ساختمان یاتاقان
پوسته یاتاقان از فولاد یا برنز ساخته شده است این فولاد استحکام و مقاومت لازم را به یاتاقان می دهد در روی این قسمت یک یا چند لایه مواد یاتاقانی به ضخامت چند هزارم اینچ قرار گرفته است علت استفاده از مواد نرم در یاتاقان این است که در صورت تاثیر عوامل خارجی فقط مواد یاتاقانی از بین میرود و میل لنگ سالم خواهد ماند یاتاقانها دارای شیار روغن بوده و این شیار روغن را در تمام سطح یاتاقان پخش می کند
مواد یاتاقان
مواد یاتاقان ها الیاژفلزات سرب قلع مس انتیموان یا فلزات سرب قلع جیوه کالیم الومینیوم به نسبتهای معین ترکیب می شوند یا بابیت که در موتورهای سبک بکار می رود از یک لایه پوسته فولادی و یک لایه بابیت ساخته شده است در ساختمان بابی از دو فلز اصلی قلع و سرب استفاده شده است در بعضی از یاتاقانها نسبت به نوع موتور دو یا سه لایه مواد یاتاقانی روی پوسته قرار دارد و در موتورهای سنگین به چهار لایه در یاتاقان نیز می رسد طرز قرار گرفتن لایه ها بر روی پوسته فولادی به شرح زیر است
الف – مواد یاتاقانی الیاژمس و سرب
ب : لایه نیکل
ج: لایه الیاژسرب قلع مس
د: مواد گردی قلع
خصوصیات یک یاتاقان خوب
ساختن یک یاتاقان ایده ال ساده نیست زیرا بالا بردن یک خاصیت در یاتاقان ایجاد معایب دیگر در
ان
می کند در هر حال یاتاقان خوب باید دارای مشخصات زیادی باشد که بطور خلاصه به ان
اشاره می شود
الف : مقاومت یاتاقان در مقابل فشار حمل بار و ضربات ناشی از احتراق
موتورهای امروزی چون نسبت تراکمی بالا دارند بنابراین نیروی زیادی به یاتاقان وارد می شود که حدود200کیلوگرم بر سانتی متر مربع می باشد که یاتاقان این بار را باید تحمل کند
ب: نرمی و قابلیت فرو بردن ذرات خارجی در یاتاقان
ذرات چرک و گرد غبار و خاک با هوا وارد موتور می شود کاملا توسط صافی هوا گرفته نمی شود و با رغن حرکت کرده و مقداری از ان همراه روغن از داخل یاتاقان خارج نمی شود ماده یاتاقان طوری باید باشد که بتواند این مواد خارجی را در خود فرو ببرد تا یاتاقان و شفت از خراش برداشتن و سائیده شدن مصون بماند پس یاتاقان به اندازه کافی باید نرم باشد تا خاصیت فرو بردن مواد خارجی را در خود داشته باشد
ج: مقاومت در برابر خستگی در یاتاقان
هرگاه فلزی در معرض تنش های مداوم قرار بگیرد انعطاف پیدا کرده و خم می گردد سپس این فلز سخت شده ترک برداشته و یا شکسته می شود لذا یاتاقانها که در معرض بارهای زیاد هستند بایستی بتواند درمقابل این بارهای متغیر ایستادگی کنند بدون این که به حد خستگی برسد و تمایل به ترک یا شکستگی از خود نشان ندهند
د : مقاومت در برابر خوردگی در یاتاقان
در اثر احتراق مواد خورنده تولید می شود که برای فلزات مفید نیست همچنین بنزین های بدون سرب خاصیت شیمیایی روغن را تغییر داده و حالت خورندگی یاتاقانها را افزایش می دهد ماده یاتاقان باید در مقابل این خورندگی مقاومت داشته باشد در قدیم از یاتاقانهای مسی و سربی استفاده می شد ولی امروزه از یاتاقانهای الومینیومی سربی استفاده می شود این نوع یاتاقان در مقابل خورندگی بهتر مقاومت می کند
ه : مقاومت در مقابل سائدیگی در یاتاقان
ماده یاتاقان باید به اندازه کافی سخت و محکم باشد تا به سرعت سائیده نشود از طرف دیگر باید به اندازه کافی نرم باشد تا توانایی فرو بردن و انطباق داشته باشد
ز: قابلیت هدایت حرارتی
کلیه یاتاقانها در اثر گردش میل لنگ ایجاد حرارت می کنند لذا مواد یاتاقانی بایستی قابلیت هدایت حرارتی بیشتری داشته باشد تا بتواند حرارت را انتقال دهند
روغن کاری یاتاقان ها
از مدار اصلی روغن مسیری به کپه های ثابت روی بلوک راه دارد که روغن از ان مسیر وارد سوراخ مجرای روغن میل لنگ شده و سطح کلیه یاتاقانها را روغن کاری می نماید این روغن بصورت قشر نازکی (فیلم روغن) به سطوح متحرک محور میل لنگ و سطوح ثابت یاتاقان می چسبد و در اثر فشار مدار روغن میل لنگ در بستری از روغن بصورت شناور می چرخد در ابتدای کار میل لنگ در اثر نیروی وزن خود در روی کف یاتاقان قرار دارد به محض روشن شدن موتور روغن در اثر چسبندگی به سطوح تماس مانند گوه ای میل لنگ را بلند کرده و در وسط یاتاقان نگه می دارد اصطکاکی که به این صورت ایجاد می شود اصطکاک غلظتی روغن بوده و اگر به علت تشکیل نشدن قشر روغن فلز میل لنگ با فلز یاتاقان تماس بگیرد نیروی اصطکاک بالا رفته و گرمای یاتاقان بحدی می رسد که بابیت را ذوب کرده و صدای ناشی از یاتاقان سوزی بگوش می رسد بین پوسته یاتاقانها و میل لنگ خلاصی مجازی وجود دارد که اصطلاحا این خلاصی را فاصله روغن نیز می گویند هر چه این خلاصی بیشتر باشد روغن به سرعت از یاتاقان ها خارج می شود اندازه این خلاصی در موتورهای مختلف متفاوت بوده و حدودا یک هزارم اینچ یا سه صدم میلیمتر بیشتر معمول است در صورتی که ان خلاصی دو برابر گردد مقدار ریزش روغن 5 برابر می شود افزایش خلاصی روغن سبب نرسیدن روغن به یاتاقانها مجاور می گردد زیرا پمپ روغن فقط مقدار معینی از روغن را می تواند جابجا کند در نتیجه بیشتر روغنها از یاتاقان های نزدیک مجرای روغن بیرون ریخته و به یاتاقانهای دورتر کمتر روغن می رسد کاهش خلاصی روغن در یاتاقانها سبب می شود که عمل روغنکاری صحیح انجام نگرفته و سائیدگی انها سریع تر شود همچنین مقدار روغن که به دیواره سیلندر پاشیده می شود کافی نبوده و روغنکاری دیواره سیلندر و رینگ ها بخوبی انجام نمیشود در ضمن زمانی که لقی یاتاقانها زیاد باشد بجز اینکه روغن ریزی موتور زیاد می شود و فشار روغن پایین می اید و افزایش روغن به دیواره سیلندر زیاد می شود که باعث روغن سوزی موتورمی گردد
یاتاقانهای پین دار و یاتاقانهای خاردار
در بعضی از موتورها یاتاقانهای اصلی بوسیله سوراخی
که دارند در پین جا یاتاقانی قرار می گیرند که از چرخش یاتاقان
جلوگیری شود در ضمن در بیشتر موتورها از یاتاقانهای استفاده می شود که یک طرف پوسته یاتاقان بصورت خاردار ساخته می شود که در شیار جا یاتاقان قرار گرفته و
حرکت چرخشی ان را ضامن
می کند
پیش بینی لبه اضافی یاتاقان
پوسته یاتاقانها باید به خوبی با جا یاتاقانی تماس بگیرد تا اولا بطور کامل گرمای ایجاد شده را از طریق جا یاتاقانی انتقال دهد و نسوزد ثانیا با داشتن تکیه گاه مناسب می تواند نیروی وارده را به جایاتاقانی متصل نموده و خراب نشود برای اطمینان از تکیه نمودن کامل پوسته یاتاقان بهتر است لبه های نیمه یاتاقانی پایین را به اندازه دو صدم تا هفت صدم میلیمتر از لبه های کپه یاتاقانی بلندتر تنظیم کنند با این عمل در صورت سفت کردن یاتاقان نیروی اولیه به پوسته یاتاقان وارد شده و ان را بخوبی به تکیه گاهش می فشارد یک چنین یاتاقانی نیروی وارد به محور را بطور یکنواخت در جهت شعاعی به جا یاتاقانی انتقال می دهد
عیب های یاتاقانها
1- خراشهای بوجود امده توسط ذرات خارجی
الف: خراشهای بوجود امده در امتداد سطح داخلی یاتاقان
ب: پدید امدن حفره های بر روی سطح داخلی یاتاقان
علل پیدایش
الف : الودگی روغن
ب: تمیز نکردن دقیق قطعات موتور هنگام مونتاژ ان
2- وارد شدن بار به لبه های یاتاقان
شکل ظاهری : ایجاد شدن خراشهای شدید در یک طرف هر دو نیم یاتاقان
علل پیدایش
الف: مخروطی بودن محل تماس میل لنگ با یاتاقان متحرک
ب: مخروطی بودن نشیمن یاتاقان ثابت
ج: بزرگتر از حد معمول بودن شعاع گردی میل لنگ
د: خوب موازی نبودن صحیح میل لنگ
ه : کج بودن شاتون
3- بوجود امدن خراشهای شدید در قسمت میانی و همچنین امکان ترک برداشتن لایه روئی یاتاقان کنده و جمع شدن لایه روئی یاتاقان
شکل ظاهری
الف: سائیدگی شدید موضعی در قسمت میانی یاتاقان بطوریکه وارد شدن بار بیش از حد مجاز بر یاتاقان به ترک برداشتن و ایجاد شکاف در لایه روئی یاتاقان می انجامد
ب: جابجایی موضعی فلز سطح روئی یاتاقان
علل پیدایش
الف : محدب بودن محل تماس میل لنگ با یاتاقان متحرک
ب: محدب بودن نشیمن یاتاقان ثابت
4- ایجاد سائیدگی هایی به شکل نوار نازک در قسمت انتهایی یاتاقان
شکل ظاهری
سائیدگی شدید به صورت اثری نازک در قسمت انتهایی یاتاقان بدین ترتیب که بین لبه یاتاقان و اثر بوجود امده به علت سائیدگی اثری دیگر از منتبح از حرکت میل لنگ مشاهده نمی شود اثرهای بوجود امده به علت سائیدگی می توانند در یک انتهای یاتاقان ظاهر شوند
علل پیدایش
میل لنگهای که ناصحیح صیقل داده شده اند
5- جابجا شدن کپه شاتون
شکل ظاهری : سائیدگی لایه روی یاتاقان بر اثر ایجاد اصطکاک شدید در اطراف سطح های بر روی هم افتاده دو نیم یاتاقان بطور قرینه
علل پیدایش
جابجا شدن کپه شاتون بر اثر اشتباه مونتاژ کردن ان
6- زنگ زدگی
شکل ظاهری
خورده شدن و از بین رفتن سطح روئی یاتاقان بصورت سوراخهای پراکنده و یا بطور کامل
علل پیدایش
الف : بکار بردن مواد اضافی در روغن که هماهنگی لازم را با نحوه عمل روغن ندارد
ب: الوده شدن روغن توسط ورود احتمالی مواد قلیایی از طریق واشرها
ج: بموقع عوض نکردن روغن
7- اشتباه قرار دادن یاتاقان در محل نشستن ان در رابطه با سوراخها تامین کننده روغن
شکل ظاهری
سائیده شدن و خوردگی شدید سطح داخلی یاتاقان بعلت نرسیدن روغن لازمه به ان
علل پیدایش
توجه نکردن و عدم دقت کافی در هنگام قرار دادن و مونتاژ کردن یاتاقانها
8- اشتباه مونتاژ کردن در رابطه با میله کوتاه (خار) نگهدارنده یاتاقان
شکل ظاهری
به علت بلندتر از حد معمول بود میله کوتاه (خار) نگهدارنده در محل جا افتادن این خار در پشت یاتاقان همین امر موجب اصطکاک زیاد و سائیدگی موضعی در همین قسمت سطح روئی یاتاقان می گردد
علل پیدایش
اشتباه مونتاژکردن و بلندتر از حد لازم بودن (خار)نگاه دارنده یاتاقان
یاتاقان لغزشی
این یاتاقانها برای تكیه نمودن وحفظ كردن اجزاء چرخشی در هر دو جهت شعاعی و محوری بكار می روند محافظ شعاعی معمولا شامل پوستهای سیلندر شكل از مواد و ابعاد مناسب می باشد كه در محفظه صلب نصب وثابت شده اند.محافظ محوری معمولا ریگهای صلبی است كه در محفظه یاتاقان نسب شده اند و بوشهای متحریكی را بصورت سفت ومحكم به اجزاءچرخشی سوار شده ، تحمل می كند گاهی اوقات این بوشها را بصورت كروییا مخروطی می سازند تا محافظت محوری و شعاعی را مهیا 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.
یاتاقان مغناطیسی ظهور یاتاقان های مغناطیسی
کنترل کننده های
قوی تر و نرم افزارهای بهتر، منجر به کاربرد گسترده تر یاتاقان های مغناطیسی
خواهند شد. یاتاقان های مغناطیسی که شافت را به جای تماس مکانیکی با نیروی
مغناطیسی به حالت تعلیق در می آورند، چند دهه است که در صنعت مورد استفاده قرار می
گیرند. یاتاقان های مغناطیسی مزایای فراوانی، از جمله توانایی کار در سرعت های
بالا و قابلیت عملکرد بدون روغن کاری در محیط خلا را به استفاده کنندگان عرضه می
کنند. این یاتاقان ها بدون اصطکاک کار می کنند، فرسایش کمی دارند، در حین دوران
ارتعاشات بسیار کمتری نسبت به بقیه ی یاتاقان ها ایجاد می کنند، می توانند مکان
شافت را به دقت کنترل کنند، نیروهای خارجی وارد بر شافت را اندازه بگیرند و حتی شرایط
کاری ماشین را تصویر کنند. امروزه رشد تکنولوژی، به ویژه در کنترل و پردازش
دیجیتال، یاتاقان های مغناطیسی را به سوی طراحی نیرومند تر و به صرفه تر نسبت به
گذشته هدایت کرده است. یاتاقان های امروزی برای محدوده ی گسترده ای از کاربردها،
از تجهیزات نیمه هادی گرفته تا میکروتوربین ها و کمپرسورهای سردسازی و پمپ های
خلا، مناسب هستند.
اساس کار یاتاقان های مغناطیسی:
در سیستم یاتاقان مغناطیسی، محورها به وسیله نیروی الکترو مغناطیسی حاصل از اعمال جریان الکتریکی به مواد فرومغناطیس یاتاقان ها، به صورت معلق نگه داشته می شوند. این سیستم شامل سه بخش اصلی است: محرک های یاتاقان، سنسورهای موقعیت، کنترل کننده و الگوریتم کنترل.دستگاه های معمولی شامل دو یاتاقان شعاعی مغناطیسی و یک یاتاقان مغناطیسی کف گرد می باشند. این یاتاقان ها، شافت را در راستای پنج محور کنترل می کنند، دو محور مربوط به هر یاتاقان شعاعی است و محور پنجم در طول شافت قرار دارد. یاتاقان های مغناطیسی دارای اجزای ثابت و متحرک هستند که به ترتیب استاتور و روتور نامیده می شوند. استاتور یاتاقان های مغناطیسی شعاعی، به استاتور موتور های الکتریکی شباهت دارد.
استاتور یاتاقان
های شعاعی لایه لایه است، به این صورت که قطب های مغناطیسی آن از لایه های نازک
فلزی تشکیل شده است که بر روی هم قرار می گیرند و حلقه های سیم به دور قطب ها پیچیده
می شوند.
جریان الکتریکی کنترل شده که از سیم پیچ ها می گذرد، یک نیروی جاذب روی روتور فرو
مغناطیس ایجاد می کند و روتور را در فاصله هوایی به صورت معلق نگه می دارد. فاصله
هوایی معمولا حدود 0.5 میلیمتر در نظر گرفته می شود و در برخی کاربردهای خاص می
تواند به بزرگی 2 میلیمتر هم طراحی شود. روتور روی شافتی قرار می گیرد که در فاصله
هوایی است و لزومی ندارد که در مرکز قرار گیرد. این خاصیت از لحاظ کاربردی مفید
است. زیرا می توان فرسودگی شافت و هم چنین لرزش های آن را جبران کرد، مانند ماشین
های سنگ زنی که در طول کارکرد فرسوده می شوند. یک یاتاقان مغناطیسی کف گرد حرکت
محوری را کنترل می کند. روتور یاتاقان کف گرد، یک دیسک توپر آهنی است که به شافت
متصل شده و در یک فاصله مشخص از استاتور، در یک طرف یا هر دو طرف شافت، قرار می
گیرد. در حین کار، نیروهای الکترومغناطیسی تولید شده به وسیله استاتور، روی روتور
عمل کرده و حرکت محوری را کنترل می کنند. یاتاقان های مغناطیسی، هم چنین شامل
یاتاقان های کمکی هستند. کار اصلی این یاتاقان ها نگه داشتن شافت هنگام خاموش بودن
دستگاه است. این یاتاقان ها اجزای دستگاه را در هنگام قطع برق یا خرابی محافظت می
کنند. رینگ داخل یاتاقان های کمکی، از فاصله هوایی یاتاقان های مغناطیسی کوچکتر
است تا از آسیب دیدگی شافت در هنگام ارتعاش جلوگیری کند.
سیستم های کنترل:
سیستم کنترلی، جریان یاتاقان ها را
تنظیم می کند و در نتیجه نیروی یاتاقان ها را سامان می بخشد. حین فعالیت، سنسورهای
تعیین موقعیت طولی و شعاعی، داده های حرکت و مکان شافت را به کنترل کننده
می فرستند.این کنترل کننده موقعیت مطلوب و واقعی شافت را مقایسه کرده و نیروی لازم
را برای نگه داشتن شافت در موقعیت فعلی را محاسبه می کند و در صورت نیاز به تقویت
کننده، دستور تنظیم جریان، جهت کاهش یا افزایش شار مغناطیسی را می دهد. بخش های
اصلی سیستم کنترل، DSP (پردازش سیگنال های دیجیتال)، منبع تغذیه و
تقویت کننده ها هستند. به طور کلی هر چه دستگاه بزرگ تر باشد، تقویت کننده های
بزرگ تر باشد، تقویت کننده های بزرگ تری نیاز دارد. اندازه ی کنترل کننده نیز به
دینامیک بار مورد نیاز بستگی دارد که عموما در دستگاه های سنگین تر، بزرگ تر است. شافت
می تواند از طریق الگوریتم های تک ورودی- تک خروجی(SISO) و یا چند
ورودی- چند خروجی(MIMO) ، برای سرعت های بالا و کاربرد های مورد
نیاز، کنترل شود. کنترل کننده توسط سیگنال هایی با فرکانس 10 کیلو هرتز، موقعیت
دقیق شافت را اندازه گرفته و تحلیل می کند و سپس دستور مناسب را صادر می نماید. به
این ترتیب قابلیت کنترل دقیق یاتاقان هایی با حداکثر سرعت 100000 دور در دقیقه
فراهم می شود. یک مزیت قابل توجه تکنولوژی یاتاقان های مغناطیسی این است که کنترل
کننده، خود عمل نمایش شرایط کاری دستگاه را انجام می دهد. نرم افزارهایی مانندMBS ، اطلاعات
جزئی بسیاری را در مورد سلامت دستگاه مهیا کرده و برنامه ی نگهداری و مراقبت را
بهینه می کنند.این نرم افزار، ابزارهایی دارد که می تواندپارامترهای ورودی را
همساز کرده و تفاوت آن ها را قبل از شروع کار دستگاه بررسی کند.ابزارهای تصویری
آن، نمایش دهنده موقعیت جریان ها و نیروها به صورت لحظه ای و یک سیستم هشدار که
کلیه متغیر های سیستم را قبل و بعد از یک اتفاق غیر عادی در کنترل می گیرد، هستند.
این ابزارها مشاهده ی اطلاعات سیستم در شکل های مختلف جهت همسازی ورودی ها و
مشخصات دستگاه را امکان پذیر می سازد. سیستم ابزار تطابق پذیر AVC یک ابزار مهم
دیگر است. AVC نیروهای لازم برای از بین بردن ارتعاشات را
از دو راه حساب می کند. یک راه این است که به شافت اجازه می دهد که حول محور هندسی
اش بگردد. از این رو به طور دقیق جابجایی شافت را کنترل می کند و انحراف ناشی از
نامیزان بودن شافت را از بین می برد. این کاربرد در دقت های بالا مانند ماشین های
افزار مفید است. راه دیگر این است که شافت را حول محور گذرنده از مرکز جرم می
گرداند تا ارتعاشات منتقل شده به بدنه یا محفظه را تا 0.01 میلی متر کاهش دهد. این
طرح در پمپ های توربومولکولی و تجهیزات نیمه هادی بسیار ارزشمند است. AVC می تواند ضریب
اطمینان دستگاه را بالا ببرد و فاصله زمانی سرویس کردن دستگاه را کاهش دهد. این
ساختار تطبیقی، ارتعاشات را کاهش می دهد. حتی زمانی که موتور در طول زمان کهنه و
کثیف می شود با از بین بردن پردازش اغتشاشات می تواند محدوده عملکرد دستگاه را
گسترش بخشد.
ملاحظات طراحی:
هدف نهایی از طراحی یاتاقان های
مغناطیسی، چرخش بدون تماس و مطمئن، در کل محدوده سرعت دستگاه است. کاهش اندازه
سیستم های کنترل دیجیتال، یعنی راه حل با صرفه تر، و طراحی یاتاقان های مغناطیسی فشرده
به معنی تولید دستگاه های کوچکتر و قوی تر است.سرعت، بار و محیط کاری سه عامل اصلی
در توسعه ی سیستم یاتاقان های مغناطیسی هستند. استحکام مکانیکی شافت غالبا عامل
محدود کننده سرعت است.
ظرفیت استاتیکی (نیروی بیشینه ای که یاتاقان های مغناطیسی برای نگه داشتن شافت
تولید می کنند) تابعی از متغیر هایی مثل جریان تقویت کننده، مساحت قطب های
مغناطیسی، تعداد حلقه های سیم پیچ و ابعاد فاصله هوایی است. یک قاعده سر انگشتی
خوب این است که این مقدار را برابر 75 نیوتن بگیریم.
ظرفیت دینامیکی(محدوده ای که نیروی اعمالی یاتاقان های مغناطیسی تغییر می کند) فقط
با یک متغیر یعنی ولتاژ تقویت کننده مشخص می شود.به عنوان مثال یاتاقان مغناطیسی
150 نیوتنی به سیستمی با ولتاژ 40 ولت و جریان 2 آمپر متصل است. رفتن به محدوده
200 نیوتنی با افزایش تعداد حلقه های سیم پیچ ها و مساحت قطب های مغناطیسی، به
معنی افزایش ظرفیت استاتیکی است. اگر کنترل کننده ثابت بماند، در هر حال تاثیری
روی بار ظرفیت دینامیکی نخواهد داشت (فقط ظرفیت استاتیکی تغییر می کند) و توانایی
کنترل نامیزانی ها و سایر نیروهای دینامیکی ثابت می ماند. برعکس، تعویض یاتاقان
مغناطیسی 150 نیوتنی مورد نظر با یک یاتاقان 150 نیوتنی دیگر با سیستم کنترلی 50
ولتی 3 آمپری، ظرفیت دینامیکی سیستم را افزایش می دهد، اما تاثیری روی ظرفیت
استاتیکی ندارد.
کاربردهای مختلف:
طراحی منحصر به فرد و قابلیت های
گسترده ی بلبرینگ های مغناطیسی، موجب کاربردهای مختلف آن ها، به عنوان مثال، در
ساختن لایه های فابریک نیمه هادی ها و به ویژه در ساختن لایه های نازک سیلیکون، می
شود. بلبرینگ های مغناطیسی در این گونه کاربردها که به ارتعاش و لرزش بسیار
حساسند، می توانند موجب افزایش پایداری شوند.از آن جا که بلبرینگ های مغناطیسی
فاصله هوایی دارند، برای کارهای خاص بیولوژیکی استفاده می شوند. سلول های خونی یا
سایر مایعات می توانند از این فاصله هوایی، بدون هیچ گونه خسارتی عبور کنند.
کمپرسورهای سرد سازی، نمونه دیگری از کاربردهای مهم بلبرینگ های مغناطیسی هستند.
بلبرینگ های مغناطیسی می توانند در سرعت های بالا که مورد نیاز مبرد های جدید است،
کار کنند و بر خلاف بلبرینگ های معمولی که با روغن خنک می شوند، هیچ تاثیری از جهت
ایجاد آلودگی روی مبرد ندارند. بلبرینگ های مغناطیسی هم چنین می توانند به طور
دقیق عایق بندی شوند و لذا برای فرآیندهایی که با سیالات مخرب سر و کار دارند،
قابل توجه هستند.
مزیت بلبرینگ های مغناطیسی
بلبرینگ های
مغناطیسی بدون هیچ گونه تماسی کار می کنند. این منجر به خصوصیات ویژه ای می شود که
گستره کاربرد این بلبرینگ ها را وسعت می بخشد. برای کاربردهایی که دارای یکی از
خصوصیات زیر هستند، عموما بلبرینگ های مغناطیسی سودمند هستند.عدم نیاز به روغن
کاری: سیستم های روغن کاری برای بقیه انواع یاتاقان ها، گران قیمت، غیر قابل
اطمینان و غیر ایمن هستند. روان کننده ها برای محیط زیست خطر آفرین هستند. روان
کننده ها برای محیط زیست خطر آفرین هستند و دور ریختن آنها هم معضل دیگری است. در
صورتی که هیچ کدام از این موارد برای یاتاقان های مغناطیسی مطرح نیست.ایمنی:این
بلبرینگ ها از لحاظ ایمنی قابل مقایسه با موتورهای الکتریکی هستند و معقول است که
انتظار داشته باشیم عمری حدود 15 تا 20 سال داشته باشند. سیستم کنترلی آنها هم یک
عمر پایدار نسبی پنج ساله دارد که قابل مقایسه با عمر اجزای الکتریکی معمولی است.
کاربرد در خلا: محیط های با خلا زیاد برای خنک کننده ها، محیط های ناسازگاری برای
فعالیت هستند.
بسیاری از سیستم ها در خلا های بالا تا(10-16 torr) به شدت به
آلودگی خنک کننده های با شرایط متغیر، حساس هستند.ارتعاش کم: بلبرینگ های مغناطیسی
برای کاربردهایی که به ارتعاشات دستگاه حساس هستند، بسیار مناسب هستند.اندازه گیری
نیرو: کنترل کننده می تواند مقدار و جهت نیروی بلبرینگ ها را با اندازه گیری جریان
و موقعیت آن اندازه بگیرد که این خصوصیت بسیار ویژه ای برای طراحان است. این
نیروها با دقت 5 درصد قابل اندازه گیری هستند.کنترل موقعیت محور: چون سنسورها
موقعیت شافت را نمایش می دهند، سیستم کنترلی می تواند موقعیت آن را بر حسب
اطلاعاتی که از سنسورها می گیرد، تغییر دهد. به عنوان مثال، سیستم کنترل می تواند
با جبران سازی موقعیت طولی، شافت را طی کار تثبیت کند.
دقت: کنترل دقیق می تواند، جابجایی شافت را در اثر نامیزانی ها از بین ببرد، که این
کار با استفاده از سیستم کنترلی تطبیقی (Adaptive) انجام می شود. جابجایی شافت در همان سرعت
می تواند تا حدود یک میلیمتر کاهش پیدا کند که برای ماشین های ابزار برش، بسیار
قابل توجه است.عملیات غوطه وری: بلبرینگ های مغناطیسی می توانند به طور مستقیم در
داخل سیال کار کنند و نیاز به آب بندی ندارند که این مورد، هزینه دستگاه را کاهش
می دهد. کاهش مصرف انرژی: بلبرینگ های مغناطیسی، نیروی اصطکاک را کاهش داده و
بازده دستگاه را افزایش می دهند. عدم نیاز به سیستم خنک کاری هزینه های مربوط به
پمپ ها و فن های سرد کننده را کاهش می دهد.نمایش شرایط کاری: بلبرینگ های مغناطیسی
قابلیت نمایش شرایط کارکرد را دارند. که این نیاز به وسایلی نظیر سنسورهای ارتعاشی
و یا شتاب سنج ها را از بین می برد. علاوه بر آن از طریق سیستم کنترلی بلبرینگ های
مغناطیسی به طور مستقیم شافت و سیال کاری قابل مشاهده است.
سرعت بالا: روغن کاری به علت سرعت زیاد مشکل است کاربرد زیادی دارد.
کنترل فاز: امروزه پردازشگرهای دیجیتالی کارهای بیشتری غیر از کنترل بلبرینگ های
مغناطیسی انجام می دهند و باعث افزایش مزیت بلبرینگ های مغناطیسی نسبت به بلبرینگ
های ساده می شود که از جمله آنها می توان کنترل فاز را نام برد. طرح هماهنگی شافت
با سیگنال های خارجی عملیات تطابق شافت را (فاز) تا 0.05 مقدار مرجعش در سرعت هایی
حدود 36000 دور در دقیقه موقعیت دهی می کند. کنترل فاز در عملیاتی مثل جداسازی
نوترون کاربرد دارد