ابعاد بلبرینگ‌ها در یک کاربرد بر اساس ظرفیت حمل بار آن‌ها نسبت به بارهای وارده و ملاحظات مربوط به عمر و قابلیت اطمینان انتخاب میشوند. مقادیر مربوط به ظرفیت اسمی حمل بار دینامیکی (Basic Dynamic Load Rating) (C) و ظرفیت اسمی حمل بار استاتیکی (Basic Static Load Rating) (C0) در جداول بلبرینگ‌ها آورده شده‌اند. ظرفیت حمل بار دینامیکی و استاتیکی باید مستقل از یکدیگر بررسی شوند. در بررسی بارهای دینامیکی باید طیف بار (Load Spectrum) دینامیکی وارد بر بلبرینگ در نظر گرفته شود. این طیف بار باید شامل بارهای سنگین که به‌صورت ناگهانی و به‌ندرت وارد میشوند، نیز باشد. بار استاتیکی تنها شامل بارهای وارده بر بلبرینگ در حال سکون یا دوران با سرعت کم (n<10r/min) نمی‌باشد بلکه باید برای بارهای شوک (بار زیاد در زمان کوتاه) نیز ضریب اطمینان استاتیکی بررسی شود.
روش نظام مند و قابل اطمینان انتخاب بلبرینگ
در معادلات عمر، تنش‌های ناشی از بارهای خارجی به همراه تنش‌های ناشی از توپوگرافی سطح (Surface Topography)، روان کاری و سینماتیک سطوح تماسی غلتشی، در نظر گرفته میشوند. تأثیر این تنش ترکیبی بر عمر بلبرینگ باعث پیش‌بینی دقیق‌تر عمر کارکرد بلبرینگ در هر کاربرد میشود.
توضیح جزئیات کامل تئوری به علت پیچیدگی خارج از حدود است. بنابراین یک روش ساده‌شده در بخش «عمر اسمی SKF» ارائه میشود. این روش به استفاده‌کننده کمک می‌کند که از تمام عمر پتانسیل بلبرینگ بهره برده و کاهش ابعادی (Downsizing) در طرح‌های جدید را تضمین می‌کند. همچنین تأثیر روان کاری و آلودگی بر عمر بلبرینگ را به‌خوبی نشان می‌دهد.
مکانیزم غالب در خرابی بلبرینگ‌های غلتشی عموماً خستگی (Fatigue) سطوح تماس می‌باشد. بنابراین معیاری بر اساس خستگی سطوح غلتش برای تعیین ابعاد یک بلبرینگ در هر کاربرد خاص کافی است. استانداردهای بین‌المللی نظیر ISO 281 بر اساس خستگی سطوح غلتش می‌باشند. بااین‌وجود باید یادآوری کرد که یک بلبرینگ را می‌توان به‌صورت سیستمی در نظر گرفت که در آن عمر هر یک از اجزاء نظیر قفسه، روان کار و آب‌بند، در صورت وجود (شکل زیر)، تأثیر برابری داشته و حتی در بعضی موارد اهمیت بیشتری دارند. در تئوری، عمر بهینه وقتی به دست می‌آید که عمر کلیه اجزای بلبرینگ یکسان باشد.
به بیان دیگر اگر عمر دیگر اجزای سیستم حداقل به اندازه عمر محاسبه شده بلبرینگ باشد، عمر واقعی با عمر محاسبه شده یکسان خواهد بود. اجزای دیگر سیستم شامل قفسه، آب‌بند و روانکار است. در عمل خستگی عامل اصلی خرابی بیرینگ می‌باشد.
رابطه بین بارهای دینامیکی وارده بر بلبرینگ و عمر
ظرفیت اسمی حمل بار دینامیکی، C در محاسبات بلبرینگ‌های تحت تنش دینامیکی و یا به‌عبارت‌دیگر بلبرینگ‌های دورانی تحت بار، به کار می‌رود و بنا بر تعریف عبارت است از باری که عمر اسمی معادل ۱٬۰۰۰٬۰۰۰ دور را به دست می‌دهد. (مطابق استاندارد ISO 281:1990) مقدار و جهت بار ثابت فرض شده و برای بلبرینگ‌های شعاعی بار خالص شعاعی و برای بلبرینگ‌های کف گرد بار خالص محوری و مرکزی، در نظر گرفته میشود.
ظرفیت‌های اسمی حمل بار دینامیکی بلبرینگ‌ها مطابق با روش ارائه‌شده در استاندارد ISO 281:1990 تعیین میشود. مقادیر آورده شده در جداول برای فولاد بلبرینگ کروم دار، عملیات حرارتی شده به‌منظور دستیابی به حداقل سختی 58 HRC و کارکرد تحت شرایط طبیعی صادق می‌باشند.
عمر یک بلبرینگ غلتشی عبارت است از:
• تعداد دوران یا
• تعداد ساعات کارکرد در یک سرعت خاص
که بلبرینگ تحمل می‌کند قبل از این‌که اولین نشانه خستگی (پوسته‌شدن Flaking/Spalling) بر روی یکی از رینگ‌ها یا اجزای غلتندِ ایجاد شود.
تجربه عملی نشان می‌دهد که دو بلبرینگ ظاهراً مشابه تحت شرایط کارکرد یکسان عمرهای متفاوتی دارند؛ بنابراین به تعریف دقیق‌تری از عمر برای محاسبه ابعاد بلبرینگ نیاز است. تمام اطلاعات موجود در رابطه با ظرفیت اسمی حمل بار دینامیکی بر اساس (عمر L10) می‌باشد که 90% از یک گروه بزرگ از بلبرینگ‌های مشابه، به آن می‌رسند و یا از آن فراتر می‌روند.
انواع دیگر عمر بلبرینگ نیز تعریف میشوند، نظیر عمر سرویس (Service Life) که بیانگر عمر واقعی بلبرینگ در شرایط کارکرد واقعی، قبل از خرابی بلبرینگ است. توجه شود که عمر هر بلبرینگ را فقط می‌توان ازنظر آماری پیش‌بینی کرد. محاسبات فقط عمر یک گروه از بلبرینگ‌ها را بر اساس درجه قابلیت اطمینان خاص نظیر 90%، نشان می‌دهند. همچنین خرابی در حین کارکرد واقعی معمولاً به علت خستگی نبوده و دلایل دیگری نظیر آلودگی، سایش، عدم هم‌راستایی و خوردگی عامل خرابی می‌باشند. در بعضی موارد نیز قفسه، روان کار یا آب‌بند قبل از اجزای دیگر بلبرینگ خراب میشوند.
در مواردی از عمر مشخصه (Specification Life) نیز استفاده میشود. این عمر توسط یک سازمان، بر اساس بار و سرعت فرضی تعیین‌شده توسط همان سازمان محاسبه میشود که عموماً عمر L10 موردنیازی (Requisite L10) است که بر اساس تجربیات به‌دست‌آمده از کاربردهای مشابه تعیین میشود.
بارهای استاتیکی وارده بر بلبرینگ
ظرفیت اسمی حمل بار استاتیکی C0 در موارد زیر در محاسبه به کار می‌رود:
• دوران در سرعت‌های کم (n<10r/min)
• حرکات نوسانی آرام
• بلبرینگ ساکن ولی تحت بار برای مدت طولانی
همچنین محاسبه ضریب اطمینان برای بارهایی که در زمان کوتاه عمل می‌کنند نظیر شوک‌ها و بارهای حداکثر، در بلبرینگ‌های در حال دوران (تحت تنش دینامیکی) یا بلبرینگ‌های ساکن اهمیت زیادی دارد.
ظرفیت اسمی حمل بار استاتیکی مطابق با استاندارد ISO 76:1987 معادل با تنش سطحی در مرکز جزء غلتنده/ سطح غلتش تحت بیشترین بار، به شرح زیر می‌باشد:
- 4600 Mpa برای بلبرینگ‌های خودتنظیم،
- 4200 Mpa برای بلبرینگ‌های دیگر،
- 4000 Mpa برای کلیه رولربلبرینگ‌ها.
این تنش باعث تغییر شکل دائمی به‌اندازه تقریبی 0.0001 قطر جزء غلتنده بر روی آن جزء یا سطح غلتش میشود. برای بلبرینگ‌های شعاعی، بار شعاعی خالص و برای بلبرینگ‌های کف گرد، بارمحوری خالص که در مرکز عمل می‌کند، در نظر گرفته میشود.
بارهای استاتیکی وارده بر بلبرینگ با محاسبه ضریب اطمینان استاتیکی، که در زیر تعریف‌شده است، بررسی میشوند.
S0=Co/Po
که در آن:
Co= ظرفیت اسمی حمل بار استاتیکی، kN
Po= بار معادل استاتیکی وارده بر بلبرینگ، kN
S0= ضریب اطمینان استاتیکی
در محاسبات بار استاتیکی معادل بلبرینگ باید حداکثر بار وارده در نظر گرفته شود. اطلاعات بیشتر در رابطه با مقادیر ضریب اطمینان و محاسبه آن در بخش «تعیین ابعاد بلبرینگ با استفاده از ظرفیت حمل بار استاتیکی بلبرینگ» آورده شده است.
