بلبرینگ چیست و چه کاربردی در خودرو دارد؟

بعضی از اجزای موجود در سیستم فنی خودرو، قطعاتی هستند که در زمینه‌های دیگر صنعت نیز کاربرد دارند و به همین سبب نامی آشنا برای صنعتگران، تعمیرکاران و مکانیک‌ها محسوب می‌شوند. اما این شناخت و آشنایی دلیل بر علم و آگاهی از وظایف، عملکرد و کارایی چنین قطعاتی در خودرو نیست. چرا که ممکن است این قبیل اجزا، در خودروها وظایفی متفاوت از دیگر صنعت‌ها و ماشین‌های صنعتی داشته باشند. بنابراین بررسی وظایف آن‌ها و نقش‌شان در سیستم فنی خودروها خالی از لطف نیست و ممکن است برای بسیاری افراد جالب توجه باشد. یکی از این قطعات بلبرینگ است. بلبرینگ‌ها انواع و کارایی‌های مختلفی در ماشین‌آلات صنعتی دارند. در خودروها نیز از نام‌های آشنا هستند، اما با این وجود ماهیت، وظایف و عملکرد آن‌ها چندان شناخته شده نیست. می‌خواهیم با هم این نکات را بررسی کرده و ببینیم که اساسا بلبرینگ چیست.

بلبرینگ چیست و چه وظایفی دارد؟

بلبرینگ یا در واقع بال برینگ (ball bearing)، به معنای توپ‌های حامل است. این قطعه نوعی یاتاق یا چرخ‌دنده چرخشی یا توپی محسوب می‌شود و در هر وسیله‌ای که می‌چرخد به کار می‌رود تا مانع از ایجاد اصطکاک و سایش سطح در حال چرخش روی هم شود. برای مثال، چرخش اجسام سنگین و حرکت آن‌ها مانند چرخ‌های اتومبیل به واسطه بلبرینگ‌ها امکان‌پذیر می‌شود. البته بلبرینگ‌ها در قسمت‌های مختلف خودرو که امکان ایجاد اصطکاک وجود دارد، به کار می‌روند. به این ترتیب

• بلبرینگ دینام
• بلبرینگ پلوس
• بلبرینگ گیربکس
• بلبرینگ فرمان
• بلبرینگ دنده هرزگرد
• بلبرینگ چرخ
• بلبرینگ اکسل

حتما بخوانید: مقایسه سه خودروی رانا، پژو ۲۰۶ و هیوندای i30

اما به طور کلی وظایف بلبرینگ خودرو در تمام این بخش‌ها به سه مورد اصلی تقسیم می‌شود:

۱. کمک به انتقال قدرت بین قطعات

به این ترتیب که بلبرینگ شرایط چرخش برخی قطعات را روی هم فراهم آورده و در عین ممانعت از ایجاد اصطکاک در انتقال نیرو بین این قطعات موثر است

۲. جلوگیری از ایجاد اصطکاک

بلبرینگ علاوه بر اینکه با این کار، از استهلاک قطعات جلوگیری می‌کند مانع از هدررفت انرژی تحت تاثیر گرمای و اصطکاک ایجاد شده می‌شود.

۳. پیشگیری از سایش قطعات و سطوح

به کمک بلبرینگ از تماس‌های تحلیلی و ایجاد خوردگی بین سطوح پیشگیری می‌شود. بنابراین قطعات دچار آسیب‌های ناشی از ساییدگی نمی‌شوند.

اجزای تشکیل دهنده بلبرینگ

با وجود اینکه بلبرینگ‌ها خود قطعات کوچکی هستند اما از اجزای متعددی تشکیل می‌شوند که به ظرافت کنار هم چیده شده و نقشی مهم و بزرگ را در خودرو و دیگر ماشین‌آلات صنعتی ایفا می‌کنند. این اجزا در چهار بخش اصلی خلاصه می‌شوند که عبارتند از:

• کنس یا رینگ (Ring)

هر بلبرینگ دو رینگ داخلی و خارجی دارد که اجزای دیگر این قطعه را از دو سمت در بر می‌گیرد. رینگ‌ها معمولا از آلیاژهای مقاوم فولاد ساخته می‌شوند.

• ساچمه یا رول (Rolling Elements)

اجزای غلتکی بلبرینگ هستند که در واقع با چرخش خود حرکت بلبرینگ را ممکن می‌سازند. ساچمه‌ها نیز عموما از جنس فولاد هستند.

• قفسه یا کیج (Cage)

بخشی که ساچمه‌ها را دربر گرفته و از تماس آن‌ها با یکدیگر جلو گیری می‌کند. ضمن اینکه مانع از حرکت افقی و جانبی رول‌ها می‌شود. قفسه‌ها را از جنس فیبر، فولاد یا برنج می‌سازند.

• کاسه نمد

بین رینگ‌ها و کیج قرار می‌گیرد. ممکن است در هر دو سمت کیج و بین رینگ داخلی و خارجی باشد و یا تنها بین رینگ داخلی و کیج استفاده شود. وظیفه کاسه نمد بلبرینگ ممانعت از خروج روغن هیدرولیک درون کیج‌ها و بین رول‌ها، به بیرون است. این قطعه نوعی عایق در برابر نفوذ آب به درون بلبرینگ نیز محسوب می‌شود.

رولبرینگ یا بلبرینگ

ساچمه‌ها اجزای اصلی تشکیل دهنده بلبرینگ‌ها هستند که بلبرینگ را تبدیل به نوعی یاتاقان غلتکی می‌کنند. درواقع نوع ساچمه بلبرینگ تعیین کننده نوع بلبرینگ نیز است و بلبرینگ‌ها با انواع مختلف ساچمه تولید می‌شوند. به این ترتیب که در برخی مواقع ساچمه‌ها به صورت استوانه طراحی می‌شوند. در این مواقع به بلبرینگ رولبرینگ گفته می‌شود. بنابراین بهتر است بگوییم اجزای چرخشی بلبرینگ‌ها در اشکال مختلفی تولید می‌شوند. این اشکال عبارتند از:

• گرد
• استوانه
• بشکه‌ای
• مخروطی
• سوزنی
• کف گرد مخروطی

این اشکال مختلف در پارامترهای سنجشی لببرینگ‌ها مانند سرعت چرخش، میزان تحمل بار، جهت تحمل بار و اندازه آن‌ها موثر هستند و با توجه به کارایی و نقش بلبرینگ در بخش‌های مختلف از یکی این انواع استفاده می‌شود. همچنین ممکن است در برخی از بلبرینگ‌ها از دو ردیف ساچمه برای تحمل بار بیشتر استفاده شود. گاهی نیز برای بلبرینگ‌ها از نوعی درپوش مخصوص استفاده می‌شود.

حتما بخوانید: خوش ‌فروش‌ترین خودروهای زیر ۳۰۰ میلیون کدام‌ها هستند؟

طرز کار بلبرینگ

بلبرینگ‌ها توان تحمل هر دو نوع بارهای شعاعی و محوری را دارند. این بار از لایه خارجی به رول‌ها منقل شده و سپس به سمت لایه داخلی می‌رود. به این ترتیب که فشار حاصل از اصطکاک به رینگ بیرونی وارد می‌شود. این نیرو که به ساچمه‌ها منتقل می‌شود در اثر چرخش آن‌ها کاهش یافته و به صورت کنترل شده به رینگ‌ داخلی ارسال می‌گردد. در واقع حرکت نرم ساچمه‌ها درون قفسه‌ها که به کمک روغن هیدرولیک درون بلبرینگ نرم‌تر و راحت‌تر نیز می‌شود، موجب حرکت راحت‌تر رینگ‌ها شده و چرخش قطعات چرخشی متصل به بلرینگ‌ها را نیز ساده‌تر می‌کند. در این قسمت سرعت و توان تحمل بار بلبرینگ تغییر می‌کند. در بلبرینگ‌هایی که در آن‌ها از ساچمه غلتکی استفاده می‌شود به دلیل کوچک بودن سطح  تماس و مقطع رول‌ها با رینگ‌ها، سرعت حرکت بالاتر رفته اما توان تحمل بار کاهش می‌یابد. اما در بلبرینگ‌هایی که در آن‌ها از رول‌های استوانه یا بالشتی استفاده می‌شود سرعت کاهش یافته و استقامت بلبرینگ بالا می‌رود. رول‌های مخروطی نیز سرعت حرکت را در یک سمت بیشتر کرده و توان تحمل بار را در سمت دیگر بلبرینگ افزایش می‌دهند. از آن‌ها در مواردی که نیاز به سرعت و مقاومت تفاوت در دو سمت قطعات چرخی است استفاده می‌شود.

انواع بلبرینگ در خودرو

بلبرینگ‌ها انواع مختلفی دارند. در اصلی‌ترین دسته بندی آن‌ها را به دو نوع بلبرینگ و رول‌برینگ تقسیم می‌کنند که در واقع هر دو در دسته بیرینگ‌ها یا یاتاقان‌های چرخشی قرار می‌گیرند. اما دسته بندی‌های دیگری نیز برای بلبرینگ‌ها ارائه می‌شود. یکی براساس نوع رینگ‌ها و راستای اعمال بار آن‌ها است که عبارتند از:

۱. بلبرینگ‌های شعاعی

۲. بلبرینگ‌های محوری

دسته بندی دیگر زاویه حرکتی بلبرینگ‌ها است که براساس محور مرکزی یا شفت آن‌ها صورت می‌گیرد. این دسته بندی نیز شامل این موارد می‌شود:

۱. بلرینگ‌های تماس زاویه‌ای

۲. بلبرینگ‌های تماس عمودی

استفاده از انواع این بلبرینگ‌ها در سیستم‌های مختلف فنی خودرو دیده می‌شود و انتخاب آن‌ها با توجه به کارایی مشخصشان در هر سیستم صورت می‌گیرد.

بلبرینگ‌های شعاعی

بلبرینگ‌های شعاعی که تحمل بار و سرعت خوبی دارند خود به چند دسته تقسیم می‌شوند. اما در بین انواع آن‌ها تنها بلبرینگ‌ها شیار عمیق در خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این نوع بلبرینگ ساچمه‌های غلتکی درون شیاری هم‌قطر خود قرار می‌گیرند که درون رینگ‌ها تعبیه می‌شود. این شیار درون رینگ سطح تماس ساچمه‌ها و رینگ‌ها را افزایش داده و توان تحمل بارهای شعاعی را در آن‌ها افزایش می‌دهد. در این بلبرینگ از قفسه‌های دو تکه برنجی یا پلاستیکی استفاده می‌شود. روغن هیدرولیک نیز درون شیارها و بین ساچمه‌ها و قفسه‌ها را پر می‌کند. مزایای این نوع بلبرینگ شامل:

– حفظ سرعت

– کاهش چشمگیر اصطکاک

– تحمل بار شعاعی بالا

می‌شود. اندازه و تعداد ساچمه‌ها براساس میزان تحمل بار و سرعتی که از بلبرینگ نیاز است، تنظیم می‌شود. گاهی برای بالا بردن تحمل بار بلبرینگ‌های شیار عمیق از دو شیار رینگی و دو ردیف ساچمه غلتکی در آن‌هااستفاده می‌شود. همچنین این نوع بلبرینگ قابلیت تعمیر و روغن‌کاری مجدد ندارد. از این نوع بلبرینگ در جعبه فرمان، دینام، هرزگرد، چرخ عقب خودروهای سواری و پلوس استفاده می‌شود.

حتما بخوانید: دلایل آتش سوزی خودرو و راه‌های مواجهه با آن

بلبرینگ‌ها تماس زاویه‌ای

ساختار کلی این نوع بلبرینگ شبیه به بلبرینگ‌های شیاری است اما با این تفاوت که رینگ داخلی و رینگ‌خارجی آن‌ها حرکتی با زاویه نسبت به هم دارند و به صورت نسبی با هم جابجا می‌شوند. این خصوصیت باعث می‌شود که بلبرینگ توان تحمل بار مرکب شعاعی و محوری را همزمان داشته باشد. از بلبرینگ تماس زاویه‌ای در گیربکس خودروها استفاده می‌شود. توان تحمل بار محوری این نوع بلبرینگ با افزایش زاویه تماس رینگ داخلی بالا رفته و با کاهش این زاویه تحمل بار شعاعی آن افزایش می‌یابد. در این نوع بلبرینگ نیز ممکن است از دو ردیف ساچمه استفاده شود.

بلبرینگ‌های ساچمه مخروطی

استفاده از این نوع بیرینگ که در واقع نوعی رولبرینگ محسوب می‌شود در چرخ خودروها رایج است. البته در خودروهای سرعتی به دلیل سرعت پایین رولبرینگ‌ها معمولا توسط بلبرینگ‌های شیار عمیق دو ردیفه جایگزین می‌شوند. اما به دلیل توان پایین‌تر آن‌ها در تحمل فشارها و بارهای مرکب، در خودروهای سنگین‌ از این نوع رولبرینگ استفاده می‌شود. همچنین در کامیون‌ها و خودروهای باری به دلیل بار محوری زیادی که روی چرخ‌ها وارد می‌آید، از رولبرینگ‌های غلتکی زاویه‌دار استفاده می‌شود.

انواع بار وارده به بلبرینگ‌ها

گفتیم که از وظایف بلبرینگ‌ها تحمل بار وارد از قطعات در حرکت است. این بار می‌تواند به چند حالت بر بلبرینگ فشار وارد کند.

• شعاعی
• محوری
• لحظه‌ای

بلرینگ‌های خودرو انواع بار را متحمل می‌شوند و به همین دلیل به آن‌ها بلبرینگ‌های حامل بار مرکب می‌گویند. بار شعاعی بر شعاع رینگ‌ها بلبرینگ فشار و نیرو وارد می‌کند. بار محوری نیز بر مرکز یا شفت بلبرینگ نیرو وارد می‌کند. اما بار لحظه‌ای بر بدنه بلبرینگ و به صورت آنی و گذرا وارد می‌شود.