفاق می افتد که یکی از مهمترین عوامل در کاهش طول همر مفید بلبرینگ ها و سایش ساچمه ها محسوب می شود.
در مورد رولبرینگ ها که از ساچمه هایی به شکل های دیگر استفاده می کنند و اغلب تماس بین ساچمه های آنها با سطح رینگ بر روی یک خط و نه یک نقطه اتفاق می افتد طبیعتا با بالا رفتن سطح تماس بین ساچمه رولبرینگ و رینگ آن تمرکز تنش نیز کاهش چشم گیری خواهد داشت. از همین روست که در صنایع اغلب در شرایط کاری که میزان بارگذاری شدیدی اتفاق می افتد ترجیح به استفاده از رولبرینگ بجای بلبرینگ می باشد. البته انواع مختلفی از رولبرینگ با ساچمه هایی به شکل های مختلف تولید می شوند که میزان تماس ساچمه ها با سطح رینگ در تمامی انواع رولبرینگ یکسان نبوده و در تنیجه تمرکز تنش نیز متفاوت خواهد بود. با این وجود در مقایسه با بلبرینگ ها در کل رولبرینگ ها با تماس بیشتری در سطح بار گذاری بیشتری را نیز تحمل می کنند.

طراحی خاص رولبرینگ بشکه ای

بلبرینگ ها و رولبرینگ ها هر دو دارای ضعف هایی هستند. بلبرینگ ها دارای ساچمه هایی با قابلیت حرکت و روانی بسیار بالا هستند که میزان اصطکاک را به حداقل می رساند و علاوه بر این ساچمه های آنها نیز بدون لبه بوده و سبب حرکت بسیار روان در آنها می شود با این وجود همانطور که در بالا گفته شد تنش در آنها بسیار نا متوازن توزیع می شود. در عوض رولبرینگ ها قابلیت تعلیق بار زیادی را دارند اما لبه های زاویه دار ساچمه های آنها سبب می شود تا میزان سایش و اصطکاک در آنها بالاتر رود. از طرفی لبه های زاویه دار ساچمه رولبرینگ روانی عملکرد آن را نیز به حداقل می رساند.
رولبرینگ بشکه ای یکی از راهکارهایی است که برای به حداقل رساندن مشکلات عملکرد بلبرینگ و رولبرینگ بصورت همزمان ارائه شده است. رولبرینگ بشکه ای ساچمه هایی به شکل بشکه دارد که بیشتر ویژگی های مفید ساچمه های کروی بلبرینگ و بخشی از ویژگی های مفید ساچمه های رولبرینگ را دارد. به حداقل رسیدن اصطکاک، درجه آزادی بالاتر و اصطکاک کمتر در کنار داشتن سطح تماس بالاتر با رینگ که بارگذاری های شدید را نیز فراهم می کند از ویژگی های مثبت رولبرینگ های بشکه ای محسوب می شود.