Τι είναι ένα ρουλεμάν; Τι Σκοπό Εξυπηρετεί;
Τα ρουλεμάν είναι μια οικογένεια εξαρτημάτων μηχανής που έχουν σχεδιαστεί για να μειώνουν την τριβή μεταξύ κινούμενων μερών ενώ υποστηρίζουν τη σχετική κίνηση.
Με νέες μόδες να αναδύονται σχεδόν κάθε δεύτερη εβδομάδα, σχεδόν σίγουρα θα συναντήσετε ένα fidget spinner κάποια στιγμή τα τελευταία δύο χρόνια. Αυτά τα μικροσκοπικά παιχνίδια που στροβιλίζονται κατέστρεψαν τον κόσμο και καμία ηλικιακή ομάδα δεν είχε ανοσία. Όταν τα σχέδιά τους δεν ήταν πλέον ελκυστικά σε υπερβολικά δημιουργικούς ανθρώπους, άρχισαν να φτιάχνουν τις δικές τους εκδοχές—διαλέγοντας τα ρουλεμάν και τυλίγοντας γύρω τους φανταχτερά τεχνάσματα της δικής τους κατασκευής.
Τα Fidget spinner είναι ένα δημοφιλές παιχνίδι που χρησιμοποιεί ρουλεμάν (Photo Credit :ViChizh/Shutterstock)
Τι ακριβώς είναι λοιπόν ένα ρουλεμάν; Ας μάθουμε!
Επιφάνειες ρουλεμάν
Ένα ρουλεμάν είναι ένα μέλος μιας οικογένειας εξαρτημάτων μηχανής που έχουν σχεδιαστεί για να μειώνουν την τριβή μεταξύ κινούμενων μερών ενώ υποστηρίζουν τη σχετική κίνηση.
Τύποι ρουλεμάν
1. Ρουλεμάν ολίσθησης
Τα ρουλεμάν ολίσθησης είναι η απλούστερη μορφή ρουλεμάν που περιλαμβάνουν απλές ή αυλακωμένες επιφάνειες στις οποίες μπορούν να γλιστρήσουν τα στοιχεία της μηχανής. Η κατασκευή τους είναι φθηνή και μπορούν να υποστηρίξουν τόσο γραμμική όσο και περιστροφική κίνηση.
Βάτρα που περιέχουν ρουλεμάν ολίσθησης για κίνηση άξονα με θύρα λίπανσης (πράσινο κάλυμμα) (Photo Credit :nayladen/Shutterstock)
Το απλούστερο παράδειγμα συρόμενου ρουλεμάν είναι ένας άξονας σε μια τρύπα. Μπορεί είτε να περιστρέφεται μέσα στην τρύπα γύρω από τον άξονά του είτε να εκτελεί γραμμική κίνηση κατά μήκος της. Χωρίς ρουλεμάν, η κίνηση του άξονα στην οπή μπορεί να οδηγήσει σε διάβρωση του άξονα ή των τοιχωμάτων της οπής.
Τα περιστροφικά ρουλεμάν ολίσθησης είναι σχεδιασμένα σαν ένα χιτώνιο στο οποίο περιστρέφεται ο άξονας. Το χιτώνιο ταιριάζει στην τρύπα και υποστηρίζει την κίνηση του άξονα. Μπορεί να είναι είτε μονοκόμματο (δακτύλιος) είτε σπαστό (ρουλεμάν περιοδικού), ανάλογα με την απαιτούμενη εφαρμογή.
Τα γραμμικά ρουλεμάν ολίσθησης, από την άλλη πλευρά, επιτρέπουν στον άξονα να κινείται κατά μήκος της οπής. Τα ρουλεμάν ολίσθησης απαιτούν εξωτερική λίπανση για τη μείωση της τριβής μεταξύ των κινούμενων μερών.
Τα μπλοκ κινητήρα χρησιμοποιούν ρουλεμάν περιοδικού για την ομαλή κίνηση του στροφαλοφόρου άξονα (Φωτογραφία:aSuruwataRi/Shutterstock)
Η συντήρηση τους είναι φθηνή και μπορούν να κατασκευαστούν από διάφορα υλικά, όπως χυτοσίδηρος, Babbitt, μπρούτζος και άλλα κράματα με βάση τον ψευδάργυρο. Οι δακτύλιοι μπορούν επίσης να κατασκευαστούν από καουτσούκ, ανάλογα με την εφαρμογή τους.
Μερικά κοινά παραδείγματα ρουλεμάν ολίσθησης περιλαμβάνουν:
- Στροφαλοφόροι άξονες σε κινητήρες αυτοκινήτων που χρησιμοποιούν ρουλεμάν γεμιστήρα
- Μντεσέδες πόρτας που χρησιμοποιούν δακτύλιο
2. Ρουλεμάν κύλισης
Τα ρουλεμάν κύλισης είναι η πιο δημοφιλής μορφή ρουλεμάν και αποτελούνται από στοιχεία κύλισης εγκλωβισμένα σε ένα περίβλημα, επιτρέποντας τη σχετική κίνηση μεταξύ των εξαρτημάτων της μηχανής. Τα στοιχεία κύλισης μπορεί να είναι μπάλες ή κυλινδρικοί κύλινδροι, ανάλογα με την εφαρμογή των ρουλεμάν. Λόγω της μεγαλύτερης επιφάνειας επαφής, τα κυλινδρικά ρουλεμάν στοιχείων είναι ικανά να φέρουν μεγαλύτερα φορτία από τα αντίστοιχα με σφαιρικά στοιχεία παρόμοιου μεγέθους. Όταν τα κυλιόμενα στοιχεία είναι διατεταγμένα σε ευθεία γραμμή, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την υποστήριξη γραμμικής κίνησης και όταν είναι διατεταγμένα γύρω από μια περιφέρεια, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την υποστήριξη περιστροφικής κίνησης.
Τα ρουλεμάν μπορεί να έχουν σφαιρικά, κυλινδρικά και ακόμη και κυκλικά στοιχεία για τη μείωση της τριβής μεταξύ των κινούμενων μερών (Photo Credit :Maxx-Studio/Shutterstock)
Τα ρουλεμάν κύλισης διατίθενται σε διάφορες διαμορφώσεις, όπως κωνικά ρουλεμάν, ρουλεμάν βελόνας και κωνικά ρουλεμάν.
Τα ρουλεμάν κύλισης κατασκευάζονται συνήθως από ανοξείδωτο και χρώμιο χάλυβα. Ωστόσο, μπορούν επίσης να κατασκευάζονται από νιτρίδιο του πυριτίου. Τα ρουλεμάν στοιχείων κύλισης πρέπει να λιπαίνονται για βέλτιστη απόδοση, αλλά τα ειδικά κατασκευασμένα ξηρά ρουλεμάν μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές σε υψηλές θερμοκρασίες. Ενώ χρησιμοποιούνται αρκετά στην καθημερινή ζωή, συχνά μπορούν να περάσουν απαρατήρητα. Μερικά παραδείγματα ρουλεμάν κύλισης περιλαμβάνουν:
- Μηχανισμοί πεντάλ ποδηλάτου
- Ρυθμιστικά συρταριών
- Ρόδες skateboard
3. Ρουλεμάν κάμψης
Τα καπάκια των κουτιών μέντας όπως αυτά είναι κοινά παραδείγματα ρουλεμάν με κάμψη (Photo Credit :Robson90/Shutterstock)
Σε αντίθεση με τα προαναφερθέντα ρουλεμάν που μειώνουν την αστοχία τριβής, υπάρχει μια άλλη κατηγορία ρουλεμάν που αντιμετωπίζει την αστοχία λόγω επαναλαμβανόμενης κάμψης. Τέτοια ρουλεμάν είναι επίσης γνωστά ως έδρανα κάμψης. Συνδέουν δύο επιφάνειες που κινούνται μεταξύ τους υπό γωνία, δηλαδή με κάμψη ή τέντωμα.
Το ρουλεμάν κάμψης είναι κατασκευασμένο από υλικό σχεδιασμένο να αντέχει επαναλαμβανόμενους κύκλους καταπόνησης χωρίς αστοχία κόπωσης. Ωστόσο, το τέντωμα του πέρα από το ανεκτό όριο σε επαναλαμβανόμενη βάση συντομεύει τον κύκλο ζωής του και μπορεί να προκαλέσει πρόωρη αποτυχία του. Ανάλογα με την εφαρμογή τους, τα ρουλεμάν κάμψης μπορούν να κατασκευαστούν από διάφορα υλικά, όπως μέταλλα ή πλαστικά, και μπορεί να είναι γραμμικά ή σπειροειδή στο σχήμα τους.
Ένα συνηθισμένο παράδειγμα ρουλεμάν κάμψης είναι το πτυσσόμενο καπάκι που εμφανίζεται συχνά σε πλαστικά κουτιά που περιέχουν μέντες. Χρησιμοποιούνται επίσης με μακριές δοκούς για να επιτρέψουν κινήσεις δέσμης, όπως χαλάρωση.
Γιατί να χρησιμοποιήσω ένα ρουλεμάν εξαρχής;
Όταν τα μέρη της μηχανής κινούνται μεταξύ τους, οι επιφάνειες που έρχονται σε επαφή διαβρώνονται, με αποτέλεσμα την απώλεια υλικού. Αυτό αλλάζει τα απαιτούμενα διάκενα μεταξύ τους, μειώνοντας την απόδοση και προκαλώντας ακόμη και πλήρη αστοχία του μηχανήματος.
Τα ρουλεμάν είναι «θυσιαστικές» επιφάνειες επαφής σχεδιασμένες να είναι αρκετά ισχυρές ώστε να αντέχουν σε επαναλαμβανόμενους κύκλους τριβής και θερμότητας, ενώ είναι πιο αδύναμες από το εξάρτημα της μηχανής με το οποίο έρχονται σε επαφή. Με αυτόν τον τρόπο, η φθορά λόγω τριβής περιορίζεται μόνο στις επιφάνειες των ρουλεμάν, αποτρέποντας έτσι τις δαπανηρές επισκευές.
Η ζωή ενός ρουλεμάν
Η θεωρητική διάρκεια ζωής του ρουλεμάν συχνά αντιπροσωπεύεται από τον αριθμό L10. Αυτό αναφέρεται στον αριθμό των ωρών που αφιερώνει ένα ρουλεμάν σε λειτουργία πριν το 10% των επιφανειών του ρουλεμάν αστοχήσει.
Ωστόσο, ο αριθμός L10 είναι αυστηρά θεωρητικός, καθώς προϋποθέτει ιδανικές συνθήκες λειτουργίας, όπως βέλτιστη λίπανση, περιβάλλον χωρίς σκόνη και σωστή ευθυγράμμιση. Ωστόσο, αυτό δεν είναι πάντα δυνατό, γεγονός που καθιστά πολύ δύσκολη την εκτίμηση της «εγκατεστημένης διάρκειας ζωής» ενός ρουλεμάν.
Μια σημείωση για τα μη συμβατικά ρουλεμάν
1. Ρουλεμάν κοσμημάτων
Τα ρουλεμάν κοσμημάτων χρησιμοποιούνται κυρίως στην κίνηση ρολογιών (Photo Credit :rck_953 &/Shutterstock)
Τα ρουλεμάν κοσμημάτων είναι ειδικοί τύποι ρουλεμάν ολίσθησης που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή μηχανικών ρολογιών. Οι επιφάνειες έδρασης είναι επενδεδυμένες με συνθετικό ζαφείρι ή ρουμπίνι, το οποίο συμβάλλει στη μείωση της τριβής, διατηρώντας παράλληλα την ακρίβεια διαστάσεων του συστήματος.
2. Μαγνητικά ρουλεμάν
Τα μαγνητικά ρουλεμάν χρησιμοποιούν αιώρηση για να μειώσουν την τριβή μεταξύ ενός άξονα και του περιβλήματός του (Φωτογραφία:Orvar Belenus/Shutterstock)
Τα μαγνητικά ρουλεμάν είναι ρουλεμάν χωρίς τριβή που χρησιμοποιούν την αιώρηση μέσω ισχυρού μαγνητικού πεδίου. Αν και δεν έχουν κερδίσει ακόμη δημοτικότητα, λόγω του μεγέθους και του υψηλού κόστους τους, αποτελούν μια επερχόμενη τάση, καθώς μπορούν να λειτουργούν υπό κενό και χωρίς λίπανση. Τα μαγνητικά ρουλεμάν γίνονται ολοένα και πιο δημοφιλή σε μηχανές όπως συμπιεστές, τουρμπίνες, κινητήρες, γεννήτριες και αντλίες.
3. Ρουλεμάν υγρού
Η επιφάνεια των τραπεζιών air hockey είναι ένα συνηθισμένο παράδειγμα επιφανειών που φέρουν υγρά (Photo Credit :Fer Gregory/Shutterstock)
Τα ρουλεμάν υγρού είναι ένα άλλο παράδειγμα ανεπαφικών ρουλεμάν όπου ένα λεπτό στρώμα υγρών υπό πίεση εμποδίζει την επαφή μεταξύ των επιφανειών σε κίνηση. Το πλεονέκτημα των ρουλεμάν υγρών είναι η σχεδόν μηδενική φθορά και η αθόρυβη λειτουργία τους, γεγονός που τα καθιστά χρήσιμα για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας και υψηλής ακρίβειας.
Χρησιμοποιούνται συνήθως σε κινητήρες σκληρού δίσκου. Ένα άλλο συνηθισμένο παράδειγμα τέτοιων επιφανειών έδρασης είναι ένα τραπέζι χόκεϊ αέρα, όπου το ξωτικό «επιπλέει» σε ένα στρώμα αέρα που εκπέμπεται από μικρές τρύπες στην επιφάνεια του τραπεζιού!
