یاتاقان وسیله‌ای است که اجازه حرکت نسبی مقید را بین دو یا بیشتر از دو قطعه را می‌دهد که به طور نمونه به صورت چرخش یا حرکت خطی است. یاتاقان‌ها می‌توانند به صورت گسترده‌ای بر طبق حرکتی که مجازند داشته باشند و یا براساس اصول کاریشان و همچنین جهت بارهای اعمالی که می‌توانند تحمل کنند، طبقه بندی شوند.
محتویات |
یاتاقانهای ساده به طرز گسترده‌ای استفاده می‌شوند و از سطوح برای تماس سایشی استفاده می‌کنند. علی الخصوص با وجود روانکاری، آنها معمولاً عمر و اصطکاک کاملا قابل قبولی می‌دهند. از سوی دیگر، یاتاقانهای با اصطکاک کم معمولاً به خاطر راندمانشان، کاهش فرسایش و استفاده گسترده درسرعت‌های بالا را تسهیل می‌کنند، دارای اهمی‌تند. اصولا یک یاتاقان می‌تواند اصطکاک را با امتیاز شکلش، با موادش و یا با معرفی و داشتن یک سیال بین سطوح و یا جداکردن سطوح با یک میدان الکترومغناطیسی، کاهش دهد.
حتی می‌توان از ترکیبی از اینها در یک یاتاقان بهره برد. مثال این قسمت برای زمانی است که یک اتاقک از پلاستیک ساخته شده باشد و بین توپها/غلطک‌ها که با شکلشان اصطکاک را کم می‌کنند، فاصله ایجاد کند و تکمیلشان کند.
حداقل شش اصل کاری معمول وجود دارد.
حرکت‌های معمولی که یاتاقان‌ها اجازه آن را می‌دهند عبارتند از:
• چرخش محوری به عنوان مثال چرخش میله محور.
• حرکت خطی مانند کشو.
• حرکت کروی مانند لولای کاسه ساچمه‌ای
• حرکت مفصلی مانند درها
یاتاقان‌ها تنوع گسترده‌ای در اندازه و جهتی که می‌توانند تحمل کنند دارند. نیروها می‌توانند به صورت نیروی غالب شعاعی، محوری (یاتاقان کف گرد) یا ممان عمود بر محور اصلی یاافقی باشند.
انواع مختلف یاتاقان‌ها، محدودیت‌های سرعت عملکردی متفاوتی دارند. سرعت به طور نمونه به عنوان حداکثر سرعت سطحی نسبی تعریف می‌شود که واحدش اغلب ft/s یا m/sمی باشد. یاتاقانهای چرخشی به عنوان نمونه، عملکرد را به صورت DN توصیف می‌کنندکه D قطر (اغلب به mm) یاتاقان و N سرعت چرخش با واحد دور بر دقیقه‌است. عموماً سرعت عملکرد یاتاقان‌ها در بازه قابل توجهی باهم تداخل دارد. به عنوان نمونه یاتاقانهای ساده در سرعت‌های پائین کارآئی دارند. یاتاقانهای غلتشی سریعتر هستند؛ به دنبال آن یاتاقانهای لغزشی و سرانجام یاتاقانهای مغناطیسی قرار دارند که نهایتاً توسط نیروی مرکزگرا و با غلبه بر مقاومت مواد، محدود می‌شوند.
بعضی کاربردها نیروهای یاتاقان‌ها را در جهات متنوعی به کار می‌برد و تنها لقی یا شیب محدودی را به عنوان نیروی متغیر اعمالی می‌پذیرد. یکی از منابع حرکت در یاتاقان‌ها، فواصل یا لقی هاست. برای مثال یک شفت 10میلیمتری در یک سوراخ 12 میلیمتری، 2 میلیمتری لقی دارد. منبع دوم حرکت، الاستیسیته در خود یاتاقان هاست. برای مثال ساچمه‌ها در یاتاقانهای ساچمه‌ای (بلبرینگ‌ها) مانند یک لاستیک سفت می‌ماند و تحت بار، از دایره به یک شکل جزئی مسطح تبدیل می‌شود. کاسه بلبرینگ نیز الاستیک است و یک فرورفتگی را در محلی که ساچمه‌ها بر روی آن فشار می‌آورند ایجاد می‌کند.
یاتاقانهای مغناطیسی و لغزشی می‌توانند به صورت بالقوه عمر نامحدود بدهند. عمر یاتاقانهای غلتشی آماری است اما بوسیله بار، دما، نگهداری و تعمیر، ارتعاش، روانکاری و سایر فاکتورها تعیین می‌شود. برای یاتاقانهای ساده بعضی از مواد عمر بیشتری نسبت به بقیه می‌دهند. بعضی از ساعتهای جان هریسون هنوز هم بعد از صدها سال کار می‌کنند چرا که از چوب درخت مقدش خشب الانبیا در ساختشان استفاده شده‌است. درحالیکه ساعتهای فلزی اش با توجه به فرسودگی بالقوه شان به ندرت کار کردند.
یاتاقانهای بسیاری احتیاج به تعمیرات دورهای دارند تا از خرابی پیش از موعد جلوگیری شود. گرچه بعضی از آنها نظیر یاتاقانهای لغزشی یا مغناطیسی ممکن است احتیاج به نگهداری کمتری داشته باشند. بیشتر یاتاقان‌ها در عملکرد در دورهای بالا نیازمند روانکاری و تمیزکاری دورهای هستند و ممکن است احتیاج به تنظیمات مجدد داشته باشند تا اثر فرسایش را به حداقل برسانند.
یک نوع متقدم از یاتاقانهای خطی از سه بدنه استفاده می‌کند که بر روی هم و در زیر قلم بند قرار دارند. گرچه هیچ مدرک قاطعی وجود ندارد اما این تکنولوژی ممکن است به قدمت ساخت اهرام گیزا باشد. یاتاقانهای خطی مدرن از اصول مشابهی استفاده می‌کنند با این تفاوت که بعضی مواقع از ساچمه به جای غلتک استفاده می‌شود.
اجزاء نخستین ساچمه‌های ساده و غلتکی، چوب بوده‌است اما سرامیک، یاقوت کبود و شیشه نیز کاربرد داشتند. آهن، برنز وبابیت و فولادهای دیگر، سرامیک‌ها و پلاستیک (برای مثال نایلون، پولی اکسی متیلین، تفلون و UHMWPE) همگی امروز معمولند. یک ساعت جیبی مرصع برای کاهش اصکاک از سنگ‌ها استفاده می‌کند و با این کار اجازه می‌دهد که زمان دقیق تر نگه داشته شود. حتی مواد قدیمی هم می‌توانند دوام خوبی داشته باشند. برای مثال، یاتاقانهای چوبی امروزه هنوز هم می‌توانند در آسیاب‌های آبی قدیمی دیده بشوند که آب، سرما و روانکاری اش را تأمین می‌کند.
یاتاقانهای چرخشی برای برای بسیاری از کاربردها مورد نیازند؛ از کاربردهای سنگین در محور چرخها و شفت‌های ماشین گرفته تا قسمت‌های دقیق ساعت‌ها. ساده‌ترین یاتاقان چرخشی یاتاقان بوش است که فقط یک سیلندر است که بین چرخ و محورش وارد می‌شود؛ این ساختار بوسیله یاتاقان غلتشی ادامه پیدا کرد که در آن بوش بوسیله تعدادی غلتک سیلندری جایگزین شد. هر غلتک به عنوان یک چرخ جدا رفتار می‌کند. اولین یاتاقان غلتکی اتاق دار عملی در اواسط دهه 1740 میلادی بوسیله جان هریسون که ساعت ساز بود برای یک کارمند وقت نگهدار دریائی ابداع شد.. این وسیله از یاتاقان برای یک حرکت نوسانی بسیار محدود استفاده کرد ولی او همچنین در همان زمان از یک یاتاقان مشابه در یک وسیله واقعا دوار در یک ساعت معمولی نیز استفاده کرد.
یک مثال قدیمی از بلبرینگ چوبی که یک میز چرخنده را پشتیبانی می‌کرد، از کشتی رومی نمی‌در دریاچه نمی‌به جا مانده‌است. خرابی کشتی به 40 قبل از میلاد برمی گردد. گفته می‌شود لئوناردو داوینچی یک نوع یاتاقان ساچمه‌ای (بلبرینگ) را در حدود سال 1500 شرح داده‌است. مسئله‌ای در ارتباط با بلبرینگ‌ها، مالش ساچمه‌ها در مقابل یک دیگر است که موجب اصکاک مضاعف می‌شود. اما مالش می‌تواند بوسیله محبوس کردن ساچمه‌ها درون یک قفس جلوگیری شود. یاتاقان غلتشی اتاق دار در اصل بوسیله گالیله در دهه 1960 شرح داده شد. قرار دادن یاتاقان‌ها در یک ردیف تا سال‌ها زیادی بعد از آن انجام نشد. اولین امتیاز حق ثبت کاسه ساچمه متعلق به فیلیپ وگان از کارمارتن در 1794 بود.
ایده فردریش فیشر در سال 1883 برای فرزکاری و سنگ زدن ساچمه‌ها در اندازه‌ها و گردی یکسان به کمک وسیله‌ای با ماشین تولید مناسب، اساس خلق یک صنعت مستقل بلبرینگ سازی را ایجاد داد.
یک حق امتیازی که به عنوان اولین حق امتیاز گزارش شده‌است، به یک تعمیرکار دوچرخه پاریسی در آگوست 1869رسید. این یاتاقان‌ها سپس در دوچرخه‌ای که بوسیله جیمز مور در اولین دوره مسابقات جهانی دوچرخه سواری در جاده پاریس- روئن در نوامبر 1869به مقام قهرمانی رسید، گنجانده شد.
طراحی مدرن یاتاقان خود تنظیم به اسون وینگوئیست از شرکت تولید کننده بلبرینگ skf در سال 1907 مربوط می‌شد. هنری تیمکن، یک رویاگرا و مبتکر در صنعت حمل و نقل در قرن 19، امتیاز یاتاقان با غلتک مخروطی را در 1898به ثبت رساند. سال بعدش، او یک شرکت تأسیس کرد تا ابداعش را به تولید برساند. در طول یک سده، شرکت آنقدر رشد کرد که یاتاقان‌ها را از همه نوعی درست می‌کرد؛ به خصوص فولاد و ارائه محصولات و خدمات مربوطه اش.
اریش فرانکه در سال 1934 بلبرینگ کاسه سیمی را اختراع و به ثبت رساند. توجه او در طراحی یاتاقان بر کوچک بودن سطح مقطع تا حداقل مقدار ممکن بود که بتواند در یک طراحی بسته جمع بشود. بعد از جنگ جهانی دوم او به همراه گرهارد هیدریچ، شرکت «فرانک و گرهارد» را تأسیس کرد تا به تولید و بسط بلبرینگ کاسه سیمی سرعت ببخشد.
شرکت تیمکن، شرکت SKF، گروه شافلر (خصوصی)، شرکت NSK، و شرکت یاتاقان سازی NTN در حال حاضر بزرگ‌ترین تولیدکنندگان یاتاقان در جهانند.
امروزه، یاتاقان‌ها در کاربردهای متنوعی به کار می‌روند. یاتاقانهای فوق سریع در قطعات دستی دندانپزشکی به کار می‌رود، یاتاقانهای هوافضائی در مریخ نورد به کار رفته‌اند، و یاتاقانهای خمشی در سیستم‌های همتراز نوری استفاده شده‌اند.
انواع یاتاقان:
| نوع | توصیف | سختی | سرعت | عمر | نکات |
|---|---|---|---|---|---|
| یاتاقان ساده (بوش) | استفاده از روانکار بین دو سطح متحرک و ثابت | خوب، در صورتی که میزان ساییدگی کم باشد. مقداری لقی معمولاً وجود دارد. | کم/ متوسط (غالباً نیاز به خنک‌کاری دارد) | متوسط (بسته به نوع روانکار) | ساده‌ترین نوع یاتاقان، استفاده وسیع از آن، اصطکاک نسبتاً زیاد |
| یاتاقان ?غلتشی | بکارگیری ساچمه و یا غلتک برای کاهش اصطکاک | خوب، وجود اندکی لقی | متوسط−زیاد (غالباً نیاز به خنک‌کاری دارد) | متوسط (بسته به نوع روانکار، غالباً نیاز به تعمیر و مراقبت دارد) | مورد استفاده برای بارهای بیشتر و اصطکاک کمتر نسبت به یاتاقان ساده |
| یاتاقان مرصع | یاتاقان حول نقطه‌ای خارج از مرکز بر روی نشیمنگاه می‌گردد. | کم به علت انعطاف‌پذیری | کم | خوب، نیاز به تمیزکاری و روانکاری دارد. | عمدتاًبرای سرعت‌های کم و دقت‌های بالا مانند ساعت استفاده می‌شود. |
| یاتاقان لغزشی | محور درون یک سیال می‌گردد. | خیلی زیاد | خیلی زیاد، محدودیت سرعت معمولاً ناشی از نشت‌بندها است. | می‌توان عمر این نوع یاتاقان را بی‌نهایت دانست؛ گاهی اوقات هنگام آغاز به کار و خاموش کردن دستگاه اندکی فرسایش ایجاد می‌شود. | غبار و سنگریزه می‌توانند باعث خرابی این نوع یاتاقان گردند. در استفاده پیوسته نیاز به عملیات نگهداری ندارد. |
| یاتاقان مغناطیسی | دو سطح توسط مغناطیس (الکترومغناطیس و یا جریان گردابی) از هم جدا نگه داشته می‌شوند. | کم | بی‌نهایت | بی‌نهایت | مصرف انرژی بالا، عدم نیاز به نگهداری. |
| یاتاقان خمشی | حرکت با تغییر شکل در ماده پدید می‌آید. | کم | خیلی زیاد | خیلی زیاد یا کم، بستگی به کاربرد دارد. | دامنه حرکتی محدود |
