رولبرینگ مخروطی
رولبرینگهای مخروطی دارای غلطکهایی است که مسیر حرکت آنها به شکل مخروط ناقص هستند. غلطکها در این یاتاقانها به شکلی طراحی شدهاند که امتداد محور همگی آنها در یک نقطه متمرکز میشود، اما هر کدام از آنها به مانند یک برش از مخروطی ناقص هستند. این ساختار برای تحمل همزمان بارهای ترکیبی شعاعی و محوری سنگین مناسب است. همچنین به شکلی طراحی میشوند که قابلیت تنظیم لقی برای دستیابی به سفتی مطلوب را داشته باشند.
طراحی انواع رولبرینگ مخروطی آنها را قادر میکند تا بارهای بسیار سنگین حتی در سرعت بالا را تحمل کنند، با این وجود نمیتوان آنها را در فهرست یاتاقانهای سرعت بالا قرار داد. در کل سرعت مجاز این رولبرینگها کمتر از مدلهای استوانهای است، اما بهتر از هر نوع یاتاقان دیگری توانایی تحمل انواع بارهای ترکیبی را دارند. این مقاله یک راهنمای کلی برای بررسی، مشخصات فنی، قابلیتهای کاربردی و نکات خرید رولبرینگ مخروطی است.
رولبرینگ مخروطی چیست؟
یاتاقانهای مخروطی از مهمترین و کاربردیترین انواع رولبرینگ در صنعت هستند که برای تحمل بارهای ترکیبی سنگین طراحی شدهاند. این رولبرینگها به راحتی میتوانند فشار دائمی و حتی شوکهای مکانیکی ناشی از بارهای همزمان شعاعی و محوری را تحمل نمایند.
در رولبرینگ مخروطی همه چیز براساس هم مرکزی طراحی شده است. غلتکها شبیه به مخروطهای ناقص هستند که در یک مسیر مخروطی داخل رینگ داخلی غلتش میکنند و رینگ خارجی نیز دارای مسیر مخروطی مکمل است. اما اگر خطوط فرضی از سطح غلتکها و مسیرهای رینگها امتداد یابند، همه در یک نقطه مشترک روی محور اصلی یاتاقان که محور شفت است به یکدیگر میرسند. این ویژگی منحصربهفرد باعث میشود تا غلتکهای مخروطی بدون لغزش (غلتش کامل) حرکت کنند.
اجزای اصلی رولبرینگ مخروطی
ساختار طراحی انواع رولبرینگ مخروطی نیز مانند دیگر یاتاقانها بر پایه قرار دادن اجزای غلتشی در میان رینگهای داخلی و خارجی است. اما این ساختار الگوی خلاقانهای دارد تا حرکت ایجاد شده غلتکها کاملاً غلتشی باشد. اجزای اصلی این رولبرینگها به قرار زیر هستند:
- رینگ داخلی: حلقه فلزی داخلی است که روی شفت (محور) سوار میشود. این رینگ فلزی دارای شیار مخروطی برای حرکت روان غلتکها است.
- رینگ خارجی: حلقه فلزی خارجی است که داخل محفظه یا روی بدنه دستگاه ثابت میشود. در بخش داخلی این رینگ نیز شیار مناسب غلتش کامل غلتکها طراحی شده است.
- قفسه: قطعه فلزی فولادی، برنجی و یا پلیمری است که غلتکها را در فواصل منظم و موازی با یکدیگر نگه میدارد تا از تماس و اصطکاک آنها با هم جلوگیری کند. جنس قفسه کاملاً وابسته به نوع کاربرد رولبرینگ مخروطی است.
- غلتک ها: غلتکهای مخروطی در فضای میان رینگهای فلزی قرار دارند که شبیه به یک مخروط ناقص هستند. مانند یک استوانه که سطح مقطع دایرهای دو طرف آن متفاوت است. الگوی طراحی مخروطی باعث غلتش کامل بدون هر نوع لغزش داخل رینگها میشود.
عملکرد رولبرینگ مخروطی
ساختار و شکل طراحی انواع رولبرینگ مخروطی به مانند مدلهای استوانهای است، با این تفاوت که داخل رینگها یک مسیر غلتش زاویهدار برای عبور غلتکهای مخروطی پیش بینی شده است. این تکنیک طراحی باعث شده تا رولبرینگهای مخروطی توانایی عالی برای تحمل بارهای ترکیبی داشته باشند.
بار شعاعی وارد شده به یاتاقان به یک نیروی عمودی بر سطح و یک نیروی محوری در راستای شفت تبدیل میشود. برای همین یاتاقانهای مخروطی به طور طبیعی میتوانند بار محوری قابل توجهی را در یک جهت تحمل کنند. برخلاف بسیاری از یاتاقانها، این رولبرینگهای مخروطی لقی داخلی ثابتی ندارند. چرا که میتوانید لقی را در هنگام نصب و یا جابهجا کردن محوری رینگها نسبت به یکدیگر تنظیم کنید. به این ترتیب با نزدیکتر کردن محور رینگها مقدار سفتی و دقت رولبرینگ افزایش پیدا میکند. این در حالی است که میتوان با افزایش فاصله محور رینگها مقدار لقی برای انبساط حرارتی و یا روانکاری بهتر را افزایش داد.
انواع رولبرینگ مخروطی
طراحی غلتکها به شکل یک مخروط ناقص الگوی متفاوتی از یاتاقانها را تولید میکند که قادر هستند تا بارهای ترکیبی و همزمان محوری و شعاعی را تحمل کرده و حتی قابلیت تنظیم لقی داشته باشد. این روش طراحی در انواع گوناگونی توسعه پیدا کرده است. مواردی مانند:
رولبرینگ مخروطی زاویه معمولی (TS-Single Row)
پرکاربردترین نوع از یاتاقانهای مخروطی است که به شکل تک ردیفه طراحی میشود. زاویه تماس بین غلتکها و رینگها خیلی کم در حدود 10 الی 16 درجه است. از این مدل عموماً برای طراحی چرخ خودرو، گیربکس خودرو و صنایع عمومی استفاده میکنند.
رولبرینگ مخروطی زاویه متوسط (TS-Medium)
مقدار زاویه تماس سطح غلتکهای مخروطی با رینگها در این مدل حدوداً 18 الی ۲۴ درجه است. این مقدار زاویه باعث شده تا تحمل خوبی برای بارهای محوری داشته باشد. از این رو رولبرینگ ایدهآل برای طراحی دیفرانسیلها و یا گیربکسهای سنگین کاهنده است.
رولبرینگ مخروطی زاویه تند (TSS-Steep)
مقدار زاویه تماس غلتکهای مخروطی با رینگها در این نوع بسیار زیاد و در حدود ۲۵ الی ۳۰ درجه است. این مقدار زاویه تماس باعث شده تحمل عالی بارهای محوری بسیار سنگین را داشته باشد. از این نوع رولبرینگ مخروطی عموماً برای طراحی هاب چرخهای سنگین و یا جکها استفاده میکنند.
رولبرینگ مخروطی دو ردیفه (TDO-Tandem)
این مدلها دارای دو ردیف غلتک مخروطی کنار هم هستند که هم برای تحمل بار شعاعی و هم برای تحمل بار محوری عالی است. از طرفی مقدار زاویه تماس غلتکها با رینگهای داخلی و خارجی قابل تنظیم است. این مدل را برای طراحی گیربکسهای سنگین صنعتی، غلتکهای نورد و… استفاده میکنند.
رولبرینگ مخروطی چهار ردیفه (TQO-Four Row)
این مدل نمونه بسیار خاص و البته جانسختی است که با چهار ردیف غلطک مخروطی طراحی شده و توانایی کافی برای تحمل بارهای فوق سنگین را دارد. از این مدلهای چهار ردیفه برای طراحی سیستمهای مکانیکی فوق سنگین مانند غلتکهای نورد فولاد استفاده میکنند.
مزایا و معایب رولبرینگ مخروطی
| مزایا | معایب |
توانایی تحمل بار ترکیبی عالی مناسب برای سنگینترین بارهای شعاعی و محوری قابلیت تنظیم لقی و امکان دستیابی به سفتی مطلوب قابلیت جداسازی با نصب و تعمیر آسان قطعات توانایی ایجاد تنظیم Preload (سفتی بالا) برای دقت دورانی عالی دوام بالا و کاملاً جانسخت در کاربردهای سنگین با شرایط کاری دشوار | نیاز به تنظیم دقیق و نصب دشوار نسبت به دیگر رولبرینگها بسیار حساس به ناهمترازی محورها سرعت مجاز محدود در مقایسه با رولبرینگهای استوانهای تولید اصطکاک بالا به دلیل زاویه دار بودن غلتکهای مخروطی نیاز به نصب جفتی به شکل مقابل هم برای کنترل بار محوری در دو جهت مخالف |
ویژگی های فنی رولبرینگ مخروطی
رولبرینگهای مخروطی را باید ایده هوشمندانه در دنیای مهندسی معرفی کنیم. رولبرینگهایی که با یک تغییر ساده در الگوی طراحی غلتک میتوانند شرایط کاری بسیار پیچیده و اعمال همزمان بارهای ترکیبی از نوع محوری و شعاعی را تحمل نمایند. ویژگیهای فنی این نوع رولبرینگ را از نظر ظرفیت باربری، سرعت و مقدار حساسیت به ناترازی بررسی میکنیم.
🔹ظرفیت باربری
اصولاً یاتاقانهای مخروطی برای کار در شرایط سخت و تحمل بارهای سنگین طراحی نشدهاند. این رولبرینگها قادر به تحمل بار شعاعی بسیار بالا مشابه مدلهای استوانهای هستند و مقدار تحمل بار محوری آنها به طراحی زاویه تماس غلطک با رینگها بستگی دارد. هر چه زاویه تماس غلتکها با رینگها تندتر باشد، ظرفیت تحمل بار محوری رولبرینگ مخروطی نیز بالاتر است. اما به هر حال این رولبرینگها از بهترین یاتاقانهای غلتشی برای تحمل بارهای ترکیبی محسوب میشوند.
🔹سرعت مجاز
سرعت مجاز رولبرینگهای مخروطی از مدلهای استوانهای کمتر است. این کاهش سرعت به علت طراحی خاص غلتکهای مخروطی است، زیرا سطح تماس این نوع غلتک آنهم تحت زاویه 15 الی ۳۰ درجه قابل توجه است. لذا حداکثر سرعت غلتشی آنها در مقایسه با غلتکهای استوانهای به مراتب کمتر است، اما بهطور کامل حرکت غلتشی و بدون هیچ نوع جابجایی لغزشی دارند. لذا در کل رولبرینگهایی آرام اما قدرتمند با قابلیت ایجاد چرخش دقیق هستند. البته به شرط روانکاری خودکار و مستمر با روغن باکیفیت میتوان از آنها در سرعتهای نسبتاً بالا نیز استفاده کرد.
🔹حساسیت به ناترازی
تمام مدلهای مخروطی نسبت به ناترازی زاویهای بسیار حساس هستند. این ناترازی باعث تمرکز تنش در لبههای غلتکهای مخروطی شده و از عمر مفید آنها میکاهد. لذا به نصب کاملاً دقیق و هم محور شفت و محفظه نیاز دارند. این ویژگی در واقع نوعی محدودیت است که شرایط نصب و بهرهبرداری از این رولبرینگها را دشوار میکند.
کاربردهای رولبرینگ مخروطی
توانایی تحمل بارهای ترکیبی با قابلیت تنظیم لقی ویژگیهای برجستهای است که به راحتی در هر نوع یاتاقان غلتشی پیدا نمیکنید. اما انواع رولبرینگ مخروطی به خوبی قادر هستند که بارهای سنگین و توأمان محوری و شعاعی را برای مدت زمان طولانی حتی در شرایط ضربه و شوکهای مکانیکی تحمل کنند. این ویژگیها زمینهساز قابلیتهای کاربردی گستردهای است، مانند:
- طراحی توپی چرخهای جلو و عقب برای تحمل نیروهای پیچ خوردن
- استفاده در دیفرانسیل پینیون و کرانویل برای انتقال قدرت و تحمل بار در دندهها
- طراحی سیستم فرمان و اتصالات آن در انواع خودروها
- ساخت گیربکسهای سنگین و کاهنده صنعتی
- ساخت گیربکس چرخ و یا اکسل در ماشینآلات راهسازی
- طراحی غلتکهای سنگین نورد در صنایع فولادی
- طراحی انواع ماشینآلات سنگ شکن و نوار نقالههای سنگین در صنایع معدنی
نکات مهم نصب و استفاده از یاتاقان مخروطی
شاید مهمترین چالش استفاده از انواع رولبرینگ مخروطی حساسیت نصب و رعایت هم محوری کاملاً دقیق است. به هر حال کوچکترین ناهمترازی کافی است تا لبههای غلطک این رولبرینگها شدیداً تحت فشار قرار گرفته و عملاً خرد شوند. در ادامه نکتههایی برای نصب و استفاده اصولی از این نوع یاتاقانها را تشریح میکنیم:
روش های تنظیم لقی رولبرینگ مخروطی
تنظیم مقدار لقی، مهمترین نکته برای نصب و استفاده از رولبرینگهای مخروطی است. روش تنظیم با مهره متداولترین است که با استفاده از یک مهره روی شفت میتوان رینگ داخلی را جابهجا کرده و مقدار لقی را تنظیم نمود. از این روش برای تنظیم اتصال رولبرینگ در چرخ خودروها و یا گیربکسها استفاده میکنند.
روش تنظیم با شیم (Shim) یک روش کاربردی دیگر است که با افزودن و یا کم کردن ورقهای نازک (Shim) انجام شده و برای نصب رولبرینگ در سیستمهای حساس صنعتی کارایی دارد. همچنین برای برخی کاربردهای خاص جهت تنظیم لقی از روش تنظیم با پیچ نیز استفاده میکنند.
روانکاری رولبرینگ مخروطی
نوع روانکاری به سرعت سیستم مکانیکی و رولبرینگ بستگی دارد. برای سرعتهای بالا و یا دمای زیاد روانکاری با روغن به شکل غوطهوری و یا پاششی توصیه میشود. اما برای سرعتهای پایین و متوسط میتوانید از گیریس باکیفیت مانند لیتیوم کمپلکس برای روانکاری استفاده کرد. در این صورت فقط مجاز به پر کردن ۳۰ الی ۵۰ درصد فضای آزاد از گریس هستید. پر کردن بیش از حد باعث افزایش دما و استهلاک زود هنگام رولبرینگ میشود.
نصب جفتی
اگرچه رولبرینگهای مخروطی توانایی عالی برای تحمل بارهای ترکیبی از نوع محوری و شعاعی را دارند، اما بهتر است که برای کنترل بار محوری در هر دو جهت، این رولبرینگها را به صورت جفتی نصب کنید. نصب جفتی به شکل پشت به پشت (Back-to-Back) مقاومت بالایی در برابر گشتاور خمشی ایجاد میکند. اما نصب جفتی به شکل رودررو (Face-to-Face) برای جبران انبساط حرارتی مناسب است. همچنین توصیه میکنیم که در محیطهای آلوده از قطعات آببندی مؤثر مانند کاسه نمد یا اورینگ استفاده کنید.
راهنمای خرید رولبرینگ مخروطی
اگر برای تعمیرات دستگاه به یاتاقان جدیدی نیاز دارید، قاعدتاً میتوانید از روی اطلاعات قطعه مستهلک شده برای خرید رولبرینگ مخروطی جدید اقدام کنید. با این حال چه در زمان طراحی ماشینآلات و یا سرویس و بازرسی و حتی تعمیرات چند نکته را رعایت کنید:
- ابتدا شرایط کاری سیستم از قبیل نوع بار، مقدار بار، سرعت دوران، دما و شرایط محیطی را در نظر بگیرید.
- به فضای موجود برای نصب رولبرینگ دقت کنید.
- براساس اطلاعات کافی از شرایط سیستم نوع رولبرینگ مناسب را انتخاب کنید. در اکثر پروژهها خرید رولبرینگ مخروطی زاویه معمولی (10 الی 16 درجه) کافی است. اما برای کارهای سنگین و فشار توأمان بارهای محوری و شعاعی حتماً رولبرینگ ۲ یا ۴ ردیفه را تهیه کنید.
- ابعاد اصلی از جمله قطر سوراخ (d)، قطر خارجی (D) و ضخامت (B) رولبرینگ را محاسبه کنید.
- مقدار لقی را در نظر گرفته و محصول مناسب را با توجه به نوع لقی مورد نیاز سیستم تهیه کنید.
- رولبرینگ بدون آببندی صرفاً برای سیستمها با قابلیت روغنپاشی و یا غوطهوری در روغن مناسب هستند. در این میان بهتر است جنس آببندی را با توجه به شرایط محیط انتخاب کنید.
بهترین برندهای تولید کننده رولبرینگ مخروطی
رولبرینگهای مخروطی برای کارهای سنگین طراحی شدهاند و باید وظایف خطیری را بر عهده بگیرند. قطعاً علاقه ندارید که عملکرد حساس و استراتژیک سیستمهای صنعتی را به خطر اندازید. شما به دنبال بهترین برند تولید کننده انواع رولبرینگ مخروطی هستید و برندهای برجستهای در سطح جهانی برای تولید این نوع رولبرینگ فعالیت میکنند.
چالش اصلی تهیه محصول اورجینال است، زیرا در بازار انواع محصولات فیک و تقلبی مشابه مدلهای اصلی عرضه شده است. توصیه میکنیم که این یاتاقانها را از فروشگاههای معتبر تهیه کنید. برندهای معروف تولید کننده رولبرینگ مخروطی به قرار زیر هستند:
- SKF ساخت سوئد
- FAG ساخت آلمان
- Timken ساخت آمریکا
- NSK ساخت ژاپن
- NTN ساخت ژاپن
- Koyo ساخت ژاپن
- TMB ساخت چین
قیمت رولبرینگ مخروطی
تحمل همزمان بارهای ترکیبی با قابلیت تنظیم لقی و توانایی تحمل فشار زیاد در کارهای پیوسته، ویژگیهای برجسته رولبرینگهای مخروطی است. با این حال قیمت رولبرینگ مخروطی به فاکتورهای زیادی از جمله سایز، نوع، متریال ساخت و برند بستگی دارد. البته در بازار انواع محصولات فیک نیز عرضه شده که معمولاً با قیمتهای نامتعارف فروخته میشوند.
با این حال برای خرید رولبرینگ مخروطی با بهترین قیمت و تضمین اصالت کالا میتوانید از فروشگاه اینترنتی پیکاتک استفاده کنید. کارشناسان پیکاتک به شما کمک میکنند تا از میان محصول برندهای مختلف بازار، بهترین مدلها کاملاً متناسب با شرایط پروژه را تهیه کنید.
