یاتاقان ماشین چیست و چه انواعی دارد؟

یاتاقان ماشین، نقش مهمی در کاربردهای خودرو ایفا می‌کند و حرکت اجزای مختلف را تسهیل می‌کند.

انواع مختلفی از یاتاقان‌ها در سیستم‌های خودرو استفاده می‌شوند که هر کدام برای اهداف خاصی طراحی شده‌اند.

بلبرینگ‌های خودرو اجزای مکانیکی‌ای هستند که برای فعال کردن حرکت چرخشی یا خطی و در عین حال کاهش اصطکاک و تحمل بار طراحی شده‌اند.

این قطعات معمولاً در سیستم‌های مختلف خودرو از جمله موتورها، گیربکس‌ها، چرخ‌ها، مکانیزم‌های فرمان و سیستم‌های تعلیق استفاده می‌شوند.

یاتاقان‌ها برای عملکرد روان، کاهش مصرف انرژی و افزایش دوام اجزای خودرو بسیار مهم هستند.

در این مقاله به بررسی یاتاقان ماشین، انواع، کاربرد، مزایا و معایب استفاده از یاتاقان ماشین و یاتاق زدن و علل آن خواهیم پرداخت.

1# یاتاقان ماشین چیست؟

یاتاقان ماشین، قطعه‌ای است که به چرخش اجسام کمک می‌کند.

این قطعه از شفتی که داخل ماشین می‌چرخد، ​​پشتیبانی می‌کند.

این قطعات، حتی در لوازم خانگی که همه ما هر روز از آنها استفاده می‌کنیم، همانند یخچال، جاروبرقی و تهویه مطبوع نیز استفاده می‌شوند.

یاتاقان‌ها از موارد زیر در ماشین‌ها پشتیبانی می‌کنند و به آنها اجازه می‌دهند تا راحت‌تر بچرخند:

• محورهای چرخان چرخ‌ها
• چرخ دنده‌ها
• توربین‌ها
• روتورها
• مواردی از این قبیل

به این ترتیب، انواع ماشین‌ها به شفت‌های زیادی برای چرخش نیاز دارند، یعنی تقریباً همیشه از یاتاقان‌ها استفاده می‌شود.

تمام قطعات متحرک خودروها برای عملکرد به یاتاقان نیاز دارند.

یاتاقان‌ها عملکرد وسایل نقلیه را افزایش می‌دهند، بارهای سنگین را تحمل می‌کنند و اصطکاک را کاهش می‌دهند.

برخی از زیرسیستم‌های اصلی که در آن‌ها از یاتاقان‌ها استفاده می‌شود، عبارت اند از:

• موتورها
• گیربکس‌ها
• چرخ‌ها
• فرمان
• موتورهای الکتریکی
• پمپ‌ها
• مواردی از این قبیل

با این حال، در صنعت خودرو، یاتاقان‌های توپی و یاتاقان‌های مخروطی تا حد زیادی استفاده می‌شوند.

یاتاقان‌ها، احتمالاً رایج ترین نوع بلبرینگ هستند.

این یاتاقان‌ها می‌توانند هم بارهای شعاعی و هم بارهای رانشی را تحمل کنند و معمولاً در کاربردهایی یافت می‌شوند که بار در آنها نسبتاً کم است.

در یک یاتاقان، بار از بخش دوار بیرونی به توپ و از توپ به بخش دوار داخلی منتقل می‌شود.

از آنجایی که توپ یک کره است، فقط در یک نقطه بسیار کوچک با بخش دوار درونی و بیرونی تماس پیدا می‌کند که به چرخش بسیار نرم آن کمک خواهد کرد.

اما همچنین به این معنا است که سطح تماس زیادی برای نگه داشتن آن بار وجود ندارد، بنابراین اگر یاتاقان بیش از حد بارگذاری شود، توپ‌ها ممکن است تغییر شکل دهند یا له شوند و یاتاقان را خراب کنند.

1-1# وظایف یاتاقان خودرو چیست؟

یاتاقان خودرو دو وظیفه اصلی را انجام می‌دهد:

• تحمل بار: وزن وسیله نقلیه و نیروهای وارد شده به چرخ در حین رانندگی مانند شتاب، ترمز و نیروهای سر پیچ را تحمل می‌کند.
  بلبرینگ تضمین می‌کند که چرخ می‌تواند آزادانه بچرخد و این بارها را بدون اصطکاک یا سایش بیش از حد تحمل کند.
• چرخش تسهیل کننده: بلبرینگ به چرخ اجازه می‌دهد تا به آرامی و با حداقل مقاومت بچرخد.
  اصطکاک بین قطعات متحرک را کاهش می‌دهد و همچنین به چرخ کمک می‌کند آزادانه و بدون ایجاد گرمای بیش از حد بچرخد.

2# انواع یاتاقان ماشین

انواع مختلفی از یاتاقان در اتومبیل استفاده می‌شود.

یاتاقان‌های چرخ، تنها یک نمونه از انواع بلبرینگ‌های موجود در خودرو هستند.

در اینجا چند نمونه دیگر وجود دارند که در ادامه بررسی خواهیم کرد.

1-2# یاتاقان سیستم فرمان

سیستم فرمان خودرو از یاتاقان‌های توپی برای پشتیبانی از ستون فرمان، کاهش اصطکاک چرخشی و امکان چرخش فرمان به صورت آسان و روان استفاده می‌کند.

2-2# یاتاقان موتور

بلبرینگ موتور در سرتاسر موتور خودرو در مناطقی مانند میل بادامک و میل لنگ برای کاهش اصطکاک و تسهیل حرکت نرم استفاده می‌شود.

3-2# یاتاقان انتقال

یاتاقان‌های انتقال برای پشتیبانی و هدایت دنده‌های دوار در یک مجموعه گیربکس برای تسهیل تعویض دنده‌ها در حین رانندگی استفاده می‌شوند.

4-2# یاتاقان‌ غلتکی

یاتاقان‌‌های غلتکی از غلتک‌های استوانه‌ای یا مخروطی به جای توپ استفاده می‌کنند.

غلتک‌ها، بار را در سطح بزرگتری توزیع می‌کنند و به آنها کمک می‌کنند تا بارهای شعاعی و محوری سنگین‌تری را در مقایسه با یاتاقان‌‌ها تحمل کنند.

این طراحی، باعث کاهش اصطکاک و افزایش دوام می‌شود.

رولبرینگ‌های مخروطی معمولاً در توپی چرخ‌ها استفاده می‌شوند، جایی که وزن خودرو را تحمل می‌کنند و نیروهای مرتبط با شتاب و کاهش سرعت را کنترل می‌کنند.

آنها همچنین در دیفرانسیل‌ها و گیربکس‌ها استفاده می‌شوند، جایی که بارهای بالا و بادوام بسیار مهم هستند.

5-2# یاتاقان‌ سوزنی

یاتاقان‌‌های سوزنی به دلیل داشتن غلتک‌های استوانه ای نازک و دارای نسبت طول به قطر بالا به منظور جا به جایی بارهای شعاعی بالا در موقعیت‌هایی با فضای محدود عمل می‌کنند.

این یاتاقان‌‌ها که به دلیل کارایی و ظرفیت تحمل بارهای قابل‌ توجه شهرت دارند، کاربرد رایجی در قطعات خودرو مانند شفت‌های گیربکس و میله‌های اتصال پیدا کرده‌اند، به‌ ویژه در مواردی که محدودیت‌های فضا در نظر گرفته می‌شود.

6-2# یاتاقان‌های رانش

یاتاقان‌های رانش، برای تحمل بارهای محوری طراحی شده‌اند و از حرکت در امتداد محور چرخش جلوگیری می‌کنند.

آنها انواع مختلفی دارند از جمله یاتاقان‌های رانش توپ و یاتاقان‌های رانش غلتکی که هر کدام برای شرایط بار و سرعت خاص بهینه شده‌‌اند.

یاتاقان‌‌های کلاچ نمونه رایجی از یاتاقان‌های رانشی در سیستم‌های خودرو هستند.

آنها با کنترل بارهای محوری مرتبط با این عملیات، درگیری دیسک و جداسازی کلاچ را تسهیل می‌کنند.

7-2# یاتاقان‌‌های کروی

یاتاقان‌‌های کروی به دلیل حلقه‌های کروی درونی و بیرونی خود، انحراف و حرکت زاویه ‌ای را تسهیل می‌کنند.

این سازگاری به ویژه در سناریوهایی که اجزا ممکن است، تحت زوایای مختلف حرکت قرار گیرند، مفید است.

در حوزه خودرو، یاتاقان‌های کروی معمولاً در اجزای تعلیق مانند بازوهای کنترلی و پایه‌ها استفاده می‌شوند.

وجود آنها به سیستم تعلیق اجازه می‌دهد تا ضربات و ارتعاشات را در حالی که حرکت در جهات مختلف را تطبیق می‌دهد، جذب کند.

8-2# یاتاقان‌ ساده (بوشینگ)

یاتاقان‌‌های ساده که معمولاً به آنها بوشینگ گفته می‌شود، سطحی لغزنده بین دو جزء به منظور کاهش اصطکاک ایجاد می‌کنند.

برخلاف یاتاقان‌های المان نورد، یاتاقان‌‌های ساده با حرکت لغزشی کار می‌کنند.

آنها از یک آستین استوانه‌‌ای تشکیل شده‌اند که اغلب از موادی مانند برنز یا پلیمر ساخته می‌شود و در اطراف یک محور قرار می‌گیرد.

یاتاقان‌های ساده در کاربردهای مختلف خودرویی که حرکت لغزشی ضروری است، استفاده می‌شوند.

به عنوان مثال، آنها معمولاً در سیستم‌های تعلیق یافت می‌شوند و یک رابط با اصطکاک کم بین اجزای متحرک مانند بازوهای کنترل و میله‌های نوسانی ایجاد می‌کنند.

بوش‌های شاتون موتور و نقاط محوری مختلف در شاسی خودرو نیز از یاتاقان‌های ساده استفاده می‌کنند.

9-2# یاتاقان‌ تماس زاویه ای

یاتاقان‌های تماس زاویه‌ای، برای تحمل بارهای شعاعی و محوری با قرار دادن بار در زاویه ای نسبت به محور یاتاقان طراحی شده‌اند.

این پیکربندی، امکان افزایش ظرفیت حمل بار را در مقایسه با یاتاقان‌‌های استاندارد فراهم می‌کند.

یاتاقان‌های تماس زاویه‌‌ای در سناریوهایی که بارهای شعاعی و محوری وجود دارند، مانند مجموعه‌های توپی چرخ جلو، کاربرد دارند.

در این مجموعه‌ها، یاتاقان، وزن وسیله نقلیه (بار شعاعی) و همچنین نیروهای جانبی که در هنگام پیچیدن (بار محوری) تجربه می‌شود را در خود جای می‌دهد.

این طراحی، پایداری و عملکرد کلی مجموعه چرخ را افزایش می‌دهد.

10-2# غلتک مخروطی

رولربرینگ‌های مخروطی از غلتک‌های مخروطی شکلی استفاده می‌کنند که بار را در سطح بزرگتری توزیع می‌کنند و برای تحمل بارهای ترکیبی شعاعی و محوری بسیار ایده آل هستند.

این یاتاقان‌ها به شکل گسترده ای در توپی چرخ‌ها، گیربکس‌ها و سیستم‌های دیفرانسیل استفاده می‌شوند.

این قطعات، امکان ثبات در فرمان را فراهم می‌کنند و برای کاربردهایی که به دوام در شرایط بار شدید نیاز دارند، مانند وسایل نقلیه خارج از جاده و کامیون‌های سنگین، مناسب هستند.

11-2# غلتک استوانه‌ای

رولبرینگ‌های استوانه‌ای برای ظرفیت‌های بار شعاعی بالا طراحی شده‌اند؛ اما پشتیبانی از بار محوری محدودی را ارائه می‌دهند.

غلتک‌ها حداقل اصطکاک را ایجاد می‌کنند و برای کاربردهای با سرعت بالا ایده آل هستند.

این نوع از یاتاقان ماشین در موتورهای الکتریکی، گیربکس‌ها و دینام‌ها رایج هستند.

رولبرینگ‌های استوانه ای دوام و قابلیت سرعت بالایی را ارائه می‌دهند.

آنها همچنین در جعبه دنده‌ها و میل لنگ استفاده می‌شوند، جایی که پشتیبانی بار شعاعی ثابت ضروری است.

12-2# یاتاقان‌های خودتراز

یاتاقان‌های خودتراز، دارای دو ردیف توپ و یک راهروی حلقه بیرونی کروی مشترک هستند که آنها را قادر می‌سازد تا ناهماهنگی‌های جزئی را جبران کنند.

این یاتاقان‌ها در کاربردهایی که مستعد ناهماهنگی هستند، مانند ستون‌های فرمان و برخی از اجزای سیستم تعلیق، استفاده می‌شوند که به حفظ پایداری و حرکت صاف حتی زمانی که شفت‌ها کاملاً تراز نیستند، کمک می‌کنند.

13-2# یاتاقان‌های مغناطیسی

یاتاقان‌های مغناطیسی از میدان‌های مغناطیسی به جای تماس فیزیکی برای پشتیبانی از شفت چرخان استفاده می‌کنند، اصطکاک را از بین می‌برند و برنامه‌های کاربردی با سرعت بالا و تعمیر و نگهداری کم را ممکن می‌سازند.

اگرچه این امر کمتر متداول است؛ اما یاتاقان‌های مغناطیسی در خودروهای الکتریکی و توربوشارژرها به دلیل کارایی و عملکرد بدون اصطکاک، محبوبیت پیدا می‌کنند و از قطعاتی پشتیبانی می‌کنند که امکان کار با سرعت بسیار بالا دارند.

14-2# یاتاقان‌های آزاد کننده کلاچ

این نوع از یاتاقان ماشین به صورت خاص برای کلاچ‌ها طراحی شده اند و بارهای محوری ایجادشده در هنگام درگیری و جدا شدن سیستم کلاچ را کنترل می‌کنند.

یاتاقان‌های کلاچ در سیستم گیریبکس دستی حیاتی است و با کاهش اصطکاک و تحمل بارهای محوری در هنگام تعویض دنده، عملکرد صاف کلاچ را تضمین می‌کنند.

15-2# یاتاقان‌های هیدرودینامیکی

یاتاقان‌های هیدرودینامیکی روی یک لایه نازک روان‌کننده تکیه می‌کنند تا یک لایه باربر بین سطوح دوار ایجاد کنند که امکان حرکت صاف و کم اصطکاک را فراهم می‌کند.

این یاتاقان‌ها که معمولاً در توربوشارژرها استفاده می‌شوند، برای کاربردهایی با سرعت‌ها و دماهای بالا ایده‌ آل هستند، جایی که یاتاقان‌های غلتکی سنتی ممکن است کافی نباشند.

3# کاربرد یاتاقان ماشین

از جمله کاربردهای یاتاقان ماشین می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پشتیبانی بار: یاتاقان‌ها، وزن و بار اجزای خودرو مانند میل لنگ موتور، توپی چرخ‌ها و سیستم‌های تعلیق را توزیع می‌کنند و عملکردی روان و کارآمد را تضمین می‌کنند.
• کاهش اصطکاک: با ایجاد یک رابط کم اصطکاک بین قطعات متحرک، یاتاقان‌ها، تلفات انرژی را به حداقل می‌رسانند و بازده مکانیکی کلی را بهبود می‌بخشند که به صرفه جویی در سوخت و کاهش آلایندگی کمک خواهد کرد.
• لرزش گیر: بلبرینگ‌ها، ارتعاشات ایجاد شده در حین کارکرد خودرو را جذب می‌کنند، راحتی راننده را افزایش می‌دهند، سطح سر و صدا را کاهش و از سایش زودرس قطعات جلوگیری می‌کنند.
• جبران تراز: یاتاقان‌ها، ناهماهنگی‌ها و انحرافات در شفت‌ها یا قطعات را جبران می‌کنند، عملکرد مناسب را حفظ و طول عمر سیستم‌های مکانیکی را افزایش می‌دهند.

4# مزایا و چالش‌های استفاده از یاتاقان ماشین

در این بخش به بررسی مزایا و چالش‌هایی که در استفاده از یاتاقان ماشین وجود دارد، خواهیم پرداخت.

1-4# مزایای استفاده از یاتاقان ماشین

از جمله مزایای استفاده از یاتاقان ماشین می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• بهره وری سوخت: استفاده از یاتاقان‌های باکیفیت با ضریب اصطکاک کم، تلفات مکانیکی را کاهش می‌دهد، راندمان انتقال انرژی را بهبود می‌بخشد و به مصرف سوخت بهتر و کاهش انتشار کربن کمک می‌کند.
• انتقال نیرو: بلبرینگ‌های کارآمد، انتقال بهینه نیرو را از موتور به چرخ‌ها تضمین می‌کنند و در نتیجه شتاب، میزان پاسخگویی و عملکرد کلی رانندگی را افزایش می‌دهند.
• دوام و قابلیت اطمینان: یاتاقان‌هایی با عملکرد مناسب، دوام و قابلیت اطمینان اجزای خودرو را افزایش می‌دهند، نیاز به تعمیر و نگهداری و همچنین میزان خرابی در آنها را به حداقل می‌رسانند، در نتیجه عملکرد کلی خودرو و رضایت مشتری را بهبود می‌بخشند.
• ایمنی: بلبرینگ‌ها با حفظ عملکرد پایدار و قابل پیش بینی سیستم‌های فرمان، ترمز و تعلیق، تضمین هندلینگ و کنترل بهینه تحت شرایط مختلف رانندگی، نقش مهمی در ایمنی خودرو دارند.

2-4# چالش‌های استفاده از یاتاقان ماشین

یاتاقان‌های خودرو علی‌رغم اهمیتی که دارند، با چالش‌هایی مانند موارد زیر مواجه هستند:

• دمای عملیاتی بالا
• آلودگی
• مسائل مربوط به روانکاری
• سایش

سازندگان به صورت مداوم در حال نوآوری و بهینه سازی این قطعات برای غلبه بر این چالش‌ها با توسعه:

• مواد پیشرفته
• پوشش‌ها
• مهر و موم‌ها
• فن آوری‌های روانکاری

هستند که عملکرد یاتاقان، طول عمر و قابلیت اطمینان آن را افزایش می‌دهد.

5# یاتاقان زدن ماشین

یاتاقان زدن ماشین، زمانی اتفاق می‌افتد که یاتاقان نتواند عمر یا عملکرد مورد انتظار خود را برآورده کند، اغلب باعث از کار افتادن شفت ماشین می‌شود و آن را خراب می‌کند.

عواقب خرابی بلبرینگ برای ماشین بسیار زیاد است.

با این حال، اقدامات پیشگیرانه ای وجود دارد که می‌توان به منظور افزایش طول عمر بلبرینگ و جلوگیری از سایش نامناسب آنها انجام داد.

1-5# علل یاتاقان زدن ماشین

علل یاتاقان زدن ماشین را در ادامه بررسی خواهیم کرد.

1) روغن کاری نامناسب

بر اساس مطالعات اخیر، تا 80 درصد از خرابی بلبرینگ‌ها ناشی از روغن کاری نامناسب است که شامل روانکاری ناکافی، استفاده از روان کننده‌های نامناسب یا دمای بیش از حد است که روان کننده را خراب می‌کند.

وجود تغییر رنگ (مانند آبی یا قهوه‌ای) و همچنین گرمای بیش از حد یا سایش بیش از حد در یاتاقان ممکن است سبب خرابی آن شود.

بنابراین، از نوع مناسب و مقدار صحیح روان کننده استفاده کنید، از هدر رفتن چربی جلوگیری و فواصل زمانی مناسب برای روغن کاری مجدد را رعایت کنید.

2) آلودگی

آلودگی ناشی از ورود مواد خارجی به روان کننده‌ها یا محلول‌های پاک کننده است که شامل موارد زیر است:

• خاک
• گرد و غبار
• تراشه‌های فولادی از مناطق کار آلوده
• استفاده از دست‌ها یا ابزارهای کثیف

در این حالت، مراقب فرورفتگی عناصر غلتشی و بخش‌هایی باشید که باعث لرزش می‌شوند.

به همین منظور، روان کننده را فیلتر کنید و مناطق کار، ابزار و دست‌ها را تمیز کنید تا خطر آلودگی کاهش یابد.

3) نصب نامناسب

در بیشتر موارد، یاتاقان ها باید با پرس مناسب روی حلقه چرخان نصب شوند.

وجود شرایطی می‌توانند باعث ایجاد موارد زیر شود:

• فرورفتگی
• سایش
• ترک خوردگی حلقه‌ها
• دمای عملیاتی بالا
• خستگی زودرس
• خرابی زودرس بلبرینگ

که شامل:

• نصب یاتاقان‌ها روی شفت‌ها با اعمال فشار یا ضربه به سطح بیرونی
• نصب یاتاقان‌ها در محفظه با فشار دادن روی حلقه داخلی
• اتصالات شل شفت
• اتصالات بیش از حد محکم

4) برینلی شدن کاذب

حرکت سریع توپ‌ها در مسیر دوار در حالی که تجهیزات بدون حرکت هستند، باعث فرسودگی آن‌ها می‌شوند.

علاوه بر این، عدم چرخش در یاتاقان سبب خواهد شد تا روان کننده تازه به نقطه بازنگردد.

ممکن است، علائم ساییدگی خطی را در جهت محوری در گام المان غلتشی مشاهده کنید یا هیچ لبه‌ برآمده ای نداشته باشید؛ بر خلاف علائم ناشی از نصب نادرست.

بنابراین، لرزش خارجی که می‌‌تواند باعث حرکت توپ‌ها شود را حذف یا جذب کنید.

همچنین از روان‌کننده‌های حاوی مواد افزودنی ضد سایش استفاده کنید.

5) خوردگی

رطوبت، اسید، گریس با کیفیت پایین یا شکسته، بسته بندی نامناسب و تراکم ناشی از تغییر دمای بیش از حد می‌تواند باعث خوردگی شود که برای سطوح ریز تمام شده بلبرینگ و غلتک ساینده است.

بنابراین به دنبال لکه‌ها یا رسوبات قرمز و قهوه ‌ای روی عناصر نورد و همچنین افزایش ارتعاش و به دنبال آن سایش، افزایش فاصله شعاعی یا از دست دادن بار پیش ‌بار باشید.

6) آسیب الکتریکی (فلوتینگ)

عبور مداوم جریان متناوب یا مستقیم، حتی با جریان‌های کم می‌تواند، منجر به آسیب الکتریکی شود.

وجود علائم قهوه‌ای رنگ ممکن است به موازات محور در قسمت بزرگی از مسیر مسابقه مشاهده شود یا کل محیط مسیر مسابقه را بپوشاند.

با اتصال زمین یا استفاده از یاتاقان‌های عایق از عبور جریان‌های الکتریکی از طریق یاتاقان جلوگیری کنید.

7) پوسته پوسته شدن

پوسته پوسته شدن اغلب نتیجه بارگذاری بیش از حد، اتصالات محکم درونی و استفاده از یاتاقان فراتر از عمر خستگی محاسبه شده آن است.

پوسته شدن را می‌توان با شکستگی سطوح در حال اجرا و حذف ذرات کوچک و مجزای مواد از حلقه داخلی، حلقه بیرونی یا عناصر نورد نشان داد و همیشه با افزایش قابل توجه ارتعاش و نویز همراه است.

برای رفع آن، یاتاقان را تعویض کنید یا طراحی مجددی برای آن‌ها در نظر بگیرید که از یاتاقانی با عمر خستگی محاسبه‌ شده بیشتر است و از فاصله‌های داخلی و توصیه‌ شده شفت استفاده می‌کند.

8) گرم شدن بیش از حد

گرمای بیش از حد، معمولاً در نتیجه دمای عملیاتی بیش از حد و روغن کاری نامناسب است.

دمای بالا می‌تواند، باعث نشت گریس شود که کارایی روان کننده را کاهش می‌دهد.

در شرایط دمای بالا، اکسیداسیون می‌تواند سبب از بین رفتن روغن روان کننده از گریس شود که می‌تواند، بلبرینگ را بگیرد.

دماهای بالاتر همچنین، سختی فلز را کاهش می‌دهد و باعث خرابی زودرس می‌شود.

بنابراین به هرگونه تغییر رنگ در حلقه‌‎ها و عناصر چرخشی توجه کنید.

در موارد شدید، اجزای یاتاقان تغییر شکل می‌دهند.

دمای بالاتر همچنین می‌تواند روان کننده را تخریب کند یا از بین ببرد.

کنترل‌های حرارتی یا اضافه بار، مسیرهای حرارتی کافی و خنک‌کننده تکمیلی از جمله بهترین گزینه‌ها برای کاهش گرمای بیش از حد هستند.