ما هو تأثير التشغيل والتوقف المتكرر على عمر الكلال لمحامل الكرات ذات الأخدود العميق المستخدمة في المعدات الرياضية

في المعدات الرياضية مثل أجهزة المشي، ودراجات التمرين، وعجلات ألواح التزلج، والزلاجات المضمنة، وأجهزة محاكاة التزلج، محامل الكرات الأخدود العميق تلعب دورا حاسما في دعم المكونات الدوارة. على عكس الآلات الصناعية التي تعمل بشكل مستمر، تعمل المعدات الرياضية في ظل دورات بدء وإيقاف متكررة. نمط التشغيل هذا له تأثير مباشر وهام على عمر كلال التحمل، وتوزيع الضغط الداخلي، وأداء التشحيم.

خصائص التحميل أثناء التشغيل المتكرر للتشغيل والإيقاف

تتعرض المعدات الرياضية لأحمال غير مستقرة للغاية. في كل مرة يبدأ المستخدم في استخدام الدواسات أو الدفع أو القفز أو الكبح، تتغير سرعة التحمل بسرعة من صفر إلى قيمة دوران عالية ثم تعود إلى الصفر. تولد هذه التغييرات السريعة قوى تسارع وتباطؤ عالية تعمل بشكل مباشر على مكونات المحمل.

أثناء كل بداية وتوقف، تتعرض العناصر المتدحرجة لأحمال ذروة عابرة تكون أعلى بكثير من تلك التي تخضع لدوران ثابت. تصبح قمم الحمل هذه المصدر الرئيسي لتعب التلامس المتداول داخل المحمل.

تأثير البدء على تعب مضمار السباق

عندما يبدأ المحمل من السكون، يحدث الاتصال بين الكرات والمجاري المائية في البداية تحت التشحيم الحدودي أو الاتصال الجزئي من المعدن إلى المعدن. لم يتم بعد إنشاء فيلم تشحيم كامل. تحت التأثير المشترك لوزن المستخدم والقصور الذاتي، يصبح ضغط التلامس على المجاري المائية مرتفعًا جدًا.

تشجع هذه الحالة على تكوين شقوق صغيرة على سطح مجرى النهر. مع البدء المتكرر، تنمو هذه الشقوق الصغيرة وتؤدي في النهاية إلى تقشر السطح وتشظي التعب.

تأثير القصور الذاتي أثناء التوقف

عندما يتوقف الدوران، تستمر الكرات في التحرك بسبب القصور الذاتي بينما تتباطأ المجاري المائية بسرعة. يؤدي هذا الاختلاف في السرعة إلى إنشاء قوى انزلاق وتأثير. تنتج هذه القوى احتكاكًا محليًا وحرارة وضغطًا سطحيًا على المجاري المائية.

في معدات اللياقة البدنية وآلات التدريب حيث يحدث الكبح السريع، تعمل تأثيرات القصور الذاتي هذه على تسريع إجهاد العناصر المتدحرجة وتلف مجرى السباق.

تآكل الحركة الدقيقة الناتج عن دورات البدء والإيقاف

غالبًا ما تؤدي عملية التشغيل والإيقاف المتكررة إلى إبقاء المحامل تعمل ضمن إزاحات زاوية صغيرة جدًا. تتحرك العناصر المتدحرجة بشكل متكرر ذهابًا وإيابًا عبر مسافات قصيرة. وهذا يمنع تكوين طبقة تشحيم مستقرة.

تسبب مثل هذه الظروف تآكلًا مزعجًا على سطح مجرى السباق. تعمل علامات التآكل الناتجة كنقاط تركيز للإجهاد، مما يؤدي إلى تسريع بدء ونمو صدع التعب.

آثار الإجهاد الحراري

يكون الاحتكاك في أعلى مستوياته أثناء التسارع والتباطؤ. وهذا يؤدي إلى تقلبات متكررة في درجات الحرارة داخل المحمل. تخلق هذه الدورات الحرارية ضغوطًا داخلية داخل مادة التحمل.

يؤدي التسخين والتبريد المتكرر إلى تقليل قوة إجهاد المواد تدريجيًا ويجعل المجاري المائية أكثر عرضة للتشقق وتلف السطح.

عدم استقرار التشحيم أثناء عملية التشغيل والإيقاف

في ظل الدوران الثابت عالي السرعة، يتشكل فيلم تشحيم مرن هيدروديناميكي مستقر بين الكرات والمجاري المائية. في ظل ظروف التشغيل والتوقف المتكررة، تعمل المحامل لفترات طويلة بسرعة منخفضة أو صفر، مما يسمح لمادة التشحيم بالتدفق بعيدًا عن مناطق التلامس.

تحدث كل عملية إعادة تشغيل مع تشحيم غير مكتمل، مما يؤدي إلى زيادة التلامس المعدني وتسريع تلف التآكل والتعب.

تراكم الإجهاد المتبقي

تؤدي التغييرات المتكررة في اتجاه الحمل وحجمه إلى توليد دورات ضغط متناوبة داخل مادة التحمل. بمرور الوقت، تتراكم الضغوط المتبقية داخل المجاري المائية والعناصر المتدحرجة.

وبمجرد أن تتجاوز هذه الضغوط حد الكلال للمادة، يحدث تقشر السطح والفشل المبكر حتى في ظل أحمال العمل العادية.

حياة التعب الفعلية في المعدات الرياضية

على الرغم من أن محامل الكرات ذات الأخدود العميق تظهر عمرًا نظريًا طويلًا في ظل الدوران المستمر، إلا أن ظروف المعدات الرياضية الحقيقية تنتج عمر خدمة أقصر بكثير. يؤدي التشغيل المتكرر والتوقف والصدمات وانقطاع التشحيم والتدوير الحراري إلى تقليل عمر المحمل الفعال بشكل كبير.

غالبًا ما يكون سبب الأعطال في بكرات جهاز المشي، ومدربي الدراجات، وعجلات لوح التزلج هو تلف التعب المتراكم بدلاً من الحمل الزائد.

أوضاع الفشل الشائعة

تشمل حالات الفشل النموذجية في ظل ظروف البدء والتوقف المتكررة تأليب القناة، وتقشر السطح، وتكسير إجهاد الكرة، وتآكل القفص، وتدهور مواد التشحيم. ترتبط كل هذه الأوضاع بشكل مباشر بالتسارع المتكرر والتباطؤ وتعطل التشحيم.