یاتاقان(1)

تعریف یاتاقان:

نیروی اصطکاک علی الرغم فوایدی که در برخی موارد برای انسان داشته است در مواردی هم بعنوان مانع در سر راه انسان بوده و باعث اتلاف مقدار بسیار زیادی از انرژی می شود. بطور مثال از حرارت ناشی از سوخت در خودرو 35 درصد از طریق سیستم اگزوز و 33 درصد از طریق آب و 7 درصد از طریق انتشار در هوا به بیرون از سیستم منتقل می شود و تنها 25 درصد از کل حرارت تولید شده برای انجام کار مفید باقی می ماند که همه این هدر رفتن انرژی حرارت ناشی از وجود اصطکاک در بخشهای مختلف خودرو می باشد.
در تکیه گاه شفت بروی دیواره ها نیز نیروی اصطکاک بین شفت و دیواره باعث اتلاف انرژی می گردد. بمنظور کاهش اصطکاک در تکیه گاه شفتهای دوار از یاتاقانها استفاده می شود. در یک تعریف کلی به هر تکیه گاهی که اصطکاک را کاهش دهد یاتاقان می گویند. در واقع نیروی اصطکاک مزاحم کار تکیه گاهی یاتاقان می باشد.

تاریخچه

یافتن روشهای مناسب برای غلبه بر اصطکاک از دیر باز در سرلوحه کارهای بشر بوده است. بیشتر افراد از چرخ بعنوان بزرگترین اختراع در طول اعصار یاد می کنند، در صورتیکه این چنین نیست. بلکه نوآوری واقعی در قراردادن محور چرخ در یاتاقان (تکیه گاه مدور) شکل گرفت. مدارکی دال بر استفاده از سطوح مدور برای کاهش نیروی لازم بمنظور جابجایی اجسام سنگین در زمانهای قدیم وجود دارد. برای مثال مصریان از الوار (تنه درخت) استفاده می کردند. یاتاقان هایی که با چرخ ها و محورهای اولیه به کار می رفت، از نوع محوری بود که در آنها محور با لقی اندکی درون سوراخ یاتاقان قرار می گیرد.
در هر حال اختراع چرخ پدیده مهمی بوده است ولی این یاتاقانها بودند که باعث چرخش اجسام می شوند. در ابتدا رومی ها، بلبیرینگ ضد اصطکاک اولیه را در دوران حضرت مسیح (ع) بکار می بردند. باقیمانده های یک کشتی رومی در دریاچه «نمی» حکایت از وجود سه نوع اولیه بلبیرینگ یعنی کروی، استوانه ای و مخروطی (شیبدار) داشت، هر چند در این جستجو مورد استفاده آنها نامشخص ماند.
در دوران رنسانس لئوناردوداوینچی یک یاتاقان ضد اصطکاک را طراحی کرد اما قصد وی از ساختن آن همچنان نامعلوم است. با پیشرفت انقلاب صنعتی در قرن هجدهم و بکار گیری نیروی بخار بجای نیروی باد، استفاده از یاتاقان ها بسیار گسترش یافت. هر چند که بیشتر آنها از نوع یاتاقان های محوری بودند و از نوع یاتاقان های ضد اصطکاک کمتر استفاده می شد.
در قرن هجدهم یکی از مشکلات بزرگی که مانع سفرهای دور و دراز می شد «طول جغرافیایی» بود. بعلت عدم توانایی در اندازه گیری طول جغرافیایی هنگامیکه دریانوردان از خشکی به حدی دور می شدندکه قادر به دیدن آن نبودند، به احتمال زیاد گم می شدند. جان هریسون این مشکل را بکمک یک ساعت دریانوردی، که «کرنومتر» نامیده می شد، حل کرد. در یکی از نمونه های اولیه آن یک بلبرینگ محصور بکار رفته بود. در ادامه برای کوچکتر کردن کرنومتر این نوع اولیه بلبیرینگ های ضد اصطکاک را با یاتاقان های محوری خیلی ریز ساخته شده از جواهرات عوض کرد. بطور کلی می توان گفت صنعت ساخت یاتاقان های ضد اصطکاک (یاتاقانهایی شامل عناصری که دارای حرکت دورانی هستند) از دهه هشتاد قرن نوزدهم (1890-1880) شروع شد. وقتی که فردریش فیشر در آلمان راهی برای ساخت و تولید توپهای کروی، به تعداد زیاد و بصورت اقتصادی و مقرون به صرفه پیدا کرد، در قرن نوزدهم راه آهن، وسایل الکترونیکی، تلگراف، نیروی برق، تلفن و دوچرخه هم پدید آمدند.
در بیشتر موارد، یک پیشرفت در تولید، کلید موفقیتی برای ساخت محصولات بهتر خواهد بود. بلبیرینگها ابتدا در دوچرخه ها بکار می رفت و با روی کار آمدن صنایع خودرو سازی که در اوایل قرن بیستم به وجود آمد، صنعت ساخت بلبیرینگ نیز به صنعت پیشرفته ای تبدیل شد.
در همین سالها صنعت خودروسازی به سرعت گسترش یافت. بطور مثال پلاک گذاری وسایل نقلیه در ایالات متحده از حدود یک هزار دستگاه در سال 1898 به ده هزار دستگاه در سال 1900 رسید و در سال 1906 بیش از صدهزار خودرو شماره گذاری شد.
این رقم هنگامی که هنری فورد در سال 1913 تحولی در صنعت خودرو سازی ایجاد کرد به بیش از یک میلیون در سال رسید. او با ایجاد خط تولید و ابداع قطعات تعویض پذیر باعث شد که خودرو برای افراد معمولی نیز قابل خرید باشد و تا سال 1922 ده میلیون خودرو در ایالات متحده نمره گذاری شود.
امروزه تعداد اتومبیل های جهان در حدود 800 میلیون دستگاه تخمین زده می شود. صنایع خودرو سای نیاز به جاده های بهتر و ابزار مناسبتر دارند و این یک چرخه بی انتها برای رشد و اشتغال زایی است. همچنین فورد با بکارگیری صنعت خودرو سازی در کشاورزی باعث ابداع تراکتور فوردسان شد.
در شروع قرن بیستم یک کشاورز آمریکایی غذای 2/5 نفر را تامین می کرد، در صورتیکه امروزه هر کشاورز آمریکایی برای بیش از 100 آمریکایی و 32 نفر در کشورهای دیگر غذا تولید می کند. این انقلاب باعث آزادی عمل بقیه جمعیت می شود تا پیگیر پیشرفت های فکری، فرهنگی و اجتماعی شوند و از آ‹ می توان به عنوان چیزی یاد کرد که باعث بوجود آمدن جوامع نوین شده است. کشاورزی مکانیزه را مانند تولید انبوه می توان از عواملی دانست که زمینه را برای دیگر پیشرفتهای قرن بیستم فراهم آورده اند.
در نیمه اول قرن بیستم لوله های خلاء، رادیو، هواپیما، نایلون و آنتی بیوتیک ابداع شدند و در نیمه دوم آن انقلابی در وسایل الکترونیکی بوجود آمد که در حد قابل توجهی توانایی ما را در ارتباطات بالا برد و بازدهی تولید را در صنایع تولیدی و خدماتی افزایش داد. در این قرن سفرهایی هوایی برای گروهی از مردم مقرون به صرفه شد. همچنین انسان بعد از یک دهه کار دشوار در دهه (1970-1960) بر روی سطح ماه گام گذاشت.
فناوری موجود در عصر فضا سبب ایجاد ماهواره های ارتباطی، تلفن همراه، اینترنت و انقلاب در صنایع کامپیوتری شد. در سال 1985 یک ابر کامپیوتر IBM سه میلیون دلار قیمت داشت. امروزه یک کامپیوتر خانگی هزار و پانصد دلاری کار همان ابر کامپیوتر را صد برابر سریع تر انجام می دهد. مواد مرکب پیچیده ای نیز تولید شده است و ما قرن بیستم را با شروع تحقیقات ژنتیکی به پایان رساندیم که زمینه را برای گامهای بلندی در زمینه علوم پزشکی فراهم کرده است.
در این میان سرعت تغییرات در حد قابل توجهی چشمگیر بوده است. پنج هزار سال طول کشید تا اختراع یک چرخ ساده به ابداع راه آهن برسیم ولی در یک دوره 66 ساله (معادل عمر انسان) ما از پرواز اولین انسان به اولین قدم انسان بر روی سطح ماه رسیدیم.
در قرن اخیر نه تنها فن آوری یاتاقان های ضد اصطکاکی بهبود یافته و نقش مهمی در جابجایی مطلوب مردم بازی می کنند، بلکه صنعت یاتاقان سازی نیز بطور متقابل از فن آوری های جدید سود می برد. امروزه عملکرد یاتاقانها تحت تاثیر دقت هندسی، کیفیت و خصوصیات فولادی استکه برای ساخت آن بکار می رود. در دهه 1960-1970 محققان دریافتند که سفرهای فضایی بدون داشتن علوم پایه ای در مورد وسایل ضد اصطکام در محیط خلا فضا غیرممکن است. در این باره ای ان. گروبین از موسسه مرکز تحقیقات علمی و فناوری مهندسی مکانیک در مسکو با دو نفر انگلیسی به نامهای دی. داوسون از دانشگاه لیدز و جی. آر. هیگینسون از دانشکده علوم دانشگاه نظامی شیرونهام، تئوری روغنکاری الاستورهیدرودینامیک را مطرح کردند که طرز کاری برای یاتاقان ها و چرخ دنده ها ارائه می داد. همانطور که نام این تئوری نشان می دهد با در نظر گرفتن تغییر شکل قطعات پلاستیکی در تماس، می توان به ضرورت وجود لایه ضخیم تری از روان کننده بین قطعات متحرک پی برد. از سوی دیگر تنش بسیار زیادی که در سطح تماس به وجود می آید باعث می شود که روان کننده (یا روغن) به یک شبه جامد، که از نظر غلظت و چگالی به آسفالت می ماند، تبدیل شود. در نتیجه مانع تماس فلز با فلز در قسمتهای متحرک و شیارها و دیواره ها می شود.
پیشرفت در زمینه علوم الکترونیک وسایلی در اختیار صنعت یاتاقان سازی قرار داده است تا این تئوری ها را بررسی و اصول پایه ای دینامیک ماشین ابزار را درک کرده و در نتیجه بتواند دقت سنگ کاری (سمباده زنی) را افزایش دهد.
همچنین تجهیزات فراصوتی را پیشرفت دهند تا به این وسیله بتوانند کیفیت و خصوصیات فولاد را بهبود بخشند. در اویل دهه 1980-1970 شرکت اینتل یک ریز پردازنده اختراع کرد و در نتیجه دقیق و مداوم ماشین ابزار و فرآیند تولید فولاد بطور کامل اقتصادی شد. نتیجه نهایی این است که در طول 20 سال گذشته یاتاقانهایی با قطر داخلی کمتر از 100 میلی متر طول عمرشان 10 برابر شده و یاتاقانهایی با قطر داخلی بیش از 200 میلیمتر عمرشان 20 برابر شده است. در مقابل، دقت زیاد ابزار مکانیکی، تولید قطعات خیلی کوچک تر و ظریف تر از وسایل الکترونیکی را میسر کرده است.
به هر حال یاتاقانها، فقط یکی از قسمت های سامانه های مکانیکی به کار رفته در جعبه دنده و محورهای انتقال قدرت هستند. طراحی و انتخاب چرخ دنده نیاز به بررسی دقیق تری دارد. چون نه تنها در معرض شکست تماسی (در اثر تماسی دو لبه) قرار دارند بلکه در معرض شکست خمشی و سایش نیز قرار دارند. در طراحی جعبه دنده ها و محورهای انتقال قدرت باید تمام سامانه را با هم در نظر گرفت.
طراحی و انتخاب دقیق یاتاقان ها، چرخ دنده ها، روان کننده ها و گردگیر پوسته نیز برای موفقیت طرح، لازم و ضروری است.
در 20 سال گذشته با ترکیب آخرین روش های طراحی کامپیوتری و نتیجه به دست آمده از پیشرفت بلبیرینگها و عملکرد چرخ دنده ها، انتقال قدرت به حدی ارتقاء پیدا کرده است که با استفاده از همان فضای قبلی می توانیم تا 3 برابر توان را انتقال دهیم.
از هنری تیمکن، مخترع رولربیرینگ های مخروطی این جمله نقل شده است: «کسی که بتواند چیزی بسازد که اصطکاک را بطور اصولی کاهش دهد به پدیده واقعاٌ ارزشمندی دست یافته است.»
بعنوان یک کار مهیج اجتماعی در سال 1930 در شیکاگو، سه زن با کفش های پاشنه بلند، یک لوکوموتیو 323 تنی را که برای شرکت تیمکن ساخته شده بود و با بلبیرینگ های ساخت همین شرکت غلت می خورد، به زحمت کشیدند.

انواع یاتاقان :

یاتاقان حول نقطه‌ای خارج از مرکز بر روی نشیمنگاه می‌گردد. کم به علت انعطاف‌پذیری کم خوب، نیاز به تمیزکاری و روانکاری دارد. عمدتاًبرای سرعت‌های کم و دقت‌های بالا مانند ساعت استفاده می‌شود.

یاتاقان لغزشی

محور درون یک سیال می‌گردد. خیلی زیاد خیلی زیاد، محدودیت سرعت معمولاً ناشی از نشت‌بندها است. می‌توان عمر این نوع یاتاقان را بی‌نهایت دانست؛ گاهی اوقات هنگام آغاز به کار و خاموش کردن دستگاه اندکی فرسایش ایجاد می‌شود. غبار و سنگریزه می‌توانند باعث خرابی این نوع یاتاقان گردند. در استفاده پیوسته نیاز به عملیات نگهداری ندارد.

یاتاقان مغناطیسی

دو سطح توسط مغناطیس (الکترومغناطیس و یا جریان گردابی) از هم جدا نگه داشته می‌شوند. کم بی‌نهایت بی‌نهایت مصرف انرژی بالا، عدم نیاز به نگهداری.

یاتاقان خمشی

حرکت با تغییر شکل در ماده پدید می‌آید. کم خیلی زیاد خیلی زیاد یا کم، بستگی به کاربرد دارد. دامنه حرکتی محدود
در این قسمت سه نوع از یاتاقان های پر کاربرد را به طور کامل معرفی می کنیم:

یاتاقان غلتشی

یاتاقانهای غلتشی در واقع شامل دو عدد ریگ یا حلقه و یک سری ساچمه هستند که بصورت مماس و به اندازه بین حلقه ها قرار گرفته اند ساچمه ها توسط قفسی که از صفحات موازی برنجی پلاستیکی یا هر ماده مناسب دیگر ساخته شده اند جدا از هم نگه داشته می شوند .

roller bearing: 1 outer race, 2 cage, 3 roller, 4 inner race

مزایای عمده یاتاقانهای غلتشی :

1. هزینه اولیه کم می باشد
2. آنها میتوانند بدون مراقبت با پریودهای طولانی کار کنند
3. انها معمولا نیبت به یاتاقانهای لغزشی با وظیفه مشابه محفظه های کوچکتر و کم هزینه ای لازم دارند
4. بمنظور تعویض سریع می توان از منابع متنوعی استفاده کرد
5. موجب صرفه جویی انرژی می شوند .تعویض روانساز بدلیل ضریب اصطکاک کم به دفعات بسیار کمتری نسبت به یاتاقانهای لغزشی انجام می شود و بیشتر یاتاقانهایغلتشی توسط روانکار داخلی با درپوش آببند تهیه شده که برای عمر کاری انها کافی است .

معایب یاتاقانها غلتشی :

1. حلقه و تمام اجزائ چرخشی در معرض تنشهای متناوب و سریع می باشند که باعث عیب ناشی از خستگی می شود .
2. بسیاری از یاتاقانهای لغزشی هنگام منتاژ و دمنتاژ نیازمند احتیاط زیاد و مراقبتهای ویژه ای هستند
3. نیازمند مراقبتهای ویژهای از نظر میزان روانساز می باشند (نه کم نه زیاد )

روانکاری یاتاقانهای غلتشی:

روانکاری نا مناسب باعث می شود یاتاقانها خیلی سریع فرسوده شوند بطور مثال روانکاری بیش از حد می تواند باعث کوتاه شدن عمر یاتاقان گردد.روانکاری بیش از حد سبب داغ شدن یاتاقانها می گردد و در نتیجه میزان اکسید اسیون روانساز افزایش پیدا می کند و این پدیده موجب معیوب شدن زودرس یاتاقانها می شود .
میایب ناشی از روغنکاری نامناسب خود را به چند روش نشان میدهد :
1. نبود روانساز در محفظه یاتاقانها
2. وجود آب در روانسازو محفظه یاتاقانها
3. تغییر جلای حلقه ساچمه ها
4. پریدگی بر روی شیارها و ساچمه ها
5. خراشهای موئین بر روی حلقه ها
6. و حرارت ایجاد شده در اثر نبود روانساز
برای جلوگیری از این موارد بسیاری از کارخانه های سازنده روانکاری با گریس و روغن را توصیه می کنند.

مزایای گریس:

1. گریس میتواند بدون محفظه خاصی ابقاء شود حتی در محورهای عمودی
2. بعضی گریسها با پایه کلسیم می توانند عایقی برای رطوبت باشند.
3. بعضی گریسها با پایه لیتیم می تواند یاتاقان را از خوردگی شیمیای حفظ کنند
4. گریسهای سنگین، پوششی در برابر مواد آلوده کننده هستند
5. گریسها نسبت به روغنها به دفعات کمتری نیاز به تجدید گریسکاری دارند.

معایب گریس کاری:

1. خنک کاری موثر یاتاقانهای که با گریس روانکاری می شوند مشکل است و این پدیده مانعی برای استفاده از گریس در دورهای بالا می باشد
2. انتخاب گرانروی گریس با توجه به استفاده ان در دماهای متغییر قابل توجه می باشد و در نتیجه گریسها را برای محیطهایی که نوسانات دمایی زیادی دارند مناسب نمی باشد .
3. مشخص کردن میزان واقعی گریس برای یاتاقانها بسیار مشکل است و باعث روانکاری زیاد یا کم یاتاقانها می گردد.

علل خرابی یاتاقان های غلتشی:

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.

علائم علت ها مثال

حرکت نا موزون
خراب شدن رینگ ها و ساچمه ها
آلودگی
لقی بیش از حد لنگ زدن چرخ در وسایل نقلیه
افزایش ارتعاشات در فن ها
ارتعاشات درمیل لنگ در موتور های احتراقی
کاهش دقت
سایش در اثر آلودگی یا روغنکاری نا کافی
خراب شدن رینگ ها و ساچمه ها
تکان های شدید آسیاب ها
سر وصدا با فرکانس زیاد هنگام کار کردن لقی مجاز نا کافی
سروصدا یاتاقان ها در گیر بکس موتورهای الکتریکی
سر وصدا نا منظم لقی بیش از حد
آلودگی
روغنکاری نا کافی
تغییرات منظم در سر وصدا تغییر لقی به علت تغییر دما
خرابی غلتک ها
منابع
http://fa.wikipedia.org
http://manufacture.blogfa.com
http://www.daneshema.com
http://meinformation.blogfa.com
http://forum.gigapars.com