ياتاقان لغزشي

اين ياتاقانها براي تكيه نمودن وحفظ كردن اجزاء چرخشي در هر دو جهت شعاعي و محوري بكار مي روند محافظ شعاعي معمولا شامل پوستهاي سيلندر شكل از مواد و ابعاد مناسب مي باشد كه در محفظه صلب نصب وثابت شده اند.محافظ محوري معمولا ريگهاي صلبي است كه در محفظه ياتاقان نسب شده اند و بوشهاي متحريكي را بصورت سفت ومحكم به اجزاءچرخشي سوار شده ، تحمل مي كند گاهي اوقات اين بوشها را بصورت كروييا مخروطي مي سازند تا محافظت محوري و شعاعي را مهيا سازند .

مزاياي ياتافانهاي لغزشي نسبت به غلتشي :

1. زماني كه محور تحت بارهاي مداوم و ثابت قرار مي گيرد قسمتهاي تحت بار ياتاقان تحت تنش ثابت قرار مي گيرند كه موجب كاهش خطر معيوب شدن در اثر خستگي مي شوند
2. چناچه ياتاقانهاي لغزشي از مواد مناسب ساخته شده باشند قادر خواهند بود در داخل مايع مورد پمپاژ كار نموده و روانكاري و خنك كاري شوند .
3. توسط روانكاري و روغنكاري مناسب در سرعت هاي بالا ياتاقانهاي لغزشي نسبت به ياتاقانهاي غلتشي مي توانند بارهاي بيشتري را تحمل كنند .

بررسي معايب ياتاقانهاي لغزشي نسبت به غلتشي :

1. ضريب اصطكاك انها 10 تا 15 برابر ياتاقانهاي غلتشي است و اين امر موجب اتلاف پر هزينه مي شود
2. غالب ضريب اصطكاك بيشتر دماي روانسازي را تا حدي افزايش مي دهد كه نسب سيستمهاي دقيق وپرهزينه خنك كاري را اجتناب ناپذير مي سازد

بررسي علل خرابي ياتاقانهاي لغزشي

1. روغنكاري نامناسب :اين پديده شامل كيفيت روانساز مورد استفاده و همچنين دفعات تعويض روغن ميباشد
2. خنك كاري نا مناسب روانساز :اين پديده در اثر اشكال در سيستم خنكاري يا قصور اپراتور در باز كردن شير مستقيم مايع خنك كننده قبل از راه اندازي پمپ بوجود مي ايد
3. عدم هم محوري چناچه پمپ جهت تعميير يا نگهداري پياده شود اين اشكال بعد از سوار نمودن آشكار مي شود عدم هم محوري مي تواند در اثر ماندن آلودگي بين پايه ياتاقان و محفظه پمپ ويا با توجه به ناهمواريها در اثر ضربه يا سفت نمودن غير يكسان مهره ها حاصل شود همچنين ممكن است در اثر بار هاي اضافي وارده بر ياتاقانها ،خم شدن محور يا برخورد فلزي بين قطعات ثابتوچرخيدن كه غالبا منجر به سايش زياد و گير پاژ مي شود حاصل گردد. عدم هم محوري، از بيرون خود را توسط حرارت زياد و محفظه ياتاقانآشكار مي سازد
4. پيچهاي شل: منبع ديگر مشكلات كه توسط ياتاقان بوجود مي آيد زماني است كه پيچهاي نگهدارنده پايه ياتاقان بطور يكسان و كافي سفت نشده اند و يا در حين كار پمپ شل شده اند در اين موارد ممكن است ياتاقان انقدر از محور خود جابجا شود كه تمام بار ها برروي رينگهاي پروانه يا آب بند وارد شود

روغن :

مزاياي عمده روانكاري با روغن

1. سطح روغن را براحتي مي توان كنترل نمود و ثابت نگه داشت.
2. روغن مي تواند براحتي خنك شود و در واقه استفاده از روغن در دورهاي بالا بسيار مفيد است براي خنك كاري.
3. عمده روغنها داراي گرانروي بالاي هستند و اين امر باعث استفاده انها در رنجهاي متغيير دماي مي شود.
4. تعويض روغن به مراتب اسان تر از تعويض گريس است
5. برخي روغنها ضريب اصطكاك كمتري نسبت به گريس دارند و اين خاصيت باعث كاركرد مناسب انهادر سرعتها بالا مي شود .

معايب روغن:

1. بسيار پر هزينه است چون نياز به مكتنيكال سيل دارد
2. نيازمند تعويضهاي بسيار بيشتر از گريس مي باشد
3. براي محورهاي عمودي نيازمند طراحي دقيق و پرهزينه محفظه ياتاقان مي باشد
4. براي محيطهاي مرطوب و خورنده نسبت به گريس از مرغوبيت كمتري برخودار است.

ياتاقان مغناطيسي
ظهور ياتاقان هاي مغناطيسي

کنترل کننده هاي قوي تر و نرم افزارهاي بهتر، منجر به کاربرد گسترده تر ياتاقان هاي مغناطيسي خواهند شد.
ياتاقان هاي مغناطيسي که شافت را به جاي تماس مکانيکي با نيروي مغناطيسي به حالت تعليق در مي آورند، چند دهه است که در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرند. ياتاقان هاي مغناطيسي مزاياي فراواني، از جمله توانايي کار در سرعت هاي بالا و قابليت عملکرد بدون روغن کاري در محيط خلا را به استفاده کنندگان عرضه مي کنند. اين ياتاقان ها بدون اصطکاک کار مي کنند، فرسايش کمي دارند، در حين دوران ارتعاشات بسيار کمتري نسبت به بقيه ي ياتاقان ها ايجاد مي کنند، مي توانند مکان شافت را به دقت کنترل کنند، نيروهاي خارجي وارد بر شافت را اندازه بگيرند و حتي شرايط کاري ماشين را تصوير کنند.
امروزه رشد تکنولوژي، به ويژه در کنترل و پردازش ديجيتال، ياتاقان هاي مغناطيسي را به سوي طراحي نيرومند تر و به صرفه تر نسبت به گذشته هدايت کرده است. ياتاقان هاي امروزي براي محدوده ي گسترده اي از کاربردها، از تجهيزات نيمه هادي گرفته تا ميکروتوربين ها و کمپرسورهاي سردسازي و پمپ هاي خلا، مناسب هستند.

اساس کار ياتاقان هاي مغناطيسي:

در سيستم ياتاقان مغناطيسي، محورها به وسيله نيروي الکترو مغناطيسي حاصل از اعمال جريان الکتريکي به مواد فرومغناطيس ياتاقان ها، به صورت معلق نگه داشته مي شوند. اين سيستم شامل سه بخش اصلي است:
محرک هاي ياتاقان، سنسورهاي موقعيت، کنترل کننده و الگوريتم کنترل.
دستگاه هاي معمولي شامل دو ياتاقان شعاعي مغناطيسي و يک ياتاقان مغناطيسي کف گرد مي باشند. اين ياتاقان ها، شافت را در راستاي پنج محور کنترل مي کنند، دو محور مربوط به هر ياتاقان شعاعي است و محور پنجم در طول شافت قرار دارد. ياتاقان هاي مغناطيسي داراي اجزاي ثابت و متحرک هستند که به ترتيب استاتور و روتور ناميده مي شوند. استاتور ياتاقان هاي مغناطيسي شعاعي، به استاتور موتور هاي الکتريکي شباهت دارد.
استاتور ياتاقان هاي شعاعي لايه لايه است، به اين صورت که قطب هاي مغناطيسي آن از لايه هاي نازک فلزي تشکيل شده است که بر روي هم قرار مي گيرند و حلقه هاي سيم به دور قطب ها پيچيده مي شوند.
جريان الکتريکي کنترل شده که از سيم پيچ ها مي گذرد، يک نيروي جاذب روي روتور فرو مغناطيس ايجاد مي کند و روتور را در فاصله هوايي به صورت معلق نگه مي دارد. فاصله هوايي معمولا حدود 0.5 ميليمتر در نظر گرفته مي شود و در برخي کاربردهاي خاص مي تواند به بزرگي 2 ميليمتر هم طراحي شود. روتور روي شافتي قرار مي گيرد که در فاصله هوايي است و لزومي ندارد که در مرکز قرار گيرد. اين خاصيت از لحاظ کاربردي مفيد است. زيرا مي توان فرسودگي شافت و هم چنين لرزش هاي آن را جبران کرد، مانند ماشين هاي سنگ زني که در طول کارکرد فرسوده مي شوند. يک ياتاقان مغناطيسي کف گرد حرکت محوري را کنترل مي کند. روتور ياتاقان کف گرد، يک ديسک توپر آهني است که به شافت متصل شده و در يک فاصله مشخص از استاتور، در يک طرف يا هر دو طرف شافت، قرار مي گيرد. در حين کار، نيروهاي الکترومغناطيسي توليد شده به وسيله استاتور، روي روتور عمل کرده و حرکت محوري را کنترل مي کنند. ياتاقان هاي مغناطيسي، هم چنين شامل ياتاقان هاي کمکي هستند. کار اصلي اين ياتاقان ها نگه داشتن شافت هنگام خاموش بودن دستگاه است. اين ياتاقان ها اجزاي دستگاه را در هنگام قطع برق يا خرابي محافظت مي کنند. رينگ داخل ياتاقان هاي کمکي، از فاصله هوايي ياتاقان هاي مغناطيسي کوچکتر است تا از آسيب ديدگي شافت در هنگام ارتعاش جلوگيري کند.

سيستم هاي کنترل:

سيستم کنترلي، جريان ياتاقان ها را تنظيم مي کند و در نتيجه نيروي ياتاقان ها را سامان مي بخشد. حين فعاليت، سنسورهاي تعيين موقعيت طولي و شعاعي، داده هاي حرکت و مکان شافت را به کنترل کننده مي فرستند.
اين کنترل کننده موقعيت مطلوب و واقعي شافت را مقايسه کرده و نيروي لازم را براي نگه داشتن شافت در موقعيت فعلي را محاسبه مي کند و در صورت نياز به تقويت کننده، دستور تنظيم جريان، جهت کاهش يا افزايش شار مغناطيسي را مي دهد.
بخش هاي اصلي سيستم کنترل، DSP (پردازش سيگنال هاي ديجيتال)، منبع تغذيه و تقويت کننده ها هستند. به طور کلي هر چه دستگاه بزرگ تر باشد، تقويت کننده هاي بزرگ تر باشد، تقويت کننده هاي بزرگ تري نياز دارد.
اندازه ي کنترل کننده نيز به ديناميک بار مورد نياز بستگي دارد که عموما در دستگاه هاي سنگين تر، بزرگ تر است.
شافت مي تواند از طريق الگوريتم هاي تک ورودي- تک خروجي(SISO) و يا چند ورودي- چند خروجي(MIMO) ، براي سرعت هاي بالا و کاربرد هاي مورد نياز، کنترل شود. کنترل کننده توسط سيگنال هايي با فرکانس 10 کيلو هرتز، موقعيت دقيق شافت را اندازه گرفته و تحليل مي کند و سپس دستور مناسب را صادر مي نمايد. به اين ترتيب قابليت کنترل دقيق ياتاقان هايي با حداکثر سرعت 100000 دور در دقيقه فراهم مي شود.
يک مزيت قابل توجه تکنولوژي ياتاقان هاي مغناطيسي اين است که کنترل کننده، خود عمل نمايش شرايط کاري دستگاه را انجام مي دهد. نرم افزارهايي مانندMBS ، اطلاعات جزئي بسياري را در مورد سلامت دستگاه مهيا کرده و برنامه ي نگهداري و مراقبت را بهينه مي کنند.
اين نرم افزار، ابزارهايي دارد که مي تواندپارامترهاي ورودي را همساز کرده و تفاوت آن ها را قبل از شروع کار دستگاه بررسي کند.ابزارهاي تصويري آن، نمايش دهنده موقعيت جريان ها و نيروها به صورت لحظه اي و يک سيستم هشدار که کليه متغير هاي سيستم را قبل و بعد از يک اتفاق غير عادي در کنترل مي گيرد، هستند. اين ابزارها مشاهده ي اطلاعات سيستم در شکل هاي مختلف جهت همسازي ورودي ها و مشخصات دستگاه را امکان پذير مي سازد.
سيستم ابزار تطابق پذير AVC يک ابزار مهم ديگر است. AVC نيروهاي لازم براي از بين بردن ارتعاشات را از دو راه حساب مي کند. يک راه اين است که به شافت اجازه مي دهد که حول محور هندسي اش بگردد. از اين رو به طور دقيق جابجايي شافت را کنترل مي کند و انحراف ناشي از ناميزان بودن شافت را از بين مي برد. اين کاربرد در دقت هاي بالا مانند ماشين هاي افزار مفيد است. راه ديگر اين است که شافت را حول محور گذرنده از مرکز جرم مي گرداند تا ارتعاشات منتقل شده به بدنه يا محفظه را تا 0.01 ميلي متر کاهش دهد. اين طرح در پمپ هاي توربومولکولي و تجهيزات نيمه هادي بسيار ارزشمند است.
AVC مي تواند ضريب اطمينان دستگاه را بالا ببرد و فاصله زماني سرويس کردن دستگاه را کاهش دهد. اين ساختار تطبيقي، ارتعاشات را کاهش مي دهد. حتي زماني که موتور در طول زمان کهنه و کثيف مي شود با از بين بردن پردازش اغتشاشات مي تواند محدوده عملکرد دستگاه را گسترش بخشد.

ملاحظات طراحي:

هدف نهايي از طراحي ياتاقان هاي مغناطيسي، چرخش بدون تماس و مطمئن، در کل محدوده سرعت دستگاه است. کاهش اندازه سيستم هاي کنترل ديجيتال، يعني راه حل با صرفه تر، و طراحي ياتاقان هاي مغناطيسي فشرده به معني توليد دستگاه هاي کوچکتر و قوي تر است.
سرعت، بار و محيط کاري سه عامل اصلي در توسعه ي سيستم ياتاقان هاي مغناطيسي هستند. استحکام مکانيکي شافت غالبا عامل محدود کننده سرعت است.
ظرفيت استاتيکي (نيروي بيشينه اي که ياتاقان هاي مغناطيسي براي نگه داشتن شافت توليد مي کنند) تابعي از متغير هايي مثل جريان تقويت کننده، مساحت قطب هاي مغناطيسي، تعداد حلقه هاي سيم پيچ و ابعاد فاصله هوايي است. يک قاعده سر انگشتي خوب اين است که اين مقدار را برابر 75 نيوتن بگيريم.
ظرفيت ديناميکي(محدوده اي که نيروي اعمالي ياتاقان هاي مغناطيسي تغيير مي کند) فقط با يک متغير يعني ولتاژ تقويت کننده مشخص مي شود.
به عنوان مثال ياتاقان مغناطيسي 150 نيوتني به سيستمي با ولتاژ 40 ولت و جريان 2 آمپر متصل است. رفتن به محدوده 200 نيوتني با افزايش تعداد حلقه هاي سيم پيچ ها و مساحت قطب هاي مغناطيسي، به معني افزايش ظرفيت استاتيکي است. اگر کنترل کننده ثابت بماند، در هر حال تاثيري روي بار ظرفيت ديناميکي نخواهد داشت (فقط ظرفيت استاتيکي تغيير مي کند) و توانايي کنترل ناميزاني ها و ساير نيروهاي ديناميکي ثابت مي ماند. برعکس، تعويض ياتاقان مغناطيسي 150 نيوتني مورد نظر با يک ياتاقان 150 نيوتني ديگر با سيستم کنترلي 50 ولتي 3 آمپري، ظرفيت ديناميکي سيستم را افزايش مي دهد، اما تاثيري روي ظرفيت استاتيکي ندارد.

کاربردهاي مختلف:

طراحي منحصر به فرد و قابليت هاي گسترده ي بلبرينگ هاي مغناطيسي، موجب کاربردهاي مختلف آن ها، به عنوان مثال، در ساختن لايه هاي فابريک نيمه هادي ها و به ويژه در ساختن لايه هاي نازک سيليکون، مي شود. بلبرينگ هاي مغناطيسي در اين گونه کاربردها که به ارتعاش و لرزش بسيار حساسند، مي توانند موجب افزايش پايداري شوند.
از آن جا که بلبرينگ هاي مغناطيسي فاصله هوايي دارند، براي کارهاي خاص بيولوژيکي استفاده مي شوند. سلول هاي خوني يا ساير مايعات مي توانند از اين فاصله هوايي، بدون هيچ گونه خسارتي عبور کنند.
کمپرسورهاي سرد سازي، نمونه ديگري از کاربردهاي مهم بلبرينگ هاي مغناطيسي هستند. بلبرينگ هاي مغناطيسي مي توانند در سرعت هاي بالا که مورد نياز مبرد هاي جديد است، کار کنند و بر خلاف بلبرينگ هاي معمولي که با روغن خنک مي شوند، هيچ تاثيري از جهت ايجاد آلودگي روي مبرد ندارند. بلبرينگ هاي مغناطيسي هم چنين مي توانند به طور دقيق عايق بندي شوند و لذا براي فرآيندهايي که با سيالات مخرب سر و کار دارند، قابل توجه هستند.

مزيت بلبرينگ هاي مغناطيسي

بلبرينگ هاي مغناطيسي بدون هيچ گونه تماسي کار مي کنند. اين منجر به خصوصيات ويژه اي مي شود که گستره کاربرد اين بلبرينگ ها را وسعت مي بخشد. براي کاربردهايي که داراي يکي از خصوصيات زير هستند، عموما بلبرينگ هاي مغناطيسي سودمند هستند.
عدم نياز به روغن کاري: سيستم هاي روغن کاري براي بقيه انواع ياتاقان ها، گران قيمت، غير قابل اطمينان و غير ايمن هستند. روان کننده ها براي محيط زيست خطر آفرين هستند. روان کننده ها براي محيط زيست خطر آفرين هستند و دور ريختن آنها هم معضل ديگري است. در صورتي که هيچ کدام از اين موارد براي ياتاقان هاي مغناطيسي مطرح نيست.
ايمني:اين بلبرينگ ها از لحاظ ايمني قابل مقايسه با موتورهاي الکتريکي هستند و معقول است که انتظار داشته باشيم عمري حدود 15 تا 20 سال داشته باشند. سيستم کنترلي آنها هم يک عمر پايدار نسبي پنج ساله دارد که قابل مقايسه با عمر اجزاي الکتريکي معمولي است.
کاربرد در خلا: محيط هاي با خلا زياد براي خنک کننده ها، محيط هاي ناسازگاري براي فعاليت هستند.
بسياري از سيستم ها در خلا هاي بالا تا(10-16 torr) به شدت به آلودگي خنک کننده هاي با شرايط متغير، حساس هستند.
ارتعاش کم: بلبرينگ هاي مغناطيسي براي کاربردهايي که به ارتعاشات دستگاه حساس هستند، بسيار مناسب هستند.
اندازه گيري نيرو: کنترل کننده مي تواند مقدار و جهت نيروي بلبرينگ ها را با اندازه گيري جريان و موقعيت آن اندازه بگيرد که اين خصوصيت بسيار ويژه اي براي طراحان است. اين نيروها با دقت 5 درصد قابل اندازه گيري هستند.
کنترل موقعيت محور: چون سنسورها موقعيت شافت را نمايش مي دهند، سيستم کنترلي مي تواند موقعيت آن را بر حسب اطلاعاتي که از سنسورها مي گيرد، تغيير دهد. به عنوان مثال، سيستم کنترل مي تواند با جبران سازي موقعيت طولي، شافت را طي کار تثبيت کند.
دقت: کنترل دقيق مي تواند، جابجايي شافت را در اثر ناميزاني ها از بين ببرد، که اين کار با استفاده از سيستم کنترلي تطبيقي (Adaptive) انجام مي شود. جابجايي شافت در همان سرعت مي تواند تا حدود يک ميلي متر کاهش پيدا کند که براي ماشين هاي ابزار برش، بسيار قابل توجه است.
عمليات غوطه وري: بلبرينگ هاي مغناطيسي مي توانند به طور مستقيم در داخل سيال کار کنند و نياز به آب بندي ندارند که اين مورد، هزينه دستگاه را کاهش مي دهد.
کاهش مصرف انرژي: بلبرينگ هاي مغناطيسي، نيروي اصطکاک را کاهش داده و بازده دستگاه را افزايش مي دهند. عدم نياز به سيستم خنک کاري هزينه هاي مربوط به پمپ ها و فن هاي سرد کننده را کاهش مي دهد.
نمايش شرايط کاري: بلبرينگ هاي مغناطيسي قابليت نمايش شرايط کارکرد را دارند. که اين نياز به وسايلي نظير سنسورهاي ارتعاشي و يا شتاب سنج ها را از بين مي برد. علاوه بر آن از طريق سيستم کنترلي بلبرينگ هاي مغناطيسي به طور مستقيم شافت و سيال کاري قابل مشاهده است.
سرعت بالا: روغن کاري به علت سرعت زياد مشکل است کاربرد زيادي دارد.
کنترل فاز: امروزه پردازشگرهاي ديجيتالي کارهاي بيشتري غير از کنترل بلبرينگ هاي مغناطيسي انجام مي دهند و باعث افزايش مزيت بلبرينگ هاي مغناطيسي نسبت به بلبرينگ هاي ساده مي شود که از جمله آنها مي توان کنترل فاز را نام برد. طرح هماهنگي شافت با سيگنال هاي خارجي عمليات تطابق شافت را (فاز) تا 0.05 مقدار مرجعش در سرعت هايي حدود 36000 دور در دقيقه موقعيت دهي مي کند. کنترل فاز در عملياتي مثل جداسازي نوترون کاربرد دارد.
منابع: http://manufacture.blogfa.com
http://jeriboajoa.googlepages.com
http://www.daneshema.com
http://tjsme.ir/
http://aidasadra.blogfa.com
/خ