گروه مهندسي مكانيك دنا

آیا تا به حال، چگو نگی کارکرد وسایلی مانند چرخهای اسکیت یا موتور های الکتر یکی که به نرمی و با سرعت می چرخند شما را متعجب ساخته است ؟علت را می توان در کلمه ی کوچک و ساده ی یاتاقان (bearing)  یافت. یاتاقانها ممکن است در ابزارهایی که ما همه روزه از انها استفاده می کنیم وجود داشته باشند بدون یاتاقان، می بایست پیوسته اجزایی را که تحت اصطکاک خراب می شوند عوض کرد.

دراین مقاله می آموزیم که یاتاقان ها چگونه کار می کنند و به برخی از انواع یاتاقان ها گذری اجمالی خواهیم داشت .

 

مفاهیم اولیه

مفاهیم مربوط به یاتاقانها ساده می باشند چرخهای ماشین شما مانند یک یاتاقان بزرگ عمل می کنند. اگر شما چیزی مانند اسکیت را بجای چرخهای اتومبیل تان مورد استفاده قرار دهید، اتومبیل تان به سختی خوا هد توانست از یک سرازیری به پایین جاده حرکت کند. زیرا وقتی که اشیاء می لغزند اصطکاک بین آنهاباعث ایجاد نیرویی می شود که تمایل به کاهش سرعت آن شئ دارد، اما اگر دو سطح بتوانند نسبت به هم بغلتند اصطکاک به مقدار چشم گیری کاهش می یابد.

یک یاتاقان ساده شبیه چیزی است که در چرخ اسکیت یافت می شود .

 

یاتاقانها بوسیله ی لایه های فلزی داخلی وخارجی ونیز غلتک یا ساچمه ها ی فلزی صیقلی که نسبت به هم می غلتند ،اصطکاک را کاهش می دهند. این غلتک ها یا ساچمه ها با تحمل بار وارده اجازه می دهند که وسیله بطور یکنواخت وبه نرمی بچرخد.

 

 

بارگذاری یاتاقانها

یاتاقانها عموما به دو شکل بارگذاری می شوند، شعاعی (radial force) و محوری (force trust ) با توجه به جایی که یاتاقان در آنجا بکار می رود ممکن است تمام بار شعاعی یا محوری یا ترکیبی از هر دو باشد.

 

یاتاقان ها یی که متصل به شفت موتور و قرقره می باشند و تحت تاثیر بارهای شعاعی قرار دارند .

 

یاتاقانهای بکار رفته در موتور الکتریکی وقرقره در تصویر فوق تنها تحت تاثیربارهای شعاعی قرار دارند. بیشترین بارها از نیروی کشش تسمه مرتبط کننده ی در قرقره بوجود می آید.

 

 

یاتاقانها ی بکار رفته در چرخ یک ماشین که تحت تاثیربارهای محوری وشعاعی می باشند.

 

یاتاقان فوق مانند یاتاقانی که در رینگ (توپی) چرخ ماشین شما قرار دارد، عمل می کند . این یاتاقانها هم متحمل بار محوری می شوند و هم متحمل بار شعاعی. بار شعاعی ناشی از وزن ماشین می باشد وبار محوری ناشی از نیروهای جانبی است که وقتی شما در پیچ جاده دور می زنید به آن اعمال می شود.

 

"انواع یاتاقانها"

 

گونه های بسیار زیادی از یاتاقانها وجود دارد که هریک برای هدفی خاص بکار می روند . برخی از آنها عبارتنداز: یاتاقان ساچمه ای (بلبرینگ) ، یاتاقان غلتکی(رولر برنیگ )، یاتاقان طولی- سا چمه ای ، یاتاقان محوری - ساچمه ای ، یاتاقان غلتکی محوری ویاتاقان غلتکی- مخروطی.

 

یاتاقان های ساچمه ای :

یاتاقانهای ساچمه ای (آنچه در شکل نشان داده شده است)احتمالا رایج ترین نوع یاتاقان می باشند .آنها در هر چیز از اسکیت گرفته تا وسایل سنگین بکاررفته اند .این یاتاقانها هم بارهای محوری وهم بارهای شعاعی را تحمل می کنند .واغلب در جاهایی بکار می روند که بار نسپتا کو چک است .

 

 

نیم برشی از یاتاقان ساچمه ای

 

دریک یاتاقان ساچمه ای بار از جداره بیرونی به ساچمه ها منتقل می شود واز آنجا نیز یه جداره ی درونی انتقال می یابد. این ساچمه ها به علت کروی بودن در نقاط کوچکی با دیواره ها ی درونی وبیرونی تماس دارند که باعث می شوند به نرمی بچرخند .اما این موضوع سبب می شود که سطح کوچکی بار را تحمل کند، بنابر این اگر باراضافه بر یاتاقان وارد شود ساچمه ها دچار تغییر شکل یا لهشدگی می شوند که آنهم باعث خرابی یاتاقان خواهد شد.

 

یاتاقانهای غلتکی :

یاتاقانهای غلتکی - آنچه که در شکل زیر نشان داده شده است - در جاها یی مانند غلتک تسمه ی نقاله که باید بارها ی سنگین شعاعی را تحمل کنند به کار می روند.دراین یاتاقانها ، غلتک ها استوانه ای هستند بنابراین سطح تماس جداره ی داخلی

وخارجی باغلتک ها یک نقطه نیست، بلکه یک خط است . این توزیع باربر یک سطح گسترده تر به یاتاقانهای اجازه می دهد که بار بیشتری را نسبت به یاتاقانهای ساچمه ای تحمل کنند درحالیکه این نوع از یاتاقانها بارهای محوری را تحمل نمی کنند.

با اندکی تغییر، در این یاتاقانها واستفاده از غلتک های با شعاع بسیار کوچک یاتاقان سوزنی حاصل می شود . در این حالت یاتاقان در محلهایی کیپ قرار می گیرد (م : برای جلوگیر ی از نفوذ مایعات و...)

 

 

نیم برشی از یک یاتاقان غلتکی

 

یاتاقانهای محوری -ساچمه ای

یاتاقانهای محوری - ساچمه ای:آنچه که در زیر نشان داده شده است - عموما برای کارهای با سرعت پایین مورد استفاده قرار می گیرند و نمی توانند بارهای شعاعی زیادی تحمل کنند . در صندلی های چرخان ومیزهای دایره ای شکل (با پایه وسط )از این یاتاقانها استفاده می شود.

 

 

یاتاقان محوری - ساچمه ای

 

یاتاقانهای محوری - غلتکی

یاتاقانهای محوری - غلتکی ( شبیه آنچه در زیر نشان داده شده است ) می توانند بارهای محوری زیادی را تحمل کنند.

آنها اغلب در جعبه دنده ها ، مانند سیستم انتقال قدرت اتومبیل ودر بین چرخ دنده ها ونیز بین محفظه شفت های دوار بکار می روند . چرخ دنده های حلزونی که در اغلب سیستم های انتقال قدرت بکار می روند دارای دندانه های زاویه دار می باشند که باعث ایجاد بارهای محوری می شود واین بارها را یاتاقانها تحمل می کنند .

 

یاتاقان محوری -غلتکی

 

یاتاقانهای غلتکی -مخروطی

یاتاقانهای غلتکی مخروطی می توانند بارهای بزرگ شعاعی ومحوری را تحمل نمایند .

 

 

نیم برش (شکل چپ)یک یاتاقان غلتکی با غلتکهای کره ای و (شکل سمت راست)یک یاتاقان مخروطی- غلتکی

 

یاتاقانهای غلتکی - مخروطی در رینگ (توپی)چرخ بکار می رود. در این حالت آنها همیشه بصورت دوتا دوتا ودر سوی مخالف هم نصب می شوند. تا بتوانند بارهای محوری را در هردو جهت تحمل کنند .

 

 

 

"برخی استفاده های جالب توجه"

 

دراین قسمت برخی از یاتاقانها با استفاده های جالب توجه معرفی می شوند مانند یاتاقانهای مغناطیسی ویاتاقانهای غلتکی عظیم .

 

یاتاقانهای مغناطیسی:

در برخی از وسایل با سرعت بالا مانند سیستم های ذخیره انرژی چرخ لنگر پیشرفته از یاتاقانهای مغناطیسی استفاده می شود این یاتاقانها به چرخ لنگر اجازه می دهند تا در یک میدان مغناطیسی که بوسیله یاتاقان ایجاد می شود شناور بماند . برخی از این چرخ لنگرها با سرعتی بیش از 50000 دور بر دقیقه می چرخد . یاتاقانهای معمولی با غلتک یا ساچمه ممکن است در این سرعت ذوب یا منفجر شوند . یاتاقانهای مغناطیسی هیچ حرکت اجزائی ندارند وبه این علت می توانند این سرعت باور نکردنی را تحمل کنند .

 

یاتاقانهای غلتکی عظیم :

احتمالا اولین استفاده از یاتاقانها در گذشته به هنگام ساختن اهرام ثلاثه مصر باشد . آنهابه منظور غلتاندن سنگ های عظیم به محل ساختمان ها، کنده های گردی را در زیر این سنگ ها قرار می دادند. این روش ممکن است امروزه نیز به منظور جابه جایی اشیاء سنگین بکار گرفته شود .

 

ساختمانهای ضد زلزله :

فرودگاه جدید سا نفرانسیسکو از بسیاری از تکنولوژیهای پیشرفته ساختمان سازی به منظور مقاومت ساختمانهایش در برابر زلزله استفاده کرده است . یکی از این تکنولوژی ها، استفاده از یاتاقانهای غلتکی عظیم می باشد .

 

 

 

267ستون هر کدام سوار بر بلبرینگ های ساچمه ای با قطر5 فوت ( 1.5 متر) که وزن ساختما نهای فرودگاه را تحمل می کنند . ساچمه ها در مکانهای مقعری که به زمین متصل است ساکن می باشند . در یک زمین لرزه، زمین می تواند 20 اینج (51 سانتیمتر )در تمام جهات حرکت داشته باشد . ستون هایی که بر روی این ساچمه ها قراردارند کمتر از این مقدار حرکت می کنند واین باعث می شود ساختمان از حرکت زمین در امان بماند . وقتی زمین لرزه شدید باشد جاذبه ستون ها را به مکان خود باز می گرداند.

خرابي ياتاقان هاي لغزشي

 

عمریک  یاتاقان غلتشی به کل تعداد سیکل های تنش و بار هایی که به اجزای غلتشی وغلتک های یاتاقان وارد می شود بستگی دارد.روش استاندارد شده محاسبه تنش های دینامیکی یاتافان بر پایه ویژگی خستگی مواد  تشکیل دهنده یاتاقان که با عث خرابی در یاتا قان  میشود،می باشد. خستگی معمولی با پوست پوست شدن وورق ورق شدن در سطح یاتاقان آشکار خواهدشد.

 

علل خرابی یاتاقان

 

1-خرابی ناشی از جازدن

خرابی محلی در شیار های یاتاقان ناشی از عیب جازدن یاتاقان می باشد.این خرابی برای نمونه زمانی رخ می دهد که رینگ داخلی یاتاقان غلتشی استوانه ای به خوبی در رینگ خارجی آن حا زده نشود و یا نیروی جا زدن یاتاقان در وسط اجزای یاتاقان وارد شود.

حوزه بار رینگ یاتاقان، ناشی از بارهای  خارجی اعمال شده وشرایط گردش یاتاقان است که این حوزه  با کدر شدن شیار های یا تا قان مشخض میشود.

شیار های غیر عادی روی یا تاقان،ناشی ازپیشبار  مخربی است که از جا زدن خیلی محکم یا تاقان ویا تنظیم غیر دقیق یا تاقان روی محور ،می باشد.

 

2-آلودگی

ذرات خارجی که روی سطح یا تاقان قرار می گیرند موجب خستگی زودرس در یاتاقان می شوند.ذرات خارجی که دارای خاصیت سایندگی هستند خرابی یاتاقان را تسریع می بخشند وباعث خشن شدن سطوح و کند شدن یاتاقان می شوند.سایش زیاد موجب لقی بیش از اندازه در یاتاقان می شود.

آلودگی ها:

1-قطعات آلوده

2-گرد وخاک

3-درز گیری نا کافی

4-روانساز های آلوده

5-خرده فلز های قطعات دیگر که همراه روانساز ها به یاتاقان منتقل میشود.

 

3-خوردگی

خوردگی در یاتاقان های غلتشی ممکن است به شکل های مختلف وبه دلایل گوناگون رخ دهد. خراب

ناشی از خوردگی با سر وصدایاتاقان هنگام   کارکردن آشکار می شود.زنگ زدگی حاصل از خوردگی

توسط اجزای یاتاقان ساییده می شوند وباعث سایش سطح یاتاقان می شود.

عوامل خوردگی:

1-آببندی نا کافی در برابر رطوبت و بخا ر آب

2- روانساز هایی که حاوی اسید می باشند

3-محیط نامناسب انبار نگهداری یاتاقان ها

سایش ساچمه ها با شیار یاتاقان با خراش هایی در سطح غلتک یا تا قان ظا هر می شود. این خراش ها در مقایسه با دندانه شدن اجزای یاتاقان در اثر نصب نا مناسب  دارای لبه های برآمده نیستند

سایش میان  ساچمه هاو  شیار یاتاقان در اثر ارتعاشات در سطح هایی از یا تاقان که ساکن هستند باعث ساییدگی شدید می شوند.چنین خرابی در ماشین هایی که در حال سکون در معرض ارتعاشات هستند به وجو د خواهدآمد که راه بر طرف کردن آن ایجاد لبه های مناسب در یاتاقان ویااستفاده از ابزار مناسبی برای محافظت یا تاقان در هنگام دوران  می باشد.

خوردگی که سطح یاتاقان را از میان می برددر سطوحی رخ می دهد که انطباق آن ها با سایر اجزاء به صورت آزاد می باشد.حرکت های ریزی که در چنین سطوحی رخ می دهد با عث سایش زیادی می شود که حرکت یا تا قان را کند کرده وبه  سطح محور آسیب می رساند. را ه حل بر طرف کردن این مشکل استفاده از انطباق محکم میان این سطوح می باشد.

 

4- عبور جریان الکتریسیته

عبور مداوم جریان الکتریسیته از یاتاقان باعث ایجاد خراش های قهوه ای رنگ موازی با محور در تمام محیط غلتک و سایر اجزای غلتشی یاتاقان می شود.

 

 

 

5-روانسازی ناقص

روانسازی ناقص در اثر تامین نا کافی روانساز ویا استفاده از روانسازهای نا مرغوب  ایجاد می شود.

اگر لایه روغن کافی میان سطوح تامین نشودکه  حرکت لغزشی وسایش به وجود خواهد آمدکه علت تشکیل حفره های ریز و پوست پوست شدن سطح در غلتک های یاتا قان می باشد در مواردی که عمل روانسازی بیش از اندازه انجام می شود ،روانساز به دلیل حرکات شدید یاتاقان گرم شده وخاصیت خودرا از دست می دهند وبا عث  خرابی شدید در یا تاقان می شوند .از نگهداشتن روانساز ها در یاتاقان به خصوص در سر عت های بالا بپر هیزید.