رولبرینگ‌ها و بلبرینگ‌ها دو نوع از عناصر مهم صنعتی هستند که برای کاهش اصطکاک و پشتیبانی از بارهای مکانیکی در ماشین‌ها و تجهیزات مختلف استفاده می‌شوند. هر کدام از این دو نوع ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در این مقاله به بررسی تفاوت‌های اصلی بین رولبرینگ‌ها و بلبرینگ‌ها پرداخته می‌شود تا مشخص شود کدام نوع برای کاربردهای خاص مناسب‌تر است.
رولبرینگ چیست؟
رولبرینگ یا bearing یکی از اجزای کلیدی در مکانیک است. این قطعه توانایی فراهم کردن حرکت صاف و همگرایی بین قطعات مختلف را دارد. وظیفه اصلی رولبیرینگ، کاهش اصطکاک و ایجاد پشتیبانی برای حرکت دو جزء نسبت به یکدیگر است. از بیرینگ‌ها در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، صنایع هواپیما، ماشین آلات، و حتی برای استفاده در لوازم خانگی استفاده می‌شود تا حرکت صاف و کارایی مناسب امکان‌پذیر شود. این قطعه بر اساس نوع و کاربرد خاص ممکن است انواع مختلفی داشته باشد، اما نقش اساسی و مهمی در انتقال نیرو و جابجایی مواد را ایفا می‌کند.
بدون شک نیروی اصطکاک بین اجزای یک گیربکس می‌تواند منجر به هدررفت انرژی شود. به طور مثال، نیروی اصطکاک بین شفت و دیواره یکی از منابع اصلی اتلاف انرژی در گیربکس‌ها است. اصطکاک بین این دو قطعه به اندازه زیادی انرژی جذب و توسط این دو سطح تبدیل به گرما می‌شود، که منجر به افزایش دما و کاهش کارایی سیستم می‌شود. برای کاهش این اتلاف انرژی و افزایش کارایی، اغلب از مواد روانکار و روش‌های کاهش اصطکاک مانند استفاده از روانکارها، لوبریکانت‌ها و طراحی بهینه سطوح اصطکاکی استفاده می‌شود. این اقدامات می‌توانند به بهبود کارایی و کاهش هدررفت انرژی در سیستم‌های مکانیکی کمک کنند.
استفاده از رول بیرینگ‌های توپی (ball bearing) بر روی شفت‌ها دقیقا به منظور کاهش اصطکاک زیاد استفاده می‌شود. بیرینگ‌های توپی شامل یک توپ کوچک یا چند توپ کوچک است که بین دو حلقه محلی ثابت شده اند. این توپ‌ها به عنوان نقطه تماس بین شفت و حلقه‌ها عمل می‌کنند و باعث کاهش اصطکاک و افزایش راندمان و کارایی حرکت می‌شوند. این بیرینگ‌ها به دلیل طراحی منحصر به فرد خود، عملکرد استثنایی در انتقال نیرو و حرکت صاف فراهم می‌آورند و از اتلاف انرژی ناشی از اصطکاک زیاد جلوگیری می‌کنند. به طور کلی، استفاده از بیرینگ‌های توپی بهبود کارایی و عملکرد سیستم‌های مکانیکی را فراهم می‌کند و هدررفت انرژی بر اثر اصطکاک را کاهش می‌دهد.
رولبرینگ‌ها معمولا بر روی شفت‌ها یا محورها نصب می‌شوند. بیرینگ‌ها به عنوان عنصری میان شفت و محور یا بین دو قطعه متحرک دیگر عمل می‌کنند و وظیفه فراهم کردن پشتیبانی، کاهش اصطکاک و انتقال نیرو و حرکت را بر عهده دارند. نحوه نصب بیرینگ بستگی به نوع بیرینگ و نوع شفت یا محوری که مورد استفاده قرار می‌گیرد دارد. اما در اکثر موارد، بیرینگ‌ها بین حلقه‌های شفت و حلقه‌های ایستا نصب می‌شوند و این حلقه‌ها در اتصال با شفت یا محور قرار میگیرند. نحوه نصب دقیق بیرینگ‌ها می‌تواند اهمیت بالایی در کارایی و عمر مفید آنها داشته باشد، از این رو نصب صحیح و دقیق بیرینگ‌ها بسیار حیاتی است.
رول برینگ قادرند باعث آماده‌سازی حرکت آزادانه محوری یک قطعه در حال حرکت چرخشی حول یک محور ثابت شوند. بیرینگ‌ها به دلیل طراحی خاص خود، امکان حرکت صاف و آزادانه یک قطعه را روی محوری ثابت فراهم می‌آورند. از طرفی، بیرینگ‌ها همچنین می‌توانند با کنترل بردارهای نیروی عمودی وارد بر قطعات متحرک از حرکت جلوگیری کنند. بیرینگ‌های مناسب می‌توانند نیروهای عمودی را به صورت صحیح تبدیل کرده و از تأثیرات منفی آنها بر حرکت قطعات جلوگیری کنند، مانع از انحراف و عدم استواری در حرکت قطعات شوند. از این رو، طراحی مناسب و انتخاب صحیح بیرینگ‌ها در سیستم‌های مکانیکی باعث استفاده بهینه از منابع و افزایش عملکرد و دقت در حرکت قطعات می‌شود.
کلمه “بیرینگ” از کلمه انگلیسی “bear” یا “تحمل کردن” گرفته شده است. بیرینگ‌ها نقش مهمی در تحمل نیروها، انتقال حرکت و ایجاد پشتیبانی در سیستم‌های مکانیکی دارند. این عبارت تا حد زیادی به توانایی بیرینگ‌ها در تحمل و پشتیبانی از نیروها اشاره دارد. از این رو، عبارت “بیرینگ” به معنای تحمل کردن نیروها، فشارها و انتقال حرکت استفاده می‌شود. به عنوان مثال، بیرینگ‌ها بر روی شفت‌ها می‌توانند نیروهای جانبی و عمودی را تحمل کرده و حرکت صاف و دقیق در سیستم‌های مکانیکی فراهم کنند.
رولبرینگ‌های ساده
رول برینگ های ساده‌تر بیشترین اندازه اصطکاک را دارا هستند و از مکان‌های سطحی بیشتری کمک میگیرند. بیرینگ‌هایی که از این نوع هستند معمولاً دو سطح متحرک دارند که یکی به شکل زبر و دیگری به شکل صاف است. این دو سطح در تماس با هم دو نقطه تماس دارند که بین آنها تقلصهای اصطکاکی بوجود می‌آید و کمیت موازنه‌ها بین دو سطح متحرک موازی است. این نوع بیرینگ‌ها به علت سادگی طراحی و ساختار، ارزان و خواناتر هستند، اما به دلیل زبری سطح، اصطکاک زیادی دارند و برای بارهای سنگین یا سرعت‌های بالا مناسب نیستند. این بیرینگ‌ها معمولاً در کاربردهای سبک و متوسط مورد استفاده قرار میگیرند.
بیرینگ ساده (plain bearing) یکی از معروف‌ترین انواع بیرینگ‌ها است. در این بیرینگ، سطوح تماس از نوع مالشی هستند که ممکن است با روغن‌های روان‌کننده یا گرافیت پوشیده شده باشند. این نوع بیرینگ برای تحمل بارهای نسبتاً سبک و سرعت‌های پایین مناسب است. بیرینگ ساده به طور کلی دارای زیرقسمت‌های فلزی و مخلوط‌های گریس یا روغن هستند که به خوبی فریکشن را به حداقل می‌رساند. این بیرینگ‌ها در مواردی مانند موتورهای خانگی، ماشین‌آلات کشاورزی و موارد دیگر بکار می‌روند.
بیرینگ‌های ساده معمولاً به عنوان یک قطعه جداگانه برای استفاده در سیستم‌های مکانیکی و ماشین‌ها استفاده می‌شوند. این بیرینگ‌ها به عنوان یک قطعه دوبل به تجهیزات اضافه شده و به عنوان یک واحد جداگانه عمل می‌کنند. طراحی ساده و قابلیت استفاده از مواد مختلف به فناوری ساخت این بیرینگ‌ها امکان استفاده آسان از آنها را فراهم می‌کند. برخی از حلقه‌های بیرینگ ساده حتی می‌توانند به صورت جانبی جدا شوند تا بتوان آنها را بر روی شفت‌ها نصب کرد یا دوباره جا به جای کرد. به عنوان مثال، بیرینگ‌های ساده ممکن است در موتورها، پمپ‌ها، ماشین‌آلات صنعتی و سایر تجهیزات مکانیکی برای ایجاد حرکت صاف و دقیق به کار روند.
رول برینگ ساده می‌تواند اینطور باشد که یک سوراخ داشته باشد که شافت از آن عبور می‌کند. این نوع بلبرینگ‌ها به عنوان “بلبرینگ سوراخ دار” شناخته می‌شوند و مورد استفاده برای حرکت خطی شفت می‌باشند. در این نوع بلبرینگ‌ها، شفت به راحتی درون سوراخ بلبرینگ حرکت می‌کند به جای گردشی بودن بلبرینگ حول شفت. این امر می‌تواند برای کاربردهایی که نیاز به حرکت خطی دارند، مفید باشد.
بلبرینگ‌های نیمه گسسته، که به عنوان برینگ‌های لایه‌ای نیز شناخته می‌شوند، در واقع یک لایه فلز بلبرینگی دارند که بر روی یک بستر نفوذ کرده است. این نوع بلبرینگ‌ها معمولا برای کاهش اصطکاک و سایش در سازه‌های مکانیکی استفاده می‌شوند. این بلبرینگ‌ها بر روی یک سطح قرار میگیرند و همچنین ممکن است بر روی یک اجزای مواد دیگر، مانند فولاد یا آلومینیوم، نصب شوند. این نوع بلبرینگ معمولا به صورت یک قطعه مجزا نصب نمی‌شود و بیشتر جزء یک قطعه بزرگ‌تر بوده و محافظت از سطح‌های تماس را بر عهده دارد.
بلبرینگ چیست
بلبرینگ‌ها قطعاتی هستند که بر روی شافت و محورهای گیربکس یا دیگر مکانیزم‌ها نصب می‌شوند و وظیفه تحمل و تکیه‌گاه دادن به آنها را بر عهده دارند. بلبرینگ‌ها از دو حلقه خارجی و داخلی تشکیل شده‌اند که دارای یک مجموعه مهره‌ها یا گلوله‌ها هستند که به انتقال حرکت و نیروها کمک می‌کنند. این ساختار به بلبرینگ این قابلیت را می‌دهد که حرکت را به صورت روان و یکنواخت انتقال دهد و از اصطکاک و سایش جلوگیری کند. بلبرینگ‌ها اهمیت بسیاری در انتقال نیروها و حرکت‌ها در ماشین‌آلات و تجهیزات دارند و اگر به درستی نگهداری و نصب شوند، می‌توانند به عمر و کارایی بهتر دستگاه‌ها کمک کنند.
بلبرینگ‌ها به صورت کلی به دو دسته بلبرینگ تماسی و بلبرینگ مغناطیسی تقسیم می‌شوند. بلبرینگ‌های تماسی معمولا از مهره‌ها یا گلوله‌ها برای انتقال حرکت و نیرو استفاده می‌کنند و در اکثر اعمال و صنایع مورد استفاده قرار میگیرند. این نوع بلبرینگ‌ها معمولا بر روی شفت یا محور نصب می‌شوند و به صورت مستقیم با سطح تماس دارند.
بلبرینگ‌های مغناطیسی به دو شکل مختلف، یعنی بر اساس مشعل‌های مغناطیسی و گروه‌های مغناطیسی تقسیم می‌شوند. این نوع بلبرینگ‌ها بدون نیاز به مهره‌ها یا گلوله‌ها عمل می‌کنند و با استفاده از قوانین مغناطیسی نیروهایی برای تامین حرکت و تکیه‌گاه دادن به شفت یا محور اعمال می‌کنند.
بلبرینگ‌های تماسی به دلیل سادگی و کارایی بالایشان از آن‌هایی که معمولا در صنایع مختلف استفاده می‌شوند. اما بلبرینگ‌های مغناطیسی نیز برای برخی برنامه‌ها و شرایط خاص مناسب هستند و به دلیل عدم وجود سایش و صدا، در مواردی انتخاب مناسبی می‌باشند.
بلبرینگ‌ها به عنوان یکی از قطعات مکانیکی، وظیفه حرکت هماهنگ و همگرا کردن بین چند قطعه مختلف را بر عهده دارند. این قطعات به صورت اصطکاکی یا مغناطیسی بر روی شفت یا محورهای مختلف نصب شده و در واقع وظیفه تحمل نیروها، انتقال حرکت و جلوگیری از اصطکاک و سایش را بین قطعات مختلف بر عهده دارند. از این جهت، بلبرینگ‌ها نقش مهمی در حفظ سیستم‌های مکانیکی با سرعت و کارایی بالا دارند.
نیروی اصطکاک بین اجزای گیربکس می‌تواند باعث هدر رفت انرژی شود. وقتی دو قطعه مکانیکی در تماس با یکدیگر قرار دارند و بین آنها اصطکاک وجود دارد، انرژی به صورت حرارت توسط اصطکاک مصرف می‌شود و از بین می‌رود. در یک گیربکس که شامل بلبرینگ‌ها و دیگر اجزای متحرک می‌باشد، این اصطکاک می‌تواند باعث هدر رفت انرژی و افزایش گرمای تولیدی شود که ممکن است منجر به کاهش کارایی و عمر مفید سیستم شود.برای کاهش اثرات منفی اصطکاک، استفاده از بلبرینگ‌های با کیفیت، روان در حرکت و نگهداری صحیح از آنها بسیار اهمیت دارد.
نیروی اصطکاک بین شفت و دیواره یک مثال خوب از اتلاف انرژی است که می‌تواند در سیستم‌های مکانیکی مختلف اتفاق بیفتد. وقتی یک شفت به صورت مستقیم با دیواره یک سوراخ یا محفظه در تماس است، اصطکاک بین آنها ایجاد می‌شود. این اصطکاک می‌تواند باعث هدر رفت انرژی و افزایش تولید حرارت شود که در نهایت ممکن است به کاهش کارایی و عمر مفید سیستم منجر شود.
با استفاده از بلبرینگ‌ها، که شامل گلوله‌ها یا مهره‌هایی با روانی و کم اصطکاک هستند، می‌توان از این اتلاف انرژی جلوگیری کرد. بلبرینگ‌ها به شفت اجازه حرکت روان و بدون ایجاد اصطکاک زیاد با دیواره را می‌دهند و باعث کاهش احتکاک و هدر رفت انرژی می‌شوند. به عبارت دیگر، هدف استفاده از بلبرینگ‌ها در این حالت، کاهش اصطکاک و اتلاف انرژی بین شفت و دیواره و بهبود کارایی سیستم می‌باشد.
اجزا سازنده بیرینگ چیست
این اجزا در بلبرینگ‌های غلتشی (rolling bearings) که شامل بلبرینگ‌های تماسی (ball bearings) و بلبرینگ‌های مخروطی (roller bearings) می‌شوند، به کار می‌روند.
- رینگ داخلی (Inner ring): برای بلبرینگ معمولا یا در داخل بلبرینگ نصب شده و بر روی شفت یا محور قرار دارد و نیروها را از طریق آن به برگرفته و منتقل می‌کند.
- رینگ خارجی (Outer ring): بلبرینگ‌ها رینگ خارجی برای نگه دارنده قطعات داخلی بلبرینگ و همچنین برای انتقال نیروها به بیرون محیط بیرونی استفاده می‌شود.
- قطعات واسط در حال چرخش (Roller, Ball or Needle): این قطعات بین رینگ داخلی و خارجی قرار میگیرند و در واقع وظیفه اصلی آنها انتقال نیروها و حرکت بین رینگ‌ها می‌باشد. این قطعات ممکن است از گلوله‌ها، مهره‌ها یا سوزن‌ها تشکیل شوند.
- جداکننده (Cage or Retainer): جداکننده‌ها برای جدا نگه داشتن و مرتب سازی قطعات واسط در حال چرخش نصب می‌شوند و از جلوگیری از برخورد مستقیم بین قطعات و کاهش اصطکاک و سایش ناشی از حرکت آنها جلوگیری می‌کنند.
بلبرینگ‌های ساده نیز انواع مختلفی دارند که هرکدام مخصوص استفاده در شرایط خاصی هستند. برخی از نوع های بلبرینگ ساده که اشاره کردید به شرح زیر می‌باشند:
- بوش (bushing): بوش یا روکش بلبرینگ یک قطعه غیر متحرک است که بین دو قطعه متحرک قرار می‌گیرد و اصطکاک را کاهش می‌دهد.
- ژورنال بیرینگ (journal bearing): این نوع بیرینگ به صورت مخصوص برای استفاده در شفت‌ها و در مکان های دورانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- بیرینگ غلافی (sleeve bearing): این نوع بیرینگ دارای یک غلاف آلومینیوم یا فولاد است که به عنوان بلبرینگ عمل می‌کند.
- بیرینگ تفنگی (rifle bearing): این نوع بیرینگ دارای طرح‌های خاص روی سطح داخلی برای بهبود عملکرد و کاهش اصطکاک می‌باشد.
بلبرینگ‌ها به طور عمومی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:
- بلبرینگ‌های تماسی (contact bearings): این نوع بلبرینگ‌ها فیزیکی با سطوح حرکتی که در تماس با یکدیگر هستند، تعامل دارند. این اجزاء ممکن است شامل بلبرینگ‌های توپی (ball bearings)، بلبرینگ‌های مخروطی (roller bearings) و بلبرینگ‌های مخروطی مخصوص، مانند تاپر رولر بیرینگ‌ها (tapered roller bearings) باشند.
- بلبرینگ‌های بدون تماس (non-contact bearings): این نوع بلبرینگ‌ها روش‌هایی برای تقلیل اصطکاک بین اجزا فراهم می‌کنند و تماس فیزیکی مستقیم بین سطوح حرکتی وجود ندارد. برخی از نمونه‌های بلبرینگ‌های بدون تماس شامل بلبرینگ‌های گازین هوا (air bearings)، بلبرینگ‌های مایع (fluid bearings) و بلبرینگ‌های مغناطیسی (magnetic bearings) می‌باشند.
