محمل
المحمل أو المدحرجات bearing، هو أداة ميكانيكية تسمح بحركة مقيدة نسبيا بين جزئين أو أكثر، وخصوصا الحركة الدورانية أو الخطية. وتصنف المحامل وفقا للحركات التي تسمح بها ووفقا لمبدأ عملها بالإضافة إلى اتجاهات الأحمال المطبقة التي تتعرض لها.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
التاريخ
الفترة الصناعية
تستخدم المحامل البسيطة (en) السطوح في التلامس الاحتكاكي، وبوجود المزلق غالبا مثل الزيت أو الغرافيت. قد يكون المحمل البسيط جهازا منفصلا أو غير منفصل. وقد لا يكون أكثر من سطح تلامس لثقب مع وجود محور يمر عبره، أو سطح مستوي يحمل سطحا آخر (في هذه الحالة لا يشكل جهازًا)، وقد يكون طبقة من معدن مصهورة على المادة أو بشكل جزء أنبوبي معدني منفصلا. وبوجود المزلق المناسب، تقدم المحامل البسيطة دقة مقبولة، ومدة حياة، واحتكاك عند كلف صغيرة. ولهذا شاع استخدام المحامل البسيطة.
وهناك الكثير من التطبيقات التي يمكن باستخدام محامل مناسبة أكثر أن تحسن الفعالية والدقة والسرعة، والوثوقية، والحجم والوزن.
ولهذا يوجد العديد من أنواع المحمال، وبأشكال ومواد ومزلقات ومبادئ عمل متنوعة. مثلا، تستخدم المحامل ذات العناصر الدحروجية (en) الكرات أو الأسطوانات التي تتدحرج بين الأجزاء لتقليل الاحتكاك مما يسمح بتسامحات أقل فتزيد الدقة أكثر من المحامل البسيطة، وتقليل الاهتراء يزيد من مدة بقاء الآلة دقيقة في عملها. تصنع المحامل البسيطة عموما من مختلف أنواع المعادن أو اللدائن بحسب الأحمال، ومدى اتساخ والتآكل في بيئة العمل. بالإضافة إلى أن الاحتكاك في المحامل قد يتعدل على نحو كبير وفقا لنوع وطريقة استخدام المزلق. مثلا قد يحسن المزلق من الاحتكاك في المحمل ومدة عمره، ولكن في العمليات الغذائية يمكن تزليق المحمل باستخدام مزلق آمن غذائيا لتجنب تلوث الغذاء، وفي بعض الظروف، قد تدور المحامل دون مزلق لأن التزليق المستمر غير مجد، وتجذب المزلقات الأوساخ التي قد تضر بالمحامل.
الأنواع
يوجد 6 أنواع شائعة للمحامل:
- المحمل البسيط (en) ويعرف أيضا بمزيد من التخصيص: جلبة (bushings)، محمل انزلاقي، محمل بجلبة.
- المحامل ذات العناصر الدحروجية (en) مثل محمل ذو كريات والمحامل الدحروجية.
- محمل ذو جواهر (en).
- محمل ذو مائع (en) يقوم فيه الغاز أو السائل بحمل الأحمال.
- محمل مغناطيسي (en) يقوم حقل مغناطيسي بحمل الأحمال.
- محمل انثنائي (en).
الحركات
الحركات التي تسمح بها المحامل هي:
- الدوران المحوري.
- الحركة الخطية، مثل الجارور.
- الحركة الكروية، مثل المفصل الكروي.
- الحركة المفصلية، مثل الأبواب، والمفصل والركبة.
الاحتكاك
إن تقليل الاحتكاك في المحامل هو مهم من أجل الكفاءة، من أجل تقليل الاهتراء وليتيح الاستخدام المطول عند سرعات عالية لتجنب التسخين الزائد وانهيار المحامل السابق لأوانه. يمكن للمحمل أن يقلل من الاحتكاك بفضل شكله، ومواده، وبوجود مائع بين السطوح أو بفصل السطوح بحقل مغناطيسي.
- الشكل، حيث يعطي الشكل الكروي أو الأسطواني ميزة تقليل الاحتكاك، أو بتشكيل المحامل الانثنائية.
- المواد، يستغل طبيعة المادة المستخدمة في المحمل. مثلا تستخدم اللدائن في المحامل لتقليل الاحتكاك في السطوح.
- المائع، يستغل اللزوجة المنخفضة لطبقة من المائع مثل المزلق أو كوسط مضغوط لإبقاء السطحين الصلبين دون تلامس، أو بإنقاص القوى الناظمية بينها.
- الحقل، يستغل الحقول الكهرومغناطيسية مثل الحقول المغناطيسية لإبقاء السطحين الصلبين دون تلامس.
جمع لهذه الوسائل يمكن استخدامها في المحمل ذاته. مثال عن ذلك هو استخدام القفص من اللدائن، ويفصل بين المدحرجات، مما يقلل من الاحتكاك بفضل شكلها درجة إنهائها.
الأحمال
تتفاوت المحامل جدًا وفقا لاتجاه القوى ومقدارها الذي تتحمله.
تكون القوى قطرية، أو محورية (محمل دفعي (en)) أو عزوم الانحناء العمودية على المحور الأساسي.
السرعات
المحامل المختلفة لها حدود سرعة عمل مختلفة. وتحدد السرعة النموذجية للمحمل بسرعات السطوح النسبية العظمى، وتحدد غالبا بـ م/ثا. يوصّف أداء المحامل الدورانية بدلالة جداء DN حيث D هو قطر المحمل (مم) وN هو معدل الدوران (دورة بالدقيقة).
يوجد معدلات سرعة معتبرة ومتداخلة بين أنواع المحامل. المحامل البسيطة عموما تدور بسرعات منخفضة، المحامل الدحروجية تكون أسرع، يتبعها المحامل المائعة وآخرًا المحامل المغناطيسية والتي تكون محدودة أساسا بقوة الجذب المركزي المتغلبة على مقاومة المادة.
العمل
تتعرض المحامل في بعض التطبيقات إلى أحمال في مختلف الاتجاهات وتقبل خلوصًا محدودًا فقط عند تغير الحمل المطبق. أحد مصادر الحركة هو الفراغات أو التخلخل في المحمل. مثلا المحور ذو قطر 10 مم مركب في ثقب 12 مم يكون الخلوص 2 مم.
يتفاوت الخلوص المسموح تفاوتا كبيرًا وفقا للاستخدام. مثلا، يتحمل دولاب العربة اليدوية الصغيرة أحمالا قطرية ومحورية. قد تكون الأحمال المحورية مئات النيوتن يمنة أو يسرى، وهي قوى مقبولة من أجل الدولاب ليتمايل بمقدار 10 مم بتفاوت الأحمال. أما في المخرطة فقد نحدد انزياح أداة القطع بمقدار ±0.02 مم باستخدام لولب السحب (en) المحمول باستخدام محامل دورانية. وتتحمل المحامل أحمالا محورية تقدر بآلاف النيوتن في كلا الاتجاهين، ويجب أن تضبط لولب السحب بخلوص ±0.002 مم عند تلك الأحمال.
الجساءة
المصدر الثاني للحركة هو المرونة في المحمل نفسه. مثلا، الكرات في المحامل الدحروجية تشبه المطاط الصلب، فهي تتشوه تحت تأثير الأحمال فتتسطح قليلا. وكذلك مدرجة الكريات (Race) هي أيضا مرنة وتتشوه مكان ضغط الكرة عليها.
جسوءة المحمل هي كمية تفاوت المسافة بين الأجزاء التي يفصل بينهم المحمل مع تفاوت الحمل المطبق. فالجسوءة في المحامل ذات العناصر المتدحرجة تكون نتيجة انفعال الكرة ومدرجة الكريات. والجسوءة في المحامل المائعية هي كمية تفاوت ضغط المائع مع الفراغ أو الفجوة (عندما تكون محملة على نحو صحيح، تكون المحامل المائعية أجسأ من المحامل ذات العناصر الدحروجية).
حياة الخدمة
الصيانة والتزليق
الأنواع
هناك عدة أنواع مختلفة من المحامل:
| النوع | الوصف | الاحتكاك | الجساءة† | السرعة | العمر | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|---|---|
| محمل بسيط | Rubbing surfaces, usually with lubricant; some bearings use pumped lubrication and behave similarly to fluid bearings. | Depends on materials and construction, PTFE has coefficient of friction ~0.05-0.35, depending upon fillers added | Good, provided wear is low, but some slack is normally present | منخض إلى مرتفع جداً | Low to very high - depends upon application and lubrication | Widely used, relatively high friction, suffers from stiction in some applications. Depending upon the application, lifetime can be higher or lower than rolling element bearings. |
| محمل ذو عناصر دحرجة | Ball or rollers are used to prevent or minimise rubbing | Rolling coefficient of friction with steel can be ~0.005 (adding resistance due to seals, packed grease, preload and misalignment can increase friction to as much as 0.125) | Good, but some slack is usually present | Moderate to high (often requires cooling) | Moderate to high (depends on lubrication, often requires maintenance) | Used for higher moment loads than plain bearings with lower friction |
| محمل ذو جواهر | Off-center bearing rolls in seating | منخفض | Low due to flexing | منخفضة | Adequate (requires maintenance) | Mainly used in low-load, high precision work such as clocks. Jewel bearings may be very small. |
| محمل ذو مائع | Fluid is forced between two faces and held in by edge seal | الاحتكاك صفر عند السرعة صفر، منخفض | Very high | مرتفعة جداً (usually limited to a few hundred feet per second at/by seal) | Virtually infinite in some applications, may wear at startup/shutdown in some cases. Often negligible maintenance. | Can fail quickly due to grit or dust or other contaminants. Maintenance free in continuous use. Can handle very large loads with low friction. |
| محمل مغناطيسي | Faces of bearing are kept separate by magnets (electromagnets or eddy currents) | Zero friction at zero speed, but constant power for levitation, eddy currents are often induced when movement occurs, but may be negligible if magnetic field is quasi-static | Low | No practical limit | Indefinite. Maintenance free. (with electromagnets) | Active magnetic bearings (AMB) need considerable power. Electrodynamic bearings (EDB) do not require external power. |
| محمل انثنائي | Material flexes to give and constrain movement | منخفض جداً | Low | Very high. | Very high or low depending on materials and strain in application. Usually maintenance free. | Limited range of movement, no backlash, extremely smooth motion |
| †Stiffness is the amount that the gap varies when the load on the bearing changes, it is distinct from the friction of the bearing. | ||||||
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
انظر أيضاً
المصادر
وصلات خارجية
- Comprehensive review on bearings, University of Cambridge
- How bearings work
- bearing
- Bearing lubricants
- Early bearing failure detection
- How to measure a bearing
- Choosing the correct bearing type
- Kinematic Models for Design Digital Library (KMODDL) - Movies and photos of hundreds of working mechanical-systems models at Cornell University. Also includes an e-book library of classic texts on mechanical design and engineering.
- Types of bearings, Cambridge University