ما هي الكرات المستخدمة؟

في بعض الأحيان ، تكون أكثر الأجهزة المفيدة في الفيزياء والهندسة هي أبسطها. تُظهر المحامل الكروية كيف يمكن أن تكون الحلقات المعدنية متعددة الاستخدامات للغاية. كما ترون في العديد من العناصر الشائعة مثل المركبات والدراجات وألواح التزلج والآلات الأخرى التي تتضمن أجزاء معدنية متحركة ، فقد استخدم البشر قوة محامل الكرات لعدة قرون.

تخيل أنك تنزلق على سجادة ناعمة وأنت ترتدي حذاء. قد يكون الأمر صعبًا بسبب الاحتكاك بين السجادة وحذائك ، والذي يمكن أن يكون مصنوعًا من أي شيء بما في ذلك الجلد أو البلاستيك أو الخشب أو المطاط. إذا كنت ترتدي الجوارب بدلاً من ذلك ، فسيكون ذلك أسهل بكثير بسبب الاحتكاك الأقل بين السجادة الناعمة ومواد الجوارب. تعمل الكرات بنفس الطريقة.

تقلل المحامل الكروية مقدار الاحتكاك بين الأحمال الموضوعة عليها. يفعلون ذلك لأنها كرات معدنية أو بكرات تتحرك حول سطح معدني أملس في حلقة داخلية وحلقة خارجية (يشار إليها أحيانًا باسم الحلقات). يمكنك التعرف على العديد من تطبيقات تحمل الكرات من خلال الفيزياء الخاصة بهم. تحمل الكرات أنواعًا من الأحمال في اتجاه شعاعي ، وتطبق هذه الأحمال قوة عمودية على محور دوران محمل الكرة.

يؤدي انزلاق الكرات المعدنية حول حلقات محمل الكرة إلى حدوث احتكاك بين جسم ما وسطحه مما يؤدي إلى إبطاء سرعة الجسم. في بعض الحالات يقترب الكائن من التوقف. تتيح هذه الآلية استخدامات الكرات في أنظمة البكرات أو أنظمة الدوران التي تحتاج إلى التحكم. على سبيل المثال ، تستخدم العجلة المحورية للسيارة حمولة شعاعية من وزن السيارة والضغط من الالتفاف.

في جميع حالات المحامل الكروية ، يتسبب التوازن بين الدفع والحمل الشعاعي في تقليل الاحتكاك بين الكرات في الحلقة الداخلية والخارجية والتعامل مع حمولة الجسم. تحمل الكرات الحمولة وتنقلها من الحلقة الخارجية إلى الحلقة الداخلية للسماح للكريات الموجودة في مراكز كل حلقة بالدوران بسهولة.

كل كرة متصلة بالحلقتين ، ولكن فقط عند الضرورة لتقليل الاحتكاك بين مكونات الكرة التي تحمل نفسها. لهذه الأسباب ، تم إنشاء محامل كروية لتقليل الاحتكاك وتسهيل سرعة الدوران.

تختلف أنواع الكرات اختلافًا كبيرًا باختلاف آليتها المعنية. النوع الأكثر استخدامًا هو الصف الفردي الصلب ، أو شعاعي كروي. يتسبب هذا التصميم في تشغيل الكرات في مسارات محفوفة بعمق ، ويتيح ترتيب محمل الكرة ذو الأخدود العميق لها تحمل الأحمال الشعاعية والمحورية. يتم تشحيم الإصدارات المختومة من الكرات بشكل دائم لتقليل صيانتها.

صف مزدوج الكرات استخدم صفين من الكرات. يعطي التصميم مزيدًا من الصلابة لحركة المحمل نفسه. توجد في المحركات الكهربائية ومضخات الطرد المركزي والقوابض الكهرومغناطيسية. تحاذي بعض الكرات نفسها بطريقة تتيح للعمود حساب أي محاذاة غير صحيحة بزاوية فيما يتعلق بمبيت محمل الكرة.

ال نوع الاتصال الزاوي من محمل الكرة جانب واحد من الحلقة الخارجية مقطوع للسماح لمزيد من الكرات بإدخال نفسها. يمكن لهذه المحامل بعد ذلك حمل كميات كبيرة من الأحمال المحورية في اتجاه واحد بالإضافة إلى استخدام المزيد من الكرات في المحامل نفسها. هذا يعني أن المهندسين يستخدمونها في أزواج في كلا الاتجاهين لحمل الأحمال الثقيلة ، في إعداد يجعلها محامل كروية صف مزدوج الاتصال الزاوي. تختلف هذه الأنواع من الكرات بناءً على المواد أيضًا.

تختلف الكرات في المواد مع محامل كروية من الصلب أو السيراميك أو البلاستيك لاستخدامات مختلفة. تختلف هذه الأنواع من الكرات في مدى السرعة التي يمكن أن تعمل بها ، ودرجات الحرارة التي يمكنها تحقيقها ، والخصائص الأخرى المتعلقة باستخدامات محامل الكرة. يتيح لك فهم الإيجابيات والسلبيات لكل نوع من المواد اتخاذ قرار أكثر حكمة إذا كنت بحاجة إلى محامل كروية.

تستخدم محامل الكرات الفولاذية مكونات مصنوعة بالكامل من الفولاذ أو سبائك الصلب مع وجود آثار لعناصر أخرى في التركيبة. إنها مرشحة مثالية للتعامل مع الأحمال الثقيلة جدًا مع تحقيق سرعات دوران كبيرة أثناء الدوران.

يمكن أن تمنحك هذه الأنواع من الكرات قياسات دقيقة للغاية لأنها مصنوعة بمستويات عالية من الدقة. تسمح خصائصها باستخدام محامل كريات الكربون الفولاذية في الأقفال والدراجات والزلاجات الدوارة والعربات وآلات النقل ، من بين أمور أخرى.

يمكن أن تتسبب مادة محمل الكرة الفولاذية ، للأسف ، في حدوث تآكل في وجود الماء أو الغازات التي تغير التركيب الكيميائي للفولاذ نفسه. يمكن أيضًا أن تكون هذه الأنواع من الكرات ثقيلة جدًا وصاخبة عند استخدامها في التصنيع والبيئات الأخرى.

يمكن أن تكون محامل الكرات الفولاذية باهظة الثمن ، ويحتاج المهندسون أيضًا إلى تشحيم المعادن الفولاذية باستمرار لإبقائها تعمل بكفاءة. إذا لم يتم صيانتها بشكل صحيح ، فقد تتسبب في فشل المحمل ولن تصل إلى نهاية عمرها الافتراضي.

يقوم المصنعون بإنشاء وبيع الكرات الفولاذية بأنماط مختلفة. يمكنك شراء الكرات الفولاذية التي تحتوي على كميات أكبر من الكربون والتي تتعرض للمعالجة الحرارية أو تم تقويتها بطرق أخرى. تؤثر الاختلافات في محتوى الكربون بين محامل الكرات الفولاذية على خصائصها. تم العثور على الفولاذ منخفض الكربون في التطبيقات التي تحتاج إلى مقاومة التآكل ، ولكن ليس بالضرورة أن يكون سطحها صلبًا.

بينما يمكن استخدام مادة فولاذية منخفضة الكربون في المحور الخطي لمحمل كروي ، إلا أنها ليست رائعة للاتصال بين الكرات نفسها. يتم استخدامها بشكل عام مع البوليمر لمنع التلف في هذه الحالات. محامل الكرات الفولاذية بكميات معتدلة من الكربون قوية ومقاومة للماء وقاسية ، وهذه الميزات تجعلها مناسبة للتروس والمحاور والمسامير ومكونات الماكينة الأخرى. الفولاذ عالي الكربون هو الأقوى والأكثر صلابة بينما يقاوم التآكل.

عادة ما يتم إنشاء الكرات الخزفية على أنها "هجينة" تستخدم الحلقة الخارجية والحلقة الداخلية والقفص المصنوع من الفولاذ مع الكرات نفسها مصنوعة من السيراميك. تتيح لهم خصائص السيراميك العمل بدورات سريعة في الدقيقة مع الحفاظ على درجة حرارة التشغيل باردة والحد من مقدار الضوضاء التي تصدرها.

تتضرر هذه التصميمات الفولاذية والسيراميك الهجينة بسبب التآكل ، لكن الكرات الخزفية نفسها أقل عرضة للتآكل من المواد الفولاذية ، وهي أكثر متانة وخفيفة الوزن من الكرة الفولاذية رمان.

يمكن استخدام هذه الأنواع من الكرات في التطبيقات الكهربائية حيث لا يمكن استخدام الكرات الفولاذية لأن الكرات الخزفية غير موصلة للكريات ، ولكنها أيضًا باهظة الثمن. يمكن أن تتحمل الكرات الخزفية درجات الحرارة العالية ، مما يسمح لها بالعمل بسرعات أعلى. قد تكون أسعار بعض محامل الكرات باهظة الثمن بشكل عام ، ولكن يمكنك أيضًا العثور على إصدارات رخيصة الثمن منها.

تعطي المواد الخزفية لهذه الكرات أوزانًا أقل من 40٪ من تلك الخاصة بالمحامل ذات الكرات الفولاذية. يصنعها المهندسون عادةً باستخدام نيتريد السيليكون الخزفي لإحداث هذه الخصائص الكيميائية والفيزيائية. يتم استخدامها في المحامل الزاويّة ، ومحامل الدفع ، ومحامل كتلة الوسادة ، ومحامل الإبرة ، والمحامل الأسطوانية. قد تكون مواد السيراميك أقوى من الفولاذ ، لكنها عمومًا أكثر صلابة من المواد التي تحمل الكرة.

يستخدم تلميع كرات الصلب الخزفية مجالًا مغناطيسيًا مع تيار البلازما. تمنحهم طريقة الإنتاج هذه معدلات دوران أعلى من محامل الكرات الفولاذية. إنها عازلة للكهرباء ، مما يعني أنها لا توصل الكهرباء ، لذا فهي لا تفشل في التيار الكهربائي يتم تمريرها من خلالهم ، ويمكنهم العمل دون تشحيم مثل الكرات الفولاذية يكون.

أنتجت الابتكارات الحديثة محامل كروية بلاستيكية تستخدم حلقات بلاستيكية وأقفاص بلاستيكية ، ويمكن شراؤها على شكل كرات مصنوعة من البلاستيك أو الزجاج أو الفولاذ المقاوم للصدأ. أكثر المواد الكروية شيوعًا مع هذا النوع من محمل الكرة هي كرة الفولاذ المقاوم للصدأ. إنها الخيار الأقل تكلفة ، لكنها أيضًا أثقل من أنواع البلاستيك أو الزجاج. يمكن أيضًا أن تصبح مغناطيسية بسهولة ، مما قد يعطل حركة وفيزياء المواد القريبة.

تعتبر محامل الكرات البلاستيكية ذات الكرات الزجاجية خيارات رائعة عندما لا يمكنك استخدام المعدن. تتميز بمقاومة كيميائية عالية ولها أوزان أقل من الكرات الفولاذية. تزن الكرات البلاستيكية للمحامل الكروية البلاستيكية أقل وتوفر مقاومة للتآكل لأنها تستخدم بمرور الوقت. معظم الكرات البلاستيكية ذاتية التشحيم وخفيفة الوزن ومقاومة للتآكل أثناء العمل بهدوء.

هذه الأنواع من الكرات للأسف لا تتحمل درجات الحرارة العالية كما تفعل الكرات الأخرى ولا يمكنها التعامل مع الأحمال العالية مثلها في بعض الأحيان.