آستین شفت بدون روغن: هر آنچه که باید قبل از خرید یا نصب آن بدانید

آستین شفت بدون روغن چیست و چه مشکلی را حل می کند؟

آستین شفت بدون روغن - که به آن بلبرینگ آستین خود روان‌کننده، بوش بدون روغن یا آستین شفت خشک نیز می‌گویند - یک جزء یاتاقان استوانه‌ای است که برای پشتیبانی از یک محور چرخان یا نوسانی بدون نیاز به روغن‌کاری خارجی مانند گریس، روغن یا گریس‌کاری مجدد دوره‌ای طراحی شده است. آستین دور ژورنال شفت می‌پیچد و یک رابط لغزشی کم اصطکاک بین شفت و محفظه آن ایجاد می‌کند، که کاملاً به روان‌کننده‌های جامد تعبیه‌شده یا اعمال شده روی خود مواد یاتاقان برای مدیریت اصطکاک و سایش در طول عمر قطعه متکی است.

مشکلی که آستین‌های شفت بدون روغن حل می‌کنند اساساً یکی از موارد دسترسی تعمیر و نگهداری، آلودگی محیطی و قابلیت اطمینان عملیاتی است. در یک یاتاقان آستین روغن کاری معمولی، اصطکاک و سایش توسط یک عرضه مداوم یا دوره ای روغن یا گریس به رابط یاتاقان کنترل می شود. هنگامی که بلبرینگ برای روانکاری معمولی قابل دسترسی باشد، زمانی که محیط عملیاتی تمیز و معتدل است، و زمانی که آلودگی روغن تجهیزات یا محصول اطراف نگران کننده نیست، به خوبی کار می کند. اما بسیاری از کاربردهای واقعی در یک یا چند مورد از این شرایط شکست می خورند: بلبرینگ ها در تجهیزات پردازش مواد غذایی را نمی توان با روان کننده های نفتی چرب کرد. یاتاقان ها در عمق سازه های ماشین آلات بزرگ برای گریس کاری معمولی غیر قابل دسترس هستند. یاتاقان‌ها در محیط‌های معدنی گرد و غبار، فیلم روغن آن‌ها در چند روز پس از استفاده آلوده می‌شوند. یاتاقان ها در نقاله های کوره با دمای بالا بالاتر از دمای تجزیه هر روغن روانکاری عملی عمل می کنند.

یک آستین شفت بدون روغن که به درستی مشخص شده باشد، تمام این محدودیت ها را از بین می برد. این عملکرد حمل بار و مکان شافت یک یاتاقان آستین معمولی با ورودی روغنکاری خارجی صفر را برای کل طول عمر قطعه فراهم می کند - معمولاً 5000 تا 50000 ساعت کار بسته به ماده، بار، سرعت و محیط. برای طراحان تجهیزات، این به معنای سیستم‌های روان‌کاری ساده‌تر، هزینه‌های نگهداری کمتر، و توانایی نصب بلبرینگ در مکان‌هایی است که روغن‌کاری غیرعملی است. برای کاربران نهایی، این به معنای کاهش زمان توقف، حذف هزینه های تهیه روانکار و دفع زباله، و بهبود پاکیزگی محصول در کاربردهای حساس است.

نحوه کار بلبرینگ های آستین خود روان کننده: علم پشت عملیات بدون روغن

توانایی یک غلاف محور بدون روغن برای کار بدون روانکاری خارجی صرفاً به استفاده از یک ماده کم اصطکاک بستگی ندارد - این به یک مکانیسم تریبولوژیکی خاص بستگی دارد که توسط آن سطح یاتاقان به طور فعال یک فیلم روان کننده را در حین کار تولید و دوباره پر می کند.

تشکیل فیلم انتقال روان کننده جامد

مهم ترین مکانیسم در یاتاقان های آستین خود روان کننده، تشکیل یک فیلم انتقال بر روی سطح شفت جفت است. همانطور که شفت در برابر سوراخ یاتاقان می چرخد، مقادیر میکروسکوپی روان کننده جامد - معمولاً PTFE (پلی تترا فلوئورواتیلن)، گرافیت، دی سولفید مولیبدن (MoS2) یا ترکیبی از آنها - از مواد یاتاقان آزاد می شود و به عنوان یک پوشش نازک و پیوسته 1 میکرومتر به سطح شافت می چسبد. هنگامی که این فیلم انتقال برقرار شد (معمولاً در چند ساعت اول کار، که دوره "اجرای" نامیده می شود)، تماس به طور موثر بین دو سطح روغن کاری شده - فیلم انتقال روی شفت و روان کننده جامد در سوراخ یاتاقان - به جای فلز لخت و مواد یاتاقان برقرار می شود. این به طور چشمگیری ضریب اصطکاک (معمولاً به 0.03-0.15 بسته به مواد و شرایط) و نرخ سایش را برای باقیمانده عمر بلبرینگ کاهش می دهد.

مکانیسم های آزادسازی روان کننده جامد

طرح های مختلف یاتاقان های آستین بدون روغن، روان کننده جامد خود را از طریق مکانیسم های مختلف آزاد می کنند. در یاتاقان های فلزی متخلخل (برنز یا آهن متخلخل آغشته به روغن)، روان کننده به صورت حرارتی آزاد می شود - ماتریس فلز متخلخل کمی تحت گرمای اصطکاک منبسط می شود و روغن ذخیره شده را به سطح پمپ می کند. هنگامی که یاتاقان در حالت سکون خنک می شود، روغن با عمل مویرگی دوباره به داخل کشیده می شود. در یاتاقان های کامپوزیتی با روکش PTFE، انرژی سطحی کم PTFE به طور طبیعی باعث می شود که تحت فشار تماس بر روی سطح شفت لکه دار شود. در یاتاقان‌های برنزی متصل به گرافیت، درج‌های گرافیت مستقیماً در سوراخ‌ها یا شیارهای ماتریس برنز فشرده می‌شوند و تماس لغزشی به تدریج ذرات گرافیت میکروسکوپی را که لایه روان‌کاری را تشکیل می‌دهند، از بین می‌برد. در یاتاقان های ماتریس پلیمری پر شده با PTFE، گرافیت یا MoS2، ذرات پرکننده به طور همگن در سراسر ماده توزیع می شوند و به طور مداوم در سطح ساییدگی در معرض یاتاقان قرار می گیرند.

حد PV: درک مرز خود روانکاری

هر غلاف محور بدون روغن خود روان‌کاری دارای یک مقدار PV محدود است - حاصل ضرب فشار یاتاقان P (بر حسب MPa یا psi) و سرعت لغزش V (بر حسب متر بر ثانیه یا فوت در دقیقه) که در آن مواد یاتاقان می‌تواند بدون گرم شدن بیش از حد، سایش بیش از حد یا تشنج کار کند. حد PV مرز عملکرد اساسی برای یاتاقان های خود روان کننده است که مشابه بار یک یاتاقان عنصر نورد است. هنگامی که مقدار PV از مقدار PV فراتر رود، تولید گرمای اصطکاکی در سطح مشترک از توانایی ماده یاتاقان برای انتقال گرما فراتر می رود و باعث تخریب گرمایی روان کننده جامد، سایش تسریع شده و در نهایت خرابی یاتاقان می شود. طراحان باید PV واقعی را برای کاربرد خود محاسبه کنند (P = بار شعاعی / منطقه پیش بینی شده؛ V = π × قطر شفت × RPM / 60000) و تأیید کنند که زیر حد PV نامی ماده است - معمولاً با ضریب ایمنی 2-3 برای عملکرد مداوم.

انواع اصلی مواد آستین شفت بدون روغن و خواص آنها

عملکرد یک آستین شفت خود روان شونده تا حد زیادی با انتخاب مواد پایه و سیستم روان کننده جامد تعیین می شود. هر نوع ماده دارای نقاط قوت، محدودیت‌ها و مناطق کاربرد مناسب است. در اینجا یک نمای کلی از دسته های اصلی ارائه شده است.

آستین های برنزی متصل به گرافیت

آستین‌های بدون روغن برنزی با پلاک گرافیتی - که گاهی اوقات به آن آستین‌های "گرافیت-برنز" یا "برنز بدون نیاز به تعمیر و نگهداری" می‌گویند - شامل یک بدنه برنزی سربی یا بدون سرب است که دارای شاخه‌های استوانه‌ای از گرافیت یا گرافیت-MoS2 است که در سوراخ‌های حفر شده‌ای که گاهی اوقات به طور منظم روی سوراخ‌ها پخش می‌شوند، تشکیل شده‌اند. برنز ظرفیت حمل بار عالی (فشار عملیاتی تا 60 تا 80 مگاپاسکال در برخی از گریدها)، رسانایی حرارتی بالا برای اتلاف گرما، و پایداری ابعادی خوب را فراهم می کند. شاخه های گرافیتی به عملکرد خود روانکاری کمک می کنند که معمولاً 20 تا 35 درصد از سطح بلبرینگ را با پوشش تشکیل می دهند. این آستین ها تا دمای 400 درجه سانتیگراد (با استفاده از ترکیبات کربن-گرافیت به جای گرافیت خالص) به طور قابل اعتماد عمل می کنند و برای سرعت های لغزشی آهسته تا متوسط ​​(تا حدود 2 متر بر ثانیه مداوم) مناسب هستند. آنها به دلیل ترکیبی از ظرفیت بار بالا، محدوده دمایی گسترده و استحکام در محیط های آلوده، رایج ترین نوع بلبرینگ بدون روغن برای ماشین آلات صنعتی - نوار نقاله ها، پرس ها، بالابرها، ماشین های قالب گیری تزریقی و تجهیزات تولیدی عمومی هستند.

بلبرینگ های آستین کامپوزیتی با روکش PTFE

آستین های بدون روغن کامپوزیتی با روکش PTFE (معمولاً با نام های تجاری مانند DU® by Oiles، DP4® توسط SKF/Glacier یا محصولات مشابه از Igus و Permaglide شناخته می شوند) از یک پشتی فولادی، یک لایه برنز متخلخل (معمولاً متخلخل به فولاد) و یک لایه تراکم کننده با سرب PTFE یا PTFE تشکیل شده است. ضخامت 0.01-0.03 میلی متر به برنز چسبانده شده است. پشتی فولادی نگه‌داری مناسب با فشار را در سوراخ محفظه ایجاد می‌کند، لایه میانی برنزی لایه PTFE را به صورت مکانیکی لنگر می‌اندازد، و لایه سطحی PTFE ضریب اصطکاک بسیار پایین (0.03-0.12 تحت بارهای معمولی) و مقاومت شیمیایی عالی را ارائه می‌کند. این ساختار به تعادل بهینه اصطکاک بسیار کم، سطح مقطع فشرده (ضخامت دیوار به نازک 0.7-1.5 میلی متر، امکان استفاده در کاربردهای محدود شده)، ظرفیت بار بالا (تا 250 مگاپاسکال استاتیک) و رسانش گرما خوب از طریق پشت فولادی را می رساند. آستین های کامپوزیت PTFE انتخاب استاندارد برای کاربردهای خودرویی (بیبرینگ های محوری پدال، راهنماهای ریل صندلی ها، محورهای لولای درب)، ماشین آلات کشاورزی و مهندسی مکانیک عمومی هستند که در آن یک یاتاقان نازک و خود روان کننده در یک محفظه دقیق مورد نیاز است. محدودیت اولیه آنها سقف دمای متوسط ​​(عملکرد مداوم تا 120 تا 150 درجه سانتیگراد برای انواع بدون سرب) و حساسیت به بارهای ضربه ای است که می تواند لایه PTFE را جدا کند.

آستین برنز متخلخل (آغشته به روغن).

یاتاقان‌های آستین برنزی تف جوشی شده با فشار دادن و تف جوشی پودر برنز به یک ساختار متخلخل با 20 تا 35 درصد حجم خالی، سپس آغشته کردن منافذ با روغن روان‌کننده (معمولاً روغن معدنی یا مصنوعی ISO VG 68-150) ساخته می‌شوند. روغن ذخیره شده در ماتریس متخلخل در حین کار با اعمال حرارتی و مویرگی به سطح یاتاقان رها می شود و هنگامی که یاتاقان در حالت استراحت است دوباره جذب می شود - یک مخزن روانکاری مستقل ایجاد می کند که معمولاً 20000 تا 50000 ساعت کارکرد بدون نیاز به تعمیر و نگهداری در بارها و سرعت های متوسط ​​را فراهم می کند. آستین های بدون روغن برنزی متخلخل در سرعت های کم تا متوسط ​​(سرعت های سطحی زیر 2 متر بر ثانیه)، بارهای سبک تا متوسط ​​و دماهای زیر 80 درجه سانتی گراد (در بالاتر از آن، روغن ذخیره شده به سرعت تجزیه می شود یا به سرعت دفع می شود) مؤثرتر است. آنها نوع غالب یاتاقان در موتورهای الکتریکی کوچک، لوازم خانگی، پمپ ها، فن ها، تجهیزات اداری و ابزارهای برقی هستند - کاربردهایی که با چرخش مداوم با سرعت کم مشخص می شوند که در آن فیلم روغن خودپرداخت کننده عملکرد عالی را با هزینه بسیار کم حفظ می کند. آنها برای کاربردهای با دمای بالا، بار بالا یا حرکت نوسانی کمتر مناسب هستند.

بلبرینگ های آستین پلیمری و ترموپلاستیک

یاتاقان‌های آستین بدون روغن مبتنی بر پلیمر از ترموپلاستیک‌های مهندسی - استال (POM)، نایلون (PA66)، UHMW-PE، PEEK یا PTFE - اغلب با پرکننده‌های روان‌کننده جامد (گرافیت، MoS2، فیبر کربن، PTFE) ساخته می‌شوند. این بلبرینگ ها بسیار سبک وزن، کاملاً مقاوم در برابر خوردگی، از نظر الکتریکی غیر رسانا، مقاوم در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی و مناسب برای کاربردهای تماس با مواد غذایی هستند (درجه های مطابق با FDA/EC 1935/2004 موجود). معاوضه اولیه آنها ظرفیت بار کمتر نسبت به جایگزین های با پشتی فلزی، ضریب قابل توجه انبساط حرارتی (نیاز به فاصله قطری بیشتر برای جلوگیری از تشنج در دماهای بالا) و جذب رطوبت در گریدهای پلی آمید است که می تواند بر ابعاد و ترخیص اثر بگذارد. تامین کنندگان پیشرو یاتاقان های آستین پلیمری عبارتند از Igus (محدوده iglide®)، Trelleborg (Turcon®) و Saint-Gobain (خیرrglide®). مواد Igus iglide به طور گسترده با داده‌های نرخ سایش منتشر شده برای صدها ترکیب ماده-شفت آزمایش شده‌اند، و آنها را برای تعیین طیف گسترده‌ای از کاربردهای بار کم تا متوسط ​​عملی می‌کند.

چدن با ماتریس گرافیت (آستین های کربن-گرافیت)

یاتاقان های آستین کربن-گرافیت از مخلوطی از کربن (یا گرافیت) و چسب های مختلف (رزین، زمین، مواد اشباع فلزی) ساخته می شوند که در دمای بالا قالب گیری و پخته می شوند تا ساختاری سفت و متخلخل با روانکاری ذاتی تولید کنند. آنها ماده انتخابی برای کاربردهای آستین بدون روغن در دمای بسیار بالا هستند - عملکرد مداوم تا دمای 500 درجه سانتیگراد با گرافیت کربن آغشته به فلز قابل دستیابی است، که بسیار فراتر از توانایی هر پلیمر یا یاتاقان برنزی معمولی است. آستین های محور کربن-گرافیت به طور گسترده در اجاق های فرآوری مواد غذایی، تجهیزات تولید شیشه، اجزای کمکی توربین بخار، سیستم های نوار نقاله با دمای بالا و یاتاقان های پمپ سیال داغ استفاده می شود. آنها شکننده هستند (مقاومت کششی 30 تا 80 مگاپاسکال، بسیار کمتر از برنز)، ظرفیت بارگذاری محدودی در مقایسه با یاتاقان های فلزی دارند و برای جلوگیری از ترک خوردن نیاز به حمل و نصب دقیق دارند. با این حال، در کاربردهای بالاتر از 250 درجه سانتیگراد که هیچ ماده یاتاقان خود روان کننده دیگری نمی تواند زنده بماند، گرافیت کربن اغلب تنها گزینه مناسب است.

مقایسه انواع بلبرینگ های آستین بدون روغن: جدول مرجع سریع

انتخاب مواد آستین بدون روغن مناسب برای یک کاربرد خاص مستلزم وزن کردن چندین پارامتر عملکرد به طور همزمان است. این جدول مقایسه یک نمای کلی از انواع مواد اصلی برای هدایت انتخاب اولیه ارائه می دهد.

محل استفاده از آستین های شفت بدون روغن: کاربردهای کلیدی صنعت

بلبرینگ های آستین خود روان کننده تقریباً به هر صنعتی که از ماشین آلات دوار استفاده می کند راه پیدا کرده است، اما بخش های خاصی به دلیل نیازهای عملیاتی خاص که یاتاقان های روغن کاری شده معمولی را غیرعملی می کند، بسیار بیشتر از سایرین به آنها وابسته هستند.

• فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی: مقررات بهداشتی در فرآوری مواد غذایی (استانداردهای FDA، EHEDG، 3-A) روان کننده های نفتی را از تماس یا تماس بالقوه با محصولات غذایی منع می کند. بلبرینگ های آستین خود روان کننده - به ویژه یاتاقان های پلیمری سازگار با FDA و انواع کامپوزیت PTFE درجه مواد غذایی - راه حل استاندارد برای پین های محوری نوار نقاله، تکیه گاه های محور همزن، راهنماهای ماشین پرکننده و تجهیزات بسته بندی بدون خطر آلودگی ناشی از روغن کاری گریس هستند. آستین‌های PTFE با پشت فولاد ضد زنگ و آستین‌های پلیمری مبتنی بر PEEK برای محیط‌های تمیزکننده مرطوب (CIP) که در آن مقاومت در برابر خوردگی نیز مورد نیاز است، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• تجهیزات کشاورزی و خارج از بزرگراه: یاتاقان‌ها در ماشین‌های کشاورزی - کارخانجات، کولتیواتورها، مکانیسم‌های کمباین و اتصالات تراکتور - در معرض آلودگی شدید خاک، شن، بقایای محصول و آب هستند که به سرعت فیلم‌های روغن را در یاتاقان‌های معمولی از بین می‌برد. آستین‌های برنزی بدون روغن و بوش‌های برنزی متخلخل به طور گسترده برای پین‌های محوری و ژورنال‌های شفت در تجهیزات کشاورزی استفاده می‌شوند، زیرا آلودگی را بسیار بهتر از یاتاقان‌های روغن‌کاری شده تحمل می‌کنند و نیازی به گریس‌کاری مجدد مکرر ندارند که در غیر این صورت هر چند روز یک بار در طول فصل عملیات مورد نیاز است.
• خودرو و حمل و نقل: خودروهای سواری مدرن شامل 20 تا 100 یاتاقان آستینی خود روان شونده هستند که بیشتر آنها از بوش های کامپوزیت PTFE جدار نازک (نوع DU) در مجموعه پدال ها، محورهای لولای درها، راهنماهای ریل صندلی، بوش های تعلیق، تکیه گاه های روتور دینام و محورهای ستون فرمان استفاده می شوند. کاربرد خودرو به ابعاد بسیار فشرده، ظرفیت بار بسیار بالا در واحد حجم، عمر بدون نیاز به تعمیر و نگهداری مطابق با فاصله زمانی سرویس خودرو، و عملکرد ثابت در محدوده دمایی وسیع (40- درجه سانتیگراد تا 120 درجه سانتیگراد) نیاز دارد. آستین های کامپوزیت PTFE دیوار نازک تمام این الزامات را با هزینه کم برای هر قطعه برآورده می کنند.
• تجهیزات ساختمانی و معدنی: بیل‌های مکانیکی، جرثقیل‌ها، بولدوزرها و دکل‌های حفاری از آستین‌های برنزی بدون روغن با گرافیت با قطر بزرگ در پین‌های محوری برای سطل‌ها، بوم‌ها و تیغه‌ها استفاده می‌کنند که قطر یاتاقان‌های 50 تا 200 میلی‌متر و ضخامت دیواره‌های 5 تا 15 میلی‌متر رایج است. ترکیبی از بارهای شدید، حرکت نوسانی آهسته، آلودگی شدید و غیرقابل دسترس بودن برای روانکاری باعث می‌شود که آستین‌های شفت سنگین خود روان‌کار اساساً تنها فناوری عملی یاتاقان برای این کاربردها باشند. ماتریس های برنزی یا آلومینیومی با سرب بالا با محتوای پلاگ گرافیت بالا در مشخصات بلبرینگ محوری تجهیزات ساختمانی استاندارد هستند.
• ماشین آلات نساجی و چاپ: ماشین آلات نساجی به طور مداوم با سرعت بالا کار می کنند و به بلبرینگ هایی نیاز دارند که نخ یا پارچه را با روغن یا گریس آلوده نکنند. آستین‌های کامپوزیت برنزی و PTFE متخلخل در یاتاقان‌های دوکی، غلتک‌های راهنما و یاتاقان‌های محوری قاب در ماشین‌های بافندگی و ریسندگی استاندارد هستند. ماشین‌های چاپ پرسرعت از آستین‌های بدون روغن در غلتک‌های راهنمای کاغذ استفاده می‌کنند که در آن هر روان‌کننده روی سطح کاغذ باعث نقص چاپ می‌شود.
• تجهیزات پزشکی و آزمایشگاهی: دستگاه‌های پزشکی - ربات‌های جراحی، سیستم‌های تصویربرداری، مکانیسم‌های بالابر بیمار و آنالایزرهای آزمایشگاهی - به بلبرینگ‌هایی نیاز دارند که کاملاً عاری از آلودگی روان‌کننده، قابل تمیز کردن با مواد ضدعفونی‌کننده، زیست سازگار و بی‌صدا در عملکرد باشند. یاتاقان‌های آستین بدون روغن پلیمری مبتنی بر PTFE و تخصصی در محفظه‌های فولادی ضد زنگ برای این کاربردهای سخت، اغلب مطابق با استانداردهای دستگاه FDA کلاس II یا کلاس III با مستندات کامل تست زیست سازگاری مواد مشخص شده‌اند.

چگونه آستین شفت بدون روغن مناسب را برای برنامه خود انتخاب کنید

انتخاب یک یاتاقان آستین خود روان کننده نیاز به ارزیابی سیستماتیک بار، سرعت، دما، محیط و محدودیت های ابعادی برنامه دارد. عجله در این انتخاب - انتخاب یک یاتاقان فقط بر اساس اندازه یا هزینه - رایج ترین منبع خرابی زودرس یاتاقان در کاربردهای بدون نیاز به نگهداری یاتاقان است.

مرحله 1: بار را تعیین کنید و فشار تحمل را محاسبه کنید

بار شعاعی روی آستین شفت باید از نیروهای اعمال شده شامل بارهای ثقلی، نیروهای محرکه و بارهای دینامیکی یا ضربه ای محاسبه شود. فشار یاتاقان P به صورت P = F / (d × L) محاسبه می شود، که در آن F بار شعاعی بر حسب نیوتن، d قطر شفت بر حسب میلی متر و L طول یاتاقان بر حسب میلی متر است. P حاصل بر حسب N/mm² (MPa) باید کمتر از حداکثر فشار باربری مجاز ماده در دمای کارکرد باشد. برای کاربردهای دارای شوک، قبل از محاسبه P، بار استاتیک را در ضریب ضربه 1.5-3.0 ضرب کنید. بلبرینگ‌های با نسبت L/d بین 0.5 و 1.5 توزیع بار خوبی را ارائه می‌کنند. نسبت‌های بالاتر از 2.0 می‌توانند باعث بارگیری لبه‌ها در انتهای آستین شوند، در صورتی که شفت یا محفظه ناهماهنگی داشته باشد.

مرحله 2: سرعت لغزشی و مقدار PV را محاسبه کنید

برای کاربردهای شافت دوار، سرعت لغزش سطح را به صورت V = (π × d × n) / 60000 محاسبه کنید، که d قطر شفت بر حسب میلی متر و n سرعت چرخش بر حسب RPM است که V را بر حسب متر بر ثانیه می دهد. سپس PV = P × V را محاسبه کرده و با حد مجاز PV ماده (موجود در برگه اطلاعات سازنده) مقایسه کنید. اکثر آستین های گرافیتی-برنز دارای محدودیت های PV 0.1-0.5 MPa·m/s هستند. کامپوزیت های PTFE 0.05-0.15 MPa·m/s. یاتاقان های پلیمری بسیار متفاوت هستند (0.05-0.5 MPa·m/s بسته به درجه). برای کاربردهای نوسانی (پیوت ها، راکرها)، سرعت لغزش از طول قوس در هر سیکل و فرکانس به جای RPM پیوسته محاسبه می شود، که معمولاً منجر به مقادیر بسیار کمتر V می شود که فشار مجاز بالاتری را ممکن می کند.

مرحله 3: دما و شرایط محیطی را تعریف کنید

حداکثر دمای کارکرد مداوم و هر پیک دمایی که بلبرینگ تجربه خواهد کرد را شناسایی کنید. انواع موادی که حداکثر دمای نامی آنها کمتر از این حد است را رد کنید. سپس آلاینده های محیطی - آب، اسیدها، قلیایی ها، حلال ها، مواد غذایی، گرد و غبار ساینده - را شناسایی کنید و سازگاری شیمیایی با مواد یاتاقان را بررسی کنید. توجه داشته باشید که بسیاری از مواد پلیمری مقاوم در برابر مواد شیمیایی هستند اما دارای استثنائات خاصی هستند (به عنوان مثال، POM استال توسط اسیدهای قوی مورد حمله قرار می گیرد؛ PEEK مقاومت شیمیایی عالی دارد؛ PTFE تقریباً در برابر همه چیز به جز فلوئور و فلزات قلیایی مذاب مقاوم است).

مرحله 4: مواد شفت و سطح پایان را تعیین کنید

سطح جفت شفت تأثیر قابل توجهی بر عمر سایش و ضریب اصطکاک یک بلبرینگ آستین خود روان کننده دارد. سطوح شافت سخت و صاف سایش یاتاقان را به حداقل می رساند و تشکیل فیلم انتقال را تسهیل می کند. سختی شفت توصیه شده برای کاربردهای آستین بدون روغن حداقل HRC 30 برای یاتاقان های کامپوزیت گرافیت-برنز و PTFE است، با HRC 45-60 برای عمر طولانی ترجیح داده می شود. پرداخت سطح شفت باید 0.4-0.8 میکرومتر Ra باشد (روی زمین) - شفت های صاف تر (Ra کمتر از 0.2 میکرومتر) در واقع می توانند از چسبندگی فیلم انتقالی جلوگیری کنند، در حالی که شفت های خشن تر (Ra بالای 1.6 میکرومتر) باعث سایش ساینده تسریع سوراخ یاتاقان می شوند. شفت های فولادی ضد زنگ با اکثر انواع بلبرینگ های بدون روغن کار می کنند. شفت‌های فولادی ملایم سخت‌نشده سریع‌تر سایش می‌شوند و برای کاربردهای سخت توصیه نمی‌شوند. برای مواد شفت نرم (آلومینیوم، برنج نرم، پلاستیک)، برای حداقل سختی شفت مورد نیاز مخصوص درجه مواد با سازنده بلبرینگ مشورت کنید.

تلورانس‌ها و تناسب بعدی: دستیابی به ترخیص درست

فاصله قطری صحیح بین سوراخ آستین شفت بدون روغن و ژورنال شفت برای عملکرد بسیار مهم است. فاصله بسیار کم باعث می شود که یاتاقان شفت را بگیرد (تشنج در هنگام راه اندازی یا تحت انبساط حرارتی). فاصله بیش از حد باعث حرکت شفت می شود که باعث بارگذاری ضربه، نویز و سایش سریع یاتاقان و سطح شفت می شود.

ترخیص شفت به سوراخ توصیه شده

به عنوان یک دستورالعمل کلی، فاصله قطری بین شفت و سوراخ آستین بدون روغن پس از نصب باید 0.001 × قطر شفت برای یاتاقان های کامپوزیتی PTFE با پشتی فلزی و 0.002 × قطر شفت برای یاتاقان های برنز گرافیت و برنز متخلخل در دمای اتاق باشد. برای یاتاقان های پلیمری، معمولاً به فاصله های بالاتری (0.003-0.005 × قطر شفت) نیاز است تا ضریب انبساط حرارتی بالاتر و تورم رطوبت بالقوه را در خود جای دهد. برای یک شفت با قطر 25 میلی‌متر، این به معنای فاصله دویدن تقریباً 0.025 میلی‌متر برای کامپوزیت PTFE، 0.05 میلی‌متر برای گرافیت-برنز، و 0.075-0.125 میلی‌متر برای انواع پلیمری است. هنگام محاسبه حداقل فاصله در حال اجرا، همیشه انبساط حرارتی شفت و مواد آستین را در حداکثر دمای عملیاتی در نظر بگیرید.

تحمل حفره مسکن برای نگهداشتن مناسب فشار

یاتاقان‌های آستین بدون روغن تقریباً همیشه با یک تداخل در سوراخ محفظه نصب می‌شوند تا از چرخش آستین در محفظه جلوگیری شود (که باعث شکستگی و شکست سریع محفظه و قطر بیرونی آستین می‌شود). تحمل محفظه استاندارد برای اکثر انواع بلبرینگ آستین H7 است، با قطر بیرونی آستین با تحمل s6 یا r6 برای تناسب پرس سبک تا متوسط ​​ساخته شده است. برای آستین های فولادی کامپوزیت PTFE، تداخل معمولاً 0.02-0.06 میلی متر در قطر برای محفظه ها در محدوده 10-80 میلی متر است. برای آستین های پلیمری فشرده شده در محفظه های آلومینیومی یا پلاستیکی، تداخل باید به دقت محاسبه شود، زیرا انبساط حرارتی مواد محفظه ممکن است تداخل را افزایش دهد (در آستین های پشت فولادی در محفظه های آلومینیومی) یا آن را کاهش دهد (در آستین های پلیمری در محفظه های پلیمری) در دمای عملیاتی - هر یک از این موارد می تواند باعث ایجاد مشکل شود.

تأثیر اتصالات پرس بر اندازه سوراخ

هنگامی که یک آستین بدون روغن در یک محفظه فشرده می شود، به دلیل فشرده سازی الاستیک دیواره آستین و تغییر شکل پلاستیک در سطح مشترک، اندازه سوراخ محفظه کمی کاهش می یابد. این کاهش سوراخ - به نام "تصحیح متناسب با فشار" - باید هنگام تعیین قطر سوراخ آستین اندازه گیری و در نظر گرفته شود. برای آستین های کامپوزیت PTFE دیوار نازک (ضخامت دیواره 0.75-2.5 میلی متر)، کاهش سوراخ پس از فشار معمولاً 0.01-0.04 میلی متر بسته به ضخامت دیوار و تداخل است. سازندگان جداول تصحیح سوراخ را برای محصولات خاص خود ارائه می دهند - همیشه از این جداول برای محاسبه قطر سوراخ مورد نیاز تولید شده برای دستیابی به فاصله زمانی در حال اجرا پس از نصب استفاده کنید.

بهترین روش‌های نصب برای آستین‌های شفت بدون روغن

حتی یک یاتاقان آستینی که به درستی مشخص شده باشد، در صورت نصب نادرست، پیش از موعد از کار می افتد. این دستورالعمل‌های نصب در تمام انواع اصلی یاتاقان‌های آستین بدون روغن اعمال می‌شود و اغلب در شرایط نگهداری در میدان نادیده گرفته می‌شوند.

• از یک ابزار فشرده استفاده کنید، نه چکش: همیشه از سنبه نصب یا پرس چوبی با اندازه مناسب استفاده کنید تا آستین را به طور مربع در سوراخ محفظه قرار دهید. وارد کردن آستین با چکش، بارهای ضربه ای ناهموار اعمال می کند که می تواند یاتاقان های شکننده (انواع کربن-گرافیت، انواع کامپوزیت سرامیکی) را ترک کند، آستین های کامپوزیت PTFE دیواره نازک را منحرف کند، یا بر روی سوراخ یاتاقان سوراخ هایی ایجاد کند که در اولین چرخش به سطح شافت آسیب می رساند. سنبه باید با سطح انتهایی آستین به طور یکنواخت در سراسر دور خود تماس داشته باشد.
• اطمینان حاصل کنید که سوراخ محفظه تمیز، اندازه مناسب و دارای پخ ورودی است: قبل از نصب، تمام ضایعات، زنگ زدگی و زباله های ماشینکاری را از سوراخ محفظه تمیز کنید. قطر سوراخ را با یک گیج حفره کالیبره شده بررسی کنید - سوراخ 0.05 میلی متری بیش از حد باعث چرخش آستین در محفظه ظرف چند ساعت پس از کار می شود. یک پخ سربی 15 تا 30 درجه در انتهای ورودی سوراخ محفظه ماشین کنید تا آستین را بدون ضربه زدن به سطح بیرونی به داخل هدایت کنید.
• روی سوراخ بدنه یا قطر بیرونی آستین روان کننده نزنید: استفاده از روغن یا گریس به قطر بیرونی آستین بدون روغن قبل از فشار دادن یک اشتباه رایج است. در حالی که مونتاژ را آسان می کند، اصطکاک تداخلی را کاهش می دهد که از چرخش آستین در محفظه جلوگیری می کند. اگر تداخل بسیار زیاد باعث می‌شود پرس خشک غیرعملی باشد، از مقدار کمی ترکیب نگهدارنده یاتاقان (مثلاً Loctite 638) روی سوراخ محفظه استفاده کنید - این کار آستین را در جای خود می‌چسبد و از تداخل به تنهایی برای آستین‌های پلیمری در محفظه‌های نرم قابل اعتمادتر است.
• بررسی اندازه سوراخ پس از نصب: پس از فشار دادن آستین به داخل محفظه، همیشه قطر سوراخ را در دو یا سه موقعیت در طول و در دو جهت عمود بر اندازه گیری کنید تا هرگونه اعوجاج خارج از گرد ناشی از فرآیند اتصال پرس را تشخیص دهید. اگر سوراخ بیش از حد انتظار بسته شده است (فراتر از مقادیر جدول تصحیح سازنده)، اندازه آن را با تراش به قطر مورد نظر تغییر دهید - سعی نکنید مقدار قابل توجهی از مواد را ماشین کاری کنید زیرا ممکن است لایه PTFE روی انواع کامپوزیت دیوار نازک حذف شود.
• اجازه دادن به شرایط اجرا: در طی چند ساعت اول کار پس از نصب، آستین شفت بدون روغن تحت فرآیند اجرا قرار می گیرد که در آن فیلم انتقال روی سطح شفت قرار می گیرد. در این دوره، اصطکاک و دما کمی بالاتر از مقادیر حالت پایدار است. در صورت امکان، یاتاقان‌های آستین بدون روغن جدید را با بار کاهش یافته (50 تا 70 درصد بار عملیاتی) برای 5 تا 10 ساعت کار اول اجرا کنید تا امکان کارکرد کنترل‌شده بدون گرمای بیش از حد فراهم شود. از راه اندازی یک یاتاقان خود روان کننده تازه نصب شده تحت بار ضربه کامل یا حداکثر سرعت به طور همزمان خودداری کنید.
• قبل از نصب آستین های جایگزین، وضعیت سطح شفت را بررسی کنید: هنگام تعویض آستین های فرسوده شفت بدون روغن، همیشه ژورنال شفت را از نظر شیارهای سایش، حفره های خوردگی یا امتیازهایی که سایش یاتاقان جدید را تسریع می کند، بررسی کنید. شافتی با زبری سطح Ra بالای 1.6 میکرومتر (علامت امتیازدهی قابل مشاهده) باید قبل از نصب آستین های بدون روغن جدید مجدداً آسیاب شود یا جایگزین شود - نصب یک یاتاقان جدید خود روان کننده روی سطح شفت فرسوده منجر به عمر خرابی به طور قابل توجهی کوتاه تر از حد انتظار می شود که اغلب بین 10 تا 20 درصد عمر معمولی است.

آستین بدون روغن در مقابل بلبرینگ عنصر غلتشی: زمان استفاده از هر کدام

یکی از متداول‌ترین سؤالات هنگام تعیین یاتاقان‌ها برای طراحی جدید این است که آیا از یاتاقان آستین خود روان‌شونده استفاده می‌شود یا یاتاقان‌های نورد (بالبرینگ، یاتاقان غلتکی). هر دو نقش مشروع دارند و انتخاب باید بر اساس الزامات خاص باشد تا عادت یا در دسترس بودن.

• یک آستین شفت بدون روغن را زمانی انتخاب کنید که: حرکت آهسته است (سرعت سطحی زیر 2 متر بر ثانیه برای انواع فلزی، کمتر از 5/0 متر بر ثانیه برای انواع پلیمری)، نوسانی به جای چرخش پیوسته درگیر است، فضای پوشش شعاعی بسیار محدود است (آستین های جدار نازک فضای شعاعی بسیار کمتری را نسبت به یاتاقان های المان غلتشی اشغال می کنند که ظرفیت بارگیری معادل آن را از بین می برند یا آلاینده های غلتشی هستند). گریس، دمای عملیاتی بالاتر از 150 درجه سانتیگراد است (فراتر از حد اکثر گریس های بلبرینگ المنت نورد)، یا زمانی که ارتعاش و بارگذاری ضربه ای باعث ریزش عناصر نورد می شود.
• یاتاقان عنصر نورد را زمانی انتخاب کنید که: سرعت های چرخشی بالا دخیل هستند (بلبرینگ های عناصر غلتشی اصطکاک بسیار کمتری در سرعت های بالا دارند، زیرا در رژیم روغن کاری الاستو هیدرودینامیکی کار می کنند در حالی که یاتاقان های آستینی در روغن کاری مرزی باقی می مانند)، بارهای شعاعی و محوری باید حمل شوند (بلبرینگ های چهار نقطه ای یا تماسی زاویه ای، بارگیری های ترکیبی را بسیار کارآمدتر می کنند). (بلبرینگ های المان غلتشی با پیش بارگذاری موقعیت شفت را تا دقت سطح میکرون حفظ می کنند که با غلاف های لغزنده قابل دستیابی نیست)، یا زمانی که از دست دادن توان یاتاقان با سرعت بالا یک فاکتور بازده قابل توجه در طراحی سیستم است.
• رویکرد ترکیبی برای برنامه های کاربردی: برخی از طرح‌ها از استفاده از یاتاقان‌های عنصر نورد برای عملکرد حمل بار با سرعت بالا همراه با یاتاقان‌های آستین بدون روغن برای عملکردهای راهنمای ثانویه، سطوح انتهایی یا به عنوان آسترهای ضد اصطکاک در محفظه‌هایی که باید ناهماهنگی جزئی محور را داشته باشند، سود می‌برند. این رویکرد در طرح های دوک ماشین ابزار، کلاهک های انتهایی غلتکی نوار نقاله و مکانیزم های ابزار دقیق رایج است.

عیب یابی مشکلات رایج آستین بدون روغن

هنگامی که یک آستین شفت بدون روغن قبل از عمر مورد انتظار خود از کار می افتد - از طریق سایش بیش از حد، انسداد، صدا یا تغییر ابعاد - علت اصلی تقریباً همیشه در یکی از تعداد کمی از اشتباهات رایج در انتخاب، نصب یا بهره برداری قابل ردیابی است. در اینجا یک راهنمای عملی برای تشخیص و حل مشکلات رایج است.

پوشیدن سریع - تحمل عمر بسیار کمتر از حد انتظار

سایش سریع یک غلاف خود روان کننده معمولاً به دلیل فراتر رفتن واقعی PV از حد نامی (محاسبات بار، سرعت و دما مجدداً بررسی کنید)، زبری سطح شفت بالاتر از حد توصیه شده (Ra بالاتر از 1.6 میکرومتر)، سطح شافت بیش از حد نرم (کمتر از سختی توصیه شده)، آلودگی مواد ساینده وارد شده به داخل یاتاقان یا خلاصی بیش از حد مجاز است. سطح یاتاقان فرسوده را زیر یک لوپ یا میکروسکوپ بررسی کنید: سایش یکنواخت با ظاهر صاف و براق، در حال اجرا عادی است. شیارهای عمیق موازی با محور شفت نشان دهنده آلودگی ساینده است. نمره گذاری محیطی نشان دهنده تشنج است. سطح پر یا پاره شده نشان دهنده بارگذاری بیش از حد شوک است.

چرخش بلبرینگ در مسکن

یک آستین بدون روغن که به جای چرخش شفت در آستین، در محفظه خود می چرخد، نشان دهنده عدم تناسب تداخل کافی است - یا سوراخ محفظه بزرگ است، قطر بیرونی آستین کمتر است، یا تداخل با روان کننده اعمال شده در حین نصب از بین رفته است. قطر سوراخ محفظه را بررسی کنید و با تحمل مسکن مشخص شده توسط سازنده آستین مقایسه کنید. اگر سوراخ در محدوده تحمل است و هنوز چرخش رخ می دهد، تداخل را با تعیین کلاس تحمل قطر بیرونی محکم تر بعدی افزایش دهید، یا از ترکیب نگهدارنده یاتاقان به عنوان مکمل استفاده کنید. توجه داشته باشید که در دماهای بالا، انبساط حرارتی تفاضلی بین یک غلاف پلیمری و یک محفظه فولادی می‌تواند تداخل را کاهش داده یا از بین ببرد - برای کاربردهای در دمای بالا، ویژگی‌های نگهدارنده مکانیکی (حلقه نگهدارنده، محفظه شانه‌دار یا پیچ تنظیم) باید به عنوان نگهدارنده ثانویه اضافه شود.

نویز و لرزش پس از نصب

صدای جیر جیر، پچ پچ یا لرزش متناوب در نصب غلاف محور بدون روغن جدید معمولاً یکی از موارد زیر را نشان می دهد: فاصله کافی در حال اجرا که باعث اصطکاک لغزش می شود (بسیار رایج در یاتاقان های کامپوزیت PTFE قبل از ایجاد فیلم انتقال - اجازه دادن به دوره اجرا)، ناهماهنگی بین محور و محور محفظه نامناسب تراز و بارگذاری محفظه. سایش نامتقارن)، موج‌بودن سطح شفت که باعث تغییرات دوره‌ای در فشار تماس می‌شود، یا مواد شافت ناسازگار با مواد یاتاقان (برخی از ترکیب‌های محور یاتاقان به جای لغزش مداوم در سرعت‌های پایین تمایل به لغزش دارند - به داده‌های سازگاری مواد شفت سازنده بلبرینگ مراجعه کنید)..