یاتاقان ها

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 ۳۵ درصد از طریق سیستم اگزوز و ۳۳ درصد از طریق آب و ۷ درصد از طریق انتشار در هوا به بیرون از سیستم منتقل می شود و تنها ۲۵ 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.

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 (۱۸۹۰-۱۸۸۰) 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 ۱۸۹۸ به ده هزار دستگاه در سال ۱۹۰۰ رسید و در سال ۱۹۰۶ بیش از صدهزار خودرو شماره گذاری شد.

این رقم هنگامی که هنری فورد در سال ۱۹۱۳ 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 ۱۹۲۲ ده میلیون خودرو در ایالات متحده نمره گذاری شود.
امروزه تعداد اتومبیل های جهان در حدود ۸۰۰ 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 ۲/۵ نفر را تامین می کرد، در صورتیکه امروزه هر کشاورز آمریکایی برای بیش از ۱۰۰ آمریکایی و ۳۲ 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 (۱۹۷۰-۱۹۶۰) 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 ۱۹۸۵ 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 ۶۶ 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 ۱۹۶۰-۱۹۷۰ 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 ۱۹۸۰-۱۹۷۰ 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 ۲۰ سال گذشته یاتاقانهایی با قطر داخلی کمتر از ۱۰۰ میلی متر طول عمرشان ۱۰ برابر شده و یاتاقانهایی با قطر داخلی بیش از ۲۰۰ میلیمتر عمرشان ۲۰ 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 ۲۰ 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 ۳ 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 ۱۹۳۰ در شیکاگو، سه زن با کفش های پاشنه بلند، یک لوکوموتیو ۳۲۳ تنی را که برای شرکت تیمکن ساخته شده بود و با بلبیرینگ های ساخت همین شرکت غلت می خورد، به زحمت کشیدند.
یاتاقانها:
یاتاقانها تکیگاه اصلی اجزائ چرخنده پمپ بوده ومعیوب شدن آنها ممکن است موقعیت اجزاء چرخشی پمپ را تغییر دهد که در این صورت باعث برخورد قطعات ثابت ومتحرک پمپ می شود معیوب شدن کلی یاتاقانها ممکن است موجب خم شدن محور پمپ شود و در نهایت موجب شکستگی محور شود و در سایر موارد باعث داغ شدن موضعی قطعات پمپ شود .

یاتاقانهای لغزشی :
این یاتاقانها برای تکیه نمودن وحفظ کردن اجزاء چرخشی در هر دو جهت شعاعی و محوری بکار می روند محافظ شعاعی معمولا شامل پوستهای سیلندر شکل از مواد و ابعاد مناسب می باشد که در محفظه صلب نصب وثابت شده اند.محافظ محوری معمولا ریگهای صلبی است که در محفظه یاتاقان نسب شده اند و بوشهای متحریکی را بصورت سفت ومحکم به اجزاءچرخشی سوار شده ، تحمل می کند گاهی اوقات این بوشها را بصورت کروییا مخروطی می سازند تا محافظت محوری و شعاعی را مهیا سازند .
یاتاقانهای غلتشی :

یاتاقانهای غلتشی در واقعه شامل دو عدد ریگ یا حلقه و یک سری ساچمه هستند که بصورت مماس و به اندازهبین 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
مزایای یاتاقانهای لغزشی نسبت به غلتشی :

۱. زمانی که محور تحت بارهای مداوم و ثابت قرار می گیرد قسمتهای تحت بار یاتاقان تحت تنش ثابت قرار می گیرند که موجب کاهش خطر معیوب شدن در اثر خستگی می شوند
۲. چناچه یاتاقانهای لغزشی از مواد مناسب ساخته شده باشند قادر خواهند بود در داخل مایع مورد پمپاژ کار نموده و روانکاری و خنک کاری شوند .
۳. توسط روانکاری و روغنکاری مناسب در سرعت های بالا یاتاقانهای لغزشی نسبت به یاتاقانهای غلتشی می توانند بارهای بیشتری را تحمل کنند .

بررسی معایب یاتاقانهای لغزشی نسبت به غلتشی :
۱. ضریب اصطکاک انها ۱۰ تا ۱۵ برابر یاتاقانهای غلتشی است و این امر موجب اتلاف پر هزینه می شود
۲. غالب ضریب اصطکاک بیشتر دمای روانسازی را تا حدی افزایش می دهد که نسب سیستمهای دقیق وپرهزینه خنک کاری را اجتناب ناپذیر می سازد
بررسی علل خرابی یاتاقانهای لغزشی

۱. روغنکاری نامناسب :این پدیده شامل کیفیت روانساز مورد استفاده و همچنین دفعات تعویض روغن میباشد
۲. خنک کاری نا مناسب روانساز :این پدیده در اثر اشکال در سیستم خنکاری یا قصور اپراتور در باز کردن شیر مستقیم مایع خنک کننده قبل از راه اندازی پمپ بوجود می اید
۳. عدم هم محوری چناچه پمپ جهت تعمییر یا نگهداری پیاده شود این اشکال بعد از سوار نمودن آشکار می شود عدم هم محوری می تواند در اثر ماندن آلودگی بین پایه یاتاقان و محفظه پمپ ویا با توجه به ناهمواریها در اثر ضربه یا سفت نمودن غیر یکسان مهره ها حاصل شود همچنین ممکن است در اثر بار های اضافی وارده بر یاتاقانها ،خم شدن محور یا برخورد فلزی بین قطعات ثابتوچرخیدن که غالبا منجر به سایش زیاد و گیر پاژ می شود حاصل گردد. عدم هم محوری، از بیرون خود را توسط حرارت زیاد و محفظه یاتاقانآشکار می سازد

۴. پیچهای شل: منبع دیگر مشکلات که توسط یاتاقان بوجود می آید زمانی است که پیچهای نگهدارنده پایه یاتاقان بطور یکسان و کافی سفت نشده اند و یا در حین کار پمپ شل شده اند در این موارد ممکن است یاتاقان انقدر از محور خود جابجا شود که تمام بار ها برروی رینگهای پروانه یا آب بند وارد شود
مزایای عمده یاتاقانهای غلتشی :

۱. هزینه اولیه کم می باشد
۲. آنها میتوانند بدون مراقبت با پریودهای طولانی کار کنند
۳. انها معمولا نیبت به یاتاقانهای لغزشی با وظیفه مشابه محفظه های کوچکتر و کم هزینه ای لازم دارند
۴. بمنظور تعویض سریع می توان از منابع متنوعی استفاده کرد
۵. 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 :
۱. حلقه و تمام اجزائ چرخشی در معرض تنشهای متناوب و سریع می باشند که باعث عیب ناشی از خستگی می شود .
۲. بسیاری از یاتاقانهای لغزشی هنگام منتاژ و دمنتاژ نیازمند احتیاط زیاد و مراقبتهای ویژه ای هستند
۳. 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 .
یاتاقان به دو نیم‌دایره از جنس بوبیت گفته می‌شود که درموتور خودروها نصب می‌شود.
یاتاقان در جایی که دسته ی پیستون ها بر روی میل لنگ نصب می‌شود قرار دارد.
انواع یاتاقان در صنعت:

یاتاقان ساچمه‌ای (Ball bearing)
یاتاقان کف‎گرد (Thrust Bearing)
یاتاقان هادی (Guide Bearing)

مزایای یاتافانهای لغزشی نسبت به غلتشی :
۱. زمانی که محور تحت بارهای مداوم و ثابت قرار می گیرد قسمتهای تحت بار یاتاقان تحت تنش ثابت قرار می گیرند که موجب کاهش خطر معیوب شدن در اثر خستگی می شوند
۲. چناچه یاتاقانهای لغزشی از مواد مناسب ساخته شده باشند قادر خواهند بود در داخل مایع مورد پمپاژ کار نموده و روانکاری و خنک کاری شوند .
۳. توسط روانکاری و روغنکاری مناسب در سرعت های بالا یاتاقانهای لغزشی نسبت به یاتاقانهای غلتشی می توانند بارهای بیشتری را تحمل کنند .
بررسی معایب یاتاقانهای لغزشی نسبت به غلتشی :

۱. ضریب اصطکاک انها ۱۰ تا ۱۵ برابر یاتاقانهای غلتشی است و این امر موجب اتلاف پر هزینه می شود
۲. غالب ضریب اصطکاک بیشتر دمای روانسازی را تا حدی افزایش می دهد که نسب سیستمهای دقیق وپرهزینه خنک کاری را اجتناب ناپذیر می سازد
بررسی علل خرابی یاتاقانهای لغزشی :

۱. روغنکاری نامناسب :این پدیده شامل کیفیت روانساز مورد استفاده و همچنین دفعات تعویض روغن میباشد
۲. خنک کاری نا مناسب روانساز :این پدیده در اثر اشکال در سیستم خنکاری یا قصور اپراتور در باز کردن شیر مستقیم مایع خنک کننده قبل از راه اندازی پمپ بوجود می اید
۳. عدم هم محوری چناچه پمپ جهت تعمییر یا نگهداری پیاده شود این اشکال بعد از سوار نمودن آشکار می شود عدم هم محوری می تواند در اثر ماندن آلودگی بین پایه یاتاقان و محفظه پمپ ویا با توجه به ناهمواریها در اثر ضربه یا سفت نمودن غیر یکسان مهره ها حاصل شود همچنین ممکن است در اثر بار های اضافی وارده بر یاتاقانها ،خم شدن محور یا برخورد فلزی بین قطعات ثابتوچرخیدن که غالبا منجر به سایش زیاد و گیر پاژ می شود حاصل گردد. عدم هم محوری، از بیرون خود را توسط حرارت زیاد و محفظه یاتاقانآشکار می سازد

۴. پیچهای شل: منبع دیگر مشکلات که توسط یاتاقان بوجود می آید زمانی است که پیچهای نگهدارنده پایه یاتاقان بطور یکسان و کافی سفت نشده اند و یا در حین کار پمپ شل شده اند در این موارد ممکن است یاتاقان انقدر از محور خود جابجا شود که تمام بار ها برروی رینگهای پروانه یا آب بند وارد شود
مزایای عمده یاتاقانهای غلتشی :
۱. هزینه اولیه کم می باشد

۲. آنها میتوانند بدون مراقبت با پریودهای طولانی کار کنند
۳. انها معمولا نیبت به یاتاقانهای لغزشی با وظیفه مشابه محفظه های کوچکتر و کم هزینه ای لازم دارند
۴. بمنظور تعویض سریع می توان از منابع متنوعی استفاده کرد
۵. 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 :
۱. حلقه و تمام اجزائ چرخشی در معرض تنشهای متناوب و سریع می باشند که باعث عیب ناشی از خستگی می شود .
۲. بسیاری از یاتاقانهای لغزشی هنگام منتاژ و دمنتاژ نیازمند احتیاط زیاد و مراقبتهای ویژه ای هستند
۳. 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 .
معایب ناشی از روغنکاری نامناسب خود را به چند روش نشان میدهد :
۱. نبود روانساز در محفظه یاتاقانها

۲. وجود آب در روانسازو محفظه یاتاقانها
۳. تغییر جلای حلقه ساچمه ها
۴. پریدگی بر روی شیارها و ساچمه ها
۵. خراشهای موئین بر روی حلقه ها
۶. 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.