راهنمای جامع یاتاقان و آشنایی با انواع آن

یاتاقان‌ها بر اساس نوع دارای کارکردهای متفاوتی هستند و بار نیرو را به‌صورت‌های مختلف تحمل می‌کنند. یاتاقان‌های صنعتی خود دارای چندین مدل مختلف هستند که بر اساس نحوه قرارگیری در محل با یکدیگر تفاوت دارند،  این قطعات از طریق تحمل بارهای محوری و شعاعی، قطعات متحرک را در مسیر حرکت خود نگه می‌دارند. قطعات زیادی از جمله چرخ دنده‌ها، چرخ‌ها و شفت‌ها به وسیله یاتاقان‌ها در محل استقرار خود نصب شده و به این ترتیب در مقابل اصطکاک و فرسایش مورد حفاظت قرار می‌گیرند. در این راهنمای جامع با انواع یاتاقان‌ها و مشکلات موجود در یاتاقان‌ها آشنا می‌شوید.

یاتاقان چیست

یاتاقان یکی از قطعه‌های فنی موتور است. این وسیله باعث می‌شود دو قطعه به‌صورت چرخشی یا حرکتی بر روی‌هم حرکت نسبی داشته باشد. به‌صورت ساده‌تر، هنگامی‌که دو قطعه فلز بخواهند روی یکدیگر حرکت‌کننده و هیچ قطعه کمک‌کننده‌ای بین آن‌ها نباشد، این دو قطعه به‌سرعت دچار خوردگی و ساییدگی می‌شوند، یاتاقان در میان این دو قطعه قرار می‌گیرد تا از خوردگی و ساییدگی این دو قطعه جلوگیری کند. یاتاقان و زیرمجموعه‌های آن یعنی بلبرینگ و رولینگ در میان قطعات مکانیکی قرار می‌گیرند تا اصطکاک  میان قطعات را کاهش دهند. درواقع این قطعه‌ها حرکت قطعات نسبت به هم را  آسان می‌کند. همچنین  یاتاقان‌ها لرزش قطعات مکانیکی را از بین می‌برد و سروصدای ناشی از انتقال نیرو قطعات  را کم می‌کنند.

یاتاقان‌ها وظایف زیادی را انجام می‌دهند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• یاتاقان‌ها قطعاتی که دارای تحرک هستند را ثابت نگه می‌دارند.
• یاتاقان‌ها می‌توانند اصطکاک به وجود آمده میان قطعات را کاهش دهند.
• فرسایش و ساییدگی که ممکن است بین قطعات ایجاد شود با استفاده از یاتاقان‌ها کاهش می‌یابد.
•  یاتاقان‌ها قابل تعویض هستند و به این ترتیب یک سطح سایشی با قابلیت تعویض را ایجاد می‌کنند.

اجزای اصلی تشکیل دهنده یاتاقان‌ها

به صورت کلی یاتاقان‌ها از اجزای زیادی تشکیل شده‌اند. اجزای اصلی آن‌ها را می‌توان به صورت زیر طبقه‌بندی نمود:

• دو قطعه فولادی سخت شده که قفسه نامیده می‌شوند.
• ساچمه‌ها، غلتک‌ها و سوزن‌هایی که از جنس فولاد سخت شده ساخته شده‌اند و در بین قفسه‌ها می‌غلتند.
• جدا کنند یا محفظه‌ای که اتاقک اجزای غلتان را شامل می‌شود.

دسته‌بندی یاتاقان‌ها

یاتاقان‌ها را به روش‌های گوناگون می‌توان دسته‌بندی نمود. یکی از روش‌هایی که به منظور دسته‌بندی یاتاقان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد طبقه بندی آن‌ها بر اساس نوع حرکت می‌باشد. به این ترتیب می‌توان یاتاقان‌ها را به دو دسته یاتاقان‌های غلتشی ولغزشی طبقه‌بندی نمود. در ادامه خصوصیات این دو نوع یاتاقان را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

یاتاقان‌های لغزشی

در این دسته از یاتاقان‌ها، محور در درون سوراخ یاتاقان لغزش می‌کند. این لغزش باعث می‌شود تا در سطح یاتاقان اصطکاک لغزشی به صورت ناخواسته ایجاد شود. این اصکاک ایجاد شده را می‌توان از طریق قرار دادن یک لایه از روانکار به مقدار قابل توجه‌ای کمتر کرد. نیاز به روغن‌کاری و مراقبت مستمر باعث می‌شود که کارایی این دسته از یاتاقان‌ها به نسبت یاتاقان‌های غلتشی کمتر شود. یکی از مشکلات عمده‌ای که این نوع یاتاقان‌ها دارند آن است که مقاومت شروع به کار در آن‌ها بالا می‌باشد. برخی از مدل‌های یاتاقان لغزشی عبارت‌اند از یاتاقان‌های چشمی، یاتاقان‌هایی که قابلیت تنظیم شدن دارند و نیز یاتاقان‌های دو تکه. به طور کلی، خصوصیات یاتاقان‌های لغزشی را می‌توان به صورت زیر بیان نمود:

•  یاتاقان‌های لغزشی قابلیت تحمل نیروهای زیاد را دارا هستند.
• این دسته از یاتاقان‌ها در برابر ضربه و ارتعاشات چندان حساس نمی‌باشند.
• یاتاقان‌های لغزشی به صورت آرام و بدون ایجاد صدای زیاد کار می‌کنند.
• در جهت شعاعی، این یاتاقان‌ها فضای زیادی را اشغال نمی‌کنند.
• از نظر تعداد دور محدودیتی برای یاتاقان‌های لغزشی وجود ندارد.
•  یاتاقان‌های لغزشی مونتاژ راحتی دارند و می‌توان آن‌ها را با توجه به نحوه حرکت محور به خوبی تنظیم نمود.

انواع یاتاقان‌های صنعتی

 یاتاقان‌ها لغزشی اکثرا کاربرد صنعتی دارند و مناسب خودروها نیستند. در ادامه انواع مختلف آن را بررسی می‌کنیم.

یاتاقان UCP یا یاتاقان هندریل

یاتاقان UCP یا حلزونی شکل دارای یک بدنه   p  هستند  و بر روی آن یک دوپایه پیچ خور تعبیه‌شده است درون این یاتاقان یک بلبرینگ UC قرارگرفته  است. یاتاقان پله برقی از این نوع یاتاقان هستند.

یاتاقان UCF

این مدل یاتاقان‌ها داری چهارگوشه  و مربعی شکل هستند نام بدنه این یاتاقان f  است و درون آن یک بلبرینگ UC قرارگرفته  است

یاتاقان UCFL – یاتاقان چشمی دوپیچ صنعتی

این یاتاقان داری بدنه‌ای به شکل چشم انسان است نام بدنه آن fl است، درون این  یاتاقان صنعتی یک بلبرینگ UCقرار دارد. و کاربرد اصلی آن‌ها در آسانسورها و بالابرها است. به خاطر همین از آن‌ها به یاتاقان آسانسور یاد می‌شود.

یاتاقان UCT – یاتاقان تی شکل کشویی

این یاتاقان به شکل t  طراحی‌شده است و به‌صورت کشویی در جایگاه قرار می‌گیرد این مدل یاتاقان‌ها کاربرد کمتری نسبت به دیگر یاتاقان‌ها دارند.

یاتاقان UCFC  – یاتاقان دایره‌ای 4 پیچ صنعتی 

پرمصرف‌ترین یاتاقان‌های صنعتی هستند. بدنه این یاتاقان به شکل دایره است و در گوشه‌های آن جای بستن پیچ تعبیه‌شده است. . بدنه این یاتاقان FC نام دارد و یک بلبرینگ UC در درون آن قرار دارد.

یاتاقان‌های غلتشی

در این مدل از یاتاقان‌ها، میان محور و یاتاقان قطعاتی با قابلیت چرخش و به شکل کره و یا استوانه قرار داده می‌شود. به این ترتیب اصطکاک لغزشی موجود در یاتاقان به حالت غلتشی تبدیل می‌شود. از آنجایی که قطعات دارای غلتش از طریق تماس نقطه‌ای (برای کره) و یا از طریق تماس خطی (برای استوانه) غلتش خود را انجام می‌دهند، به این ترتیب ضریب اصطکاک ایجاد شده به میزان قابل توجه‌ای نسبت به اصطکاک لغزشی کاهش پیدا می‌کند. وقتی اصطکاک کم شود، میزان نیرویی که به منظور غلبه بر آن مورد نیاز است نیز کاهش پیدا می‌کند که این امر در طراحی‌های مهندسی بسیار مطلوب می‌باشد. یاتاقان‌هایی که به صورت ذکر شده طراحی و استفاده می‌شوند را یاتاقان‌های ضد اصطکاک نیز می‌نامند. میزان اصطکاکی که برای شروع به کار یاتاقان‌های لغزشی وجود داشته و غلبه بر آن مورد نیاز است تقریباً دو برابر بیشتر از میزان اصطکاک در هنگام کار یاتاقان می‌باشد. با این حال، این میزان اصطکاک نیز در مقایسه با اصطکاک شروع به کار در یاتاقان‌های لغزشی بسیار اندک است. خصوصیاتی که به طور کلی برای یاتاقان‌های غلتشی می‌توان مطرح نمود به شرح زیر می‌باشند:

• به منظور شروع به حرکت یاتاقان‌های غلتشی گشتاور کمتری مورد نیاز است.
•  یاتاقان‌های غلتشی حرارت زیادی را در حین کار تولید نمی‌کنند و کارایی خوبی دارند.
• از آنجایی که اصطکاک در یاتاقان‌های غلتشی خیلی کمتر است، در حین کار به روغن‌کاری کمتری لازم داشته و مراقبت چندانی احتیاج ندارند.
• یاتاقان‌های غلتشی به منظور حرکت‌های آرام در دورهای کمتر مناسب‌تر هستند.
• این دسته از یاتاقان‌ها در برابر ضربات و ارتعاشات حساسیت داشته و به نسبت طول عمر محدودتری دارند.
• یکی از مواردی که در عملکرد یاتاقان‌های غلتشی مشکل ایجاد می‌کند، حساسیت‌آن‌ها در برابر آلوده شدن می‌باشد. به همین منظور، باید در برابر نفوذ آلودگی‌ها آب‌بندی شوند که این امر هزینه‌بر می‌باشد.
• یاتاقان‌های غلتشی در ابعاد استاندارد طراحی و ساخته می‌شوند و به این ترتیب در هنگام تعویض مشکلی را ایجاد نمی‌کنند.
• یاتاقان‌های غلتشی در جهت محوری فضای کمی را اشغال می‌کنند.

دسته‌بندی یاتاقان‌های غلتشی

روش‌های زیاد و متنوعی به منظور دسته‌بندی یاتاقان‌های غلتشی وجود دارد که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم.

تقسیم ‌بندی بر اساس نیروی متحمل شده به یاتاقان

یکی از این موارد دسته بندی، بر اساس نیروهایی است که یاتاقان متحمل می‌شود. به این ترتیب می‌توان یاتاقان‌ها را به صورت شعاعی، محوری و یا شعاعی-محوری طبقه ‌بندی نمود.

یاتاقان شعاعی 

هنگامی است که محورها به‌صورت افقی قرار دارند و حرکت می‌کنند. یاتاقان‌های شعاعی برای تحمل بار شعاعی طراحی‌شده‌اند یعنی  نیرو عمود بر محور دوران و در جهت شعاع اعمال می‌شود و یا یاتاقان در این راستا قرار می‌گیرد تا حرکت را تسهیل کند باعث کاهش اصطکاک شود.

یاتاقان بارمحوری

از این یاتاقان هنگامی استفاده می‌شود که بارمحوری نیروی موازی با محور دوران دارند. یاتاقان  محوری برای تحمل جهت این نیرو کاربرد دارند. این مدل یاتاقان‌ها اصولاً لغزشی هستند.

یاتاقان شعاعی محوری

این یاتاقان‌ها به‌گونه‌ای طراحی‌شده‌اند که تحمل نیروی بار را هم به‌صورت شعاعی و هم به‌صورت  محوری دارند.

تقسیم‌ بندی بر اساس شکل هندسی

حالت دیگر دسته بندی بر اساس شکل هندسی عناصری است که غلتش انجام می‌دهند. این دسته‌بندی شامل یاتاقان‌های سوزنی، ساچمه‌ای و مخروطی می‌باشد. 

 یاتاقان ساچمه‌ای

یاتاقان ساچمه‌ای پرکاربردترین یاتاقان‌ها هستند. یاتاقان‌های ساچمه‌ای توانایی تحمل بار را به‌صورت شعاعی و محوری دارند. این یاتاقان‌ها به‌صورت شیار عمیق یا تک ردیفه نیز شناخته می‌شوند. یاتاقان‌های ساچمه‌ای عبارت‌اند از: ساچمه‌ها، رینگ‌های بیرونی و داخلی و همچنین قفسه‌ای که به‌منظور نگه‌داری ساچمه‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد. در یاتاقان‌های ساچمه‌ای، شیوه جا زدن ساچمه‌ها به‌این‌ترتیب است که رینگ داخلی یاتاقان را خارج از مرکز درآورده و سپس ساچمه‌ها وارد فضای بین دو رینگ می‌شوند. درنهایت قفسه سوار می‌شود. اگر ساچمه‌های یاتاقان گرد و تخت باشد تحمل بار بیشتری دارند و اگر ساچمه‌ها ریز باشد بار کمتری تحمل می‌کنند.

 یاتاقان سوزنی

یاتاقان سوزی یک قطعه پرکاربرد در خودروها است. یاتاقان‌های سوزنی در محور بازو راکر (مثل راکر زیر گهواره)، پمپ‌ها ، کمپرسورها و مخابره کننده‌ها قرار دارند.  یاتاقان‌های سوزنی تحمل بار بیشتری را نسبت به یاتاقان ساچمه‌ای دارند. اجزای تشکیل کننده یاتاقان سوزنی مانند یاتاقان ساچمه‌ای است با این تفاوت که به‌جای  استفاده از ساچمه‌های معمولی با غلتک‌های گرد و تخت از ساچمه‌های استفاده می‌شود که غلتک‌های آن  بسیار نازک هستند.

 یاتاقان مخروطی

یاتاقان‌های مخروطی مدلی از یاتاقان‌های غلتشی است که می‌توانند بارهای شعاعی و محوری را تحمل کنند. این یاتاقان‌ها از یک حلقه داخلی (مخروط )  و یک حلقه بیرونی (cup) همراه با یک نگهدارنده غلتک‌ها ورلرهای مخروطی   تشکیل‌شده‌اند. درواقع ساچمه‌های این یاتاقان‌ها به شکل استوانه هستند و با یک زاویه نسبت به مرکز قرار دارند. این یاتاقان‌ها به‌گونه‌ای طراحی‌شده‌اند تا انحرافات شفت و محفظه را کنترل کنند و باعث کاهش اصطکاک می‌شوند.

تقسیم بندی بر اساس نحوه جبران نامیزانی محور

تقسیم ‌بندی دیگری که برای یاتاقان‌های غلتشی می‌توان ارائه داد بر اساس جبران عدم تنظیم بودن محور یاتاقان‌ها می‌باشد. این تقسیم بندی شامل دو دسته اصلی می‌باشد که عبارت‌اند از یاتاقان‌های خود تنظیم شونده و یاتاقان‌های غیر خود تنظیم شونده.

یاتاقان‌های غیر خود تنظیم شونده

یاتاقان‌های غیر خود تنظیم شونده را در دو گروه یک تکه و دو تکه طبقه بندی می‌نمایند. در یک یاتاقان قابلیت خود تنظیم شوندگی دارد، شیار رینگ خارجی یاتاقان به صورت کروی طراحی می‌شود. علاوه بر این، رینگ داخلی یاتاقان دارای دو شیار با مقاطع دایره‌ای می‌باشد. مجموعه یاتاقان درون رینگ خارجی به صورت مفصلی چرخش انجام می‌دهد و به این ترتیب می‌تواند خود را با وضعیت شفت تنظیم نماید. در اثر این امر مشکل عدم هم راستایی در محور یاتاقان و همچنین متوازن نبودن شفت با محور رینگ خارجی جبران شده و اثر نامطلوبی را بر روی یاتاقان ایجاد نمی‌کند.

یاتاقان‌های خود تنظیم شونده 

یاتاقان‌های خود تنظیم شونده عموماً در مواردی کاربرد دارند که یک میزان لقی بین میله و یاتاقان مورد نظر باشد. به عنوان مثال از موارد اصلی کاربرد این نوع یاتاقان‌ها می‌توان به ماشین‌ آلات کشاورزی، نوار نقاله‌ها و هواکش‌ها اشاره نمود.

مشکلات موجود در یاتاقان‌ها

دلایل زیادی وجود دارد که می‌تواند منجر به ایجاد خرابی در یاتاقان‌ها شده و به این ترتیب عملکرد صحیح آن‌ها را با مشکل مواجه سازد. در این بخش با برخی از مشکلات متداولی که برای یاتاقان‌ها ایجاد می‌شود آشنا خواهیم شد.

خرابی ناشی از خستگی

به طور کلی عمر خستگی در یاتاقان‌ها به میزان باری بر یاتاقان اعمال می‌شود و نیز تعداد دفعات گردش یاتاقان بستگی دارد. خستگی را می‌توان به دو نوع تقسیم بندی نمود:

•         نوع اول خستگی ایجاد شده، خستگی معمولی نامیده می‌شود. این مدل خستگی ناشی از به وجود آمدن ترک‌های ریز در نواحی زیرین سطح می‌باشد. این ترک‌ها رشد می‌کند و خود را به سطح می‌رسانند و به این ترتیب باعث ایجاد مشکلات در سطح از جمله کنده شدن تکه‌های کوچک فلز در سطح می‌شوند. با کاهش میزان بار اعمالی به یاتاقان و نیز کم کردن سرعت حرکت آن می‌توان از ایجاد این نوع خستگی پیشگیری نمود.
•         نوع دوم خستگی به علت وجود ذرات خارجی درون یاتاقان‌ها ایجاد می‌شود. ذرات خارجی و آلودگی‌ها باعث کم شدن عمر مفید یاتاقان‌ها می‌شوند. روانکاری که در یاتاقان‌ها به منظور کاهش سایش استفاده می‌شود باید فاقد هر گونه آلودگی باشد تا مشکلی برای یاتاقان ایجاد نگردد.

خرابی ناشی از خوردگی در یاتاقان‌ها

خوردگی عبارت‌ است از تخریب و تحلیل رفتن مواد که به دلایل مختلفی می‌تواند رخ دهد. از مهم ترین‌ عواملی که در یاتاقان‌ها می‌تواند منجر به ایجاد خوردگی شود عبارت‌اند از: وجود اسید و استفاده از روانکارهای اسیدی، میعانات آب‌های موجود در محیط و نیز نفوذ آب به علت مناسب نبودن آب‌بندی مورد استفاده در یاتاقان‌ها. خوردگی در یاتاقان می‌تواند ایجاد اثرات زنگ آهن روی یاتاقان‌ها نماید. این زنگ آهن باعث عدم یکنواختی چرخش در یاتاقان‌ها می‌شود و سر و صدا در یاتاقان ایجاد می‌کند. علاوه بر این، در اثر وجود اثرات خوردگی، حفره‌های کوچک روی سطح ممکن است ایجاد شود که این حفرات می‌توانند محل تمرکز تنش باشند.

خرابی‌های ناشی از لغزش

لغزش موجود در یاتاقان‌ها می‌تواند منجر به پاره شدن لایه روغنی که به منظور روان کاری در سطوح تماس مورد استفاده قرار می‌گیرد بشود. وقتی چنین اتفاقی رخ دهد سایش نیز تشدید شده و عملکرد یاتاقان با مشکل مواجه می‌شود. به منظور حل این مشکل بهتر است برای روانکاری از روغن‌های مرغوب‌تری استفاده شود. روانکار مرغوب روانکاری است که با گذشت زمان خواص آن دچار تغییر نشود و نیز ذرات خارجی و آلودگی هم در آن وجود نداشته باشد. علاوه بر خصوصیات روانکار، میزان استفاده از آن نیز بسیار مهم است. در صورتی که روانکار کمتر از مقدار لازم استفاده شود سایش به حد مطلوب کاهش نمی‌یابد و اصطکاک موجود باعث افزایش دمای یاتاقان و کاهش کیفیت کاری آن می‌گردد. در مقابل استفاده بیش از حد روانکار نیز مضر می‌باشد چرا که باعث سر خوردن قطعات روی یکدیگر می‌شود. لغزش همچنین می‌تواند باعث شد برخی محل‌های یاتاقان به صورت موضعی تحت تنش قرار بگیرند که این مشکل در بارهای کم اعمالی به یاتاقان بیشتر دیده می‌شود. به منظور جلوگیری از این مشکل باید لقی یاتاقان را تا حد ممکن کاهش داده و لغزش‌ها را مورد کنترل دقیق قرار داد.

جمع بندی

یاتاقان‌ها قطعه‌ای هستند که برای کاهش اصطکاک محورهای حرکتی اختراع‌شده‌اند. این قطعه به دو دسته‌بندی کلی لغزشی و غلتشی تقسیم می‌شوند. یاتاقان‌های لغزشی بیشترین کاربرد را در صنعت دارد که بر اساس شکل خود و نحوه قرارگیری به چند دسته تقسیم می‌شوند. یاتاقان غلتشی بر اساس شکل  نیروی محتمل شده و  نامیزانی محور تقسیم می‌شوند که هرکدام مدل‌های مختلفی دارد. در پایان مشکلات یاتاقان‌ها را در خرابی‌های ناشی از لغزش، خوردگی و خستگی بررسی کردیم.