مقدمه
مطالب حاضر در این مقاله، از منابع مختلف جمع‌آوری و تدوین شده و تلاش گردیده است حتی‌الامکان مطالب به صورت خلاصه و به زبان ساده بیان شود. با خواندن این مقاله کوتاه و نسبتاً جامع، پاسخی برای سؤالاتی از قبیل آنچه در ذیل آمده، خواهید یافت.
- یاتاقان چیست؟
- بلبرینگ چیست؟
- یاتاقان‌ها چه کاربردی دارند؟
- آشنایی با انواع یاتاقان‌ها
- یاتاقان بوش چیست؟
- رولبرینگ چیست؟
- چه نیروهایی به یاتاقان‌ها وارد می‌شود؟
- ….
یاتاقان‌ها (Bearing)
یاتاقان چیست و چه کاربردی دارد؟
یاتاقان، معادل فارسی کلمه انگلیسی Bearing می‌باشد؛ اما متاسفانه این واژه لغت مناسبی به منظور فهم کامل این تجهیز نیست. این کلمه برگرفته از لغت آذری یات به معنی خوابیدن می‌باشد و به عبارت ساده‌تر، یاتاقان چیزی است که فاعل می‌تواند بر روی آن بخوابد یا تکیه کند.
همه پدیده‌های مادی در جهان برای بقای خود نیاز به تکیه‌گاه دارند. به عنوان مثال، ما به هنگام راه رفتن به زمین تکیه می‌کنیم و یا ساختمان‌هایی که ساخته می‌شوند به ستون‌هایی تکیه می‌کنند که آن‌ها نیز به زمین تکیه کرده‌اند. این تکیه‌گاه می‌تواند مانند ستون ثابت و بدون حرکت باشد (Fixed Bearing). ولی در برخی از موارد ما نیازمند تکیه‌گاه‌هایی هستیم که توأمان بتوانند امکان حرکت دورانی و یا طولی را فراهم نمایند.
تمامی دستگاه‌ها و ماشین‌آلات مورد استفاده در صنایع مختلف، دارای دو قسمت ثابت و متحرک می‌باشند که بخش متحرک روی قسمت ثابت قرار می‌گیرد. به عبارتی، قسمت ثابت تکیه‌گاه قسمت متحرک می‌باشد. زمانیکه یک قطعه ثابت، و قطعه دیگر روی آن حرکت نماید، در محل تماس اصطکاک ایجاد شده و این امر موجب سایش و تولید گرما می‌شود. سایش ایجاد شده منجر به صدمه دیدن به قسمت‌های ثابت و متحرک می‌گردد که در این حالت یا باید از قطعات بسیار محکم استفاده کرد و یا در بازه‌های زمانی مختلف، قطعات آسیب دیده را تعویض یا تعمیر نمود. از آنجاییکه، هزینه ساخت و تعمیر قطعات اصلی دستگاه زیاد می‌باشد از یک قطعه رابط استفاده می‌شود. یاتاقان‌ها برای این منظور طراحی و تولید شده‌اند. این قطعات دارای قیمت پایین بوده و به راحتی قابل تعویض می‌باشند. بطورکلی، وظایف اصلی یاتاقان‌ها، ایجاد امکان دَوَران، نگهداری و مهار قطعه متحرک، کاهش اصطکاک، جلوگیری از سایش و تشکیل یک سطح قابل تعویض است.
به‌طور مثال اگر بخواهیم در یک میکسر شفت را مطابق شکل 1، با سرعت 2000 دور بر دقیقه دَوَران دهیم، بدیهی است که این شفت را باید از دونقطه مهار نماییم، یعنی ما نیازمند تکیه‌گاهی هستیم که شفت به آن تکیه کند و در عین حال امکان دَوَران آن نیز وجود داشته باشد. همانطور که در شکل واضح است، شفت به عنوان یک عضو تحت تنش که وظیفه انتقال نیرو را برعهده دارد در دو نقطه با کمک یاتاقان‌ها مهار شده است.
شکل 1: چگونگی مهار شفت در یک همزن
یاتاقان‌ها بر اساس اصطکاک (بر اساس مکانیسم دَوَران)، به دو دسته کلی یاتاقان‌های غلتشی (Rolling Bearing) و لغزشی ( Sleeve Bearings) (Sliding Bearing) تقسیم می‌شوند. در یاتاقان‌های غلتشی، حرکت سطوح نسبت به هم از نوع غلتشی بوده، ولی در یاتاقان‌های لغزشی، سطوح نسبت به هم لغزش دارند. این قطعات مکانیکی را می‌توان با توجه به شکل غلتک، نوع حرکت و جهت نیروی وارده به انواع مختلف دسته‌بندی کرد. در این مقاله، هدف اصلی ما بحث درباره یاتاقان‌های غلتشی است که کاربرد گسترده و بسیار مهمی را در صنعت ایفا می‌کنند. امروزه لفظ یاتاقان عمدتاً به یاتاقان‌های غلتشی اشاره می‌نماید.
اجزای یاتاقان‌های غلتشی (Rolling Bearing):
شکل 2، قسمت‌های مختلف یاتاقان‌های غلتشی را نشان می‌دهد. همانطور که در شکل مشخص است؛ هر یاتاقان غلتشی از یک قسمت ثابت (حلقه بیرونی) و یک قسمت دوار ( حلقه درونی) تشکیل شده است. واسط بین قسمت ثابت و دوار را المان دوار یا عضو غلتنده می‌نامند که این المان‌های غلتان درون قفسه‌ای قرار می‌گیرند تا با یکدیگر تماس نداشته باشند. این یاتاقان‌ها بر اساس نوع المان دوار (Rolling Element) به دو دسته کلی یاتاقان‌های ساچمه‌ای و یاتاقان‌های استوانه‌ای تقسیم می‌شوند. المان دوار در یاتاقان‌های ساچمه‌ای از نوع توپی (Ball) و در یاتاقان‌های استوانه‌ای از نوع استوانه (Roller) می‌باشد.
شکل 2: اجزای یاتاقان‌های غلتشی
در صنعت، رایج‌ترین یاتاقان‌ها از نوع المان توپی می‌باشد که در فرهنگ عامه جامعه به بُلبرینگ معروف هستند و در حقیقت همان Ball Bearing است. به یاتاقان‌هایی که المان استوانه‌ای دارند؛ در فرهنگ عامه رولبرینگ اطلاق می‌شود و تلفظ صحیح آن رولِر بِرینگ (Roller Bearing) می‌باشد که در فارسی به معنای یاتاقان استوانه ای است.
یاتاقان لغزشی یا بوش (Sliding Bearing Or Bushing)
در بازار داخل کشور و در فرهنگ عامه کلمه یاتاقان به یاتاقان‌های لغزشی اطلاق می‌شود. در شرایط خاص مانند محیط‌های آبی، سرعت دوران پایین، دقت کم و همچنین در شرایطی که امکان روغن‌کاری یا گریس وجود ندارد؛ از بوش‌ها یا یاتاقان های لغزشی استفاده می‌شود. متریال عمومی این نوع یاتاقان‌ها از فسفر- برنز، پلیمر PTFE، سیلیکون کارباید و … است. این نوع یاتاقان‌ها به دلیل اینکه نیروی سطحی پایینی دارند، از اصطکاک پایینی نیز برخوردار هستند و امکان دوران را فراهم می‌کنند. بدیهی است این نوع یاتاقان‌ها تحمل بارمحوری ندارند و صرفاً به‌منظور مهار بارهای شعاعی مورد استفاده قرار می‌گیرند (شکل3).
شکل 3: یاتاقان لغزشی یا بوش
در داخل موتور خودرو‌ها، برای مهار میل‌لنگ از یاتاقان‌های لغزشی استفاده شده است. زمانیکه در اثر عدم روغن‌کاری صحیح، این یاتاقان‌ها خراب گردند، منجر به خرابی میل‌لنگ می‌شوند. در این حالت، اصطلاحاً گفته می‌شود که ماشین یاتاقان زده است (شکل4).
شکل 4: مهار میل‌لنگ با کمک یاتاقان
انواع یاتاقان‌ها از نظر روانکاری
روانکاری یاتاقان‌ها، امری ضروری بوده اما زیاده‌روی در آن می‌تواند موجب تسریع در فرسودگی، کاهش عمر و افزایش سرعت تخریب شود. برخی از یاتاقان‌ها مانند یاتاقان‌های شیار عمیق، گریس سرخود (Self-lubrication) می‌باشند. یعنی، در دو سر یاتاقان، آب‌بند فلزی و یا پلیمری وجود دارد که مانع از نشت گریس تزریق شده در کارخانه و جلوگیری از ورود ذرات خارجی به درون محفظه می‌شود. مطابق شکل 5، این نوع یاتاقان‌ها نیاز به گریس‌کاری مجدد (Relubrication) ندارند، لذا بعد از مدتی یاتاقان خراب شده و باید تعویض گردد.
شکل 5: اجزای یاتاقان‌های شیار عمیق
سایر یاتاقان‌ها بدین شکل می‌باشند که قبل و بعد از یاتاقان باید آب‌بند نصب گردیده و بین این دو آب‌بند از گریس پر شود. در این حالت، باید در بازه‌های زمانی مختلف بسته به نیاز، گریس تجدید (Re grease) شود. یکی از مزایای گریس این است که در دوره‌های کاری طولانی، نیازی به توجه و نگهداری ندارد. به جای گریس می‌توان از روغن معدنی یا سنتزی نیز استفاده کرد. در صورت استفاده از روغن، می‌توان از مکانیزم ترموسیفون (Thermosiphon) برای خنک‌کاری روغن و یاتاقان‌ها استفاده نمود.
به جریان پیدا کردن اتوماتیک یک سیال درون لوله که بر اساس انتقال حرارت می باشد، مکانیزم ترموسیفون گفته می‌شود که متناسب با قطر لوله و اختلاف ارتفاع مکش و دهش بوده و ارتفاع دهش همیشه باید پایین‌تر باشد. گاهی برای خنک‌کاری بهتر، فن نیز روی تجهیز بکار برده می‌شود.
