المحمل (الميكانيكي)

محمل كروي

المحمل عنصر ميكانيكي يُقيد الحركة النسبية لتقتصر على الحركة المطلوبة فقط ، ويُقلل الاحتكاك بين الأجزاء المتحركة . قد يُتيح تصميم المحمل، على سبيل المثال، حركة خطية حرة للجزء المتحرك، أو دورانًا حرًا حول محور ثابت ؛ أو قد يمنع الحركة عن طريق التحكم في متجهات القوى العمودية المؤثرة على الأجزاء المتحركة. تُسهّل معظم المحامل الحركة المطلوبة بتقليل الاحتكاك. تُصنّف المحامل بشكل عام وفقًا لنوع التشغيل، والحركات المسموح بها، أو اتجاهات الأحمال (القوى) المُطبقة على الأجزاء.

يُشتق مصطلح "المحمل" من الفعل " يحمل "؛ والمحمل هو عنصر ميكانيكي يسمح لجزء ما بحمل (أي دعم) جزء آخر. أبسط أنواع المحامل هي أسطح التحميل ، المقطوعة أو المشكلة في جزء ما، مع درجات متفاوتة من التحكم في شكل السطح وحجمه وخشونته وموقعه. أما المحامل الأخرى فهي أجهزة منفصلة تُركّب في آلة أو جزء منها. وتُعدّ المحامل الأكثر تطورًا، والمخصصة للتطبيقات الأكثر تطلبًا، مكونات بالغة الدقة؛ ويتطلب تصنيعها أعلى معايير التكنولوجيا الحالية.

أنواع المحامل

تُستخدم المحامل الدوارة لتثبيت المكونات الدوارة، مثل الأعمدة أو المحاور، داخل الأنظمة الميكانيكية، ونقل الأحمال المحورية والشعاعية من مصدر الحمل إلى الهيكل الداعم له. أبسط أنواع المحامل هو المحمل البسيط ، ويتكون من عمود يدور داخل تجويف. يُستخدم التشحيم لتقليل الاحتكاك، وتتوفر مواد التشحيم بأشكال مختلفة، منها السوائل والمواد الصلبة والغازات. يعتمد اختيار مادة التشحيم على التطبيق المحدد وعوامل أخرى، مثل درجة الحرارة والحمل والسرعة. في محامل الكرات والأسطوانات ، ولتقليل الاحتكاك الانزلاقي، توضع عناصر دحرجة، مثل الأسطوانات أو الكرات ذات المقطع العرضي الدائري، بين حلقات أو محاور مجموعة المحمل. تتوفر مجموعة واسعة من تصاميم المحامل لتلبية متطلبات التطبيق بدقة، مما يضمن أعلى كفاءة وموثوقية ومتانة وأداء.

تاريخ

محمل أسطواني مدبب
رسم ليوناردو دافنشي (1452-1519) دراسة لمحمل كروي

يُفترض أحيانًا أن اختراع المحمل الدوار، على شكل بكرات خشبية تدعم أو تحمل جسمًا متحركًا، يسبق اختراع العجلة الدوارة على محمل انزلاقي ؛ وهذا ما يُفسر التكهنات بأن حضارات مثل المصريين القدماء استخدمت محامل دوارة على شكل جذوع أشجار تحت الزلاجات. لا يوجد دليل أثري على هذا التسلسل للتطور التكنولوجي. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] : 31 يُعتقد أن الرسومات المصرية في مقبرة دجحوتي حتب تُظهر عملية تحريك كتل حجرية ضخمة ليس باستخدام بكرات، بل على زلاجات تُسحب فوق رمال مُبللة لزيادة تماسكها وتقليل الاحتكاك. [ 4 ] [ 3 ] : 36 [ 5 ] : 710 كما توجد رسومات مصرية لمحامل انزلاقية تُستخدم لدعم الطرف البعيد للمثاقب اليدوية . [ 6 ]

ظهرت المركبات ذات العجلات التي تستخدم محامل انزلاقية بين عامي 5000 و3000 قبل الميلاد تقريبًا . [ 3 ] : 15، 30، 37

من الأمثلة التي تم العثور عليها لمحامل العناصر الدوارة المبكرة، محمل كروي خشبي يدعم طاولة دوارة، عُثر عليه في بقايا سفن نيمي الرومانية في بحيرة نيمي بإيطاليا . وقد تم تأريخ حطام السفن إلى عام 40 قبل الميلاد. [ 7 ] [ 8 ]

أدرج ليوناردو دافنشي رسوماتٍ لمحامل الكرات في تصميمه لطائرة هليكوبتر حوالي عام 1500؛ وهذا أول استخدام مُسجّل للمحامل في تصميمات الفضاء. مع ذلك، يُعدّ أغوستينو راميللي أول من نشر رسوماتٍ تخطيطية لمحامل الأسطوانات ومحامل الدفع. [ 9 ] من مشاكل محامل الكرات والأسطوانات احتكاك الكرات أو الأسطوانات ببعضها، مما يُسبّب احتكاكًا إضافيًا. يُمكن تقليل هذا الاحتكاك بتغليف كل كرة أو أسطوانة داخل قفص. وقد وصف غاليليو محمل الكرات المُغلّف، أو المحصور داخل قفص، لأول مرة في القرن السابع عشر. [ 10 ]

اخترع عالم الساعات جون هاريسون أول محمل أسطواني عملي في منتصف أربعينيات القرن الثامن عشر الميلادي، وذلك لساعته البحرية H3. في تلك الساعة، استُخدم المحمل الأسطواني لحركة تذبذبية محدودة للغاية، ولكن لاحقًا، طبّق هاريسون تصميمًا مشابهًا للمحمل مع حركة دورانية حقيقية في ساعة تنظيمية معاصرة. [ 11 ] [ 12 ]

مُنح أول براءة اختراع لمحامل الكرات إلى فيليب فوغان ، وهو مخترع ويلزي وصاحب مصنع حديد في كارمارثين عام 1794. وكان تصميمه أول تصميم حديث لمحامل الكرات، حيث تتحرك الكرة على طول أخدود في مجموعة المحور. [ 10 ] [ 13 ]

لعبت المحامل دورًا محوريًا في الثورة الصناعية الناشئة ، إذ سمحت للآلات الصناعية الجديدة بالعمل بكفاءة. فعلى سبيل المثال، استُخدمت لتثبيت مجموعات العجلات والمحاور لتقليل الاحتكاك بشكل كبير مقارنةً بالتصاميم السابقة التي لم تكن تعتمد على المحامل.

محمل تيمكين المخروطي الأسطواني المبكر ذو البكرات المشقوقة

تم منح أول براءة اختراع لمحمل كروي شعاعي إلى جول سوريراي ، وهو ميكانيكي دراجات باريسي، في 3 أغسطس 1869. ثم تم تركيب المحامل على الدراجة الفائزة التي قادها جيمس مور في أول سباق دراجات على الطرق في العالم، باريس-روان ، في نوفمبر 1869. [ 14 ]

في عام 1883، طوّر فريدريك فيشر ، مؤسس شركة FAG ، طريقةً لطحن وتشكيل كرات متساوية الحجم وذات استدارة دقيقة باستخدام آلة إنتاج مناسبة، مما مهّد الطريق لإنشاء صناعة محامل مستقلة. وأصبحت مسقط رأسه شفينفورت فيما بعد مركزًا عالميًا رائدًا في إنتاج محامل الكرات.

براءة اختراع وينغكويست الأصلية
براءة اختراع وينغكويست الأصلية لمحمل الكرات ذاتي المحاذاة

يُنسب التصميم الحديث ذاتي المحاذاة لمحامل الكرات إلى سفين وينجكويست من شركة SKF المصنعة لمحامل الكرات في عام 1907 عندما حصل على براءة اختراع سويدية رقم 25406 لتصميمه.

هنري تيمكين ، صاحب الرؤية والمبتكر في صناعة العربات في القرن التاسع عشر، حصل على براءة اختراع محمل الأسطوانة المخروطية عام 1898. وفي العام التالي، أسس شركة لإنتاج ابتكاره. وعلى مدار قرن من الزمان، نمت الشركة لتصنع محامل من جميع الأنواع، بما في ذلك محامل الصلب المتخصصة ومجموعة واسعة من المنتجات والخدمات ذات الصلة.

اخترع إريك فرانك محمل السلك الحلقي وحصل على براءة اختراعه عام 1934. انصبّ تركيزه على تصميم محمل ذي مقطع عرضي صغير قدر الإمكان، وقابل للدمج في التصميم الخارجي. بعد الحرب العالمية الثانية، أسس مع غيرهارد هايدريش شركة فرانك وهايدريش المحدودة (فرانك جي إم بي إتش حاليًا) لتطوير وإنتاج محامل السلك الحلقي.

وقد حدد بحث ريتشارد ستريبك المكثف [ 15 ] [ 16 ] حول فولاذ محامل الكرات علم المعادن للفولاذ 100Cr6 (AISI 52100) المستخدم بشكل شائع، [ 17 ] موضحًا معامل الاحتكاك كدالة للضغط.

ابتكر بود وايزكارفر، الشريك المؤسس لشركة بيشوب-وايزكارفر، عجلات توجيه محملة ذات أخدود على شكل حرف V، وهي نوع من محامل الحركة الخطية تتكون من زاوية V خارجية وداخلية بزاوية 90 درجة، وذلك في عام 1968 وحصل على براءة اختراع في عام 1972. [ 18 ]

في أوائل ثمانينيات القرن العشرين، اخترع روبرت شرودر، مؤسس شركة باسيفيك بيرينغ، أول محمل انزلاقي ثنائي المادة قابل للتبديل مع محامل الكرات الخطية. يتكون هذا المحمل من غلاف معدني (ألومنيوم أو فولاذ أو فولاذ مقاوم للصدأ) وطبقة من مادة أساسها التفلون متصلة بطبقة لاصقة رقيقة. [ 19 ]

تُستخدم محامل الكرات والأسطوانات الحديثة في العديد من التطبيقات التي تتضمن مكونات دوارة. ومن الأمثلة على ذلك المحامل فائقة السرعة في مثاقب الأسنان، ومحامل الفضاء في مركبة المريخ الجوالة، ومحامل علبة التروس والعجلات في السيارات، ومحامل الانحناء في أنظمة المحاذاة البصرية، والمحامل الهوائية المستخدمة في آلات قياس الإحداثيات .

تصميم

حركات

الحركات الشائعة المسموح بها بواسطة المحامل هي:

  • الدوران القطري، على سبيل المثال دوران العمود؛
  • الحركة الخطية، على سبيل المثال الدرج؛
  • الدوران الكروي، على سبيل المثال مفصل الكرة والمقبس؛
  • حركة المفصلات، على سبيل المثال الباب، الكوع، الركبة.

مواد

كانت المحامل الخشبية هي أولى المحامل البسيطة ومحامل العناصر الدوارة ، وتلتها مباشرةً المحامل البرونزية . وعلى مر التاريخ ، صُنعت المحامل من مواد عديدة، منها السيراميك والياقوت والزجاج والفولاذ والبرونز ومعادن أخرى. كما تُستخدم اليوم محامل بلاستيكية مصنوعة من النايلون والبولي أوكسي ميثيلين والبولي تترافلوروإيثيلين والبولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي ، وغيرها من المواد.

مواد المحامل الشائعة [ 20 ]
مادة المحملصفاتالمفاضلات
فولاذ الكروم SAE 52100

فولاذ قابل للتصليد السطحي SAE 4118

  • مقاوم للتآكل الناتج عن الاحتكاك والالتصاق بفضل صلابته
  • قوة ضغط عالية لقدرة جيدة على تحمل الأحمال
  • عمر إجهاد جيد
  • عرضة للتآكل
  • نطاق درجة حرارة صغير
الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 440C
  • مقاومة عالية للتآكل
  • تشغيل بدرجة حرارة عالية
  • قدرة تحمل أقل مقارنةً بمعيار SAE 52100
  • عمر إجهاد أقصر مقارنةً بمعيار SAE 52100
  • تكلفة أعلى
فولاذ عالي السبائك AISI M-50

فولاذ عالي السبائك M50NiL

  • عمر افتراضي طويل في حالة الإجهاد
  • عملية عالية
  • تشغيل بدرجة حرارة عالية
  • تكلفة عالية
الفولاذ المقاوم للصدأ DD400
  • مقاومة عالية للتآكل
  • عمر أطول للإجهاد فوق 440 درجة مئوية
  • انخفاض التآكل بفضل تحسين تشطيب السطح
  • انخفاض الاهتزاز والضوضاء
  • قدرة تحميل منخفضة
  • تكلفة عالية
السيراميك: نتريد السيليكون، الزركونيا، كربيد السيليكون
  • مقاومة عالية للتآكل
  • خفيف الوزن (يسمح بسرعات عالية)
  • مقاومة عالية للحرارة
  • مقاومة كهربائية عالية
  • مقاومة جيدة للتآكل
  • احتكاك منخفض
  • التشغيل في درجات حرارة عالية
  • قدرة تحميل منخفضة
  • تكلفة عالية
  • حساس للصدمات الحرارية
المعادن البيضاء أو معدن بابيت (سبائك أساسها القصدير مع كميات صغيرة من النحاس والأنتيمون والرصاص وما شابه ذلك)
  • احتكاك منخفض عند استخدامه مع الفولاذ
  • قابلية عالية للتضمين
  • قابلية عالية للتوافق
  • مقاومة جيدة للنوبات
  • نطاق درجة حرارة صغير
  • انخفاض درجة الانصهار مما يحد من السرعة والحرارة
سبائك النحاس والرصاص
  • قدرة تحمل أعلى من المعدن الأبيض
  • مقاومة أعلى للإجهاد مقارنة بالمعدن الأبيض
  • مقاومة عالية للتآكل
  • مقاومة عالية للنوبات
البرونز
  • احتكاك منخفض
  • قدرة تحميل منخفضة
سبائك الألومنيوم
  • موصلية حرارية عالية
  • قوة ضغط عالية
فضي
  • موصلية حرارية عالية
  • مقاومة عالية للإجهاد
  • تكلفة عالية
المواد البلاستيكية (النايلون، الأسيتال، البولي تترافلوروإيثيلين، الفينول، البولي أميد، البولي إيثيلين عالي الكثافة، البولي كربونات)
  • تكلفة منخفضة
  • قابلية عالية للتوافق
  • امتصاص جيد للاهتزازات
  • قابلية عالية للتضمين
  • خفيف الوزن
  • مقاومة جيدة للتآكل
  • مقاومة جيدة للتآكل
  • موصلية حرارية منخفضة
  • نطاق درجة حرارة صغير
  • أحمال خفيفة
  • السرعات المنخفضة
  • تمدد حراري عالي
  • نقطة خضوع منخفضة، مما يؤدي إلى الزحف.
  • قوة التصاق عالية بأعمدة المعادن غير الحديدية
جرافيت الكربون
  • مقاومة جيدة للتآكل
  • نطاق واسع لدرجات الحرارة
  • ضعف إمكانية التضمين

يقوم صانعو الساعات بإنتاج ساعات "مرصعة بالجواهر" باستخدام محامل بسيطة من الياقوت لتقليل الاحتكاك، مما يسمح بضبط الوقت بدقة أكبر.

حتى المواد الأساسية يمكن أن تتمتع بمتانة مذهلة. على سبيل المثال، لا تزال المحامل الخشبية موجودة حتى اليوم في الساعات القديمة أو في طواحين المياه حيث يوفر الماء التبريد والتشحيم.

الأنواع

رسم متحرك لمحمل كروي (شكل مثالي بدون قفص). الحلقة الداخلية تدور بينما الحلقة الخارجية ثابتة.

يُعدّ المحمل البسيط أكثر أنواع المحامل شيوعًا ، وهو محمل يستخدم أسطحًا متلامسة، غالبًا مع مادة تشحيم مثل الزيت أو الجرافيت. قد يكون المحمل البسيط جهازًا منفصلاً أو جزءًا لا يتجزأ. قد يكون مجرد سطح ارتكاز لثقب يمرّ من خلاله عمود، أو سطحًا مستويًا يحمل سطحًا آخر (في هذه الحالة، لا يُعدّ جهازًا منفصلاً)؛ أو قد يكون طبقة من معدن المحامل إما ملتحمة بالركيزة (شبه منفصلة) أو على شكل جلبة قابلة للفصل (منفصلة). مع التشحيم المناسب، غالبًا ما توفر المحامل البسيطة دقة وعمرًا واحتكاكًا مقبولين بأقل تكلفة. لذلك، فهي شائعة الاستخدام للغاية.

ومع ذلك، هناك العديد من التطبيقات التي يمكن فيها للمحمل الأكثر ملاءمة أن يحسن الكفاءة والدقة وفترات الخدمة والموثوقية وسرعة التشغيل والحجم والوزن وتكاليف شراء وتشغيل الآلات.

وبالتالي، فإن العديد من أنواع المحامل لها أشكال ومواد وتشحيم ومبدأ تشغيل مختلف، وما إلى ذلك.

هناك ستة أنواع شائعة على الأقل من المحامل، [ 21 ] يعمل كل منها على مبدأ مختلف:

يلخص الجدول التالي الخصائص البارزة لكل نوع من أنواع المحامل هذه.

صفات

احتكاك

يُعدّ تقليل الاحتكاك في المحامل أمرًا بالغ الأهمية لتحسين الكفاءة، والحدّ من التآكل، وتسهيل الاستخدام المطوّل بسرعات عالية، وتجنّب ارتفاع درجة الحرارة والتلف المبكر للمحمل. ويمكن للمحمل تقليل الاحتكاك من خلال تصميمه، أو مادته، أو عن طريق إدخال سائل بين سطحيه، أو فصلهما باستخدام مجال كهرومغناطيسي.

  • الشكل: يكتسب ميزة عادة باستخدام الكرات أو البكرات ، أو عن طريق تشكيل محامل الانحناء.
  • المادة: تستغل طبيعة مادة المحمل المستخدمة. (مثال على ذلك استخدام البلاستيك ذي الاحتكاك السطحي المنخفض)
  • التشحيم: يستغل اللزوجة المنخفضة لطبقة من سائل، مثل مادة تشحيم أو وسط مضغوط، لمنع تلامس الجزأين الصلبين أو لتقليل القوة العمودية بينهما. وبحسب تصميم المحمل، يمكن أن يعمل هذا في أنظمة ديناميكية مائية أو هيدروستاتيكية، وكلاهما يُنشئ طبقة سائلة مستقرة تدعم الحمل وتقلل الاحتكاك. [ 22 ]
  • يعتمد هذا النظام على اللزوجة المنخفضة لطبقة من سائل، مثل مادة تشحيم أو وسط مضغوط، لمنع تلامس الجزأين الصلبين أو لتقليل القوة العمودية بينهما. وبحسب تصميم المحمل، يمكن أن يعمل هذا النظام في ظروف ديناميكية مائية أو هيدروستاتيكية، وكلاهما يُنشئ طبقة سائلة مستقرة تدعم الحمل وتقلل الاحتكاك. [ 23 ]
  • الحقول: تستغل الحقول الكهرومغناطيسية، مثل الحقول المغناطيسية، لمنع الأجزاء الصلبة من التلامس.
  • ضغط الهواء: يستغل ضغط الهواء لمنع الأجزاء الصلبة من التلامس.

يمكن استخدام تركيبات من هذه العناصر حتى داخل المحمل نفسه. على سبيل المثال، عندما يكون القفص مصنوعًا من البلاستيك، فإنه يفصل بين البكرات/الكرات، مما يقلل الاحتكاك بفضل شكلها وسطحها.

حمولات

يختلف تصميم المحامل تبعاً لحجم واتجاه القوى المطلوبة للدعم. يمكن أن تكون القوى في الغالب شعاعية ، أو محورية ( محامل الدفع )، أو عزوم انحناء عمودية على المحور الرئيسي.

السرعات

تختلف حدود سرعة التشغيل باختلاف أنواع المحامل. تُحدد السرعة عادةً كأقصى سرعة سطحية نسبية، وغالبًا ما تُقاس بالقدم/ثانية أو المتر/ثانية. تصف المحامل الدورانية عادةً الأداء بدلالة حاصل ضرب القطر المتوسط ​​(DN) ، حيث D هو القطر المتوسط ​​(غالبًا بالمليمتر) للمحمل، و N هو معدل الدوران بالدورات في الدقيقة.

بشكل عام، يوجد تداخل كبير في نطاق السرعة بين أنواع المحامل. عادةً ما تتعامل المحامل البسيطة مع السرعات المنخفضة فقط، بينما تكون محامل العناصر الدوارة أسرع، تليها المحامل السائلة، وأخيراً المحامل المغناطيسية التي يحدها في النهاية قوة الطرد المركزي التي تتغلب على قوة المادة.

يلعب

تُطبَّق أحمال على المحامل في بعض التطبيقات من اتجاهات مختلفة، ولا تسمح إلا بحركة محدودة أو "خلوص" مع تغير الحمل المُطبَّق. أحد مصادر الحركة هو وجود فجوات أو "خلوص" في المحمل. على سبيل المثال،  عمود قطره 10 مم في ثقب قطره 12 مم يكون لديه خلوص  مقداره 2 مم. 

يختلف هامش التذبذب المسموح به اختلافًا كبيرًا حسب الاستخدام. فعلى سبيل المثال، تتحمل عجلة عربة اليد أحمالًا شعاعية ومحورية. قد تصل الأحمال المحورية إلى مئات النيوتن يمينًا أو يسارًا، ومن المقبول عادةً أن تتذبذب العجلة بمقدار يصل إلى 10  مم تحت تأثير الحمل المتغير. في المقابل، يمكن للمخرطة ضبط موضع أداة القطع بدقة ±0.002  مم باستخدام لولب كروي مثبت بمحامل دوارة. تتحمل هذه المحامل أحمالًا محورية تصل إلى آلاف النيوتن في كلا الاتجاهين، ويجب أن تحافظ على دقة اللولب الكروي ضمن  نطاق ±0.002 مم من الأحمال.

صلابة

الصلابة هي مقدار تغير الفجوة عند تغير الحمل على المحمل، وهي تختلف عن احتكاك المحمل.

مصدر آخر للحركة هو مرونة المحمل نفسه. فعلى سبيل المثال، تشبه الكرات في محمل الكرات المطاط الصلب، وتتشوه تحت الضغط من شكل دائري إلى شكل مسطح قليلاً. كما أن حلقة المحمل مرنة أيضاً، وتتشكل بها انبعاجات طفيفة عند موضع ضغط الكرة عليها.

تُعرف صلابة المحمل بأنها مدى تغير المسافة بين الأجزاء التي يفصلها المحمل بتغير الحمل المُطبق. في محامل العناصر الدوارة، يعود ذلك إلى إجهاد الكرات ومسارها. أما في المحامل السائلة، فيعود ذلك إلى كيفية تغير ضغط السائل مع الفجوة (عند التحميل الصحيح، تكون المحامل السائلة عادةً أكثر صلابة من محامل العناصر الدوارة).

تشحيم

تستخدم بعض المحامل شحمًا كثيفًا للتشحيم، يُدفع إلى الفراغات بين أسطح المحمل، والمعروفة أيضًا باسم الحشوة . يُثبّت الشحم في مكانه بواسطة حشية بلاستيكية أو جلدية أو مطاطية (تُسمى أيضًا غدة ) تُغطي الحواف الداخلية والخارجية لحلقة المحمل لمنع تسرب الشحم. قد تُحشى المحامل أيضًا بمواد أخرى. تاريخيًا، كانت عجلات عربات السكك الحديدية تستخدم محامل انزلاقية محشوة بنفايات أو قصاصات سائبة من ألياف القطن أو الصوف المنقوعة في الزيت، ثم استُخدمت لاحقًا وسادات قطنية صلبة. [ 24 ]

يمكن تزييت المحامل بواسطة حلقة تزييت ، وهي حلقة معدنية تتحرك بحرية على العمود الدوار المركزي للمحمل. تتدلى الحلقة إلى أسفل داخل حجرة تحتوي على زيت التشحيم. مع دوران المحمل، يسحب الالتصاق اللزج الزيت إلى أعلى الحلقة وعلى العمود، حيث ينتقل الزيت إلى داخل المحمل لتزييته. يُطرد الزيت الزائد ويتجمع في الحجرة مرة أخرى. [ 25 ]

يُعدّ التشحيم بالرشّ شكلاً بدائياً من أشكال التشحيم . تحتوي بعض الآلات على حوض من مادة التشحيم في قاعها، حيث تكون التروس مغمورة جزئياً في السائل، أو قضبان المرفق التي تتأرجح لأسفل في الحوض أثناء تشغيل الجهاز. تقوم العجلات الدوارة بقذف الزيت في الهواء المحيط بها، بينما تصطدم قضبان المرفق بسطح الزيت، مما يؤدي إلى رشه عشوائياً على الأسطح الداخلية للمحرك. تحتوي بعض محركات الاحتراق الداخلي الصغيرة تحديداً على عجلات بلاستيكية خاصة لقذف الزيت ، تعمل على نثر الزيت عشوائياً داخل الآلية. [ 26 ]

في الآلات عالية السرعة والطاقة، قد يؤدي نقص مواد التشحيم إلى ارتفاع سريع في درجة حرارة المحامل وتلفها نتيجة الاحتكاك. كما أن الزيت في البيئات الملوثة قد يتلوث بالغبار أو الشوائب، مما يزيد الاحتكاك. في هذه التطبيقات، يمكن تزويد المحامل وجميع أسطح التلامس الأخرى بإمداد مستمر من مواد التشحيم، ويمكن جمع الفائض لترشيحه وتبريده، وربما إعادة استخدامه. يُستخدم نظام التشحيم بالضغط عادةً في محركات الاحتراق الداخلي الكبيرة والمعقدة في أجزاء المحرك التي لا يصل إليها الزيت المتناثر مباشرةً، مثل مجموعات الصمامات العلوية. [ 27 ] كما تتطلب الشواحن التوربينية عالية السرعة عادةً نظام زيت مضغوط لتبريد المحامل ومنعها من الاحتراق بفعل حرارة التوربين.

صُممت المحامل المركبة ببطانة من مادة البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE) ذاتية التشحيم، مدعومة بدعامة معدنية مصفحة. توفر بطانة PTFE احتكاكًا ثابتًا ومتحكمًا فيه، بالإضافة إلى المتانة، بينما تضمن الدعامة المعدنية أن يكون المحمل المركب قويًا وقادرًا على تحمل الأحمال والإجهادات العالية طوال عمره الطويل. كما أن تصميمه يجعله خفيف الوزن - عُشر وزن محمل العناصر الدوارة التقليدي. [ 28 ]

التركيب

توجد طرق عديدة لتركيب المحامل، وعادةً ما تتضمن هذه الطرق تركيبًا تداخليًا . عند تركيب المحمل بالضغط أو بالانكماش الحراري في تجويف أو على عمود، من المهم الحفاظ على قطر تجويف الغلاف والقطر الخارجي للعمود ضمن حدود دقيقة للغاية، وهو ما قد يتطلب عملية أو أكثر من عمليات التثقيب العكسي، وعدة عمليات تسوية، بالإضافة إلى عمليات الحفر والتثقيب واللولبة. [ 29 ] كما يمكن تحقيق التركيب التداخلي بإضافة حلقة تفاوت .

العمر الافتراضي

يتأثر عمر خدمة المحمل بالعديد من العوامل الخارجة عن سيطرة مصنعي المحامل. على سبيل المثال، تركيب المحمل، ودرجة الحرارة، والتعرض للبيئة الخارجية، ونظافة مواد التشحيم، والتيارات الكهربائية المارة عبر المحامل . يمكن لمحولات PWM عالية التردد أن تحث تيارات كهربائية في المحمل، والتي يمكن كبحها باستخدام خانقات الفريت . تحدد درجة حرارة وتضاريس السطح الدقيق مقدار الاحتكاك الناتج عن تلامس الأجزاء الصلبة. تعمل بعض العناصر والمجالات على تقليل الاحتكاك مع زيادة السرعات. تساعد المتانة والمرونة في تحديد الحمل الذي يمكن أن يتحمله نوع المحمل. يمكن أن تلعب عوامل المحاذاة دورًا ضارًا في التآكل، ولكن يمكن التغلب عليها من خلال إشارات مساعدة الكمبيوتر وأنواع المحامل غير الاحتكاكية، مثل الرفع المغناطيسي أو ضغط المجال الهوائي.

تتمتع المحامل السائلة والمغناطيسية بعمر خدمة طويل جدًا. عمليًا، تدعم المحامل السائلة أحمالًا عالية في محطات الطاقة الكهرومائية التي تعمل بشكل شبه متواصل منذ حوالي عام 1900، ولا تظهر عليها أي علامات تآكل.

يتحدد عمر محامل العناصر الدوارة بعوامل عديدة، منها الحمل، ودرجة الحرارة، والصيانة، والتشحيم، وعيوب المواد، والتلوث، والمناولة، والتركيب، وغيرها. ويمكن لهذه العوامل أن تؤثر بشكل كبير على عمر المحمل. فعلى سبيل المثال، تم تمديد عمر خدمة المحامل في أحد التطبيقات بشكل ملحوظ بتغيير طريقة تخزينها قبل التركيب والاستخدام، حيث تسببت الاهتزازات أثناء التخزين في تلف مواد التشحيم حتى عندما كان الحمل الوحيد على المحمل هو وزنه فقط؛ [ 30 ] وغالبًا ما يكون التلف الناتج هو ما يُعرف بـ"التجويف الكاذب" . [ 31 ] ويُعد عمر المحمل مسألة إحصائية: إذ تُظهر عدة عينات من محمل معين منحنىً طبيعيًا لعمر الخدمة، مع وجود عينات قليلة تُظهر عمرًا أفضل أو أسوأ بشكل ملحوظ. ويختلف عمر المحمل لأن البنية المجهرية والتلوث يختلفان اختلافًا كبيرًا حتى عندما يبدوان متطابقين ظاهريًا.

يُحدد عمر المحامل عادةً بقيمة "L10" (أو أحيانًا "B10")، وهي المدة التي يُتوقع خلالها أن تتعطل 10% من المحامل في ذلك التطبيق نتيجةً للإجهاد الدوري (وليس أي سبب آخر للعطل مثل نقص التزييت أو التركيب الخاطئ، إلخ)، أو بدلاً من ذلك، المدة التي ستظل فيها 90% من المحامل تعمل. يُعد عمر المحمل L10/B10 عمرًا نظريًا، وقد لا يُمثل عمر الخدمة الفعلي للمحمل. كما تُصنف المحامل باستخدام قيمة C0 ( الحمل الساكن). هذه القيمة هي تصنيف الحمل الأساسي كمرجع، وليست قيمة الحمل الفعلية.

بالنسبة للمحامل البسيطة، تتميز بعض المواد بعمر أطول بكثير من غيرها. لا تزال بعض ساعات جون هاريسون تعمل بعد مئات السنين بفضل خشب الحياة المستخدم في صناعتها، بينما نادراً ما يتم تشغيل ساعاته المعدنية بسبب احتمالية تآكلها.

تعتمد محامل الانحناء على الخصائص المرنة للمادة. تقوم هذه المحامل بثني قطعة من المادة بشكل متكرر. قد تتلف بعض المواد بعد الانحناء المتكرر، حتى عند الأحمال المنخفضة، ولكن اختيار المواد بعناية وتصميم المحمل بشكل جيد يمكن أن يجعل عمر محامل الانحناء غير محدود.

على الرغم من أن طول عمر المحامل مرغوب فيه في كثير من الأحيان، إلا أنه ليس ضروريًا في بعض الأحيان. يصف هاريس (2001) محملًا لمضخة أكسجين لمحرك صاروخي، وقد استمر عمره لعدة ساعات، وهو ما يتجاوز بكثير العشرات من الدقائق المطلوبة. [ 30 ]

اعتمادًا على المواصفات المخصصة (مادة الدعم ومركبات PTFE)، يمكن أن تعمل المحامل المركبة لمدة تصل إلى 30 عامًا دون صيانة.

بالنسبة للمحامل المستخدمة في التطبيقات المتذبذبة ، يتم استخدام طرق مخصصة لحساب L10/B10. [ 32 ]

تتطلب العديد من المحامل صيانة دورية لمنع التلف المبكر، بينما لا تتطلب أنواع أخرى سوى القليل من الصيانة. تشمل هذه الأخيرة أنواعًا مختلفة من المحامل البوليمرية والسائلة والمغناطيسية، بالإضافة إلى محامل العناصر الدوارة التي تُوصف بمصطلحات مثل " محمل مغلق" و "مغلق مدى الحياة ". تحتوي هذه المحامل على موانع تسرب لمنع دخول الأوساخ والحفاظ على الشحم. وهي تعمل بكفاءة في العديد من التطبيقات، مما يوفر تشغيلًا خاليًا من الصيانة. مع ذلك، لا يمكن لبعض التطبيقات استخدامها بفعالية.

تحتوي المحامل غير المغلقة عادةً على فتحة تشحيم ، لتزييتها دوريًا باستخدام مسدس التشحيم ، أو وعاء زيت لملئه دوريًا بالزيت. قبل سبعينيات القرن العشرين، لم تكن المحامل المغلقة شائعة في معظم الآلات، وكان التزييت والتشحيم أكثر شيوعًا مما هو عليه اليوم. على سبيل المثال، كانت هياكل السيارات تتطلب عمليات تشحيم متكررة تقريبًا مثل تغيير زيت المحرك، لكن هياكل السيارات اليوم مغلقة في الغالب طوال عمرها الافتراضي. من أواخر القرن الثامن عشر وحتى منتصف القرن العشرين، اعتمدت الصناعة على العديد من العمال الذين يُطلق عليهم اسم " المزيتين " لتزييت الآلات بشكل متكرر باستخدام علب الزيت .

تحتوي آلات المصانع الحديثة عادةً على أنظمة تزييت ، حيث تقوم مضخة مركزية بضخ كميات دورية من الزيت أو الشحم من خزان عبر أنابيب التزييت إلى نقاط التزييت المختلفة في أسطح محامل الآلة ، ومحاورها، ووحدات التثبيت ، وما إلى ذلك. ويتم التحكم في توقيت وعدد دورات التزييت هذه بواسطة نظام تحكم حاسوبي، مثل وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أو وحدة التحكم الرقمية الحاسوبية (CNC) ، بالإضافة إلى إمكانية التحكم اليدوي عند الحاجة. هذه العملية الآلية هي الطريقة التي يتم بها تزييت جميع آلات CNC الحديثة والعديد من آلات المصانع الأخرى. تُستخدم أنظمة تزييت مماثلة أيضًا في الآلات غير الآلية، حيث توجد مضخة يدوية يقوم مشغل الآلة بضخها مرة واحدة يوميًا (للآلات قيد الاستخدام المستمر) أو مرة واحدة أسبوعيًا. تُسمى هذه الأنظمة بأنظمة الضخ الأحادي نظرًا لميزتها الرئيسية: سحبة واحدة على مقبض واحد لتزييت الآلة بأكملها، بدلاً من ضخ الزيت عدة مرات باستخدام مسدس التزييت أو علبة الزيت في مواقع مختلفة حول الآلة.

يشبه نظام التزييت داخل محرك السيارة أو الشاحنة الحديث في فكرته أنظمة التشحيم المذكورة سابقًا، باستثناء أن الزيت يُضخ باستمرار. يتدفق جزء كبير من هذا الزيت عبر قنوات محفورة أو مصبوبة في كتلة المحرك ورؤوس الأسطوانات ، ويتسرب عبر منافذ مباشرة إلى المحامل، ويتناثر في أماكن أخرى لتوفير بيئة غنية بالزيت. تعمل مضخة الزيت باستمرار، ويتسرب أي زيت زائد عبر صمام تخفيف الضغط عائدًا إلى حوض الزيت.

تحتاج العديد من المحامل في العمليات الصناعية ذات الدورات العالية إلى التشحيم والتنظيف الدوريين، ويتطلب العديد منها تعديلات عرضية، مثل تعديل التحميل المسبق، لتقليل آثار التآكل.

غالبًا ما يكون عمر المحامل أطول بكثير عند الحفاظ عليها نظيفة ومُشحّمة جيدًا. مع ذلك، تُصعّب العديد من التطبيقات عملية الصيانة الجيدة. على سبيل المثال، تتعرض محامل ناقل كسارة الصخور باستمرار لجزيئات كاشطة صلبة. التنظيف غير مُجدٍ نظرًا لتكلفته العالية، ومع ذلك، تتلوث المحامل مجددًا بمجرد استئناف الناقل للعمل. لذا، قد يتضمن برنامج الصيانة الجيد تشحيم المحامل بشكل متكرر دون أي تفكيك للتنظيف. يوفر التشحيم المتكرر، بطبيعته، نوعًا محدودًا من التنظيف عن طريق استبدال الزيت أو الشحم القديم (المُحمّل بالرواسب) بزيت أو شحم جديد، والذي بدوره يتجمع فيه الرواسب قبل استبداله في الدورة التالية. مثال آخر هو محامل توربينات الرياح، مما يجعل الصيانة صعبة نظرًا لوجود غلاف التوربين في مكان مرتفع في الهواء في مناطق ذات رياح قوية. إضافةً إلى ذلك، لا تعمل التوربينة دائمًا وتخضع لسلوك تشغيلي مختلف في ظروف جوية مختلفة، مما يجعل التشحيم المناسب تحديًا. [ 33 ]

انظر أيضاً

   الشركات المصنعة :

مراجع

  1. للاطلاع على أمثلة لمطالبات حاملات البكرات، انظر:
  2. بيكوك، DPS "Mons Porphyrites" . في كاثرين أ. بارد ؛ ستيفن بليك شوبرت (محرران). موسوعة آثار مصر القديمة . ص 640-643 . 
  3. 1 2 3 بانش، برايان هـ.؛ هيلمانز، ألكسندر (2004). تاريخ العلوم والتكنولوجيا: دليل المتصفح للاكتشافات والاختراعات العظيمة، والأشخاص الذين صنعوها، من فجر التاريخ إلى اليوم . هوتون ميفلين. ISBN 978-0-618-22123-3.
  4. مكوي، تيرينس (26 أكتوبر 2021). "الطريقة البسيطة بشكلٍ مدهش التي نقل بها المصريون أحجار الأهرامات الضخمة دون استخدام التكنولوجيا الحديثة" . صحيفة واشنطن بوست . مؤرشف من الأصل في 25 يوليو 2023. ... استخدم المصريون زلاجات خشبية لنقل الحجر، ولكن حتى الآن لم يُفهم تمامًا كيف تغلبوا على مشكلة الاحتكاك. [...] وضعوا الأجسام الثقيلة على زلاجة سحبها العمال فوق الرمال. [...] "كشفت الأبحاث ... أن المصريين ربما كانوا يُبللون رمال الصحراء أمام الزلاجة." [...] ومما يُضيف دليلًا آخر على استنتاج استخدام المصريين للماء، لوحة جدارية في مقبرة دجحوتي حتب. تُظهر اللوحة، ببقعة من اللونين البرتقالي والرمادي، شخصًا يقف في مقدمة زلاجة ضخمة، يسكب الماء على الرمال أمام الزلاجة المتحركة مباشرةً.     
  5. مارتن، كارل. "المسلات: استخراجها ونقلها ونصبها" . في كاثرين أ. بارد؛ ستيفن بليك شوبرت (محرران). موسوعة آثار مصر القديمة . ص 709-711 . 
  6. غوران، أردشير؛ راند، ريتشارد هـ. (1997)، الديناميكا غير الخطية ، وورلد ساينتيفيك، ص 178، ISBN  978-981-02-2982-5
  7. "الجدول الزمني للمحامل" . جمعية مصنعي المحامل الأمريكية. مؤرشف من الأصل في 28 ديسمبر 2014. تم الاطلاع عليه في 28 فبراير 2023 .
  8. روبيو، هـ.؛ بوستوس، أ.؛ كاستيخون، س.؛ غارسيا-برادا، ج. س. (2024). "تطور تكنولوجيا محامل التدحرج". التقدم في علم الآليات والآلات . علم الآليات والآلات. المجلد 149. الصفحات 991-1002 . doi : 10.1007/978-3-031-45709-8_97 . ISBN   978-3-031-45708-1.
  9. 1 2 كورفيلد، جاستن (2014). "فوغان، فيليب (نشط عام 1794)". في كينيث إي. هندريكسون الثالث (محرر). موسوعة الثورة الصناعية في التاريخ العالمي . المجلد 3. لانام (ماريلاند، الولايات المتحدة الأمريكية): روومان وليتلفيلد. ص 1008. ISBN   978-0-8108-8888-3لا يزال يُنظر إلى فوغان على أنه مخترعها، على الرغم من أن بعض سفن نيمي الرومانية التي يعود تاريخها إلى حوالي عام 40 ميلاديًا قد استخدمتها في تصميمها، ويُنسب إلى ليوناردو دافنشي الفضل في ابتكار مبدأ عمل محامل الكرات، مع أنه لم يستخدمها في اختراعاته . ووصف إيطالي آخر، هو غاليليو، استخدام كرة محصورة داخل قفص.  
  10. بيتس، جوناثان (1 يناير 1993). "جون هاريسون: مخترع جهاز ضبط الوقت الدقيق". إنديفور . 17 (4): 160-167 . doi : 10.1016/0160-9327(93)90056-9 . ISSN 0160-9327 . 
  11. تايلور، جيه سي؛ وولفنديل، إيه دبليو (22 يناير 2007). "جون هاريسون: صانع ساعات وحائز على ميدالية كوبلي. نصب تذكاري عام أخيرًا" . ملاحظات وسجلات الجمعية الملكية . 61 (1): 53-62 . doi : 10.1098/rsnr.2006.0164 .
  12. "محامل كروية ذات صفين من التلامس الزاوي" . IntechBearing.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 11 مايو 2013.
  13. "تاريخ الدراجات، التسلسل الزمني لنمو ركوب الدراجات وتطور تكنولوجيا الدراجات بقلم ديفيد موزر" . Ibike.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 سبتمبر 2013 .
  14. ^ ستريبك، ر. (1901). "Kugellager für beliebige Belastungen". Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure . 3 (45): 73 – 79.
  15. ^ ستريبك ، ر. (1 يوليو 1901). "Kugellager (محامل الكرات)". Glasers Annalen für Gewerbe und Bauwesen . 577 : 2 – 9.
  16. ^ مارتنز، أ. (1888). Schmierölunter suchungen (تحقيقات في الزيوت) . Mitteilungen aus den Königlichen technischen Ver suchsanstalten zu Berlin, Ergänzungsheft III. برلين: دار نشر فون يوليوس سبرينغر. ص 1 – 57. مؤرشفة من الأصلي في 25 فبراير 2012. 
  17. غوتسيل، جينا؛ شركة بيشوب-وايزكارفر (2007). "هل تعلم: باد وايزكارفر" (ملف PDF) . تصميم الآلات . ص 1. ISSN 0024-9114 .  ( مجلة تجارية )
  18. "محرك رئيسي في صناعة المحامل المخصصة" . أخبار التصميم . إنفورما ماركتس. 10 يوليو 1995. ISSN 0011-9407 . مؤرشف من الأصل في 18 يونيو 2021. ( مجلة تجارية )
  19. "مواد المحامل - تجربة تولي" . www.tuli-shop.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 يناير 2024 .
  20. "أكثر 6 أنواع شيوعًا من المحامل الميكانيكية" . كرافتيك إندستريز . 22 يناير 2014. مؤرشف من الأصل في 11 يونيو 2017.
  21. "المحامل في Sibo الميكانيكية" . 15 سبتمبر 2025.
  22. "دليل صيانة المحامل Sfk" (PDF) .
  23. وايت، جون هـ. (1985) [1978]. عربة ركاب السكك الحديدية الأمريكية . المجلد 2. بالتيمور، ماريلاند: مطبعة جامعة جونز هوبكنز . ص 518. ISBN   978-0-8018-2747-1.
  24. جيبهاردت، جورج فريدريك (1917). هندسة محطات الطاقة البخارية . جون وايلي. ص 791 . 
  25. هوبز، جورج ويليام؛ إليوت، بن جورج؛ كونسوليفر، إيرل ليستر (1919). سيارة البنزين . ماكجرو هيل. الصفحات 111-114 . 
  26. دوماس، بول (14 سبتمبر 1922). "خصائص التشحيم بالضغط" . مجلة موتور إيدج . 42. شركة كلاس جورنال.
  27. غوبان، سان (1 يونيو 2012). "سان غوبان ونوركو تحظيان بإشادة المشاهير" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 يونيو 2016 .
  28. بوديناس، ريتشارد؛ نيسبت، ج. كيث (27 يناير 2014). تصميم شيجلي للهندسة الميكانيكية . ماكجرو هيل. ص 597. ISBN  978-0-07-339820-4.
  29. 1 2 هاريس، تيدريك أ. (2001). تحليل المحامل الدوارة . وايلي. ISBN 978-0-471-35457-4.
  30. شواك، فابيان؛ بيكوف، أرتيوم؛ بادر، نوربرت؛ بول، جيرهارد (21-25 مايو 2017). تحليلات التآكل المعتمدة على الزمن في تطبيقات المحامل المتذبذبة (ملف PDF) . المؤتمر الدولي المشترك لعلم الاحتكاك بين جمعية مهندسي التشحيم الأمريكية (STLE) والجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME). أتلانتا. S2CID 201816405 . 
  31. شواك، ف.؛ ستاملر، م.؛ بول، ج.؛ رويتر، أ. (2016). "مقارنة حسابات عمر المحامل المتذبذبة مع مراعاة التحكم الفردي في زاوية ميل شفرات توربينات الرياح" . مجلة الفيزياء: سلسلة المؤتمرات . 753 (11) 112013. Bibcode : 2016JPhCS.753k2013S . doi : 10.1088/1742-6596/753/11/112013 .
  32. شواك، فابيان؛ بادر، نوربرت؛ ليكنر، يوهان؛ ديماي، كلير؛ بول، جيرهارد (2020). "دراسة لمواد التشحيم الشحمية في ظروف محامل زاوية ميل توربينات الرياح" . مجلة التآكل . 454-455 203335. doi : 10.1016/j.wear.2020.203335 . ISSN 0043-1648 . 

للمزيد من القراءة