یاتاقان چیست؟ [اجزا، انواع و کاربردها]
یاتاقان ها ابزارهایی هستند که به اجزا یک ماشین اجازه می دهند نسبت به یکدیگر حرکت کنند. دو نوع یاتاقان وجود دارد: تماسی و غیر تماسی. یاتاقانهای تماسی با تجهیزات تماس مکانیکی دارند که شامل یاتاقان های لغزشی، غلتشی یا خمشی است. یاتاقان های غیر تماسی شامل یاتاقان های مایع، هوا، فاز مخلوط و مغناطیسی هستند. عدم تماس مکانیکی موجب حذف اصطکاک استاتیکی میشود.
یاتاقان ابزاری از یک ماشین است که حرکت نسبی را فقط به حرکت مورد نظر محدود می کند و اصطکاک را بین قطعات متحرک کاهش می دهد. اکثرا با به حداقل رساندن اصطکاک، حرکت مورد نظر را تسهیل می کنند. به طور کلی بر اساس نوع عملکرد، حرکات مجاز یا جهت بارهای (نیروهای) اعمال شده به قطعات، طبقه بندی می شوند.
پیشنهاد مکتبی نو: تلرانس مهندسی چیست؟ [GD&T]
چگونه یک یاتاقان کار میکند؟
یاتاقان ها اصطکاک را با استفاده از توپ ها یا غلتک های صاف و در مقابل سطح فلزی داخلی و خارجی صاف برای غلتیدن توپ ها بر روی آن، کاهش می دهند. این توپها یا غلطکها با تحمل بار به دستگاه اجازه میدهند تا به آرامی بچرخد.
یاتاقان باعث می شود ساخت بسیاری از ماشین هایی که ما هر روز استفاده می کنیم امکان پذیر باشد. بدون یاتاقانها، ما باید دائماً قطعاتی را که در اثر اصطکاک فرسوده میشوند را تعویض کنیم. چرخ های ماشین شما مانند یاتاقان های بزرگ هستند. اگر به جای چرخ چیزی شبیه اسکی داشتید، حرکت ماشین شما در جاده بسیار دشوارتر می شد.
نیروها
معمولاً دو نوع بارگذاری شعاعی و محوری را تجربه می کنند. بسته به محل استفاده از آنها، ممکن است بار شعاعی، بار محوری یا ترکیبی از هر دو را مشاهده شود. یاتاقان ها در ترکیب موتور الکتریکی و پولی فقط با بار شعاعی روبرو هستند. بیشتر بار ناشی از کشش تسمه متصل به پولی ها است.
بلبرینگ در توپی چرخ خودروی شما باید هم بارهای شعاعی و هم بارهای محوری را تحمل کند. بار شعاعی از وزن خودرو ناشی می شود. هنگامی که دور یک پیچ میچرخید، بار محوری ناشی از نیروهای دور زدن است.
پیشنهاد مکتبی نو: ماشین کاری چیست؟ [انواع ماشینکاری، ابزارها و دستگاه CNC]
اجزای یاتاقان
اجزای استاندارد و اساسی یک بلبرینگ به شرح زیر است:
حلقه داخلی
یک شیار در سطح بیرونی خود دارد تا یک مسیر عبور برای توپ ها باشد. سطح مسیر قطر بیرونی با تلرانس های بسیار کوچک ایجاد و به صورت سطحی بسیار صاف تراش داده شده است. حلقه داخلی بر روی شفت نصب شده است و قطعه ای چرخان است.
حلقه خارجی
روی حلقه بیرونی، یک شیار در سطح داخلی آن وجود دارد تا مسیری برای توپ ها باشد. همچنین همانند حلقه داخلی دارای پرداخت با دقت بالا است. حلقه بیرونی معمولاً ثابت می باشد.
اجزای چرخان
اجزا چرخان حلقه داخلی و حلقه بیرونی را از یکدیگر جدا می کنند و به یاتاقان اجازه می دهند تا با حداقل اصطکاک بچرخد. ابعاد اجزا چرخان کمی کوچکتر از شیار حلقه های داخلی و خارجی ساخته شده است. ابعاد اجزا چرخان با دقت بسیار بالا کنترل می شود. پرداخت سطح و تغییرات اندازه از ویژگی های مهم هستند. این ویژگی ها تا سطح میکرو اینچ کنترل می شوند.
قفس (نگهدارنده)
هدف از قفس جداسازی اجزا چرخان، حفظ فاصله ثابت بین حلقه های داخلی و خارجی، هدایت دقیق اجزا چرخان در مسیر در حین چرخش و جلوگیری از سقوط اجزا چرخان است.
روانکاری
روان کننده بخشی جدایی ناپذیر از اجزای استاندارد بلبرینگ است. روانکاری در بین حلقه های داخلی و خارجی برای کاهش تلفات ناشی از اصطکاک استفاده می شود.
سایر اجزای اختیاری بلبرینگ
سایر اجزای اضافی مانند صفحات محافظ و آب بند(کاسه نمد) عملکرد و عمر بلبرینگ را افزایش می دهند. این قطعات اختیاری بر اساس نیاز مشتری برای افزایش عملکرد بلبرینگ اضافه می شوند.
صفحات محافظ
صفحه محافظ به شکل یک دیسک فلزی است. صفحه محافظ در یک شیار بسیار کوچک در لبه سطح داخلی حلقه بیرونی با فشار جای میگیرد. فاصله یا شکاف کوچکی بین قطر بیرونی حلقه داخلی و صفحه محافظ وجود دارد. از آنجایی که صفحه محافظ با حلقه داخلی بلبرینگ تماس ندارد، هیچ اصطکاک اضافی بین صفحه محافظ و یاتاقان وجود ندارد که منجر به یاتاقانی می شود که گشتاور بسیار کمی دارد. هدف از صفحه محافظ جلوگیری از ورود ذرات بزرگ آلودگی به بلبرینگ است.
آب بندها
آب بند همچنین در محل لبه قطر داخلی حلقه بیرونی در شیار بسیار کوچک وارد می شود. لبه داخلی آببند به شکل خاص ساخته میشود.
انواع یاتاقان ها
- غلتشی
- ساچمه ای
- غلتکی
- غلتک استوانه ای
- کف گرد ساچمه ای
- راستاپذیر ساچمه ای
- تماس مایل ساچمه ای
- شیار عمیق ساچمه ای
یاتاقان های غلتشی (Rolling Element Bearings)
یاتاقان های غلتشی حاوی عناصر غلتشی به شکل توپ یا استوانه هستند. می دانیم که چرخاندن چرخ آسان تر از لغزش آن بر روی زمین است زیرا میزان اصطکاک غلتشی کمتر از اصطکاک لغزشی است. همین اصل نیز در اینجا به کار گرفته شده است. یاتاقان های غلتشی برای تسهیل حرکت آزاد قطعات در حرکت چرخشی استفاده می شوند.
حتی زمانی که در کارها به حرکت خطی نیاز داریم، تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی آسان است. پله برقی یا نوار نقاله را در نظر بگیرید. اگرچه حرکت خطی است، اما با غلتک هایی که توسط موتورها حرکت می کنند، به حرکت در می آید.
مثال دیگر یک پمپ رفت و برگشتی است که می تواند انرژی دورانی موتور را با کمک اتصالات به حرکت انتقالی تبدیل کند. در هر یک از این کاربردها، بلبرینگهای ساچمهای برای پشتیبانی از محورهای موتور و همچنین محورهای دیگر اجزای چرخان در مجموعه استفاده میشوند.
عناصر غلتشی بار را بدون اصطکاک زیاد حمل می کنند زیرا اصطکاک لغزشی با اصطکاک غلتشی جایگزین می شود. یاتاقان های غلتکی را می توان به دو نوع اصلی تقسیم کرد: یاتاقان ساچمه ای و غلتکی.
یاتاقان ساچمه ای (Ball Bearings)
یاتاقان ساچمه ای یکی از رایج ترین انواع یاتاقان های مورد استفاده است و شامل یک ردیف توپ به عنوان عناصر چرخان است. آنها بین دو قطعه فلزی حلقوی شکل قرار دارند. این قطعات فلزی به عنوان ساچمه رو (Race) شناخته می شوند. ساچمه رو داخلی برای چرخش آزاد است در حالی که ساچمه رو بیرونی ساکن است.
یاتاقان های ساچمه ای اصطکاک بسیار کمی را در طول چرخش ایجاد میکنند اما ظرفیت تحمل بار محدودی دارند. این به دلیل ناحیه تماس کوچک بین توپ و ساچمه رو است. آنها علاوه بر بارهای شعاعی می توانند بارهای محوری را در دو جهت تحمل کنند. برای کنترل حرکت نوسانی و چرخشی استفاده می شوند. به عنوان مثال، در موتورهای الکتریکی که شفت آزادانه میچرخد ولی محفظه موتور ثابت است، از بلبرینگ برای اتصال شفت به محفظه موتور استفاده می شود.
یاتاقان شیار عمیق ساچمه ای (Deep Groove Ball Bearings)
حلقه ای از توپ ها بین دو ساچمه رو قرار دارد که بار را منتقل می کند و امکان حرکت چرخشی دو ساچمه رو را فراهم می کند. توپ ها توسط یک نگهدارنده در جای خود ثابت می شوند. اصطکاک غلتشی بسیار کمی دارند و برای سر و صدا و لرزش بهینه شده اند. این باعث می شود آنها برای کاربردهای با سرعت بالا ایده آل باشند. نصب آنها نسبتاً آسان است و نیاز به عملیات تعمیر و نگهداری کمی دارند. در حین نصب بر روی شفت باید مراقب باشید تا فرورفتگی بر روی ساچمه رو ها ایجاد نشود.
یاتاقان تماس مایل ساچمه ای (Angular Contact Ball Bearings)
در این نوع یاتاقان، ساچمه روهای داخلی و خارجی نسبت به یکدیگر در امتداد محور جابجا می شوند. این نوع یاتاقان علاوه بر تحمل بارهای شعاعی برای تحمل مقادیر بیشتری از بارهای محوری در هر دو جهت طراحی شده است.
با توجه به جابجایی در ساچمه های داخلی و خارجی، بار محوری را می توان از طریق یاتاقان به غلاف منتقل کرد. این نوع برای کاربردهایی که تکیه گاه محوری صلب مورد نیاز است مناسب است. یاتاقان های تماس زاویه ای به طور گسترده در تجهیزات کشاورزی، خودروها، گیربکس ها، پمپ ها و سایر کاربردهای پرسرعت استفاده می شوند.
یاتاقان راستاپذیر ساچمه ای (Self-Aligning Ball Bearings)
این نوع یاتاقان در هنگام ناهماهنگی بین شفت و غلاف مصون است که ممکن است به دلیل انحراف شفت یا خطاهای نصب رخ دهد. حلقه داخلی دارای شیارهای عمیق مشابه شیار عمیق است که به دنبال آن دو ردیف توپ و حلقه بیرونی قرار دارند. حلقه بیرونی یک شکل مقعر دارد و این به حلقه داخلی آزادی عمل می دهد تا بسته به نامیزانی خود را تغییر دهد.
یاتاقان کف گرد ساچمه ای (Thrust Ball Bearings)
یاتاقان های کفگرد نوع خاصی هستند که بهطور خاص برای بارهای محوری طراحی شدهاند. آنها به هیچ وجه نمی توانند بارهای شعاعی را تحمل کنند. یاتاقان های کفگرد صدای کم و عملکرد نرمی دارند و قادر به کاربردهای با سرعت بالا هستند. آنها به عنوان تک یا دو جهته موجود هستند و انتخاب با توجه به اینکه بار یک طرفه یا دو طرفه باشد است.
یاتاقان غلتکی (Roller Bearings)
یاتاقان غلتکی به جای توپ ها به عنوان عناصر حمل کننده بار در بین ساچمه روها، حاوی عناصر غلتشی استوانه ای هستند. یک عنصر در صورتی غلتک محسوب می شود که طول آن از قطر آن بیشتر باشد (حتی اگر اندک باشد). از آنجایی که آنها در تماس خطی با ساچمهروهای داخلی و خارجی هستند (به جای تماس نقطه ای مانند یاتاقان ساچمه ای)، می توانند بارگذاری بیشتری را تحمل کنند.
یاتاقان های غلتکی نیز در انواع مختلف موجود می باشند. نوع مناسب ممکن است پس از در نظر گرفتن نوع و میزان بارگذاری، شرایط سرویس و احتمال نامیزان بودن انتخاب شود.
یاتاقان های غلتک استوانه ای (Cylindrical Roller Bearings)
ساده ترین یاتاقان از خانوادهی غلتکی ها هستند. این یاتاقان ها می توانند با چالش های بارگذاری شعاعی سنگین و سرعت بالا روبرو شوند. آنها همچنین سفتی عالی، انتقال بار محوری، اصطکاک کم و مدت زمان خدمات طولانی را ارائه می دهند.
ظرفیت بار را می توان با اجتناب از استفاده قفس ها یا نگهدارنده هایی که معمولاً برای نگه داشتن غلتک های استوانه ای در محل قرار دارند، افزایش داد. این عمل اجازه می دهد تا غلتک های بیشتری برای حمل بار نصب شوند. آنها به صورت تک ردیفی، دو ردیفه و چهار ردیفی موجود هستند. آنها همچنین در انواع دوبخشی و آب بند شده هستند.
نوع دوبخشی برای مناطقی که دسترسی به آنها دشوار است مانند میل لنگ موتور استفاده می شود. در نوع آب بند شده، از آلوده شدن یاتاقان جلوگیری می شود و روان کننده حفظ می شود و گزینه ای بدون نیاز به تعمیر و نگهداری است.
چه زمانی از یاتاقان های ساچمه ای استفاده کنیم؟
بنابراین، اجازه دهید برخی از شرایط کاری که ممکن است نیاز داشته باشد را بیان کنیم.
- بارهای محوری وجود دارد. طراحی یاتاقان ها آنها را قادر میسازد تا بارهای محوری را تحمل کنند.
- عدم وجود بارهای سنگین. یاتاقان ها به دلیل داشتن عناصر چرخان توپی، تمام نیرو را روی چند نقطه تماس متمرکز می کنند. این می تواند منجر به شکست زودهنگام با بارهای زیاد شود.
- سرعت بالا. نقطه تماس کوچک بلبرینگ نیز به معنای اصطکاک کمتر است. بنابراین مقاومت کمتری برای غلبه وجود دارد و دستیابی به سرعت های بالا با این نوع بلبرینگ ها آسان تر است
پیشنهاد مکتبی نو: مهندسی معکوس چیست؟
انتخاب نوع یاتاقان
انتخاب یک یاتاقان مناسب برای کاربرد مورد نظر ما یک چیز بسیار مهم است. در اینجا یک راهنمای سریع برای انتخاب یاتاقان مناسب آورده شده است.
- برای بارهای کم و متوسط، یاتاقان ساچمه ای و برای بارهای سنگین، یاتاقان غلتکی را انتخاب کنید.
- در صورت عدم تراز بین شفت ها از بلبرینگ های راستاپذیر یا یاتاقان غلتکی استفاده می شود.
- برای بار محوری متوسط از یاتاقان های کف گرد ساچمه ای و برای بارهای محوری سنگین از یاتاقان های کف گرد استوانه ای استفاده می شود.
- برای شرایطی که ما دارای مولفه محوری و شعاعی بار هستیم از یاتاقان های شیار عمیق، تماس زاویه ای و غلتک کروی استفاده می کنیم.
- برای کاربردهای با سرعت بالا، یاتاقان های شیار عمیق، یاتاقانهای تماس زاویهای و غلتک استوانهای توصیه میشوند.
- هنگامی که صلبیت سیستم نیاز اصلی ما است مانند ماشین ابزارها، از غلتک استوانه ای دو ردیفه یا غلتک مخروطی استفاده می کنیم.
- زمانی که کاهش سر و صدا معیار اصلی ما باشد، از بلبرینگ شیار عمیق استفاده می کنیم
کاربرد یاتاقان ها
- موتورهای الکتریکی
- ابزارهای دستی دندانپزشکی
- مخلوط کن های تجاری
- دوچرخه
- دستگاه های خودپرداز و کارت خوان
- بادسنج
- محرک های بال هوافضا
- سیستم های حمل و نقل هوایی
مزایای یاتاقان ها
- مقاومت اصطکاک و اتلاف توان کم است، راندمان مکانیکی بالا است و به راحتی قابل شروع به کار است.
- استاندارد سازی اندازه، قابلیت تعویض، نصب و جداسازی آسان، تعمیر آسان.
- ساختار فشرده، وزن سبک و اندازه محوری باریک است.
- دقت بالا، بار زیاد و عمر طولانی.
- برخی از بلبرینگ ها دارای عملکرد تنظیم خودکار محور هستند.
- برای تولید انبوه مناسب است، کیفیت آن پایدار و قابل اعتماد است و راندمان تولید بالا است.
- گشتاور اصطکاک انتقال بسیار کمتر از یاتاقان سیال متحرک پرفشار است، بنابراین دمای اصطکاک افزایش می یابد و اتلاف توان کم است.
- بار ترکیبی شعاعی و محوری را می توان به طور همزمان تحمل کند.
- در محدوده بار-سرعت زیاد، طراحی منحصر به فرد یاتاقان می تواند عملکرد عالی را به دست آورد.
معایب یاتاقان های غلتشی
- سر و صدا زیاد است.
- ساختار نشیمنگاه یاتاقان پیچیده است.
- هزینه زیاد است.
- حتی اگر به خوبی روغن کاری شده، به درستی نصب شده باشند و به خوبی آب بندی شوند و عملکرد آنها عادی باشد، در نهایت به دلیل خستگی سطح تماس اجزا چرخان از کار می افتند. اگر می خواهید در مورد یاتاقان ها بیشتر بدانید، لطفا با ما تماس بگیرید.
مطالب زیر را حتما مطالعه کنید
دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) چیست؟
کاربرد هوش مصنوعی در مهندسی مکانیک
هیدرولیک چیست؟ | اجزا و انواع سیستم هیدرولیک
دیدگاهتان را بنویسید