یاتاقان به حرکت دو جزء در یک یا چند جهت با حداقل نیروی اصطکاک کمک میکند و حرکت را مسدود میسازد، بنابراین اجزایی که حرکت دورانی را حمایت میکند، یاتاقان نامیده میشود. این در حالی است که اگر حرکت خطی باشد بر عهده سطوح راهنما خواهد بود. یعنی از طرف سطوح راهنما حمایت خواهند شد.
انواع یاتاقان گیربکس
معمولا یاتاقانی که تکیه گاه زبانه شافت یا اکسل هستند به دو دسته یاتاقان لغزشی ، غلتشی تقسیم می شوند. در یاتاقان لغزشی بین سطوح، حرکت لغزشی وجود دارد، در حالی که در یاتاقان غلتشی بین سطوح، غلتش وجود دارد.
نیروی اعمالی به یاتاقان و یا محل استقرار یاتاقان بر روی یک محور میتواند به صورت عمود بر محور و یا موازی با محور باشد. بنابراین یاتاقانی که فقط نیروی شعاعی را تحمل میکند یاتاقان شعاعی و یاتاقانی که فقط نیروی محوری را تحمل میکند یاتاقان محوری نام دارد. ولی اگر یاتاقان هم شعاعی و هم محوری را هم زمان تحمل کند، یاتاقان شعاعی و محوری نام دارد.
یاتاقان لغزشی
در سطح بین یاتاقان لغزشی و زبانه محور به علت دوران، اصطکاک به وجود میاید و باعث ایجاد حرارت میشود، بنابراین لازم است در بین سطح یاتاقان لغزشی و زبانه محور روغن تزریق کنیم تا فیلمی از روغن بین سطح لغزشی و زبانه محور تشکیل شود. این ضخامت روغن سبب میشود تماس فلز با فلز از بین برود و اصطکاک کاهش یابد. از همه مهمتر اینست که همراه با نرمتر کار کردن محور، سر و صدا کاهش میابد و مثل یک مستهلک کننده نیرو عمل میکند و عمر یاتاقان نیز طولانی میشود. قیمت یاتاقان لغزشی از یاتاقان غلتشی کمتر است.
روغن کاری در یاتاقان لغزشی
یاتاقان لغزشی میتواند از نظر روغن کاری به صورت مایع یا اصطکاک مرزی باشد، بهترین شرایط کار با اصطکاک مایع به دست می آید که در اصطکاک مایع ، سطوح لغزنده با یکدیگر تماس مستقیم ندارند، زیرا یک فیلم روغن بین سطوح تشکیل شده و از تماس مستقیم سطوح جلوگیری میکنند. بنابراین به یک فشار روغن نیاز است تا نیروی وارده را در تعادل نگه دارد.
در یاتاقان لغزشی روغن تحت فشار زیاد، بین قطعات لغزنده دمیده می شود، سطوح لغزنده از هم جدا میشوند و در حالت تعادل قرار میگیرند. در عین حال هم اصطکاک و هک سایش کاهش میابد.در یاتاقان محور،روش فوق خیلی مناسب است. فشار روغن توسط یک پمپ در بیرون یاتاقان پدید می آید.
روغن تحت فشار از طریق سوراخ و کانالی به درون حوضچه فشار یاتاقان وارد و از حوضچه فشار یاتاقان پخش میشوند. تلفات ناشی از اصطکاک در یاتاقان لغزشی،کمتر از سایر یاتاقان است. قبل از حوضچه ، شیر خفه کن نصب شده است که به کمک شیر خفه کن ، با اختلاف فشار بین ، حوضچه می توان موقیت شافت را تحت تاثیر قرار داد که تحت تاثیر قرار گرفتن موقیت شافت در ماشین حساس از اهمیت زیادی برخودار است.
یاتاقان شعاعی
معمولا یاتاقان شعاعی، با سرعت زاویه ای میچرخد، ولی یاتاقان در وضعیت ثابت قرار دارد، بنابراین اصطکاک ایجاد شده سرعت لازم را با توجه به شرایط کار به وجود می آورد. یعنی نازک شدن ضخامت فیلم روغن در جهت حرکت محور خواهد بود و محور، یک وضعیت محوری به خود میگیرد که گرفتن یک وضعیت محوری با ایجاد لقی بین سر محور و یاتاقان ایجاد خواهد شد.
روغن کاری در یاتاقان شعاعی
در یاتاقان شعاعی روغن به سطوح لغزشی میچسبد، سطوح متحرک با روغن همراه میشوند و روغن را به شکل گوه به درون میدمد. بدین ترتیب فشار به طور پیوسته در طول شکاف افزایش میابد. برای تشکیل فشار،ضخامت فشار،طول و عرض منطقه فشار از اهمیت بالایی برخوردار است. فضای بین بوش یاتاقان و یاتاقان گرد با روغن پر شده است و باید جریان روغن به طور مداوم در طی کار تامین شود. حرکت دورانی یاتاقان گرد با اصطکاک اجسام جامد شروع می شود و به اصطکاک مایع گذر میکند.
عملکرد یاتاقان محوری
اساس یاتاقان محوری به سیستم صفحه مایل وابسته است. بر روی سطح یاتاقان گرد ضخامت حلقه ای شکل (لقمه) در جهت حرکت لغزشی با شیب مناسب ایجاد میشود. شیب صفحات می تواند ثابت یا متغیر باشد.سطح پیشانی یاتاقان گرد بر روی یک صفحه افقی از جنس مواد لغزشی دوران می کند. جهت روانسازی، اکثرا روغن جامد گریس و بعضا روغن مایع تزریق می شود. سطح متحرک صفحه، توسط شیار شعاعی و یا از طریق شیارحلقه ای خارج از مرکز بریده شده است، شیار حلقه ای و شیار شعاعی روانساز را در عرض سطح حلقه ای توزیع می کنند. روانساز توسط سوراخی که برای روانسازی ایجاد شده است،به صفحه افقی (پاشنه) تزریق می شود.
باتاقان در محیط داخلی و خارجی
یاتاقان محوری در محیط داخلی و خارجی با سرعت لغزشی متفاوتی کار میکند، به همین دلیل قسمت خارجی یاتاقان محوری سریع تر ساییده میشود، و سریع تر ساییده شدن قسمت خارجی یاتاقان محوری بزرگترین عیب یاتاقان محوری است. یاتاقان محوری بر روی شافت محکم شده و بر روی رینگ حمل کننده ساکنی که به محفظه یاتاقان متصل شده است، میلغزد.
ساختمان یاتاقان شعاعی
در یاتاقان لغزشی شعاعی، اعمال نیرو،تغییر شکل ناشی از نیروی وارده ،نوع روغن انتخاب شده،روش خنک کاری و شرایط کار یاتاقان از اهمیت بالایی برخوردار هستند که همه موارد در طراحی، مورد نظر قرار میگیرد. یاتاقان لغزشی نیز بر همین اساس انتخاب میشود. مثلا اگر جا زدن یاتاقان از بغل شافت امکان پذیر باشد از یاتاقان بوشی استفاده میکنند. برای وسایل نقیله ریلی از بوش پرس شونده داخلی یا خارجی استفاده می شود.
در این نوع یاتاقان جهت روانسازی با روغن مایع یا جامد، شیار و حوضچه تعبیه شده است.این نوع شیار در سطح لغزشی توزیع می شود. ضمنا شکاف نباید در ناحیه بارگذاری قرار گیرد،زیرا در اثر فشار نیرو مسدود و از انتقال روغن به سطح بین محور و یاتاقان جلوگیری می شود و همین موضوع باعث تخریب یاتاقان و سرمحور خواهد شد.
در شافت که به طور محوری هدایت می شود و نیروی کوچک و نامشخص محوری را دریافت میکند از بوش طوقه دار استفاده می شود. فقط بایستی دقت کرد تا طوقه به داخل پرس نشود زیرا مانع انبساط گرمایی خواهد شد. چنانچه وارد کردن شافت از بغل ممکن نباشد، یاتاقان به صورت دو تکه طراحی و ساخت می شود.بهتر است درز جدا شافت حتی الامکان عمود بر بارگذاری قرار گیرد و جهت خود نیرو هم در راستای پایه یاتاقان باشد.
کفه پایینی یاتاقان دو تکه، بدنه و کفه بالایی یاتاقان درپوش نامیده میشود. بدنه یاتاقان بایستی به صورت صلب،مقاوم در برابر ارتعاش و مستحکم باشد،و اما در پوش یاتاقان نباید در هنگام سفت کردن پیچ تغییر شکل قابل توجهی داشته باشند. همچنین یاتاقان مفصلی، می تواند خود را با یک شافت کج شده هماهنگ کند. به همین شکل کله گی مفصلی را داریم که در همان شکل آماده مونتاژ نشان داده شده است.بازوی نوسان کننده را به یکدیگر متصل میکند،به طوری که یاتاقان بتواند حرکات پاندولی را انجام دهند. خیلی وقت به دلیل استفاده نامناسب ، ماده اجزای لغزشی با سرعت بیشتری ساییده می شود و در نتیجه سایش لقی یاتاقان افزایش میابد.
در این گونه مواقع از یاتاقان قابل تنظیم استفاده می شود.یک بوش با مخروط خارجی و شکاف طولی، که از پهلو از طریق مهره چاک دار تکیه داده می شود مهره را به اندازه ای سفت میکند که مخروط خارجی در مخروط داخلی کشیده می شود و باعث باریک شدن بوش در جهت شعاعی می شود.
جنس یاتاقان لغزشی
در یاتاقان معمولا سطوح لغزشی توسط روغن، به طور کامل از هم جدا میشوند فیلمی از روغن بین آنها تشکیل می شود و ممکن است، چه در شروع حرکت و چه در موقع ایستادن،احتمال تماس فلز با فلز و یا اصطکاک خشک به وجود آید. اصطکاک ایجاد شده باعث افزایش حرارت، سایش و خوردگی می شود. برای جلوگیری از افزایش حرارت،سایش و خورگی بایستی جنس محور و یاتاقان متفاوت باشد.
مقدار بار و نوع بارگذاری،نوع روغن کاری،انداره ابعاد و سایر خواص عمومی لازم برای یاتاقان در نظر گرفته شود. جنس یاتاقان بایستی دارای مقاومت به استهلاک ،مقاومت به فشار، مقاومت به خوردگی ،انبساط حرارتی کم، قابلیت هدایت حرارت خوب، مقاومت سایشی، خاصیت چسبندگی خوب به مواد روغنی، کمی ضریب اصطکاک وقابلیت کار در شرایط اضطراری مثل بروز نقص و یا قطع جریان روغنکاری باشد.
در صنعت برای ساختن شافت بیشتر از فولاد استفاده میکنند. سطوح خارجی شافت همیشه باید سخت تر از جنس یاتاقان باشد، زیرا هزینه تعویض و ترمیم سطوح خارجی شافت در اثر ساییدگی بیشتر از یاتاقان است.
ساختمان یاتاقان لغزشی
برای ساختن یاتاقان لغزشی نسبت به خواص مورد انتظار از مواد مختلفی استفاده می شود،که نسبت به عناصر ترکیبی و خواص و موارد مصرف در انواع مختلفی تقسیم شده اند. بیشتر مواد یاتاقان امروزه استاندارد شده اند. البته یک جنس،همه ی این خواسته را تامین نمیکند، بلکه هر یک از جنس می تواند خواسته ی مشخصی را تامین کند. به همین دلیل انتخاب جنس یاتاقان با توجه به موقعیت کاری از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. در عمل جنس یاتاقان مورد مصرف به دو دسته معدنی و غیر معدنی تقسیم میشوند که بعضی از یاتاقان معدنی و یاتاقان غیر معدنی همراه با خواص خود در ذیل بیان می شود.
جنس معدنی یاتاقان
فلز سفید: آلیاژ قلع است و به سه گروه تقسیم می شود:
- مقدار قلع بیشتر است (مقدار قلع 80% یا بیشتر از 80%)
- مقدار سرب بیشتر است(80% سرب ، 1% الی 12% قلع)
- فلز سفیدی که نسبت قلع و سرب فلز سفید در حد متوسط است.
در آلیاژ قلع، علاوه بر قلع و سرب مقدار کمی مس و آنتیموان نیز یافت می شود. آلیاژ دیگری نیز به نام بابیت وجود دارد که از قدیم بیشترین مصرف را داشته است. ساختمان فلز سفید، بهترین جنس برای یاتاقان است. فلز سفید در مقابل سایش و زنگ زدگی مقاوم هستند و ضریب اصطکاک بسیار کوچکی دارند. متاسفانه سختی جنس، فشار مقاومتی و مقاومت خستگی فلز سفید نسبتا پایین است و در اثر افزایش حرارت ، خواص فلز سفید یک آفت آنی از خود نشان می دهد، بنابراین اولا نباید حتی یک لحظه بدون روغن کار کنند، ثانیا در حرارت بالا از فلز سفید استفاده نشود.
فلز سفید با مقدار سرب بیشتر در صنعت کاربرد اساسی دارد. معمولا فلز سفید بر روی یک بالشتک به صورت یک لایه نازک به ضخامت 3% الی 1 میلی متر که از فولاد یا برنز ساخته شده باشد، ریخته میشود.ریخته شدن فلز سفید بر روی بالشتک، به صورت ریخته گری، پرسی یا روش الکتریکی انجام می گیرد.
