یاتاقان های ژورنال در مقابل یاتاقان های غلتشی: نحوه انتخاب طرح مناسب برای بار، سرعت و روغن کاری

چگونه هر طرح بار را حمل می کند

بلبرینگ ژورنال: پشتیبانی از طریق یک فیلم روغنی تحت فشار

در یاتاقان ژورنال، ژورنال شفت در داخل یک بوش یا پوسته می چرخد. همانطور که شفت می چرخد، روان کننده را به یک شکاف همگرا می کشد و یک گوه از روغن تحت فشار ایجاد می کند که شفت را کمی از سطح یاتاقان بلند می کند. در طول دویدن ثابت، سطوح فلزی با یکدیگر تماس ندارند، به همین دلیل است که یاتاقان‌های ژورنال با طراحی خوب می‌توانند برای دوره‌های بسیار طولانی با حداقل سایش کار کنند. این مکانیسم به سرعت چرخش، ویسکوزیته روغن، فاصله شعاعی و بار اعمال شده بستگی دارد و تنها زمانی کار می کند که فیلم پایدار بماند.

همین مکانیسم محدودیت اصلی طراحی را توضیح می دهد. در حالت استراحت، شافت هنوز فیلمی تولید نکرده است، بنابراین در سطح یاتاقان در تماس مرزی قرار می گیرد. بنابراین هر شروع و توقف شامل یک دوره کوتاه از لغزش فلز به فلز است. در بسیاری از ماشین‌ها این امر کاملاً قابل قبول است، اما در تجهیزاتی که اغلب چرخه می‌شوند، به یک محدودیت طراحی مرکزی تبدیل می‌شود.

یاتاقان های نورد: پشتیبانی از طریق تماس نقطه و خط

یاتاقان نورد توپ ها یا غلتک ها را بین یک مسابقه داخلی و خارجی قرار می دهد. بار از طریق تکه های تماس کوچک عبور می کند و عناصر نورد با مقاومت بسیار کمی می چرخند. از آنجایی که تنش های تماسی متمرکز هستند، نژادها و عناصر باید سخت شده و تا حد تحمل محدود ساخته شوند. عمر مفید به جای ضخامت یک لایه روان کننده، توسط خستگی آن سطوح تماس کنترل می شود، که باعث می شود پیش بینی عمر آماری تر و خرابی در هنگام وقوع آن ناگهانی تر شود.

اصطکاک و گشتاور شروع: جایی که هر طرح برنده است

اصطکاک معمولاً اولین معیاری است که مهندسان بررسی می کنند و در رژیم های عملیاتی متفاوت رفتار می کند. هنگامی که یک یاتاقان ژورنال روی یک فیلم کامل کار می کند، ضریب اصطکاک موثر آن معمولاً در محدوده 0.001 تا 0.005 قرار می گیرد که با یک یاتاقان نورد خوب در شرایط مشابه قابل مقایسه است. تفاوت واقعی در هنگام راه اندازی و با سرعت بسیار کم ظاهر می شود، زمانی که فیلم هنوز شکل نگرفته است. تحت بارهای سنگین و در سرعت نزدیک به صفر، اصطکاک مرزی می تواند به سمت 0.1 یا بالاتر برود، که نیاز به گشتاور قابل توجهی برای درایو است.

بلبرینگ های غلتشی در محدوده سرعت یکنواخت تر عمل می کنند. اصطکاک شروع آنها فقط نسبت به اصطکاک در حال اجرا بیشتر است، بنابراین گشتاور مورد نیاز از حالت سکون تا سرعت نامی قابل پیش بینی باقی می ماند. این قابلیت پیش بینی، اندازه درایو و تنظیم حلقه های کنترل سرعت متغیر را ساده می کند.

• موتورهایی که چندین بار در هر شیفت شروع به کار می کنند و متوقف می شوند، گشتاور جدایی بزرگتر و کمتر قابل پیش بینی را با طرح های ژورنال می بینند.
• یاتاقان‌های ژورنال با بارهای سنگین ممکن است نیاز به گشتاور راه‌اندازی بیشتری داشته باشند که باید در محاسبات درایو و کوپلینگ در مرحله طراحی لحاظ شود.
• یاتاقان‌های غلتشی منحنی گشتاور نرم‌تری را ارائه می‌دهند که به درایوهای معکوس و در ماشین‌هایی که گشتاور راه‌اندازی باید در یک نوار باریک باقی بماند، کمک می‌کند.

برای یک فن یا کمپرسور که ماه ها به طور مداوم کار می کند، شروع اصطکاک یک مورد جزئی است. برای ماشین‌های آسیاب معکوس یا ماشینی که ده‌ها بار در هر شیفت چرخه می‌زند، می‌تواند هم بر مصرف انرژی و هم بر فرسودگی غالب باشد. یک عادت مفید این است که قبل از تصمیم گیری در مورد هر چیز دیگری، تعداد شروع ها را در هر روز بشمارید، زیرا تعداد شروع ها اغلب نشان می دهد که آیا اصطکاک جدایی یک پاورقی است یا یک عنوان.

ظرفیت بار و تحمل ضربه

ظرفیت بار به همان اندازه که به تعداد عناصر نورد بستگی دارد به منطقه پیش بینی شده نیز بستگی دارد. یک یاتاقان ژورنال بار خود را بر روی یک سطح گسترده و پیوسته پخش می کند، که فشار واحد را بر روی مواد یاتاقان کاهش می دهد و به طراحی تحمل طبیعی در برابر ضربه می دهد. بلبرینگ های غلتکی همان بار را در تکه های تماس کوچک متمرکز می کنند. این باعث می شود آنها در پوشش مورد نظر خود بسیار کارآمد باشند، اما نسبت به ضربه، آلودگی و ناهماهنگی حساس تر هستند.

در عمل، شکل بار بیشتر از مقدار اوج آن اهمیت دارد. ماشینی که یک ضربه سنگین را در هر چرخه ارسال می کند و به آرامی کار می کند، در غیر این صورت رفتار بسیار متفاوتی با ماشینی دارد که بار متوسط ​​ثابت را با ارتعاش مکرر حمل می کند. جدول زیر به طور خلاصه نحوه واکنش هر خانواده را نشان می دهد.

یک اشتباه رایج این است که یک یاتاقان نورد را تنها با اوج بار انتخاب می‌کنید، در حالی که تعداد چرخه‌های بار را نادیده می‌گیرید. خستگی بستگی به دفعات وقوع استرس دارد، بنابراین یاتاقانی که روی کاغذ کافی به نظر می‌رسد ممکن است در اوایل یک کار چرخه‌ای شکست بخورد. برعکس، یک یاتاقان ژورنال با اندازه یک فیلم سخاوتمندانه ممکن است بارهای شوک را به راحتی حمل کند اگر عرضه روان کننده در طول رویداد ثابت بماند.

محدودیت سرعت، لرزش و نویز

در سرعت چرخش بالا، دو خانواده با محدودیت‌های متفاوتی روبرو هستند. یاتاقان‌های غلتشی توسط نیروهای گریز از مرکز وارد بر عناصر، پایداری قفس، گرمای تولید شده در داخل منطقه تماس و با چرخش روان‌کننده محدود می‌شوند. رتبه بندی سرعت آنها توسط سازنده تعیین می شود و به شدت به روش روغن کاری و فاصله داخلی انتخاب شده بستگی دارد. یاتاقان های ژورنال، به ویژه طرح های هیدرودینامیکی، بارهای گریز از مرکز نورد را حمل نمی کنند و زمانی که فیلم به درستی طراحی شده باشد، می توانند با سرعت های سطحی بالا کار کنند.

علائم نویز و لرزش نیز متفاوت است. یک فیلم سیال خوب روغن کاری شده تمایل به مرطوب کردن ارتعاش دارد و عملکردی نرم و کم نویز ایجاد می کند. عناصر نورد می توانند صداهای مشخصی را از نقص مسابقه، حرکت قفس و عبور هر عنصر از منطقه بار ایجاد کنند. نظارت بر فرکانس‌های عیوب یک روش استاندارد در تشخیص یاتاقان‌های غلتشی است و هنگامی که سطح شروع به تخریب می‌کند به تیم‌های تعمیر و نگهداری هشدار اولیه واضحی می‌دهد.

بلبرینگ های ژورنال خطر دینامیکی خاص خود را دارند. در سرعت بالا، یک فیلم می تواند حرکت شفت زیر سنکرون معروف به چرخش روغن را القا کند که در صورت عدم کنترل ممکن است به یک ناپایداری شدید تبدیل شود. طراحان این خطر را از طریق هندسه یاتاقان، پیکربندی لنت، پیش بارگذاری و کنترل دقیق دمای عرضه روغن مدیریت می کنند. درس این است که یک ژورنال به سادگی ساکت تر نیست. باید به عنوان بخشی از سیستم دینامیکی روتور مهندسی شود.

• طرح‌های ژورنال اغلب زمانی که فیلم پایدار است، یک پروفایل نویز پهن باند و سطح پایین را با سرعت بالا نشان می‌دهد.
• طرح های نورد ممکن است زنگ های گسسته ای را نشان دهند که به فرکانس های عنصر گره خورده اند، که می تواند برای نظارت بر وضعیت استفاده شود.
• هر دو خانواده از خطوط پایه ارتعاشی که زمانی که دستگاه جدید و در شرایط خوب است ثبت می شود، بهره مند می شوند.

نیازهای روانکاری: محرک هزینه پنهان

روغن کاری جایی است که بسیاری از پروژه ها تفاوت واقعی بین دو خانواده را دست کم می گیرند. یک یاتاقان ژورنال به تامین مداوم روغن در دما، فشار و سطح تمیزی کنترل شده نیاز دارد. ضخامت فیلم به طور مستقیم به ویسکوزیته بستگی دارد، بنابراین تغییر دمای روغن باعث تغییر فیلم، ظرفیت بار و گرمای تولید شده در یاتاقان می شود. پمپ ها، فیلترها، خنک کننده ها، سنسورهای سطح و آلارم ها همگی بخشی از سیستم بلبرینگ می شوند و قابلیت اطمینان آن ها قابلیت اطمینان یاتاقان را تعیین می کند.

یاتاقان‌های غلتشی می‌توانند برای مدت طولانی روی گریس کار کنند، یا با یک غبار کوچک روغن یا روغن در گردش در زمانی که سرعت یا دما ایجاب می‌کند. طرح‌های روغن‌کاری شده با گریس نیاز به یک کارخانه روغن‌کاری مجزا را برطرف می‌کند، که نصب در ماشین‌های فشرده را ساده می‌کند و تعداد قطعاتی که ممکن است خراب شوند را کاهش می‌دهد. تعادل این است که گریس محدودیت هایی در سرعت و دما دارد و ارزیابی وضعیت آن پس از آب بندی در داخل یاتاقان دشوارتر است.

برای یاتاقان های ژورنال، یک سیستم روانکاری قوی معمولاً شامل عناصر زیر است.

1. ویسکوزیته روغن را هم در دمای شروع سرد و هم در دمای معمولی کارکرد، نه تنها در یک مقدار مرجع، تأیید کنید.
2. سطح فیلتر مناسب با حداقل فاصله فیلم را مشخص کنید، زیرا ذرات با اندازه مشابه با فیلم می توانند سطح را زخمی کنند.
3. یک پمپ آماده به کار یا منبع اضافی برای وظایف حیاتی، با تعویض خودکار فراهم کنید.
4. فشار منبع، دمای برگشت و جریان را با آلارم هایی که قبل از به خطر افتادن فیلم فعال می شوند، نظارت کنید.

طول عمر و الگوهای شکست

عمر مفید معمولاً از نظر خستگی برای یاتاقان های غلتشی و سایش برای یاتاقان های ژورنال مورد بحث قرار می گیرد. عمر یاتاقان غلتشی معمولاً با رتبه بندی آماری پایه بیان می شود که عمر مورد انتظار جمعیت تحت بار و سرعت معین را توصیف می کند. در عمل، بسیاری از یاتاقان‌های غلتشی زمانی که به‌درستی روغن‌کاری، تراز و محافظت در برابر آلودگی شوند، به عمر نامی خود می‌رسند یا از آن فراتر می‌روند. شکست‌های اولیه معمولاً به دلایل غیرخستگی به جای خود رتبه‌بندی بازمی‌گردد.

یاتاقان های ژورنال، زمانی که به درستی طراحی و نگهداری شوند، می توانند برای چندین دهه بر روی ماشین های سنگین کار کنند. الگوی شکست آنها معمولاً تدریجی است. مواد یاتاقان به آهستگی فرسوده می شود، فاصله افزایش می یابد، فیلم کمتر پایدار می شود و روند ارتعاش در طول هفته ها یا ماه ها افزایش می یابد. این پیشرفت تدریجی به تیم های تعمیر و نگهداری زمان می دهد تا در صورت ردیابی پارامترهای مناسب، مانند دمای فلز یاتاقان، لرزش شفت و وضعیت روغن، اقدام کنند.

علائم هشدار معمولی برای یاتاقان های ژورنال

• افزایش دمای فلز بلبرینگ در بار و سرعت ثابت
• افزایش دامنه ارتعاش در سرعت اجرا یا در فرکانس زیر سنکرون
• افزایش مصرف روغن یا تغییر قابل مشاهده در رنگ و بوی روان کننده
• ذرات ریز مواد یاتاقان که در بازرسی فیلتر یافت می شوند

علائم هشدار دهنده معمولی برای یاتاقان های غلتشی

خرابی یاتاقان غلتکی اغلب به صورت ناگهانی به صورت پوسته شدن روی سطوح مسابقه یا عناصر ظاهر می شود. هنگامی که آسیب شروع می شود، به سرعت رشد می کند و در صورت عدم توجه می تواند به شفت ها و محفظه ها آسیب برساند. تجزیه و تحلیل ارتعاش تنظیم شده برای فرکانس های نقص یاتاقان موثرترین هشدار اولیه است و بازرسی دوره ای وضعیت روان کننده به شناسایی آلودگی قبل از ایجاد خستگی سطح کمک می کند.

فضا، نصب و قابلیت سرویس دهی

بلبرینگ های ژورنال برای یک قطر شفت معین به صورت شعاعی فشرده هستند، که مناسب ماشین هایی است که فضای شعاعی محدود است. با این حال، طول محوری آنها می تواند قابل توجه باشد و این بعد باید در محفظه قرار گیرد. طرح‌های اسپلیت اجازه می‌دهند تا نیمه‌های بوش بدون برداشتن روتور تعویض شوند، که یک مزیت اصلی در ماشین‌های بزرگ است که در آن بالا بردن شفت پرهزینه و زمان‌بر است.

یاتاقان‌های غلتشی معمولاً برای جا دادن و جایگزینی به عنوان واحدهای کامل ساده‌تر هستند. آنها به تناسب های کنترل شده روی شفت و محفظه نیاز دارند و می توانند موقعیت محوری را در یک بسته فشرده ارائه دهند. روش تعویض آنها در بسیاری از ماشین‌ها استاندارد شده است، که به مدیریت قطعات یدکی کمک می‌کند و سطح مهارت مورد نیاز برای سرویس‌های معمول را کاهش می‌دهد.

تجزیه و تحلیل هزینه: قیمت خرید در مقابل هزینه کل مالکیت

قیمت واحد قابل مشاهده ترین هزینه است، اما به ندرت داستان کامل را بیان می کند. یاتاقان های نورد کوچک و متوسط ​​معمولاً ارزان هستند و به طور گسترده در دسترس هستند. یاتاقان‌های ژورنال سنگین ممکن است برای هر واحد هزینه کمتری نسبت به یک بلبرینگ غلتکی بزرگ داشته باشند که برای رسیدن به عمر یکسان تحت بار یکسان مورد نیاز است. با این حال، یک سیستم ژورنال به یک کارخانه روانکاری نیاز دارد که تجهیزات، مصرف انرژی و نیروی کار را اضافه کند، بنابراین مقایسه باید کل سیستم را به جای بلبرینگ به تنهایی در نظر بگیرد.

کل هزینه مالکیت این عناصر را در فاصله زمانی خدمات گرد هم می آورد. نمودار زیر یک تفکیک توضیحی از نحوه توزیع سهم هزینه در یک سیستم باربری مجله است.

اعداد دقیق از گیاهی به گیاه دیگر متفاوت است، اما الگوی آن ثابت است. خود بلبرینگ به ندرت بیشترین هزینه را دارد. تجهیزات روغن کاری، تلفات انرژی، کار تعمیر و نگهداری و عواقب توقف های برنامه ریزی نشده معمولاً وزن بیشتری دارند. به همین دلیل است که وقتی سیستم اطراف در نظر گرفته نمی شود، قیمت خرید پایین می تواند هزینه کل بالاتری را پنهان کند.

• خرید و نصب مجموعه بلبرینگ
• کارخانه روانکاری شامل پمپ ها، کولرها، فیلترها و کنترل ها
• انرژی مصرف شده توسط اصطکاک و پمپاژ نفت
• فواصل تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شده و ساعات کار تکنسین
• تاثیرات مالی توقف های غیرمنتظره

ماتریس تصمیم: تطبیق نوع بلبرینگ با شرایط عملیاتی

ماتریس زیر توصیه های معمولی را خلاصه می کند. آن را به عنوان یک نقطه شروع در نظر بگیرید و انتخاب نهایی را با محاسبات و بررسی تامین کننده برای هندسه، سرعت و چرخه کاری خاص خود تأیید کنید.

هنگامی که شرایط به جهات مختلف اشاره دارد، به جای تلاش برای بهینه سازی هر متغیر در یک زمان، دو یا سه عامل غالب را با هم مقایسه کنید. در اکثر پروژه ها، یک یا دو معیار، معمولاً شکل بار و زیرساخت روانکاری، نتیجه را تعیین می کنند.

یک گردش کار انتخاب عملی

یک گردش کار منظم از اکثر ناهماهنگی ها جلوگیری می کند. اگر داده‌های عملیاتی در دسترس باشد، مراحل زیر را می‌توان توسط یک تیم طراحی در یک جلسه بررسی تکمیل کرد.

1. طیف بار شامل مولفه های پیک، متوسط ​​و شوک و تعداد سیکل های بار در روز را تعریف کنید.
2. محدوده سرعت، تعداد شروع و توقف در روز و هرگونه نیاز به معکوس را تعیین کنید.
3. زیرساخت های روانکاری را که از قبل وجود دارد یا می تواند توجیه اقتصادی داشته باشد، ثبت کنید.
4. محدودیت های شفت و محفظه را در هر دو جهت شعاعی و محوری بررسی کنید.
5. عمر سرویس مورد نظر و پنجره های نگهداری موجود را تخمین بزنید.
6. طرح های فهرست کوتاه را بر اساس هزینه کل مالکیت به جای قیمت خرید به تنهایی مقایسه کنید.
7. قبل از نهایی کردن، از تامین کننده درخواست بررسی ترخیص کالا از گمرک، مواد و مشخصات روغن کاری کنید.

اگر فهرست نهایی همچنان شامل طراحی مجله باشد، گام بعدی محدود کردن هندسه، فاصله و مواد است. در حال بررسی بلبرینگ کشویی پیکربندی های ساخته شده برای کار روتور و کمپرسور می توانند این باریک شدن را به طور قابل توجهی سریعتر کنند، زیرا مبادلات مربوطه قبلاً مستند شده است.

نتیجه: بلبرینگ را با شرایط عملیاتی مطابقت دهید

هیچ برنده جهانی بین این دو خانواده وجود ندارد. طراحی‌های ژورنال در شرایط سنگین، مستعد ضربه، سرعت بالا و عمر طولانی که یک سیستم روغن قابل اطمینان در دسترس است، عالی هستند. طرح های نورد در جایی که چرخه های شروع-ایست، روانکاری گریس، بسته بندی محوری فشرده و تعمیر و نگهداری ساده غالب هستند، عالی هستند. پاسخ درست از تصویر واضح بار، سرعت، روغن کاری و هزینه کل می آید، نه تنها از قیمت واحد.