Σε τι χρησιμοποιούνται τα ρουλεμάν;

Μερικές φορές οι πιο χρήσιμες συσκευές στη φυσική και τη μηχανική είναι οι απλούστερες. Τα ρουλεμάν δείχνουν πώς οι μεταλλικοί δακτύλιοι μπορούν να είναι εξαιρετικά ευέλικτοι. Όπως μπορείτε να δείτε σε τόσα πολλά κοινά αντικείμενα όπως οχήματα, ποδήλατα, skateboard και άλλα μηχανήματα που περιλαμβάνουν κινούμενα μεταλλικά μέρη, οι άνθρωποι έχουν χρησιμοποιήσει τη δύναμη των ρουλεμάν για αιώνες.

Φανταστείτε να γλιστράτε σε ένα μαλακό χαλί φορώντας παπούτσια. Μπορεί να είναι δύσκολο λόγω της τριβής μεταξύ του χαλιού και των παπουτσιών σας, η οποία μπορεί να είναι κατασκευασμένη από οτιδήποτε, όπως δέρμα, πλαστικό, ξύλο ή καουτσούκ. Αν φοράτε κάλτσες, θα ήταν πολύ πιο εύκολο λόγω πολύ λιγότερης τριβής μεταξύ του μαλακού χαλιού και των υλικών των καλτσών. Τα ρουλεμάν λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο.

Τα ρουλεμάν μειώνουν την τριβή μεταξύ των φορτίων που τους επιβάλλονται. Το κάνουν αυτό επειδή είναι μεταλλικές σφαίρες ή κύλινδροι που κινούνται γύρω από μια λεία μεταλλική επιφάνεια σε έναν εσωτερικό βρόχο και έναν εξωτερικό βρόχο (μερικές φορές αναφέρεται ως δακτύλιοι). Μπορείτε να μάθετε για τις πολλές εφαρμογές ρουλεμάν μέσω της φυσικής τους. Τα ρουλεμάν φέρουν τύπους φορτίου σε ακτινική κατεύθυνση, και αυτά τα φορτία ασκούν κάθετη δύναμη στον άξονα περιστροφής του ρουλεμάν.

Η ολίσθηση των μεταλλικών σφαιρών γύρω από τους βρόχους του ρουλεμάν δημιουργεί τριβή μεταξύ ενός αντικειμένου και της επιφάνειάς του που επιβραδύνει το αντικείμενο προς τα κάτω. Σε ορισμένες περιπτώσεις το αντικείμενο πλησιάζει μια στάση. Αυτός ο μηχανισμός επιτρέπει στα ρουλεμάν να έχουν χρήσεις σε συστήματα τροχαλίας ή περιστροφικά συστήματα που πρέπει να ελέγχονται. Για παράδειγμα, ο τροχός πλήμνης ενός αυτοκινήτου χρησιμοποιεί ένα ακτινικό φορτίο από το βάρος του αυτοκινήτου και ώθηση από την περιστροφή.

Σε όλες τις περιπτώσεις των ρουλεμάν, η ισορροπία μεταξύ ώθησης και ακτινικού φορτίου προκαλεί τη μείωση της τριβής μεταξύ των σφαιρών στον εσωτερικό και εξωτερικό δακτύλιο και τη διαχείριση του φορτίου του αντικειμένου. Τα ρουλεμάν παίρνουν το φορτίο και το μεταφέρουν από τον εξωτερικό δακτύλιο στον εσωτερικό δακτύλιο για να αφήνουν τις σφαίρες στα κέντρα κάθε δακτυλίου να περιστρέφονται με ευκολία.

Κάθε σφαίρα συνδέεται με τους δύο δακτυλίους, αλλά μόνο όπου είναι απαραίτητο για τη μείωση της τριβής μεταξύ των εξαρτημάτων του ίδιου του ρουλεμάν. Για αυτούς τους λόγους, τα ρουλεμάν δημιουργούνται για να μειώσουν την τριβή και να διευκολύνουν την ταχύτητα περιστροφής.

Οι τύποι των ρουλεμάν διαφέρουν πολύ από το μηχανισμό τους. Το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο είδος είναι η άκαμπτη μονή σειρά, ή ακτινικό ρουλεμάν. Αυτός ο σχεδιασμός αναγκάζει τις μπάλες να τρέχουν σε βαθιές αυλακώσεις, και η διάταξη ρουλεμάν βαθιάς αυλάκωσης τους επιτρέπει να φέρουν τόσο ακτινικά όσο και αξονικά φορτία. Οι σφραγισμένες εκδόσεις των ρουλεμάν λιπαίνονται μόνιμα για να μειωθεί η συντήρησή τους.

Ρουλεμάν διπλής σειράς χρησιμοποιήστε δύο σειρές μπάλες. Ο σχεδιασμός δίνει περισσότερη ακαμψία στην κίνηση του ίδιου του ρουλεμάν. Βρίσκονται σε ηλεκτρικούς κινητήρες, φυγοκεντρικές αντλίες και ηλεκτρομαγνητικούς συμπλέκτες. Μερικά ρουλεμάν ευθυγραμμίζονται με τρόπο που επιτρέπει στον άξονα να ευθύνεται για τυχόν εσφαλμένη ευθυγράμμιση σε σχέση με το περίβλημα του ρουλεμάν.

ο τύπος γωνιακής επαφής του ρουλεμάν έχει μια πλευρά του εξωτερικού δακτυλίου κομμένο για να αφήσει περισσότερες μπάλες να μπουν. Αυτά τα ρουλεμάν μπορούν στη συνέχεια να συγκρατήσουν υψηλές ποσότητες αξονικών φορτίων σε μία κατεύθυνση καθώς και να χρησιμοποιήσουν περισσότερες μπάλες στα ίδια τα ρουλεμάν. Αυτό σημαίνει ότι οι μηχανικοί τα χρησιμοποιούν σε ζευγάρια και στις δύο κατευθύνσεις για να μεταφέρουν βαριά φορτία, σε μια εγκατάσταση που τα κάνει ρουλεμάν διπλής σειράς γωνιακής επαφής. Αυτοί οι τύποι ρουλεμάν ποικίλλουν ανάλογα με το υλικό τους.

Τα ρουλεμάν ποικίλλουν σε υλικό με χάλυβα, κεραμικά ή πλαστικά ρουλεμάν για διαφορετικές χρήσεις. Αυτοί οι τύποι ρουλεμάν διαφέρουν ως προς το πόσο γρήγορα μπορούν να λειτουργήσουν, ποιες θερμοκρασίες μπορούν να επιτύχουν και άλλες ιδιότητες που σχετίζονται με τις χρήσεις των ρουλεμάν. Η κατανόηση των θετικών και αρνητικών για κάθε τύπο υλικού θα σας επιτρέψει να λάβετε μια σοφότερη απόφαση εάν χρειάζεστε ρουλεμάν.

Τα χαλύβδινα ρουλεμάν χρησιμοποιούν είτε εξαρτήματα που είναι εξ ολοκλήρου κατασκευασμένα από χάλυβα ή κράματα χάλυβα με ίχνη άλλων στοιχείων στη σύνθεση. Είναι ιδανικοί υποψήφιοι για τον χειρισμό φορτίων πολύ μεγάλου βάρους, ενώ επιτυγχάνουν μεγάλες ταχύτητες περιστροφής κατά την περιστροφή.

Αυτοί οι τύποι ρουλεμάν μπορούν να σας δώσουν πολύ ακριβείς μετρήσεις επειδή κατασκευάζονται σε υψηλά επίπεδα ακρίβειας. Οι ιδιότητές τους αφήνουν χάλυβα ρουλεμάν από άνθρακα να έχουν χρήσεις σε κλειδαριές, ποδήλατα, πατίνια, καροτσάκια και μεταφορικά μηχανήματα, μεταξύ άλλων.

Το ατσάλινο ρουλεμάν μπορεί, δυστυχώς, να προκαλέσει διάβρωση παρουσία νερού ή αερίων που αλλάζουν τη χημική σύνθεση του ίδιου του χάλυβα. Αυτοί οι τύποι ρουλεμάν μπορεί επίσης να είναι πολύ βαρύ και θορυβώδες όταν χρησιμοποιούνται σε κατασκευαστικά και άλλα περιβάλλοντα.

Τα χαλύβδινα ρουλεμάν μπορεί να είναι πολύ ακριβά, και οι μηχανικοί πρέπει επίσης να λιπάνουν συνεχώς χάλυβα μετάλλων για να τα διατηρούν αποτελεσματικά. Εάν δεν συντηρούνται σωστά, μπορεί να προκαλέσουν αστοχία ρουλεμάν και δεν θα φτάσουν στο τέλος της προβλεπόμενης διάρκειας ζωής τους.

Οι κατασκευαστές δημιουργούν και πωλούν χαλύβδινα ρουλεμάν σε διαφορετικά στυλ. Μπορείτε να αγοράσετε χαλύβδινες μπάλες με υψηλότερες ποσότητες άνθρακα που εκτίθενται σε θερμικές επεξεργασίες ή έχουν σκληρυνθεί με άλλες μεθόδους. Οι διαφορές στην περιεκτικότητα σε άνθρακα μεταξύ των χαλύβδινων ρουλεμάν επηρεάζουν τις ιδιότητές τους. Χάλυβες χαμηλού άνθρακα βρίσκονται σε εφαρμογές που πρέπει να είναι ανθεκτικές στη διάβρωση, αλλά όχι απαραίτητα να έχουν σκληρυνθεί επιφάνεια.

Ενώ το ατσάλινο υλικό χαμηλού άνθρακα μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη γραμμική μετατόπιση ενός ρουλεμάν, δεν είναι ιδανικό για επαφή μεταξύ των ίδιων των σφαιρών. Χρησιμοποιούνται γενικά με ένα πολυμερές για την αποφυγή ζημιών σε αυτές τις περιπτώσεις. Τα χαλύβδινα ρουλεμάν με μέτριες ποσότητες άνθρακα είναι ανθεκτικά, ανθεκτικά στο νερό και ανθεκτικά, και αυτά τα χαρακτηριστικά τα καθιστούν κατάλληλα για γρανάζια, άξονες, καρφιά και άλλα εξαρτήματα του μηχανήματος. Οι χάλυβες με υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα είναι οι ισχυρότεροι και σκληρότεροι ενώ αντιστέκονται στη διάβρωση.

Τα κεραμικά ρουλεμάν συνήθως δημιουργούνται ως "υβρίδια" που χρησιμοποιούν τον εξωτερικό δακτύλιο, τον εσωτερικό δακτύλιο και το κλουβί χτισμένο από χάλυβα με τις ίδιες τις σφαίρες από κεραμικό. Οι κεραμικές ιδιότητες τους επιτρέπουν να λειτουργούν σε γρήγορες περιστροφές ανά λεπτό, διατηρώντας ταυτόχρονα τη θερμοκρασία λειτουργίας τους δροσερή και περιορίζοντας τον θόρυβο που δημιουργούν.

Αυτά τα υβριδικά σχέδια από κεραμικό χάλυβα έχουν υποστεί ζημιά λόγω διάβρωσης, αλλά οι ίδιες οι κεραμικές μπάλες είναι λιγότερο είναι επιρρεπείς σε διάβρωση από χαλύβδινα υλικά και είναι πιο ανθεκτικά και πιο ελαφριά από χάλυβα ρουλεμάν.

Αυτοί οι τύποι ρουλεμάν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ηλεκτρικές εφαρμογές όπου τα χαλύβδινα ρουλεμάν δεν μπορούν επειδή τα κεραμικά ρουλεμάν είναι μη αγώγιμα, αλλά είναι επίσης πολύ ακριβά. Τα κεραμικά ρουλεμάν μπορούν να αντέξουν σε υψηλές θερμοκρασίες, αφήνοντάς τα να λειτουργήσουν σε υψηλότερες ταχύτητες. Οι τιμές για μερικά από αυτά τα ρουλεμάν μπορεί γενικά να είναι ακριβά, αλλά μπορείτε να βρείτε και φθηνές εκδόσεις αυτών.

Το κεραμικό υλικό αυτών των ρουλεμάν τους δίνει βάρη κάτω του 40% από αυτά των χαλύβδινων ρουλεμάν. Οι μηχανικοί συνήθως τα κατασκευάζουν χρησιμοποιώντας νιτρίδιο κεραμικού πυριτίου για να προκαλέσουν αυτές τις χημικές και φυσικές ιδιότητες. Χρησιμοποιούνται σε γωνιακά ρουλεμάν, ρουλεμάν ώθησης, ρουλεμάν μαξιλαριών, ρουλεμάν βελόνων και ρουλεμάν κυλίνδρων. Τα κεραμικά υλικά μπορεί να είναι ισχυρότερα από το χάλυβα, αλλά είναι γενικά πιο άκαμπτα ως υλικό με ρουλεμάν.

Στίλβωση κεραμικών χαλύβδινων σφαιρών χρησιμοποιεί μαγνητικό πεδίο με ροή πλάσματος. Αυτή η μέθοδος παραγωγής τους δίνει υψηλότερους ρυθμούς περιστροφής από τα χαλύβδινα ρουλεμάν. Είναι ηλεκτρικά μονωτικά, που σημαίνει ότι δεν μεταφέρουν ηλεκτρισμό, οπότε δεν αποτυγχάνουν εάν είναι ρεύμα περνά μέσα από αυτά, και μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς να λιπαίνονται σαν χάλυβα ρουλεμάν είναι.

Πρόσφατες καινοτομίες παρήγαγαν πλαστικά ρουλεμάν που χρησιμοποιούν πλαστικούς δακτυλίους και πλαστικό κλουβί, και μπορούν να αγοραστούν με τη μορφή σφαιρών από πλαστικό, γυαλί ή ανοξείδωτο ατσάλι. Το πιο κοινό υλικό σφαιρών με αυτόν τον τύπο ρουλεμάν είναι η μπάλα ανοξείδωτου. Είναι η πιο προσιτή επιλογή, αλλά είναι επίσης βαρύτερα από πλαστικά ή γυάλινα είδη. Μπορούν επίσης να γίνουν μαγνητικά εύκολα, γεγονός που μπορεί να διαταράξει την κίνηση και τη φυσική των κοντινών υλικών.

Τα πλαστικά ρουλεμάν με γυάλινες σφαίρες είναι εξαιρετικές επιλογές όταν δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μέταλλο. Έχουν υψηλή χημική αντίσταση και έχουν χαμηλότερο βάρος από ό, τι οι χαλύβδινες σφαίρες. Οι πλαστικές μπάλες για τα πλαστικά ρουλεμάν ζυγίζουν ακόμη λιγότερο και προσφέρουν αντοχή στη φθορά καθώς χρησιμοποιούνται με την πάροδο του χρόνου. Τα περισσότερα πλαστικά ρουλεμάν είναι αυτολιπαινόμενα, ελαφριά και ανθεκτικά στη διάβρωση ενώ λειτουργούν αθόρυβα.

Αυτοί οι τύποι ρουλεμάν δυστυχώς δεν αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες, όπως και άλλα ρουλεμάν και δεν μπορούν να χειριστούν τόσο υψηλά φορτία όσο αυτά μερικές φορές.