محمل كروي

يستخدم محمل الكرات ذو التلامس الزاوي حلقات غير متناظرة محوريًا . يمر الحمل المحوري في خط مستقيم عبر المحمل، بينما يسلك الحمل القطري مسارًا مائلًا يعمل على فصل الحلقات محوريًا. لذا، تكون زاوية التلامس على الحلقة الداخلية مماثلة لتلك الموجودة على الحلقة الخارجية. تدعم محامل التلامس الزاوي الأحمال المركبة (الحمل في الاتجاهين القطري والمحوري) بشكل أفضل، ويجب أن تتناسب زاوية التلامس للمحمل مع النسب النسبية لكل منهما. كلما زادت زاوية التلامس (عادةً ما تتراوح بين 10 و45 درجة)، زاد الحمل المحوري المدعوم، ولكن انخفض الحمل القطري. في التطبيقات عالية السرعة، مثل التوربينات والمحركات النفاثة ومعدات طب الأسنان، تُغير قوى الطرد المركزي الناتجة عن الكرات زاوية التلامس على الحلقتين الداخلية والخارجية. تُستخدم مواد خزفية مثل نتريد السيليكون بشكل منتظم في هذه التطبيقات نظرًا لكثافتها المنخفضة (40% من كثافة الفولاذ). تُقلل هذه المواد بشكل كبير من قوة الطرد المركزي وتعمل بكفاءة في بيئات درجات الحرارة العالية. كما أنها تميل إلى التآكل بطريقة مشابهة للفولاذ المستخدم في صناعة المحامل، بدلاً من التصدع أو التكسر مثل الزجاج أو الخزف. تستخدم معظم الدراجات محامل ذات تلامس زاوي في سماعات الرأس لأن القوى المؤثرة على هذه المحامل تكون في الاتجاهين القطري والمحوري.

يستخدم محمل الكرات المحوري أو المحوري حلقات متوازية. ينتقل الحمل المحوري مباشرة عبر المحمل، بينما يكون الحمل القطري ضعيف الدعم ويميل إلى فصل الحلقات، مما يجعل الحمل القطري الأكبر عرضة لتلف المحمل .

في المحامل الشعاعية ذات الأخدود العميق ، تكون أبعاد حلقة المحمل قريبة من أبعاد الكرات التي تدور فيها. تتحمل المحامل ذات الأخدود العميق أحمالًا أعلى من تلك التي تتحملها المحامل ذات الأخدود الأقل عمقًا. وكما هو الحال في محامل التلامس الزاوي، تتحمل المحامل ذات الأخدود العميق أحمالًا شعاعية ومحورية، ولكن دون إمكانية اختيار زاوية التلامس لتحديد النسبة النسبية لقدرات تحمل هذه الأحمال.

تُستخدم الأنواع الأساسية المذكورة أعلاه من المحامل عادةً في طريقة الأزواج المُحمّلة مسبقًا ، حيث يتم تثبيت محملين بشكل محكم على طول عمود دوار بحيث يواجه كل منهما الآخر. يُحسّن هذا من الانحراف المحوري عن طريق تحميل الخلوص الطفيف اللازم بين كرات المحمل وحلقاته. كما يوفر التجميع ميزة توزيع الأحمال بالتساوي، مما يُضاعف تقريبًا سعة التحميل الكلية مقارنةً بالمحمل الواحد. تُستخدم محامل التلامس الزاوي دائمًا تقريبًا في أزواج متقابلة: يدعم التصميم غير المتماثل لكل محمل الأحمال المحورية في اتجاه واحد فقط، لذا يلزم وجود زوج متقابل إذا كان التطبيق يتطلب دعمًا في كلا الاتجاهين. يجب تصميم قوة التحميل المسبق وتجميعها بعناية، لأنها تُقلل من سعة القوة المحورية للمحامل وقد تُتلفها إذا طُبقت بشكل مفرط. قد تقوم آلية التجميع ببساطة بوضع المحامل معًا مباشرةً، أو فصلها باستخدام حشوة أو جلبة أو عنصر في العمود.

يُحسب العمر الافتراضي للمحمل بناءً على الحمل الذي يتحمله وسرعة تشغيله. يتناسب العمر الافتراضي القياسي للمحمل عكسيًا مع مكعب الحمل الواقع عليه. يبلغ الحد الأقصى للحمل الاسمي للمحمل مليون دورة، وهو ما يعادل 5.5 ساعات عمل عند تردد 50 هرتز (أي 3000 دورة في الدقيقة). تتمتع 90% من المحامل من هذا النوع بهذا العمر الافتراضي على الأقل، بينما تتمتع 50% منها بعمر افتراضي أطول بخمس مرات على الأقل. ^{[ 7 ]} 

يستند حساب العمر الافتراضي القياسي في الصناعة إلى عمل لوندبيرغ وبالمغرين الذي أُجري عام 1947. تفترض الصيغة أن العمر الافتراضي محدود بإجهاد المعدن ، وأن توزيع العمر الافتراضي يمكن وصفه بتوزيع ويبول . توجد العديد من الصيغ المختلفة التي تتضمن عوامل لخواص المواد والتشحيم والحمل. يمكن اعتبار إضافة عامل الحمل بمثابة اعتراف ضمني بأن المواد الحديثة تُظهر علاقة مختلفة بين الحمل والعمر الافتراضي عما حدده لوندبيرغ وبالمغرين. ^{[ 7 ]}

إذا لم يكن المحمل يدور، فإن أقصى حمل يُحدد بالقوة التي تُسبب تشوهًا لدنًا للعناصر أو مسارات الدوران. يمكن أن تُؤدي الانبعاجات الناتجة عن العناصر إلى تركيز الإجهادات وتوليد شقوق في المكونات. يُطلق على أقصى حمل للمحامل التي لا تدور أو تدور ببطء شديد اسم أقصى حمل "ساكن". ^{[ 7 ]}

كذلك، إذا لم يكن المحمل يدور، فقد تتسبب القوى المتذبذبة المؤثرة عليه في تلف حلقة المحمل أو عناصر التدحرج، وهو ما يُعرف بالتآكل السطحي . وهناك شكل آخر أقل حدة يُسمى التآكل السطحي الكاذب، ويحدث عندما يدور المحمل ضمن قوس قصير فقط، مما يؤدي إلى دفع مادة التشحيم بعيدًا عن عناصر التدحرج.

بالنسبة للمحمل الدوار، تشير سعة الحمل الديناميكي إلى الحمل الذي يتحمله المحمل 1,000,000 دورة.

إذا كان المحمل يدور، ولكنه يتعرض لحمل ثقيل يستمر لفترة أقصر من دورة واحدة، فيجب استخدام أقصى حمل ثابت في الحسابات، لأن المحمل لا يدور أثناء أقصى حمل. ^{[ 7 ]}

عند تطبيق عزم دوران جانبي على محمل شعاعي ذي أخدود عميق، تتولد قوة غير متساوية على شكل قطع ناقص على الحلقة الخارجية بفعل عناصر التدحرج، وتتركز هذه القوة في منطقتين متقابلتين على جانبي الحلقة. إذا لم تكن الحلقة الخارجية قوية بما يكفي، أو إذا لم تكن مدعومة بشكل كافٍ بالهيكل الداعم، فإنها ستتشوه إلى شكل بيضاوي بفعل إجهاد عزم الدوران الجانبي، حتى تصبح الفجوة كبيرة بما يكفي لخروج عناصر التدحرج. عندها تنفصل الحلقة الداخلية وينهار المحمل هيكليًا.

يؤدي عزم الدوران الجانبي على المحمل الشعاعي إلى الضغط على القفص الذي يثبت عناصر التدحرج على مسافات متساوية، وذلك نتيجة محاولة عناصر التدحرج الانزلاق معًا عند موضع أعلى عزم دوران جانبي. في حال انهيار القفص أو تفككه، تتجمع عناصر التدحرج معًا، وتفقد الحلقة الداخلية دعمها، وقد تنفصل عن المركز.

بشكل عام، يتناسب الحد الأقصى للحمل على محمل الكرات طرديًا مع القطر الخارجي للمحمل مضروبًا في عرض المحمل (حيث يُقاس العرض في اتجاه المحور). ^{[ 7 ]}

تتمتع المحامل بتصنيفات أحمال ثابتة. وتعتمد هذه التصنيفات على عدم تجاوز مقدار معين من التشوه اللدن في مجرى الكرات. وقد يتم تجاوز هذه التصنيفات بمقدار كبير في بعض التطبيقات.

لكي يعمل المحمل بشكل صحيح، يحتاج إلى التشحيم. في معظم الحالات، يعتمد التشحيم على التأثير المرن الهيدروديناميكي (باستخدام الزيت أو الشحم)، ولكن تتوفر أيضًا محامل مشحمة جافة تعمل في درجات حرارة قصوى.

لكي يعمل المحمل بعمره الافتراضي عند أقصى حمل اسمي، يجب تزييته بمادة تشحيم (زيت أو شحم) ذات لزوجة ديناميكية دنيا على الأقل (يرمز لها عادةً بالحرف اليوناني μ).${\displaystyle \nu }$) الموصى بها لهذا المحمل. ^{[ 7 ]}

تتناسب اللزوجة الديناميكية الموصى بها عكسياً مع قطر المحمل. ^{[ 7 ]}

تقل اللزوجة الديناميكية الموصى بها مع زيادة سرعة الدوران. كمؤشر تقريبي: عند سرعات دوران أقل من 3000 دورة في الدقيقة ، تزداد اللزوجة الموصى بها بمقدار 6 أضعاف عند انخفاض السرعة بمقدار 10 أضعاف، وعند سرعات دوران أعلى من 3000 دورة في الدقيقة ، تقل اللزوجة الموصى بها بمقدار 3 أضعاف عند زيادة السرعة بمقدار 10 أضعاف. ^{[ 7 ]}

بالنسبة لمحمل يكون فيه متوسط ​​القطر الخارجي للمحمل وقطر فتحة المحور 50 مم ، ويدور بسرعة 3000 دورة في الدقيقة ، فإن اللزوجة الديناميكية الموصى بها هي 12  مم ² / ثانية . ^{[ 7 ]}

لاحظ أن اللزوجة الديناميكية للزيت تتغير بشدة مع درجة الحرارة: زيادة درجة الحرارة بمقدار 50-70  درجة مئوية تؤدي إلى انخفاض اللزوجة بمقدار 10 أضعاف. ^{[ 7 ]}

إذا كانت لزوجة المُزَلِّق أعلى من الموصى بها، يزداد عمر المحمل، بما يتناسب تقريبًا مع الجذر التربيعي للزوجة. أما إذا كانت لزوجة المُزَلِّق أقل من الموصى بها، فإن عمر المحمل يتناقص، ويختلف مقدار هذا التناقص باختلاف نوع الزيت المستخدم. بالنسبة للزيوت المُضاف إليها مواد EP (الضغط الشديد)، يتناسب عمر المحمل مع الجذر التربيعي للزوجة الديناميكية، تمامًا كما هو الحال مع اللزوجة العالية جدًا، بينما بالنسبة للزيوت العادية، يتناسب عمر المحمل مع مربع اللزوجة إذا كانت لزوجته أقل من الموصى بها. ^{[ 7 ]}

يمكن تزييت المحمل باستخدام الشحم، الذي يتميز بميزة احتفاظه داخل المحمل، حيث يُطلق زيت التشحيم عند ضغطه بواسطة الكرات. كما يوفر الشحم حاجزًا واقيًا لمعدن المحمل من العوامل البيئية، إلا أن من عيوبه ضرورة استبداله دوريًا، وانخفاض أقصى حمل يتحمله المحمل (لأن الشحم يذوب ويتسرب إذا ارتفعت درجة حرارة المحمل). ويتناقص الوقت بين عمليات استبدال الشحم بشكل كبير مع زيادة قطر المحمل: ففي المحامل ذات قطر 40 مم ، يجب استبدال الشحم كل 5000 ساعة عمل، بينما في المحامل ذات قطر 100 مم ، يجب استبداله كل 500 ساعة عمل. ^{[ 7 ]}

يمكن أيضًا استخدام الزيت للتشحيم، والذي يتميز بقدرته على تحمل أحمال قصوى أعلى، ولكنه يحتاج إلى وسيلة للحفاظ على الزيت داخل المحمل، حيث يميل عادةً إلى التسرب. يُوصى في حالة التشحيم بالزيت بتغييره مرة واحدة سنويًا في التطبيقات التي لا تتجاوز درجة حرارة الزيت فيها 50  درجة مئوية ، بينما في التطبيقات التي لا تتجاوز درجة حرارة الزيت فيها 100  درجة مئوية ، يُوصى بتغييره أربع مرات سنويًا. أما في محركات السيارات، فتصل درجة حرارة الزيت إلى 100  درجة مئوية، ولكن المحرك مزود بفلتر زيت للحفاظ على جودته؛ لذلك، عادةً ما يتم تغيير الزيت بوتيرة أقل من زيت المحامل. ^{[ 7 ]}

إذا كان المحمل يُستخدم في ظروف اهتزازية، يُفضّل استخدام التشحيم بالزيت. ^{[ 8 ]} أما إذا كان التشحيم بالشحم ضروريًا، فيجب تعديل تركيبة الشحم وفقًا للظروف السائدة. ويُفضّل استخدام الشحوم ذات معدل النزف العالي ولزوجة الزيت الأساسي المنخفضة إن أمكن. ^{[ 9 ]}

معظم المحامل مصممة لتحمل الأحمال العمودية على المحور ("الأحمال القطرية"). أما قدرتها على تحمل الأحمال المحورية، ومقدارها، فتعتمد على نوع المحمل. محامل الدفع (الموجودة عادةً في الصواني الدوارة ) مصممة خصيصًا لتحمل الأحمال المحورية. ^{[ 7 ]}

بالنسبة لمحامل الكرات ذات الأخدود العميق أحادية الصف، تشير وثائق SKF إلى أن أقصى حمل محوري يبلغ حوالي 50% من أقصى حمل قطري، ولكنها تشير أيضاً إلى أن المحامل "الخفيفة" و/أو "الصغيرة" يمكنها تحمل أحمال محورية تصل إلى 25% من أقصى حمل قطري. ^{[ 7 ]}

بالنسبة لمحامل الكرات ذات التلامس الحافي أحادية الصف، يمكن أن يصل الحمل المحوري إلى حوالي ضعف الحمل القطري الأقصى، وبالنسبة لمحامل المخروط، يتراوح الحمل المحوري الأقصى بين مرة واحدة ومرتين من الحمل القطري الأقصى. ^{[ 7 ]}

غالباً ما تُظهر محامل الكرات من نوع كونراد انقطاعاً في منطقة التلامس تحت تأثير الحمل المحوري. وهذا يعني أن القطر الداخلي للحلقة الخارجية كبير بما يكفي، أو أن القطر الخارجي للحلقة الداخلية صغير بما يكفي، مما يقلل من مساحة التلامس بين الكرات ومجرى الكرات. في هذه الحالة، قد تزداد الإجهادات في المحمل بشكل ملحوظ، مما يُبطل في كثير من الأحيان القواعد العامة المتعلقة بالعلاقة بين قدرة تحمل الحمل القطري والمحوري. مع أنواع المحامل الأخرى غير كونراد، يمكن تقليل القطر الداخلي للحلقة الخارجية وزيادة القطر الخارجي للحلقة الداخلية لتجنب هذه المشكلة.

في حال وجود أحمال محورية وشعاعية، يمكن جمعها بشكل متجهي للحصول على الحمل الكلي على المحمل، والذي يُستخدم مع الحمل الأقصى الاسمي للتنبؤ بالعمر الافتراضي. ^{[ 7 ]} مع ذلك، وللتنبؤ بدقة بالعمر الافتراضي لمحامل الكرات، يُنصح باستخدام معيار ISO/TS 16281 بمساعدة برنامج حسابي.

يجب تثبيت الجزء الدوار من المحمل (سواءً كان ثقب المحور أو محيطه الخارجي)، بينما لا يلزم تثبيت الجزء غير الدوار (لذا يمكن السماح له بالانزلاق). إذا تم تحميل المحمل محوريًا، فيجب تثبيت كلا الجانبين. ^{[ 7 ]}

إذا كان للمحور محملان، وتغيرت درجة الحرارة، فإن المحور ينكمش أو يتمدد، ولذلك لا يجوز تثبيت كلا المحملين من كلا الجانبين، لأن تمدد المحور سيؤدي إلى توليد قوى محورية من شأنها أن تتلف هذين المحملين. لذا، يجب أن يكون أحد المحملين على الأقل قابلاً للانزلاق. ^{[ 7 ]}

يُعرَّف "التوافق الانزلاقي الحر" بأنه التوافق الذي يكون فيه خلوص لا يقل عن 4 ميكرومتر، وذلك على الأرجح لأن خشونة السطح المصنوع على المخرطة تتراوح عادةً بين 1.6 و 3.2 ميكرومتر. ^{[ 7 ]}

لا تتحمل المحامل أقصى حمولتها إلا إذا كانت الأجزاء المتصلة بها ذات أبعاد مناسبة. يوفر مصنعو المحامل هوامش التفاوت المسموح بها لتركيب العمود والهيكل لتحقيق ذلك. كما يمكن تحديد نوع المادة وصلابتها . ^{[ 7 ]}

تُصنع التركيبات التي لا يُسمح لها بالانزلاق بأقطار تمنع الانزلاق، وبالتالي لا يمكن وضع أسطح التزاوج في مكانها إلا بالقوة. بالنسبة للمحامل الصغيرة، يُفضل استخدام مكبس لأن الطرق بالمطرقة يُتلف كلاً من المحمل والعمود، بينما بالنسبة للمحامل الكبيرة، تكون القوى اللازمة كبيرة جدًا لدرجة أنه لا بديل عن تسخين أحد الأجزاء قبل التركيب، بحيث يسمح التمدد الحراري بتركيب انزلاقي مؤقت. ^{[ 7 ]}

إذا كان عمود مدعومًا بمحملين، ولم تكن محاور دوران هذين المحملين متطابقة، فإن قوى كبيرة ستؤثر على المحمل، مما قد يؤدي إلى تلفه. يُسمح بقدر ضئيل جدًا من عدم المحاذاة، ويعتمد مقدار هذا الانحراف على نوع المحمل. بالنسبة للمحامل المصممة خصيصًا لتكون "ذاتية المحاذاة"، يتراوح الانحراف المقبول بين 1.5 و3 درجات قوسية. أما المحامل غير المصممة لتكون ذاتية المحاذاة، فيمكنها قبول انحراف يتراوح بين 2 و10 دقائق قوسية فقط (0.033-0.166 درجة). ^{[ 7 ]}