مکانیک خودرو تخصصی -بخش 10

یاتاقان:

تکیه‌گاه قطعات دوار را یاتاقان گویند که به شرح زیر دسته‌بندی می‌شوند:
1-یاتاقان غلتشی ساچمه‌ای یا بلبرینگ(Ball Bearing) برای دورهای و بارهای با ضربه کم. برای مطالعه این نوع یاتاقان اینجا را کلیک کنید.
2-یاتاقان غلتشی غتلکی یا رولربرینگ (Roller Bearing) برای دورها و بارهای با ضربه متوسط. برای مطالعه این نوع یاتاقان اینجا را کلیک کنید.
3-یاتاقان‌ لغزشی یا ژورنال (Journal Bearing) برای دورها و بارهای با ضربه بالا. یاتاقان مورد استفاده در یاتاقان‌بندی موتور خودرو از نوع یاقان لغزشی یا ژورنال است که در ادامه مورد بررسی قرار می‌گیرد.
مطابق شکل 1 یاتاقان لغزشی یا ژونال از دو نیم حلقه یا دو نیم استوانه تشکیل شده است که محور ثابت یا متحرک میل‌لنگ را دربر می‌گیرد. بین یاتاقان و محورهای ثابت یا متحرک میل‌لنگ لقی بسیار کمی بین محور و یاتاقان وجود دارد که این فضا توسط روغن پر می‌شود و به محض اینکه محور شروع به دوران می‌کند، بر اساس اصول هیدرودینامیکی و هیدروستاتیکی که در بخش روغنکاری به آن پرداخته خواهد شد، فیلم روغن بین فضای خالی محور و یاتاقان تشکیل می‌گردد و این فیلم روغن با توجه به خاصیت موئینگی سیالات، قابلیت تحمل نیروهای عمودی با ضربه زیاد دارا است و بدین ترتیب هنگام دوران محور، تماس فلز محور و فلز یاتاقان از بین می‌رود و محور و یاتاقان بدون آسیب به کار خود ادامه می‌دهد.

1-یاتاقان بالایی 2-روغن 3-محور 4-یاتاقان پایینی
شکل 1-یاتاقان

شکل 2 تصویر واقعی یک یاتاقان لغزشی میل‌لنگ را نشان می‌دهد.

شکل 2-یاتاقان میل‌لنگ موتور خودرو

مطابق شکل 3 یاتاقان‌های لغزشی به طور کلی از سه لایه تشکیل شده است. لایه داخلی یاتاقان از جنس آلیاژ فلز نرمي به نام بابيت(Babbitt) (تركيبي از آنتيموان، آرسنيك، مس، سرب و قلع) تشکیل شده است که با توجه به نرم بودن، در صورت تماس فلز محور میل‌لنگ با یاتاقان، فلز بابیت که نرم است سائیده می‌شود تا از آسیب دیدن میل‌لنگ که گران‌قیمت است پیشگیری شود. لایه دوم از جنس آلیاژ مس و سرب تشکیل شده است که بستری مسطح و مستحکم‌تر را برای لایه اول ایجاد می‌کند و در نهایت لایه سوم که بخش اصلی یاتاقان است از جنس فولاد تشکیل شده است که استحکام کافی را برای لایه‌های اول و دوم ایجاد می‌کند تا از تغییر شکل آن دو لایه پیشگیری شود و بنابراین به ویژه لایه بابیت بستری نرم و استوانه‌ای برای دوران راحت محور میل‌لنگ را فراهم کند. با توجه به اینکه ماده اصلی این نوع یاتاقان بابیت است، به آن یاتاقان بابیتی هم گفته می‌شود.

1-لایه آلیاژ بابیت 2-لایه آلیاژ مس-سرب 3-لایه فولاد 4-خار تثبیت یاتاقان در درپوش یاتاقان یا بلوک سیلندر
شکل 3-جنس لایه‌های مختلف یاتاقان لغزشی

شکل 4 لایه‌بندی یاتاقان لغزشی را نشان می‌دهد.

1-لایه فولادی 2-لایه برنزی 3-لایه بابیتی
شکل 4-لایه‌بندی یاتاقان لغزشی بابیتی

شکل 5 نوعی دیگر از یاتاقان لغزشی را نشان می‌دهد که جنس لایه اصلی یاتاقان به جای استفاده از بابیت از مواد پلیمری همچون تفلون استفاده کرده است تا قادر به کاهش بیش از پیش نیروی اصطکاک بین محور و یاتاقان باشد.

1-لایه فولادی 2-لایه آلومینیومی 3-لایه پلیمری یا تفلونی
شکل 5-لایه‌بندی یاتاقان لغزشی تفلونی

با توجه به شکل 6 یک نیم یاتاقان در بلوک سیلندر نصب می‌شود و نیم یاتاقان دیگر در کپه یاتاقان قرار می‌گیرد و کپه یاتاقان با پیچ به بلوک سیلندر متصل می‌شود. این دو نیم یاتاقان، تشکیل یک یاتاقان کامل را می‌دهند و محور ثابت میل‌لنگ درون آن قرار می‌گیرد.

11-کپه یاتاقان 2-بلوک سیلندر 3-نیم یاتاقان 4-پیچ اتصال کپه یاتاقان به بلوک سیلندر
شکل 6-نحوه تشکیل یاتاقان کامل ثابت موتور

برای اتصال شاتون به میل‌لنگ نیز مطابق شکل 7 دو نیم‌یاتاقان مورد استفاده قرار می‌گیرد که یکی درون کپه یاتاقان شاتون و نیم یاتاقان دیگر درون شاتون نصب می‌شود و با اتصال کپه یاتاقان شاتون به شاتون، یک یاتاقان کامل تشکیل می‌شود که محل استقرار مطمئن محور متحرک میل‌لنگ را ایجاد می‌کند.

1-یاتاقان شاتون 2-شاتون 3-کپه یاتاقان شاتون 4-پیچ اتصال کپه یاتاقان به شاتون 5-پیستون
شکل 7-نحوه تشکیل یاتاقان کامل متحرک موتور

نکته: مطابق شکل 8 هنگام نصب کپه یاتاقان‌های ثابت و متحرک حاوی یاتاقان باید توجه کرد که خار تثبیت یاتاقان‌ها همگی در سمت چپ یا همگی در سمت راست قرار گیرند.

1-قرارگیری صحیح خار تثبیت یاتاقان در یک سمت
شکل 8-نحوه استقرار صحیح خار تثبیت یاتاقان

نکته: به منظور ارتقای وضعیت هم‌راستایی (Alignment) یاتاقان‌های ثابت(هم‌راستا بودن مراکز تمامی یاقاتان‌های ثابت) از جابجا کردن کپه یاتاقان‌ها حین باز و بسته کردن موتور جدا خودداری کنید و هر کپه یاتاقان باید صرفا در محلی که باز شده است نصب شود.

نکته: برای اینکه کپه یاتاقان شاتون بعد از بسته شدن به شاتون، دایره کامل را تشکیل دهد، امروزه روش تولید آن بوسیله مکانیزم شکست صورت می‌گیرد بدین ترتیب که بعد از تولید یکپارچه شاتون، در محل شکست خط تمرکز تنشی را ایجاد می‌کنند و پس از آن با ضربه زدن به کپه‌ یاتاقان، کپه یاتاقان از شاتون جدا می‌شود و هنگامی که کپه یاتاقان با پیچ به شاتون بسته می‌شود امکان تشکیل دایره ایده‌ال‌تر میسر می‌شود و لذا امکان تعویض کپه یاتاقان شاتون‌ها با یکدیگر وجود ندارد. شکل 9 مقطع شکست کپه یاتاقان شاتون از شاتون را نشان می‌دهد.

1-مقطع شکست کپه یاتاقان شاتون
شکل 9-مقطع شکست و جدا شدن کپه یاتاقان شاتون از شاتون

بدین ترتیب لقی شعاعی محورهای ثابت و متحرک میل‌لنگ در محدوده مجاز قرار گرفته و قرار گرفتن روغن در فضای مابین محورهای ثابت و متحرک و یاتاقان‌ها، میل‌لنگ با حداقل اصطکاک و لنگی دوران می‌کند. برای کنترل لقي طولي ميل لنگ نيز با توجه به شكل 10 از بغل ياتاقاني با ضخامت‌هاي مختلف استفاده مي‌شود. باید توجه داشت که تعداد بغل یاتاقانی‌ها معمولا دو عدد است.

شکل 10-بغل یاتاقانی میل‌لنگ

شکل 11 موقعیت نصب بغل یاتاقانی میل‌لنگ را نشان می‌دهد.

محل و نحوه نصب بغل یاتاقانی 1-محل نصب بغل یاتاقانی 2-شیار روغنکاری بغل یاتاقانی 3-بغل یاتاقانی

شکل 11-محل و نحوه نصب بغل یاتاقانی

نکته:هنگام نصب بغل یاتاقانی باید توجه کرد که شیارهای بغل یاتاقانی به سمت میل‌لنگ قرار گیرند.

لازم به ذکر است كه همواره ميزان لقي بين محورهاي ثابت و متحرك با ياتاقان‌هاي مورد نظر بايد درحد مجاز باشد. چنانچه اين لقي زيادتر از حد مجاز باشد، نشتي روغن زياد شده و فشار روغن كاهش می‌یابد و در هنگام اعمال نیرو از شاتون به میل‌لنگ، فیلم روغن بین یاتاقان‌ها و محورهای ثابت و متحرک از بین رفته و باعث تماس فلز با فلز می‌شود و بنابراین سایش یاتاقان‌ها و میل لنگ را در پی خواهد داشت. بدین منظور چراغ اخطاری درون صفحة نشان‌دهنده ها (داشبورد) تعبیه شده که در صورت کاهش فشار روغن، روشن شده و اخطار کاهش فشار روغن را به راننده اعلام می‌کند. در صورتی‌که میزان کاهش فشار روغن زیاد باشد، تماس فلز با فلز زیاد شده و در صورت ادامة کار موتور در چنین شرایطی، امکان ذوب شدن یاتاقان ها و چسبیدن به محورهای ثابت و متحرک میل لنگ وجود دارد که در این شرایط میل‌لنگ متوقف شده و اصطلاحاً موتور جام(Jammed) می‌شود.
از آنجایی که میل‌لنگ در معرض بارهای خمشی ضربه‌ای ناشی از احتراق سوخت و هوا است لذا در هر بار تعمیر باید مطابق شکل 12 میزان خمش یا خیز محور ثابت وسط میل‌لنگ را اندازه‌گیری کرد و با مقدار مجاز توصیه شده توسط موتورساز مقایسه کرد.

شکل 12-اندازه‌گیری میزان تاب یا خیز میل‌لنگ

براي اندازه گيري ميزان لقي بين محورهاي ميل‌لنگ و ياتاقان مي‌توان از پلاستي‌گيج(Plastic gage)استفاده کرد. شكل 13 نحوه استفاده از پلاستي‌گيج برای اندازه‌گيري لقي بين ياتاقان و محور ميل‌لنگ را نشان مي‌دهد.

1-پلاستي‎گيج قبل از اندازه‌گيري لقي 2-پلاستي‎گيج بعد از اندازه‌گيري لقي 3-خط‌كش اندازه‌گير كه برروي پوشش كاغذي پلاستي‌گيج قرار گرفته است.
a : قرار گرفتن پلاستي گيج برروي محور قبل از اندازه گيري لقي b : پلاستي گيج بعد از اندازه گيري لقي

شكل 13-نحوه استفاده از پلاستيگيج برای اندازه‌گيري لقي بين محور ميل‌لنگ و ياتاقان

براي اندازه‌گيري لقي مقداري، از پلاستي‌گيج به طول كمتر از طول محور را با يك چاقو يا قيچي تيز جدا كرده و برروي محور مورد نظر در راستای طول محور قرار مي‌دهيم. سپس بدون چرخش ميل‌لنگ، ياتاقان و كپه ياتاقان را نصب كرده و پيچ‌هاي كپه ياتاقان را با گشتاور توصیه شده سفت مي‌كنيم. پس از آن پيچ‌ها را باز كرده و كپه ياتاقان را به آرامی از محل خود جدا می‌کنیم. با اندازه‌گيري ميزان پهن شدن پلاستي‌گيج توسط خط‌كش مدرج چاپ شده برروي پوشش كاغذي پلاستي‌گيج، لقي متناسب با آن پهنا بدست مي‌آيد. شکل 14 پلاستی‌گیج استفاده شده برای اندازه‌گیری لقی را نشان می‌دهد.

شکل 14-نحوه استفاده از پلاستیگیج برای اندازه‌گیری لقی بین میل‌لنگ و یاتاقان

در صورتیکه یاتاقان سائیده شده باشد باید آن را تعویض کرد. در حالیکه اگر محورهای ثابت یا متحرک میل‌لنگ سائیده شده باشد، دارای خط و خش باشد، مخروطی یا دوپهن(بیضی) شده باشد، باید ابتدا به روش سنگ‌زنی، طی چهار مرحله و هر مرحله به اندازه 25 صدم میلیمتر محورهای ثابت و متحرک میل‌لنگ را سنگ زد و پس از آن از یاتاقان با ضخامت بیشتر استفاده کرد تا لقی بین محور میل‌لنگ و یاتاقان در محدوده بین 2صدم تا 7صدم میلیمتر با توجه به توصیه خودروساز قرار گیرد. بدین منظور عباراتی مطابق شکل 15 به شرح زیر پشت یاتاقان درج می‌گردد:

یاتاقان STD یاتاقان 010

شکل 15-درج عبارات سایزبندی روی یاتاقان

1-STD : به معني استاندارد بوده و بدين منظور است كه ميل لنگ استاندارد است و محور آن توسط دستگاه ميل‌ لنگ تراش تراشيده نشده است.
2- 010 : تعمير اول يعني ميل‌لنگ يك بار به ضخامت ده هزارم اینچ یا 25صدم میلی‌متر تراشيده شده است.
3- 020 : تعمير دوم يعني ميل‌لنگ يك بار به ضخامت بیست هزارم اینچ یا نیم میلی‌متر يا دوبار و هربار به ضخامت ده هزارم اینچ یا 25صدم میلی‌متر تراشيده شده است. اعداد فوق به صورت030 و 040 وجود داشته و بيان كننده عمق تراش محور ميل‌لنگ مي‌باشد. چنانچه ميل‌لنگ به تراش 040 یا یک میلی‌متر برسد، بايد ميل‌لنگ را تعويض کرد.

نکته: مطابق شکل 16 یاتاقان به صورت یک دست یا یک مجموعه عرضه می‌شود بنابراین همه یاتاقان‌های موتور با هم تعویض می‌شوند.

شکل 16-یک دست یاتاقان موتور

نکته:در برخی از موتور خودروهای امروزی به جای استفاده از یاتاقان با شماره‌های مختلف، مطابق شکل 17 یاتاقان‌ها به صورت رنگ‌بندی طراحی و عرضه شده است. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد دسته‌بندی یاتاقان‌های موتور به صورت رنگ‌بندی اینجا را کلیک کنید.

شکل 17-رنگ‌بندی یاتاقان موتور