كمهندس ، فأنت تعلم مدى أهمية أن تكون دقيقًا ودقيقًا وموثوقًا.
ولكن هل فكرت يومًا في مدى مساهمة محمل الكرة البسيط في هذه الصفات المهمة في مجموعة واسعة من الاستخدامات الهندسية؟ تستخدم الكرات في كل شيء من السيارات إلى المركبات الفضائية إلى الأجهزة الطبية إلى الروبوتات.
إنها تسمح للأجزاء بالتحرك بحرية وتقليل الاحتكاك بين الأجزاء المتحركة والثابتة.
سواء كنت طالب هندسة جديدًا أو مهندسًا متمرسًا يرغب في معرفة المزيد ، ستقدم لك هذه المقالة عالم المحامل الكروية وتشرح سبب أهميتها في العديد من مجالات الهندسة.
لذا اربطوا أحزمة الأمان ودعونا نبدأ هذه الرحلة الممتعة إلى عالم المحامل الكروية.
مقدمة في الكرات
تعريف رسمي:
يسمح المحمل المضاد للاحتكاك بالحركة الحرة بين الأجزاء المتحركة والثابتة عن طريق الكرات المحصورة بين الحلقات الخارجية والداخلية.
تعتبر المحامل الكروية جزءًا مهمًا من العديد من الصناعات ، مثل النقل والإلكترونيات والتصنيع وعملية تحويل الورق إلى أنواع مختلفة من الورق.
تتمثل مهمة المحمل الكروي في تقليل الاحتكاك ودعم الأحمال الشعاعية والمحورية.
يقوم بذلك باستخدام سباقين على الأقل لتثبيت الكرات في مكانها وتمرير الأحمال عبر الكرات.
في معظم الأحيان ، يكون أحد السباقات ثابتًا والآخر متصل بالتجميع أو العمود المتحرك.
عندما تدور الحلقة الداخلية ، تتدحرج الكرات حول مضمار السباق الداخلي.
الحلقة الخارجية ، من ناحية أخرى ، تبقى ثابتة.
تعمل حركة التدحرج هذه على تقليل الاحتكاك وتجعل الحركة سلسة.
كيف تعمل الكرات
الفكرة وراء المحمل بسيطة: من الأفضل أن تتدحرج الأشياء بدلاً من الانزلاق.
تقلل المحامل الاحتكاك باستخدام كرات معدنية ناعمة أو بكرات وأسطح معدنية ملساء على كل من داخل وخارج المحمل.
هذه الكرات أو البكرات "تتحمل" الوزن ، مما يتيح للجهاز الدوران بسهولة.
تصنع معظم الكرات من خلال تجميع أربعة أجزاء:
- حلقة خارجية كبيرة (أو ممر سريع خارجي لا يتحرك).
- حلقة داخلية أصغر (أو مجرى مائي داخلي دوار) متصلة بالتجميع أو العمود الدوار.
- صفوف من الكرات عالقة بين مجاري حلقتين.
- قفص أو فاصل يحافظ على الكرات في مكانها ويمنعها من ملامسة بعضها البعض.
الأنواع الشائعة للمحامل الكروية
بناءً على كيفية صنعها ، هناك نوعان من الكرات:
- أنواع كونراد: تحتوي هذه المحامل على صف واحد من الكرات بين مجاري السباق.
يمكنهم التعامل مع كل من الأحمال الشعاعية والمحورية ، لكن مقدار الحمل المحوري الذي يمكنهم تحمله يكون عادةً محدودًا.
أنواع السعة القصوى: تحتوي هذه المحامل على كرات أكثر من أنواع Conrad ، لذا يمكنها التعامل مع الأحمال الثقيلة في الاتجاه الشعاعي.
لكنها ليست جيدة في التعامل مع الأحمال المحورية.
يمكن أيضًا تقسيم المحامل الكروية إلى ثلاثة أنواع بناءً على مقدار الوزن الذي يمكن أن تحمله.
- المحامل الشعاعية: تدعم هذه المحامل الأحمال المتعامدة على محور الدوران.
- محامل الدفع: تدعم هذه المحامل الأحمال الموازية لمحور الدوران وتسمى الأحمال المحورية.
يمكن أن تدعم محامل الاتصال الزاوي كلاً من الأحمال الشعاعية والمحورية في نفس الوقت.
اكتشف إثارة الكرات في الهندسة
لا يزال من الصعب فهمها؟ اسمحوا لي أن أغير وجهة النظر قليلاً:
تريد أن تجعل عملك الهندسي أكثر إثارة للاهتمام؟ هل تريد أن تجعل مشروعك الأخير أكثر إثارة للاهتمام؟ حسنًا ، نحن نعرف تمامًا ما يجب فعله: انسَ أمر الخوارزميات المعقدة والمواد الجديدة والتكنولوجيا المتطورة.
لا ، محمل كروي جيد الطراز هو كل ما تحتاجه لزعزعة الأشياء حقًا.
نعم ، تلك المجالات الصغيرة التي تسمح بحرية الحركة بين الأجزاء التي تتحرك والأجزاء التي لا تتحرك.
تبدو مملة ، أليس كذلك؟ حسنًا ، أنت مخطئ.
لأنه ، كما نحن على وشك اكتشاف ذلك ، قد تكون الكرات الجزء الأكثر إثارة للسخرية في عالم الهندسة.
حسنًا ، كانت هذه مجرد مزحة لتبدو وكأنها إعلان تلفزيوني.
الآن دعنا نعود إلى الشرح.
مكونات وأنواع الكرات
أنواع الكرات
المحامل الكروية هي مجموعات ميكانيكية تتكون من أجزاء متدحرجة ، وفي معظم الأحيان ، من أجناس داخلية وخارجية.
يمكن استخدامها للأعمدة التي تدور أو تتحرك في خط مستقيم.
هناك أنواع مختلفة من الكرات ، ولكل منها ميزاتها واستخداماتها.
- محامل كريات ذات أخدود عميق.
النوع الأكثر شيوعًا من محمل الكرة هو النوع ذو الأخدود العميق.
لديهم أخاديد عميقة للمجاري المائية ، والحلقات الداخلية والخارجية لها أقواس دائرية أكبر قليلاً من الكرات.
يتيح هذا التصميم للمحامل التعامل مع كل من الأحمال الشعاعية والمحورية والعمل بسرعات عالية أثناء حمل أحمال محورية محدودة أو أحمال دفع أو كليهما.
يمكن استخدام محامل كريات الأخدود العميق في العديد من الأشياء المختلفة ، مثل المراوح والمحركات والآلات الصناعية وعجلات السيارات والأدوات المنزلية.
محامل كروية بملامسة زاويّة.
تعتبر محامل الكرة الملامسة الزاوية جيدة للأحمال المشتركة حيث يلزم نقل كل من القوى الشعاعية والمحورية.
إنها مصممة للتعامل مع كل من الأحمال الشعاعية والدفع ، مما يجعلها مثالية للحالات التي يكون فيها كلا النوعين من الأحمال شائعًا.
يمكن أن تأخذ هذه المحامل قدرًا كبيرًا من القوة في اتجاه واحد ، ويتم تركيب بعض المحامل أحادية الصف في أزواج لتحقيق أقصى استفادة منها.
غالبًا ما تستخدم في المضخات والضواغط والمحركات الكهربائية والزراعة والصناعات الكيماوية والصناعات العامة والمرافق والعديد من التطبيقات الصناعية الأخرى.
- محامل كروية تتماشى مع نفسها.
أفضل طريقة لامتصاص القوى الشعاعية هي باستخدام محامل كروية ذاتية المحاذاة.
إنها مصنوعة من صفين من الكرات ومسار سباق لجميع الكرات الموجودة في الحلقة الخارجية.
يسمح هذا التصميم الفريد للمحمل بالمحاذاة الذاتية وتعويض أي اختلال بين العمود والإسكان.
هذا يقلل من احتمالية تسبب المحاذاة الخاطئة في حدوث ضرر.
غالبًا ما تستخدم محامل الكرات ذاتية المحاذاة في أشياء مثل المطابع وآلات النسيج وأدوات الزراعة.
- محامل عزم الدوران.
يتم تصنيع محامل كريات الدفع للعمل مع الأحمال التي تدفع في نفس اتجاه محور المحمل.
يمكنهم التعامل مع الأحمال المحورية لأن لديهم جزء متدحرج إما كرة أو أسطوانة.
في معظم الأحيان ، تُستخدم هذه المحامل في أشياء مثل عمليات نقل السيارات وأنظمة الطيران والأدوات الآلية.
- الكرات المصنوعة من السيراميك.
تصنع الكرات الخزفية بنفس طريقة تصنيع الكرات الفولاذية ، ولكن بدلاً من الكرات الفولاذية ، تستخدم الكرات المصنوعة من نيتريد السيليكون الخزفي (Si2N4).
تعتبر محامل الكرات الخزفية أفضل من محامل الكرات الفولاذية في عدد من الطرق ، بما في ذلك أنها أسهل في التدحرج لأن أسطحها أكثر سلاسة وأحجامها أكثر اتساقًا.
كما أنها أكثر متانة لأنها أقوى من الفولاذ ، كما أنها تفقد طاقة أقل بسبب الاحتكاك الأقل ، مما يتيح تشغيل المعدات بشكل أكثر كفاءة ولفترة أطول.
غالبًا ما تستخدم محامل الكرة الخزفية في التطبيقات عالية الأداء مثل الفضاء ، وسيارات السباق ، والآلات الصناعية المتطورة.
مكونات الكرات
تتكون المحامل الكروية من ثلاثة أجزاء رئيسية: حلقة داخلية وحلقة خارجية وشيء يتدحرج.
الجزء الذي يتحرك هو إما كرة أو أسطوانة ، ويتحرك على طول مسار السباق أو المسار المكون في الحلقات الخارجية والداخلية.
يمنع حاجز الكرة أو فاصلها الكرات من الاحتكاك ببعضها البعض ، حتى تتمكن من التحرك بحرية.
تحمل الكرات الكرات في مكانها وتمرر الأحمال عبرها باستخدام سباقين على الأقل لتثبيت الكرات في مكانها.
يرتبط أحد السباقين بالجزء الذي يدور (مثل العمود أو المحور) ، والآخر ثابت (مثل السكن).
تتميز المحامل الكروية باحتكاك منخفض جدًا لأنها تستخدم احتكاكًا متدحرجًا بدلاً من الاحتكاك المنزلق.
تصنع الحلقات والمحامل الكروية بدرجة عالية من التحمل والاستدارة ، وهي مصقولة كثيرًا لجعل الدوران سلسًا.
هذا يقلل من عزم الدوران أو مقاومة الانعطاف الناتجة عن الاحتكاك.
يؤثر استخدام المحمل أيضًا على مدى اتساعه.
على سبيل المثال ، يتم استخدام محامل المقاطع الرفيعة عندما لا يكون هناك مساحة كبيرة.
يتم الاحتفاظ بالفرق في القطر والعرض بين الأجناس الخارجية والداخلية إلى أدنى حد ممكن.
هذا يجعل من الممكن عمل تصميمات صغيرة.
تصنيع وصيانة الكرات
تصنيع الكرات
تعتبر المحامل الكروية جزءًا مهمًا من الكثير من الآلات والأدوات الصناعية التي تدور ، مثل عجلات السيارة ومغازل أدوات الماكينة والمضخات.
معظم الكرات مصنوعة من فولاذ الكروم عالي الكربون ، والذي يسمى أيضًا فولاذ الكروم ، لأنه غير مكلف ويدوم لفترة طويلة.
ولكن يمكن أيضًا تصنيع المحامل من أشياء مثل الفولاذ المقاوم للصدأ أو السيراميك أو البلاستيك أو حتى الزجاج.
تصنع المحامل الكروية في عملية تتضمن خطوات مثل التشكيل ، والقطع ، والغسيل ، وإزالة المغناطيسية ، والمعالجة الحرارية ، والطحن ، والشحذ ، واللف ، وتجميعها معًا.
الخطوة الأولى هي قطع سلك أو قضيب إلى رخويات ، وهي قطع صغيرة.
كمية المواد اللازمة للسبائك هي أكثر قليلاً مما هو مطلوب للمحمل الكروي النهائي.
ثم يتم تحويل البزاقة إلى كرة من خلال سلسلة من خطوات الطحن والتلميع.
بعد ذلك ، يتم معالجة الكرات بالحرارة لجعلها أقوى.
الخطوات الأخيرة هي الطحن واللف ، والتي تعطيها الحجم النهائي والتشطيب.
عادةً ما يكون قفص الكرات مصنوعًا من الفولاذ الرقيق ، لكن بعض المحامل تستخدم الآن أقفاصًا مصنوعة من البلاستيك المقولب لأنها أرخص وتسبب احتكاكًا أقل.
لكن الأقفاص البلاستيكية تُستخدم غالبًا في التطبيقات ذات التحميل المنخفض والسرعة المنخفضة ، بينما لا تزال الأقفاص الفولاذية تستخدم على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الصناعية.
يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 440C ، بالإضافة إلى أنواع أخرى من الفولاذ المقاوم للصدأ والسيراميك والزجاج أيضًا في صنع كرات تحمل.
تعتبر الكرات الخزفية جيدة للاستخدام في البيئات شديدة التآكل أو ذات درجات الحرارة العالية جدًا.
الأنواع المختلفة من البلاستيك جيدة إلى جيدة جدًا في مقاومة التآكل ، لكنها جيدة فقط للحمل المنخفض والسرعة المنخفضة.
صيانة واستبدال المحامل الكروية
تحدث مشكلات وفشل المحامل في كثير من الأحيان ، ولكن يمكن إيقافها أو إصلاحها من خلال اتخاذ بعض الخطوات.
عادة ما يكون للمحامل الكروية مشاكل في التزييت ، ودرجات الحرارة المرتفعة ، والتلوث ، والمناولة غير الصحيحة والتركيب ، والحمل الزائد ، وعدم المحاذاة ، والتركيب السيئ ، والتآكل.
لمنع حدوث هذه المشكلات الشائعة ، يجب عليك تشحيم الماكينة بالطريقة التي يخبرك بها المصنع.
يجب فحص الأختام بشكل متكرر للتأكد من أنها ليست مكسورة أو لا تعمل.
تأكد من محاذاة العمود ومبيت المحمل بشكل صحيح لتجنب المحاذاة غير الصحيحة.
تأكد من أن المحمل مناسب تمامًا للعمود بالحجم الصحيح.
يجب إجراء فحوصات الصيانة على أساس منتظم للعثور على أي مشاكل قبل أن تزداد سوءًا.
يمكن أن تساعدك العديد من الأصوات والإشارات في معرفة ما إذا كان محمل الكرة مكسورًا.
العلامة الأكثر شيوعًا هي صوت طحن خشن قادم من محمل العجلة والذي يتغير اعتمادًا على مدى سرعة السيارة.
تشمل الأصوات الأخرى أصوات الطنين أو الهدير أو الهدير التي ترتفع أعلى عند زيادة سرعة السيارة أو انعطافها.
يمكن أن يتسبب محمل العجلة السيئ أيضًا في إحداث ضوضاء مثل النقيق أو الصرير أو الهدر الذي يحدث في دورات.
هناك علامات أخرى على محمل الكرة السيئ إلى جانب صوته.
بعض هذه الأشياء تلعب كثيرًا عندما تتأرجح العجلة من جانب إلى آخر ، وتكون السيارة فضفاضة للغاية ، وعجلة القيادة تسحب ، والسيارة تصبح ساخنة للغاية.
عندما يكون المحمل مهترئًا جدًا وعلى وشك الانهيار ، قد تلاحظ أيضًا أن السيارة لا تتعامل جيدًا أو أن الإطارات تتآكل في أماكن مختلفة.
تعتمد تكلفة استبدال محمل الكرة على طراز السيارة وطرازها ، ومكانها ، ومقدار رسوم الميكانيكي.
عادة ما يتكلف المحمل نفسه ما بين 50 دولارًا و 200 دولارًا ، اعتمادًا على النوع والجودة (وقت كتابة هذا التقرير).
اعتمادًا على مدى صعوبة المهمة ومقدار رسوم الميكانيكي في الساعة ، يمكن أن تضيف تكاليف العمالة 100 دولار إلى 200 دولار إلى التكلفة الإجمالية.
أيضًا ، إذا غيّر الاستبدال طريقة محاذاة السيارة ، فقد تحتاج إلى خدمة محاذاة إضافية ، والتي يمكن أن تكلف ما بين 60 و 100 دولار.
إذا لم يكن لديك الكثير من الخبرة في إصلاح السيارات ، فلا يجب أن تحاول استبدال محمل الكرة بنفسك.
فوائد وتطبيقات المحامل الكروية
تستخدم المحامل الكروية كثيرًا في الهندسة عند الحاجة إلى حركة سلسة ودقيقة.
تقليل الاحتكاك وزيادة الكفاءة
أكبر فائدة للمحامل الكروية هي أنها تقلل الاحتكاك وتجعل الأشياء تعمل بكفاءة أكبر.
تتميز المحامل الكروية بمعامل احتكاك أقل من المحامل المنزلقة ، مما يعني أنها تحتاج إلى طاقة أقل للعمل.
وهذا يجعلها مثالية للاستخدامات عالية السرعة في صناعات مثل الآلات والسيارات والسفر عبر الفضاء.
نظرًا لوجود احتكاك أقل ، تقل الحرارة الناتجة عن التلامس بين الأسطح.
هذا يعني أن المحامل تآكل أقل وتستمر لفترة أطول.
تحسين الأداء والمتانة
يمكن للمحامل الكروية أن تجعل المعدات تعمل بشكل أفضل وتستمر لفترة أطول عند استخدامها فيها.
إنها تحافظ على المعدات من التلف عن طريق تقليل الاحتكاك والاهتزازات التي يمكن أن تتلفها بمرور الوقت.
نظرًا لأن المحامل الكروية تقلل من التآكل ، فإنها تقلل أيضًا من الحاجة إلى صيانة المعدات واستبدالها ، مما يوفر الوقت والمال.
من غير المحتمل أيضًا أن تنكسر المحامل الكروية لأن تصميمها يوزع الحمل بالتساوي عبر العناصر المتدحرجة.
تطبيقات الكرات
تستخدم المحامل الكروية في مجموعة واسعة من المهام الهندسية ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر:
تستخدم المحامل الكروية في أجزاء مختلفة من السيارات ، مثل المحركات وناقل الحركة والعجلات.
تستخدم المحامل الكروية في المحركات ومعدات الهبوط وأنظمة التحكم في الطائرات في صناعة الطيران.
تُستخدم المحامل الكروية في الأدوات الآلية والمضخات والمحركات الكهربائية في صناعة الآلات.
في صناعة الروبوتات ، يتم تصنيع المفاصل والمحركات باستخدام محامل كروية.
- المعدات الطبية: تستخدم الكرات في المعدات الطبية المختلفة ، مثل مثاقب الأسنان وآلات التصوير بالرنين المغناطيسي.
مفصلات واضعا الكرة
تستخدم الكرات أيضًا في البناء ، خاصة في شكل مفصلات محامل كروية.
تجعل المحامل الخفية بين مفاصل هذه المفصلات من السهل فتح وإغلاق الأبواب بأقل احتكاك.
هذا مفيد بشكل خاص للأبواب الثقيلة ، مثل تلك الموجودة في المدخل أو تلك التي تغلق نفسها تلقائيًا.
مفصلات الكرات هي مفصلات شديدة التحمل تميل إلى أن تدوم لفترة أطول من المفصلات العادية.
وهذا يجعلها الخيار الأفضل للاستخدامات التجارية حيث تكون المتانة مهمة.
ما هو تحمل؟ أنواع المحامل وكيف تعمل؟
نصيحة: قم بتشغيل زر التسمية التوضيحية إذا كنت بحاجة إليه. اختر "ترجمة آلية" في زر الإعدادات ، إذا لم تكن معتادًا على اللغة المنطوقة. قد تحتاج إلى النقر فوق لغة الفيديو أولاً قبل أن تصبح لغتك المفضلة متاحة للترجمة.
خاتمة
عندما ننتهي من تعلم المحامل الكروية ، يجدر بنا أن نتوقف لحظة للتفكير في مدى تغيير هذه الأجزاء الصغيرة لعالم الهندسة.
قد تبدو وكأنها أجزاء صغيرة عادية ، ولكن الكثير من الآلات والأجهزة التي نستخدمها كل يوم لن تعمل بدونها.
الكرات هي الأبطال المجهولين للهندسة الحديثة.
يتم استخدامها في كل شيء من محرك سيارتك إلى حركات الروبوت الجراحي.
لذا في المرة القادمة التي ترى فيها محمل كروي ، توقف للحظة وفكر في مدى مساعدته في جعل عالمنا أعجوبة تكنولوجية.
وبينما تستمر في دفع حدود ما هو ممكن في عملك الهندسي ، دع المحمل الكروي البسيط يذكرك بمدى قوة حتى أصغر الأجزاء والأجزاء الأقل أهمية.
مشاركه فى…
