لي على متابعة:
المحامل الكروية مقابل المحامل الدوارة، أيهما؟
تعتبر المحامل مكونات مهمة في جميع الآلات تقريبًا، حيث تساعدها على العمل بسلاسة عن طريق تقليل الاحتكاك بين الأجزاء المتحركة. هناك أنواع عديدة من المحامل (تقول الأسطورة أن هناك 470,000 نوع)، كل منها مصمم للتعامل مع ظروف التحميل المختلفة. تركز هذه المقالة على النوعين الرئيسيين: المحامل الكروية والمحامل الأسطوانية. واستنادًا إلى سنوات عديدة من الخبرة في تصنيع المحامل، يشرح Aubeearing تصميماتها المختلفة ويقارنها، ويقدم نصائح بناءة حول كيفية الاختيار بينها.
يبلغ قطر كلاً من الكرات و محامل تستخدم في مجموعة متنوعة من الآلات ذات الأجزاء الدوارة. غالبًا ما تساهم خصائصها بشكل كبير في التقدم التكنولوجي والاقتصادي في مجالات الهندسة المختلفة. يتيح توحيد المحامل إمكانية اختيار التصميم مباشرة من جدول المحامل في كتالوج المحامل الخاص بالشركة المصنعة. تحمل شركات التصنيع مثل SKF, NTN, تيمكين، الفقير، SCHAEFFLER, أوبيرنجوما إلى ذلك هي مصادر طبيعية لمعلومات الاختيار. في معظم الأحيان، يمكن للمصمم اختيار المنتجات التي تحمل المخزون لتصميمه مباشرة من الكتالوج. يساعد اختيار التصميم الشائع والمستخدم على نطاق واسع على تحقيق سهولة الاستخدام الأمثل ويوفر الحل الأكثر اقتصادا.
تُستخدم المحامل الكروية الصناعية في مجموعة متنوعة من الآلات ومعدات التصنيع لتحقيق حركة دورانية سلسة وفعالة. يتكون المحمل نفسه من حلقة خارجية وحلقة داخلية ومجموعة من الكرات الفولاذية وقفص يحافظ على توزيع الكرات بالتساوي. يتم تصنيع الحلقات الخارجية والداخلية عادةً من مواد متينة للغاية، مثل الفولاذ أو السيراميك، وهي مصممة لتحمل السرعات العالية والأحمال الثقيلة. توفر الكرات الفولاذية الموجودة داخل المحمل نقاط اتصال منخفضة الاحتكاك بين الحلقات الداخلية والخارجية، مما يسمح بالحركة بأقل قدر من المقاومة ويقلل الطاقة المفقودة بسبب الاحتكاك. يعمل قفص المحمل على الحفاظ على الموضع الصحيح للكرات، ومنعها من الاتصال ببعضها البعض وضمان التوزيع المتساوي للحمل. تخضع حركة التدحرج للأحمال المحورية والقطرية. تُستخدم المحامل الكروية بشكل شائع في التطبيقات عالية السرعة مثل المحركات الكهربائية وعلب التروس. راجع مقالتنا العامة حول محامل الكرة للحصول على المعلومات.
نوع واضعا الكرة
هناك نوعان أساسيان من المحامل الكروية، صف واحد أو صف مزدوج. الأكثر شيوعًا هي محامل الكرات ذات الأخدود العميق أحادية الصف، والتي تتكون من صف من الكرات التي تتحرك في مسار أخدود واحد. تتكون محامل الكرات ذات الصف المزدوج من صفين من الكرات في مجموعتين من المجاري المائية المحززة. يتكون كل من المحامل الكروية أحادية الصف ومزدوجة الصف من حلقات داخلية وحلقات خارجية وكرات وأقفاص. يمكن لكلا النوعين من المحامل التعامل مع الأحمال الشعاعية والمحورية العالية. تتوفر محامل الكرات ذات الأخدود العميق في كل من التطبيقات ذات السرعة المنخفضة والعالية، اعتمادًا على فئة التسامح والتشحيم والخلوص الداخلي ونوع الختم أو الحماية المحددة. توضح القائمة التالية الأنواع المختلفة من المحامل الكروية، ولكل منها خصائص فريدة واستخدامات محددة. تعتبر هذه المحامل حاسمة في العديد من التطبيقات بما في ذلك الأدوات الدقيقة والمحركات الصغيرة وعلب التروس ومحاور العجلات.
الكرات الأخدود العميق: محامل الكرات ذات الأخدود العميق هي النوع الأكثر شيوعًا. يمكنهم تحمل الأحمال الشعاعية والمحورية.
محامل الكرة الاتصال الزاوي: محامل كروية الاتصال الزاوي لديها خلوص محوري داخلي أعلى من المتوسط. يمكنهم تحمل الأحمال المحورية في اتجاه واحد والأحمال الشعاعية المعتدلة.
محامل كرياتية ذاتية المحاذاة: يمكن ضبط محامل الكرات ذاتية المحاذاة لأخطاء المحاذاة. يمكنهم تحمل الأحمال الشعاعية ولكن يمكنهم تحمل الحد الأدنى من الأحمال المحورية.
اقتحام الكرات: تم تصميم محامل الكرات الدفعية للأحمال المحورية العالية والأحمال الشعاعية التي لا تذكر.
محامل كروية مصغرة: المحامل الكروية المصغرة مناسبة لتطبيقات الأجهزة الدقيقة حيث تكون المساحة محدودة، مثل المحركات الصغيرة.
محامل كروية مزدوجة الصف: تحتوي محامل الكرات ذات الصف المزدوج على صفين من الكرات ويمكنها تحمل الأحمال الأعلى.
مزايا الكرات
انخفاض معامل الاحتكاك: الميزة الرئيسية لوجود منطقة اتصال كبيرة هي أن محمل الكرة يواجه احتكاكًا أقل بكثير بسبب حركة المجاري المائية الداخلية والخارجية. هذا يعني أن دوران الجزء يسير بسلاسة شديدة. وبالمثل، نحتاج فقط إلى إلقاء نظرة على لعبة تململ الدوار لفهم مدى جودة تعامل المحامل الكروية مع الحركة الدورانية. ولذلك، فإن المحامل الكروية هي الحل المفضل في التطبيقات التي تكون فيها السرعة وسهولة التشغيل أولوية.
يمكن أن تتحمل الأحمال الشعاعية والدفعية: ميزة فريدة أخرى للمحامل الكروية هي أنها يمكن أن تدور على محاور متعددة. هذا يعني أنها لا تتفاعل مع الأحمال الشعاعية فحسب، بل أيضًا مع أحمال الدفع. تعتمد كيفية دوران محمل الكرة على زاوية حمل الدفع. إن تعدد استخدامات المحامل الكروية يجعلها اختيارًا ممتازًا للمعدات التي لا يتم استخدامها وفقًا لمعايير صارمة، مثل الألعاب أو العناصر الأخرى الموجودة في المنزل.
تصميم مضغوط: تتطلب مساحة أقل ويمكن استخدامها في المؤسسات الصغيرة.
تعدد الاستخدام: مناسبة للأحمال الشعاعية والمحورية (الدفعية).
صيانة منخفضة: تتمتع بعمر خدمة طويل في التطبيقات ذات الأحمال المحورية المنخفضة وتتطلب صيانة أقل.
عيوب الكرات
عدم القدرة على تحمل الوزن الثقيل: على الرغم من أن المحامل الكروية لديها مساحة اتصال أصغر مع الحمل، مما يعني أنها تتعرض لضغط أقل بكثير، فإن هذا يعني أيضًا أن الحمل يصبح مركزًا. في الحالات القصوى، يمكن أن يتسبب ذلك في تشوه المحامل الكروية، وهو ما يعد مقدمة للفشل الكامل. لذلك، عادة ما يتم استخدام المحامل الكروية فقط في التطبيقات ذات الأحمال الصغيرة. بالنسبة للمعدات الصناعية، يفضل استخدام المحامل الأسطوانية. هناك نوع من محمل الكرات، يسمى محمل كروي كامل، يملأ المساحة بين المجاري المائية الداخلية والخارجية بأكبر عدد ممكن من الكرات. يمكن لهذا النوع من المحامل التعامل مع الأحمال الأعلى عن طريق توزيع الحمل على الكرات. ومع ذلك، فإن المحامل الكروية الكاملة تكون أيضًا عرضة للتآكل بسبب الاتصال المتكرر بين الكرات المجاورة.
المتانة: قد يتشوه تحت الأحمال الزائدة، مما يؤدي إلى تقصير عمر المحمل.
حساسية: عرضة للاختلال والصدمات الأحمال.
تحتوي المحامل الأسطوانية على عناصر درفلة أسطوانية أو مخروطية. تم تصميم هذا النوع من المحامل لتحمل الأحمال الشعاعية الثقيلة نظرًا لمساحة الاتصال الأكبر بين البكرات والمجاري المائية.
نوع تحمل الأسطوانة
توضح القائمة التالية أنواع المحامل الأسطوانية المختلفة ذات الخصائص المختلفة والتطبيقات المحددة. تلعب هذه المحامل دورًا حيويًا في سيناريوهات مختلفة مثل عجلات المركبات والآلات الثقيلة والتطبيقات التي تتطلب قدرة تحمل عالية. اقرأ مقالتنا العامة حول المحامل الأسطوانية لتتعلم.
محامل أسطوانية: تحتوي المحامل الأسطوانية على بكرات أسطوانية ذات حجم موحد على طولها. هذه المحامل مناسبة لحمل الأحمال الشعاعية الثقيلة ويمكن أن تعمل بسرعات عالية. يتم توجيه المحامل الأسطوانية بين الشفاه الموجودة على الحلقة الداخلية أو الخارجية. حتى عند إزالة الحلقات الحرة، يتم تثبيتها مع الحلقات التوجيهية بواسطة القفص. في النوع الأكثر شيوعًا من المحامل الأسطوانية، لا تحتوي الحلقة الحرة على شفة، بحيث يمكن في حدود معينة إزاحة حلقات المحمل محوريًا بالنسبة لبعضها البعض. إذا كان المحمل يدور، فإن هذا الإزاحة سيحدث بدون مقاومة، بشرط أن يكون معدل الإزاحة بطيئًا نسبيًا (مثل الإزاحة بسبب التمدد الحراري للعمود). الاحتكاك المنخفض للمحامل الأسطوانية يجعلها مناسبة للسرعات العالية نسبيًا، وغالبًا ما يتم استخدامها مع محامل كروية الاتصال الزاوي عالية السرعة في مغازل الماكينات عالية السرعة.
تناقص الأسطوانة المحامل: تتميز المحامل الأسطوانية المدببة ببكرات ومجاري مائية مدببة، مما يجعلها مثالية لمراكز المركبات وغيرها من التطبيقات ذات الأحمال العالية. المحامل الأسطوانية المدببة هي المحامل الأسطوانية الأكثر استخدامًا. يمكنهم تحمل القوى المحورية والقطرية الكبيرة. تتكون المحامل الأسطوانية المستدقة من حلقة خارجية وحلقة داخلية، بينما تتكون المحامل الكروية من حلقة خارجية وحلقة داخلية. يمكن تجميع الأسطوانات المدببة في خراطيش، ولكنها في أبسط أشكالها عبارة عن مكونين منفصلين، بينما يمكن فصل المحامل الكروية، والتي عادة ما تكون وحدة قائمة بذاتها.
تستخدم المحامل الأسطوانية المدببة بكرات مدببة مستقيمة تكون وجوهها النهائية على اتصال بشفة التوجيه الموجودة على الحلقة الداخلية. إن تفتق الأسطوانة ومسار الأسطوانة الدائري الداخلي لهما قمة مشتركة على محور المحمل. تم تصميم الحلقة الخارجية بمسار أسطوانة منحني قليلاً لمنع تحميل حافة الأسطوانات. على الرغم من تقليل التقارب بين البكرات والحلقة الخارجية، إلا أن إجهاد الحلقة الخارجية يكون أصغر من إجهاد الحلقة الداخلية. تحتوي الحافة التوجيهية للحلقة الداخلية على سطح كروي يتم الضغط عليه من خلال الأطراف الكروية للبكرات. كما هو الحال مع المحامل الكروية، فإن الضغط على الحافة يوجه الأسطوانات بشكل فعال. بعض الشركات المصنعة مثل Timken، FAG، NTN وSKF تجعل نهاية الأسطوانة مسطحة وتوجيه الحافة مخروطي الشكل. تنتهي الأسطوانة بعد ذلك بالاتصال بشفة الأسطوانة عند نقطتين فقط.
نظرًا لأن المحامل الأسطوانية المدببة قابلة للفصل، فإنها عادةً ما يتم تركيبها مقابل بعضها البعض بحيث يمكن أن يتكيف أحد المحامل مع الآخر. بعد التعديل، سيتم دائمًا ترك فجوة صغيرة جدًا في المحمل. تؤثر تغيرات درجة الحرارة في العمود على هذا التعديل وبالتالي على خلوص المحمل. لذلك، عادةً ما يتم استخدام المحامل الأسطوانية المدببة ذات الصف الواحد فقط عندما تكون المسافة قصيرة. تتمتع المحامل الأسطوانية المستدقة بقدرة حمل حمولة شعاعية عالية بالإضافة إلى قدرة حمل الحمولة المحورية في اتجاه واحد. تعتمد قدرة الدفع على زاوية البكرات. وكمقياس لهذه الزاوية (زاوية التلامس)، تكون عادة من 12 إلى 16 درجة. تتمتع بعض المحامل الأسطوانية المدببة للخدمة الشاقة بزوايا تلامس تتراوح بين 28-30 درجة.
في العديد من التطبيقات، يتم استخدام المحامل الأسطوانية المستدقة في أزواج متتالية لدعم القوى المحورية بالتساوي في أي من الاتجاهين. تستخدم المحامل الأسطوانية المدببة على نطاق واسع في محامل عجلات السيارات لحمل الأحمال الشعاعية والمحورية. تستخدم المحامل الأسطوانية المدببة بشكل شائع في التطبيقات الثقيلة. العديد من الصناعات المختلفة بما في ذلك المعدات الزراعية ومعدات البناء والتعدين وأنظمة المحاور وعلب التروس ومحركات المحركات ومخفضات التروس وأعمدة القيادة وصناديق محاور السكك الحديدية والتروس التفاضلية وتوربينات الرياح وجميع أنواع المقطورات.
محامل كروية: تتميز المحامل الكروية بوظيفة المحاذاة الذاتية التلقائية ويمكنها تحمل الأحمال الشعاعية الثقيلة والأحمال المحورية. إنها مثالية للتطبيقات التي تنطوي على اختلال المحاذاة أو انحراف العمود.
محامل إبرة الأسطوانة: تحتوي محامل الإبرة على بكرات رفيعة وطويلة وهي مناسبة للتطبيقات التي تكون فيها المساحة الشعاعية محدودة ولكن القدرة على حمل الحمولة مطلوبة.
محامل اقتحام: يمكن لمحامل الدفع أن تتحمل الأحمال المحورية الكبيرة وغالبًا ما تستخدم في الآلات الثقيلة مثل منصات الحفر والطاردات.
مزايا المحامل الدوارة
تحمل الأحمال الكبيرة: مساحة الاتصال الكبيرة التي توفرها المحامل الدوارة تسمح لها بتحمل الأحمال الأكبر دون تشوه أو فشل. وهذا يجعل المحامل الأسطوانية اختيارًا ممتازًا للمعدات الصناعية المصممة لحمل الأحمال الثقيلة أو التطبيقات الأخرى حيث لا يوجد مجال كبير للفشل.
تصاميم متنوعة: على عكس المحامل الكروية، يمكن أن تختلف هندسة البكرات باختلاف أنواع التشغيل. تم تصميم الأسطوانات الأسطوانية القياسية للأحمال الشعاعية البحتة، مما يوفر سعة تحميل أكبر على حساب القدرة على التعامل مع أي أحمال دفع.
محامل الإبرة هي اختلاف طفيف عن البكرات الأسطوانية بقطر أصغر بكثير. يتم استخدامه في التطبيقات التي تكون فيها المساحة الشعاعية صغيرة. توفر بكرات الإبرة أيضًا مساحة كبيرة من منطقة الاتصال، ولكنها تولد الكثير من الاحتكاك والاهتزاز لأنها تدور بسرعة كبيرة. لذلك، لا يمكن استخدامه إلا في المعدات التي تعمل بسرعات منخفضة ويمكنها تحمل كميات كبيرة من الاهتزازات.
تكون المحامل الأسطوانية المدببة مدببة من أحد الأطراف بدلاً من أن تكون أسطوانة مستقيمة طوال الوقت. وهذا يسمح للمحامل الدوارة بتحمل أحمال الدفع المحدودة. يتم تحديد نسبة الحمل الشعاعي إلى حمل الدفع الذي يمكن أن تتحمله الأسطوانة المدببة من خلال زاوية الأسطوانة. يمكن قبول ما يصل إلى 30 درجة، لكن معظم البكرات المدببة لها زوايا تتراوح بين 10 و16 درجة.
المتانة: قوي ومتين، يمكنه تحمل الأحمال الثقيلة دون تشوه.
أقل حساسية: مقاومة لأحمال الصدمات واختلال المحاذاة من المحامل الكروية.
عيوب المحامل الدوارة
قدرة محدودة على التعامل مع أحمال الدفع: على الرغم من وجود خيار لاستخدام الإصدارات المدببة، تظل الحقيقة أن المحامل الأسطوانية ليست مصممة في المقام الأول لأحمال الدفع. ولذلك، فإن الحركة التي تسمح بها المحامل الأسطوانية تكون مقيدة. وهذا يقلل من تعدد استخدامات المحامل الأسطوانية، وهو ما يفسر سبب قلة ظهورها في البيئات المنزلية.
عرضة للاختلال: المحامل من أي نوع، سواء كانت كروية أو مدحرجة، لديها قدر صغير من اللعب بين عناصر المحامل والمجاري المائية. يسمح هذا الخلوص الداخلي للعناصر المحملة بالتحرك بسلاسة على طول مجرى السباق. ومع ذلك، فإن هذا أيضًا يجعل من الممكن للعناصر الحاملة أن تنحرف عن موضعها الأصلي. محامل الكرات تتسامح مع اختلال الزاوية. هذا ينطبق بشكل خاص على المحامل الدوارة. في حين أن المحامل الكروية يمكنها التعامل مع اختلال المحاذاة حتى 0.004 بوصة، فقد تواجه المحامل الأسطوانية بالفعل صعوبة في الدوران عندما يتجاوز المحاذاة غير الصحيحة 0.001 بوصة. وهذا يعني أن المحامل الأسطوانية يجب أن يتم تصميمها بدقة أكبر، مما يجعل تصنيعها صعبًا ومكلفًا.
المقاس : عادة ما تكون أكبر وتتطلب مساحة ميكانيكية.
الدورية: قد تكون هناك حاجة إلى صيانة متكررة، خاصة في التطبيقات عالية السرعة بسبب زيادة الاحتكاك.
الفرق بين محامل الكرات والمحامل الدوارة
تم تصميم كل من المحامل الكروية والمحامل الأسطوانية لتقليل الاحتكاك الدوراني مع دعم الأحمال الشعاعية والمحورية. يكمن الاختلاف الأساسي بين المحامل الأسطوانية والمحامل الكروية في تصميمها الأساسي. الفرق الرئيسي بين المحامل الأسطوانية والمحامل الكروية هو أن العنصر المتداول عبارة عن بكرة أو كرة. عند مقارنة المحامل الكروية والمحامل الأسطوانية، هناك عدة عوامل تلعب دورًا.
نظرًا لانخفاض معامل الاحتكاك، فإن المحامل الكروية مناسبة بشكل عام للتطبيقات التي تتطلب تشغيلًا عالي السرعة.
تتمتع المحامل الأسطوانية بمساحة اتصال كبيرة وهي مثالية لتطبيقات الأحمال الشعاعية الثقيلة.
نظرًا لصغر منطقة التلامس، فإن سعة تحميل المحامل الكروية أقل من قدرة المحامل الأسطوانية.
تتشوه المحامل الكروية بشكل أقل تحت الحمل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الدقيقة.
معايير الاختيار
يعد اختيار المحمل الصحيح لتطبيق معين أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق الأداء الأمثل وعمر الخدمة. تعتمد معايير الاختيار بشكل أساسي على المعيارين التاليين:
نوع الحمولة والسعة: يجب أن تكون المحامل قادرة على تحمل أحمال محددة سواء كانت شعاعية أو محورية أو مجموعة من الأحمال. تستخدم المحامل الأسطوانية عادة للأحمال الشعاعية الثقيلة، بينما تستخدم المحامل الكروية للأحمال الخفيفة.
متطلبات السرعة: تلعب سرعة تشغيل التطبيق دورًا مهمًا. تعتبر المحامل الكروية الخيار الأول للتطبيقات عالية السرعة نظرًا لمقاومتها المنخفضة للاحتكاك. وتكون المحامل الكروية بشكل عام أكثر ملاءمة للتطبيقات التي قد تتطلب دورانًا عالي السرعة. لديهم معامل احتكاك أقل أثناء بدء التشغيل والتشغيل، مما يعني أنه يمكنهم الوصول إلى سرعات أعلى بمقاومة أقل.
من ناحية أخرى، تعتبر المحامل الأسطوانية أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب قدرات تحميل أعلى. وذلك لأن الاتصال الخطي (على عكس نقطة الاتصال في المحامل الكروية) يسمح بتوزيع الحمل على المحمل على نطاق واسع. من حيث الكفاءة، تميل المحامل الكروية إلى الحصول على ميزة طفيفة في تقليل الاحتكاك عند السرعات العالية. ومع ذلك، نظرًا لتصميمها، يمكن للمحامل الأسطوانية التعامل مع الأحمال الأكبر بكفاءة.
خلاصة
لقد تم استخدام المحامل منذ عقود وهي بلا شك واحدة من أهم المكونات الهندسية في البيئات الصناعية والتجارية والمنزلية. أنها توفر حركة دورانية سلسة ومتسقة وتمنع التآكل الناتج عن الاحتكاك. إن المحامل الكروية والأنواع المختلفة من المحامل الأسطوانية هي كل ما يحتاجه أي شخص لتوفير اتصال قابل للإزالة بين المكونات التي تحتاج إلى الدوران على طول أي محور.