مقالات
در حال خواندن
آشنایی با یاتاقان ها
0

آشنایی با یاتاقان ها

توسط میلاد سکاکی۱۸ آبان, ۱۳۹۶

بلبرینگ در بسیاری از وسایل اطراف ما دیده می شود. اگر بلبرینگ در وسایل مکانیکی ما موجود نباشد، آنگاه مجبور به تعویض مداوم قطعاتی هستیم که در معرض پدیده ی اصطکاک قرار دارند.کلمه بلبرینگ از دو بخش ball به معنای گوی و bearing به معنای تحمل‌کردن تشکیل شده‌است. گونه‌ای چرخنده از خانواده  یاتاقان ها هستند که از گوی هایی جهت نگه داری فاصله بین شیار ها ی بیرینگ ها استفاده می شود. هدف بال بیرینگ ها کاهش اصطکاک حاصل از چرخش است ، که با استفاده از حداقل دو شیار برای محصور کردن گوی ها و انتقال گنجایش گوی ها به این هدف می رسد. در اکثر موارد ، یک شیار استاتیک بوده و دیگری به دستگاه چرخشی (هاب ، شفت یا …. ) متصل می شود.

ایده ی موجود در بلبرینگ بسیار ساده است. به گردش در آوردن اجسام ساده تر از ساویدن آن ها بر یکدیگر می باشد. به عنوان مثال چرخ های اتومبیل شما به سان بلبرینگ های بزرگی هستند. اگر به جای چرخ اتومبیل شما چیزی مانند چوب اسکی داشت آنگاه به حرکت درآوردن آن بسیار دشوارتر بود. دلیل آن این است که وقتی از اجسامی مانند چوب اسکی به جای چرخ برای اتومبیل استفاده کنید آنگاه نیروی اصطکاک قویی در جهت عکس حرکت اتومبیل برآن وارد می شود، لذا حرکت اتومبیل به کندی صورت خواهد گرفت. ولیکن اگر دو سطحی که با یکدیگر در تماس هستند برروی هم گردش نمایند آنگاه اصطکاک به حداقل خود می رسد.

تاریخچه

بیشتر پیشرفتهای مهندسی بدون وجود بلبرینگ که اصطکاک را تا حد بسیار زیادی کاهش میدهند،امکان‌پذیر نمی باشد. با پیشرفت صنایع ماشین‌‌‌سازی اهمیت بلبرینگ آشکار گردیده شده است و اساس کلی که اکنون بلبرینگ بر اساس آن ساخته میشود از زمانهای قدیم باقی مانده و پیشگامان این صنعت در زمان امپراتوری روم بوده اند.اولین بلبرینگ مربوط به بلبرینگی است که از چوب ساخته شده بود و دارای ساچمه های برنزی بود و از نظر شکل کاملا شبیه بلبرینگهای امروزی بود و در کشتی امپراتور روم بکار رفته شده است. بعد از آن لئوناردوداونچی محاسباتی راجب یاتاقانهای غلطکی_لغزشی انجام داد و از روی آن نمونه هایی ساخت.در اواخر قرن نوزدهم با توسعه صنعت دوچرخه‌سازی اولین تقاضا برای یاتاقانهای بدون اصطکاک مطرح گردید و اولین کارخانه‌های ساچمه‌سازی در انگلستان و آلمان تاسیس شدند و در آمریکا نیز به نسبت خیلی کم بلبرینگ ساخته شد ولی تقاضا به آن حدی نبود که بتوان تولید کلی را شروع کرد.بعدها دانشمندی بنام “رابرت استریبک” تحقیقات اساسی در مورد مهندسی بلبرینگ انجام داد ودر همین زمان گسترش صنعت اتومبیل‌سازی تقاضا برای بلبرینگ را افزایش داد و در بین سالهای ۱۹۰۲ تا ۱۹۱۲ بیش از هفت نوع بلبرینگ ساخته شد.

بار وارد شده بر بلبرینگ

به طور کلی بار وارد شده بر بلبرینگ ها را به دو دسته ی radial و thrust دسته بندی می کنند. بسته به موقعیت و شرایطی که بلبرینگ مورد استفاده قرار می گیرد یکی از این دو بار ویا هردو بار بر آن وارد می شوند.

در شکل زیر نوع بار وارد شده بر بلبرینگ زرد رنگ از نوع radial می باشد.

بار وارد شده بر بیشتر بلبرینگ های مورد استفاده در موتورهای الکترونیکی از این نوع می باشد.

نوع دیگر بار که thrust نام دارد ، فشار خود را بر ناحیه ی اتصال دو قرقره اعمال می نماید. در شکل زیر این نوع فشار به خوبی نمایش داده شده است.

همچنین در شرایطی هردونوع فشار ذکر شده بر بلبرینگ وارد می¬شود که در شکل زیر شمایی از این نوع فشار نمایش داده شده است.

انتخاب نوع برینگ (Selection of bearing type)

 رینگ خارجیهر کدام از برینگ ها برای منظور خاصی طراحی می شود و به همین دلیل کاربرد ویژه ای دارد. برای نمونه بلبرینگ های شیار عمیق قادر به تحمل بارهای نیمه سنگین شعاعی و بارهای محوری هستند. اصطکاک در این نوع بلبرینگ ها کم و امکان تولید آنها با دقت زیاد وجود دارد، لذا از آنها در موتورهای الکتریکی کوچک و متوسط استفاده می شود. رولبرینگ های بشکه ای قادر به تحمل بارهای سنگین بوده و دارای خاصیت خود تنظیمی هستند. این ویژگی آنها را برای کاربردهای سنگین مهندسی که بارها بزرگ و باعث ناهمراستایی شافت می شود، مناسب می سازد.

فضای موجود (Available space)

در بیشتر موارد، یکی از ابعاد اصلی برینگ در طراحی ماشین(معمولاً قطر داخلی) معین شده است. بر همین اساس اندازه های برینگ همواره استاندارد است. در شافت های کم قطر از تمامی برینگ ها می­توان استفاده کرد که متداولترین نوع آنها بلبرینگ های شیار عمیق است. رولبرینگ های سوزنی نیز در اینگونه موارد مناسب هستند. در شافت های قطور رولبرینگ های استوانه ای، مخروطی و بشکهای مناسب هستند. بلبرینگ های شیار عمیق در اینگونه موارد هم کاربرد دارند.
در مواردی که فضای شعاعی محدود باشد، از برینگ
 های با ضخامت کم باید استفاده نمود، نظیر رولبرینگهای سوزنی بدون حلقه داخلی و بیرونی و نیز رولبرینگ های سوزنی با پوسته کشیده شده. گروه خاصی از بلبرینگ های شیار عمیق و تماس زاویه ای، رولبرینگ های استوانه ای و بشکه ای نیز در اینگونه موارد کاربرد دارند. وقتی محدودیت فضای محوری داشته باشیم گروه خاصی از رولبرینگهای استوانه ای و بلبرینگ های شیار عمیق در مورد بارهای مرکب شعاعی و محوری بکار می روند. اگر در این حالت فقط بار محوری داشته باشیم از رولبرینگ سوزنی کف گرد، رولبرینگ های استوانه ای کف گرد و بلبرینگ های کف گرد می توان استفاده نمود.

انتخاب اندازه برینگ  (Selection of bearing size)

نظریه جدید در مورد طول عمر برینگ  (New life theory)
تحقیقات پیشرفته و تجربیات عملی نشان داده اند که اگر برینگ تحت شرایط معینی کار کند(مثلاً اگر با سبک باشد) می تواند طول عمری به مراتب بیشتر از آنچه از فرمولها به دست می آید داشته باشد. طبق این تئوری، مفهوم بار خستگی Fatigue load limit در نظر گرفته شده و این مقدار باری است که اگر برینگ تحت مقادیری کمتر از آن قرار می گیرد، دچار خستگی نمی شود. مقدار بار خستگی در جداول مشخصات برینگ ها را، با علامت Pu برای هر برینگ نشان می دهند. خستگی در برینگ از اعمال تناوبی بار حاصل می شود.
هر جزء غلتشی در برینگی که با سرعت دورانی خاصی در حال چرخش است در هر ثانیه چندین بار در معرض اعمال بار قرار گرفته و سپس رها می
 شود.
این نوع اعمال بار باعث خستگی برینگ و نهایتاً از کارافتادگی زودرس آن می
 شود. حتی اگر از قدرت تحمل بار برینگ نیز کمتر باشد.

ظرفیت تحمل بار و طول عمر (Load Carrying capacity and Life)

اندازه یک برینگ براساس ظرفیت تحمل بار برینگ با در نظر گرفتن مقدار بار و طول عمر مورد انتظار با ضریب اطمینان خاص انتخاب می شود.
باری که بر برینگ وارد می شود ممکن است به صورت دینامیکی یا استاتیکی باشد. معمولاً در جداول برینگها این دو بار بانامهای مبنا Dynamic Load Rating و بار استاتیکی مبنا Static Load Ratingدرج می شوند. همانگونه که از نام آنها پیداست مقادیر درج شده در جداول فقط یک مقدار پیشنهادی است که بسته به طول عمر مورد انتظار از برینگ می توان بارهای مورد بحث را کم و زیاد کرد.
دامنه کاربرد بلبرینگ های شیار عمیق وسیع می باشد، زیرا طراحی آنها ساده، غیر قابل تفکیک و با قدرت کارکرددر سرعت های زیاد است. این نوع برینگ ها در چند نوع یک ردیفه، دو ردیفه و یک ردیفه با شیار ساچمه خور تولید می شوند.

اجزا‍‍ء تشکیل‌دهنده بلبرینگ

  •  رینگ داخلی
  • ساچمه
  •  در‌پوش
  • قفسه

رینگ خارجی 

قسمت خارجی بلبرینگ میباشد و اگر این قطعه را گسترش دهیم بصورت یک مستطیل میباشد این رینگ یک دایره کامل بوده و داخل آن شیاری برای قرار گرفتن ساچمه در داخل این شیارها وجود دارد.

رینگ داخلی 

قسمت داخلی بلبرینگ را تشکیل می دهد و اندازه آن کوچکتر از رینگ خارجی است. این رینگ ضخیمتر از رینگ خارجی است و دارای شیاری در سطح خارجی اش برای لغزش ساچمه می باشد و ساچمه ها در داخل دو رینگ قرار گرفته اند و با آنها در تماس است. ساچمه ها کاملا” کروی شکل میباشند تعداد ساچمه ها معمولا ما بین ۶و۷ عدد می باشد.

قفس 

درپوشی است که ساچمه ها را نگهداری می کند که نواری است از یک فلز نازک که از هر قاعده بلبرینگ یکی از آنها از روی ساچمه ها در داخل رینگها عبور کرده و از وسط دو ساچمه به قفس میخ پرچ می شود و ساچمه ها در داخل رینگ بوسیله این قفس برای همیشه نگهداری می‌شوند.

درپوش 

با توجه به محل کاربرد بلبرینگ در صنعت در بعضی بلبرینگ ها یک درپوش هم سطح با جداره های رینگ وجود دارد این درپوشها از جنس پلاستیک یا فلزی است بلبرینگ ها از نظر قطر خارجی و داخلی و تعداد ساچمه به انواع زیادی تقسیم بندی می شوند بلبرینگ‌هایی که شامل یک درپوش فلزی در یک طرف باشند بلبرینگ ( Z ) و اگر درپوش دو طرفه باشند ( ۲ Z ) نامیده می‌شوند و اگر درپوش لاستیکی یک طرفه باشد (R S ) و اگردوطرفه باشند ( ۲ R S ) نامیده میشوند.

رینگهای بلبرینگ های درپوش پلاستیکی در لبه بیرونی‌شان شیاری برای جایگزینی درپوش پلاستیکی وجود دارد.

انواع بلبرینگ

بلبرینگ، بالبرینگ، یاطاقان ساچمه ای :(ball bearing)
این نوع از بلبرینگ مرسوم ترین نوع بلبرینگ می باشد که نمونه هایی از آن را در وسایل مختلف مشاهده کرده اید. این نوع از بلبرینگ ها هردونوع فشار را به خوبی تحمل می کنند و بیشتر در وسایلی استفاده می شوند که بار وارده بر بلبرینگ زیاد نیست.

در این نوع از بلبرینگ، فشار برروی سطح خارجی بلبرینگ وارد می شود و این فشار از طریق ساچمه ها به بخش داخلی منتقل می گردد. به دلیل آنکه ساچمه ها کروی هستند، تنها بخش اندکی از سطح آن ها با سطوح در تماس است لذا اصطکاک به شدت کاهش یافته و این نوع بلبرینگ ها به نرمی حرکت می کنند.

از آنجاییکه تنها سطح اندکی از ساچمه ها در تماس می باشد لذا نمی توان فشار زیادی را بر آن ها وارد نمود زیرا موجب تغییر شکل پیدا کردن بلبرینگ می شود و پس از مدتی بلبرینگ به خوبی کار نخواهد کرد.

بلبرینگ های غلتکی، رولبرینگ:(Roller Bearings)
این نوع بلبرینگ ها شبیه شکل زیر می باشند. این نوع بلبرینگ ها قادر خواهند بود فشار بسیار زیادی از نوع radial را که پیشتر شرح آن داده شد ، تحمل کنند. در این نوع بلبرینگ ها سطح تماس ساچمه با سطوح یک خط می باشد ولیکن در بلبرینگ های چرخی یک نقطه بود لذا این نوع بلبرینگ ها( بلبرینگهای غلتکی) فشار بسیار بیشتری را قادر به تحمل کردن هستند. ولیکن این نوع بلبرینگ ها قادر به تحمل کردن فشار زیاد از نوع thrust نمی باشند. نوعی از این بلبرینگ که آن را یاطاقان سوزنی می نمامند دارای استوانه هایی با قطر بسیار اندک می باشد. نمایی از این نوع بلبرینگ در شکل زیر نمایش داده شده است.

بلبرینگ کفه گرد Ball Thrust Bearing
این نوع بلبرینگ ها در جاهایی مورد استفاده قرار می گیرند که سرعت پایین باشد و همچنین فشار از نوع radial کم باشد.

بلبرینگ کفه گرد بشکه ای Roller trust bearing
این نوع بلبرینگ قادر به تحمل نمودن فشار زیادی از نوع thrust می باشند. در شکل زیر نمونه ای از آن نمایش داده شده است.

Tapered roller bearings
این نوع از بلبرینگ ها قادر به تحمل نمودن فشار زیادی را از نوع radial و thrust می باشند. شکل آن در زیر آورده شده است.

بلبرینگ های مغناطیسی
در بعضی از کاربردها که در آن سرعت حرکت وسایل مکانیکی بسیار زیاد می باشد از این نوع از بلبرینگها استفاده می شود. در این نوع از بلبرینگ تماس فیزیکی بین قطعات وجود نداشته بلکه نیروی مغناطیسی قویی سبب قوطه ور شدن اجزای داخلی بلبرینگ می شود. بعض از انواع آن قادر هستند در عرض یک دقیقه به تعداد ۵۰۰۰۰ گردش کنند.

Earthquake-proof Builings
همان طور که از نام این نوع بلبرینگ مشخص است، این نوع از بلبرینگ در زیربنای ساختمان ها برای مقابله نمودن با پدیده ی زلزله و مقاوم سازی ساختمان استفاده می شود. این نوع بلرینگ های غول آسا بسیار مقاوم بوده و وزن بسیار سنگین ساختمان را تحمل می کنند. امیدواریم در ایران نیز از این تکنیک در ساخت برج های مسکونی استفاده شود.

بلبرینگ های خود تنظیم SELF-ALIGNING BALL BEARINGS

این نوع بلبرینگ دارای دو ردیف ساچمه با یک حلقه بیرونی مشترک است که شیار ساچمه در آن به صورت منحنی بوده و این باعث ایجاد خاصیت خودتنظیمی بلبرینگ در مواقع انحراف و ناهمراستایی شافت می شود. در صورتیکه قدرت تحمل بار این نوع بلبرینگ کافی نباشد، می توان از رولبرینگ های بشکه ای Spherical roller bearings که دارای خاصیتی مشابه هستند استفاده نمود.

چندین نوع دیگر از بلبرینگ ها نیز در شکل های زیر آورده شده است.

 

 

واکنش شما چیست؟
I like it
87%
interested
13%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
میلاد سکاکی

دانشجوی مهندسی مکانیک

پاسخ بدهید