۱- بیرینگ چیست؟

بیرینگ (یاتاقان) یک مجموعه مکانیکی می باشد که واسطه ای میان دو قطعه است که دارای حرکت چرخشی نسبی می باشند. به عبارت دیگر در صورتیکه ماشین یا دستگاه مورد نظر دارای روتور و استاتور باشد، حدفاصل بین روتور و استاتور به شدت دچار اصطکاک می گردد و نیاز به وجود قطعه ای واسط وجود دارد که ارتباط بین روتور و استاتور را برقرار نماید. بیرینگ ها علاوه بر کاهش اصطکاک، وظیفه تحمل (Bear) نیروهای محوری، نیروهای شعاعی یا ترکیب این دو را بر عهده دارند که نام Bearing نیز برگرفته از این مساله می باشد. به طور کلی می توان بیرینگ ها را در سه دسته بیرینگ لغزشیف بیرینگ غلطشی و بیرینگ تراست دسته بندی نمود که هرکدام از این موارد دارای دسته بندی های دیگری نیز می باشد که در ادامه این مقاله آورده شده اند.

۲- اجزای بیرینگ کدامند؟

بیرینگ ها در صورتیکه از نوع غلطشی باشند از چهار جزء اصلی رینگ داخلی (Inner ring)، رینگ خارجی (Outer Ring)، قطعات واسط در حال چرخش (Roller, Ball or Needle) و جداکننده (Cage or Retainer) تشکیل می شوند. در شکل زیر اجزای اصلی بیرینگ و همچنین اصطلاحات رایج مورد استفاده در بیرینگ ها آورده شده است. رینگ داخلی بیرینگ در تماس با شافت می باشد و با سرعتی برابر با روتور در حال چرخش می باشد. رولر یا ساچمه های واسط بین رینگ داخلی و رینگ خارجی با سرعت مشخص در حال چرخش می باشند و مهمترین نقش در کاهش اصطکاک را دارند. در صورتیکه در بیرینگ از رولر استفاده شده باشد تماس به صورت خطی و در صورتیکه از ساچمه استفاده شده باشد تماس به صورت نقطه ای خواهد بود. رینگ خارجی بیرینگ در تماس با استاتور می باشد و معمولا دارای چرخش نمی باشد. کیج یا جداکننده نیز وظیفه جدا کردن رولرها یا ساچمه ها را بر عهده دارد.

اجزای اصلی بیرینگ غلطشی

رولر و ساچمه در بیرینگ غلطشی

در بیرینگ های لغزشی ساختار ساده تری وجود دارد و قطر داخل بیرینگ معمولا به صورت بابیت ریزی شده می باشد و در حضور روغن چرخش شافت روی این سطح به صورت روان انجام می شود. در برخی کاربردها برای ایجاد یک ساختار هم محوری در دو سر شافت از یاتاقان غلطشی با Tilting Pad استفاده می شود که این پدها امکان حرکات الاکلنگی دارند و روتور از لحاظ محوری فیکس نمی باشد. در ادامه تصویر یاتاقان های غلطشی (یاتاقان ژورنال) آورده شده است.

بیرینگ لغزشی یک تکه	بیرینگ لغزشی تیلتی
اجزای بیرینگ لغزشی

در صورتیکه بیرینگ صرفا برای مهار نیروی محوری (تراست) مورد استفاده قرار گیرد به عنوان Thrust Bearing شناخته می شود که شامل تعدادی پد جهت تحمل نیروی محوری، جداکننده پدها، مسیرهای انتقال روغن، پلیت یا اکولایزر زیر پدها و رینگ های نگهدارنده می باشد. در شکل زیر نمونه ای از تراست بیرینگ نشان داده شده است.

تراست بیرینگ و اجزای اصلی آن

۳- انواع بیرینگ غلطشی کدامند؟

بیرینگ ها با توجه به نوع کاربرد به شکل های مختلفی ساخته می شوند که هر کدام دارای ویژگی های خاص خود می باشند. با توجه به سرعت چرخش، نیروی وارد شده، خارج از محوری و فضای مورد نظر نوع بیرینگ مورد استفاده می تواند دارای تفاوت های بسیاری باشد. بیرینگ های غلطشی را به طور کلی می توان در دو دسته رولبیرینگ و بالبیرینگ قرار داد که ای دوسته خود به ۹ زیردسته تقسیم می شوند.

دسته بندی یاتاقان های غلطشی

۳-۱- بلبرینگ با تماس شعاعی (Radial contact ball bearing)

این دسته بیرینگ ها رایج ترین نوع مورد استفاده در صنعت می باشند و از لحاظ قیمت تمام شده به صرفه ترین نوع بیرینگ می باشند. برای بارهای محوری و شعاعی متوسط استفاده از این بیرینگ ها توصیه می گردد و قابل استفاده در دورهای بالا می باشند. بلبرینگ ها با تماس شعاعی در صورتیکه به صورت تک ردیف باشند، قابلیت تحمل عدم محوری را نیز دارند.

۳-۲- بلبرینگ با تماس زاویه ای (Angular contact ball bearing)

در بیرینگ های زاویه دار، رینگ داخلی و خارجی دارای آفست نسبت به یکدیگر می باشند و نقطه تماس ساچمه در دو رینگ تشکیل زاویه ای نسبت به محور شافت می دهد. برای بارهای محوری و شعاعی متوسط استفاده از این بیرینگ ها توصیه می گردد و می توان برای برای بار ترکیبی نیز از بیرینگ زاویه ای استفاده نمود. این بیرینگ قابل استفاده در دورهای بالا می باشد. در این نوع بلبرینگ لازم است که هم محوری با دقت بالایی رعایت شده باشد.

۳-۳- بلبرینگ هم محور کننده (Self-aligning ball bearing)

در بیرینگ های Self-aligning (بیرینگ خود تنظیم)رینگ داخلی قابلیت چرخش زویه ای نسبت به رینگ خارجی را دارد و همین موضوع موجب می شود که بیرینگ قابلیت تحمل عدم هم محوری تا ۳ درجه را داشته باشد. برای بارهای محوری کم و شعاعی متوسط استفاده از این بیرینگ ها توصیه می گردد و قابل استفاده در دورهای نسبتا بالا می باشند.

۳-۴- رولبیرینگ استوانه ای (Cylindrical roller bearing)

این دسته بیرینگ ها رایج ترین نوع مورد استفاده در صنعت می باشند و با توجه به شکل کنس داخلی و کنس خارجی دارای انواع مختلفی می باشند که در شکل زیر نشان داده شده است. رولبرینگ قابلیت تحمل نیروی شعاعی بالا را دارد اما نمی تواند نیروی محوری تحمل نماید و اصولا در دورهای پایین به کار برده می شود.

۳-۵- رولبیرینگ مخروطی (Tapered roller bearing)

رولبرینگ مخروطی دارای تماس زاویه ای می باشد و زاویه تماس بین ۱۰ الی ۳۰ درجه است. این دسته از بیرینگ ها بعد از بلبرینگ ساده رایج ترین بیرینگ مورد استفاده در صنعت می باشند. از مهمترین ویژگی های بیرینگ های مخروطی می توان به تحمل بسیار بالای بارهای ترکیبی (شعاعی – محوری) اشاره نمود. عدم هم محوری به مقدار بسیار کم را این بیرینگ ها می توانند تحمل نمایند.

۳-۶- رولبرینگ هم محور کننده (Self-aligning roller bearing)

در بیرینگ های Self-aligning (بیرینگ خود تنظیم) رینگ داخلی قابلیت چرخش زویه ای نسبت به رینگ خارجی را دارد و همین موضوع موجب می شود که بیرینگ قابلیت تحمل عدم هم محوری تا ۰٫۵ درجه را داشته باشد. در رولبرینگ های هم محور کننده قطر داخلی رینگ خارجی به صورت کروی می باشد و اصول کارکرد آن مانند مشابه ساچمه ای آن می باشد. این یاتاقان برای بارهای شعاعی بسیار بالا و بارهای محوری بسیار کم قابلیت استفاده را دارد و می تواند دمای کارکرد تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد را تحمل نماید که مجموع این شرایط موجب می شود رولبرینگ های مذکور را بتوان در سخت ترین شرایط کارکرد مورد استفاده قرار داد. رولبرینگ های هم محور کننده را می توان در دورهای پایین مورد استفاده قرار داد.

۳-۷- رولبرینگ و بلبرینگ تراست (Thrust roller or ball bearing)

بلبرینگ کف گرد به گونه ای طراحی شده است که فقط قابلیت تحمل نیروی محوری را دارد و لازمه استفاده از آن دور پایین شافت و عدم هم محوری می باشد. در صورت استفاده از رولر، رولبرینگ کف گرد ایجاد خواهد شد که تقریبا خواص مشابه بلبرینگ کف گرد را دارد. یکی از مهمتریم ویژگی های این بیرینگ قابلیت دمونتاژ اجزاء آن می باشد که در نتیجه مونتاژ آن روی مجموعه ساده می گردد. یاتاقان کف گرد می تواند به صورت یک طرفه یا دو طرفه طراحی و ساخته شود.

۳-۸- رولبرینگ سوزنی (Needle bearing)

رولبرینگ سوزنی با توجه به بالا بودن نسبت طول به قطر رولر، فضای کمتری نسبت به رولبرینگ معمولی را اشغال می کند ولی قابلیت بسیار بالا در تحمل نیروهای شعاعی دارد. بیرینگ سوزنی قابلیت تحمل نیروی محوری ندارد و در دورهای پایین و بدون عدم هم محوری مورد استفاده قرار می گیرد.

۳-۹- بیرینگ های خاص (Special bearing)

علاوه بر موارد مذکور در بالا، در طراحی های خاص بیرینگ ها به اشکال دیگری نیز ساخته می شوند که از آن جمله می توان به بیرینگ با بلاک نگهدارنده اشاره نمود که در شکل نشان داده شده است.