Το λήμμα δεν περιέχει πηγές ή αυτές που περιέχει δεν επαρκούν.Μπορείτε να βοηθήσετε προσθέτοντας την κατάλληλη τεκμηρίωση. Υλικό που είναι ατεκμηρίωτο μπορεί να αμφισβητηθεί καινα αφαιρεθεί. Η σήμανση τοποθετήθηκε στις 20/12/2012.
Έδρανα είναι ταστοιχεία της μηχανήςστα οποία στηρίζονται οιάξονες, οι άτρακτοι καιοι πείροι, ώστε να είναι εφικτή η περιστροφή τους, ενώ παράλληλα μεταβιβάζουν τα φορτία τωνστην βάση της μηχανής[1].
Μία ξεχωριστή κατηγορία εδράνων είναι τα γραμμικά έδρανα, τα οποία επιτρέπουν την γραμμική σχετική κίνηση των κινούμενων μερών.
Τα έδρανα ταξινομούνται:
Ανάλογα μετην αρχή λειτουργίας τους, σε έδρανα ολίσθησης και έδρανα κύλισης
Ανάλογα μετην διεύθυνση των μεταβιβαζομένων φορτίων, σε έδρανα αξονικά και έδρανα ακτινικά
Ανάλογα μετον τρόπο λειτουργίας τους, σε έδρανα σταθερά και έδρανα αυτορυθμιζόμενα
Έδρανα χρησιμοποιούνται από την εποχή της εφεύρεσης τουτροχού, που ανάγεται στην5η χιλιετία π.Χ.. Εικάζεται ωστόσο ότι η εφαρμογή της κύλισης, εν είδει γραμμικού εδράνου κύλισης (ρουλεμάν), μετη μορφή ξύλινων κυλίνδρων από κορμούς δέντρων, είναι προγενέστερη ακόμα και της εφεύρεσης του τροχού.
Ωστόσο, σε όλη την αρχαιότητα, ο βασικός τύπος εδράνου ήταν τα έδρανα τριβής. Ήταν συνήθως ξύλινα, και ως λιπαντικό χρησιμοποιούταν το ζωικό λίπος. Τυπικές εφαρμογές εδράνων ήταν στους τροχούς των αμαξών καιτων αρμάτων, καθώς και στους άξονες των μηχανών (μύλων κλπ.). Αντίστοιχα υλικά τριβής και λίπανσης χρησιμοποιούντο καιστην περίπτωση που ήταν επιθυμητή η γραμμική κίνηση.
Κατασκευές αυτού του τύπου σώζονται σε λειτουργία μέχρι σήμερα με τυπικό παράδειγμα, γιατον Ελλαδικό χώρο, τους παραδοσιακούς ανεμόμυλους.
Το αρχαιότερο δείγμα ρουλεμάν, που έχει ανακτηθεί από τα ερείπια του ρωμαϊκού πλοίου Nemiτου 40 μ.Χ., είναι ένα ξύλινο ρουλεμάν, που υποστηρίζει ένα περιστρεφόμενο τραπέζι.
Γύρω στα 1500μ.Χ. εντοπίστηκαν σχέδια από ρουλεμάν γιατο σχεδιασμό ενός ελικοπτέρου τουΛεονάρντο ντα Βίντσι, ενώ τα πρώτα σχέδια κυλινδρικού ρουλεμάν ήταν τουΑγκοστίνο Ραμέλλι. Ένα πρόβλημα μετα σφαιρικά και κυλινδρικά ρουλεμάν είναι ότι οι σφαίρες ή οι κύλινδροι τρίβονται μεταξύ τους προκαλώντας επιπρόσθετη αντίσταση. Το πρόβλημα αυτό συνήθως αντιμετωπίζεται μετην χρήση μίας στεφάνης, η οποία διατηρεί τα στοιχεία κύλισης σε συγκεκριμένες θέσεις. Η πρώτη περιγραφή ενός ρουλεμάν αυτού του τύπου αποδίδεται στονΓαλιλαίο, τον 17ο αιώνα. Το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας σφαιρικού ρουλεμάν με δακτυλίους απονεμήθηκε στον Philip Vaughan, στο Carmarthen το 1794.
Πρακτικά το πρώτο κυλινδρικό ρουλεμάν επινοήθηκε στα μέσα στο 1740 από τον ωρολογοποιό Τζων Χάρρισον (John Harrison) γιατον υποβρύχιο χρονομετρητή H3.
Σύμφωνα με πληροφορίες το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για ρουλεμάν απονεμήθηκε στονΖυλ Συριρέ (Jules Suriray), Γάλλο μηχανικό ποδηλάτων, στις 3 Αυγούστου 1869. Στη συνέχεια τα έδρανα τοποθετήθηκαν στο νικητήριο ποδήλατο του αναβάτη τον Τζέιμς Μουρ (James Moore) στον πρώτο αγώνα ποδηλασίας του κόσμου, Παρίσι - Ρουέντον Νοέμβριο του 1869.
Το 1883, ο Φρίντριχ Φίσερ (Friedrich Fischer), ιδρυτής της FAG, ανέπτυξε μια μέθοδο γιατην μηχανουργική κατεργασία και λείανση σφαιριδίων ίσου μεγέθους και υψηλής ακρίβειας όσον αφορά στη σφαιρικότητα, μέσω μιας κατάλληλης μηχανής και αποτέλεσε τη βάση γιατη δημιουργία μιας ανεξάρτητης βιομηχανίας παραγωγής ρουλεμάν.
Ο σύγχρονος σχεδιασμός αυτορρυθμιζόμενων ρουλεμάν οφείλεται στονΣβεν Βίνγκκβιστ (Sven Wingquist) της κατασκευαστικής εταιρείας ρουλεμάν SKFτο 1907.
Το 1898 απονεμήθηκε στονΧένρυ Τίμκεν (Henry Timken), οραματιστή και πρωτοπόρο στον τομέα της βιομηχανικής παραγωγής αμαξών, δίπλωμα ευρεσιτεχνίας γιατο κωνικό ρουλεμάν. Τον επόμενο χρόνο ίδρυσε μια εταιρεία να παράγει το νέο προϊόν. Η εταιρεία επεκτάθηκε στονα παράγει έδρανα όλων των τύπων, συμπεριλαμβανομένων των ειδικών χαλύβων που απαιτούντο, καθώς και μιας σειράς από σχετικά προϊόντα και υπηρεσίες.
ΟΈριχ Φράνκε (Erich Franke) κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας την εφεύρεση τουγια ρουλεμάν με σύρμα το 1934. Μετά τονΒ΄ Παγκόσμιο Πόλεμο ίδρυσε μαζί μετον Gerhard Heydrich την εταιρεία Franke & Heydrich KG (σήμερα Franke GmbH) γιανα ωθεί την ανάπτυξη καιτην παραγωγή των ρουλεμάν αυτών.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, ο ιδρυτής του Pacific Bearing Ρόμπερτ Σρέντερ (Robert Schroeder) επινόησε το πρώτο έδρανο τριβής πολυστρωματικής κατασκευής που ήταν εναλλάξιμο ως προς το μέγεθος μετα γραμμικά ρουλεμάν. Αυτό το έδρανο είχε ένα μεταλλικό κέλυφος (αλουμίνιο, χάλυβα ή ανοξείδωτο χάλυβα), και ένα στρώμα από Teflonπου συνδέεται με ένα λεπτό στρώμα κόλλας.
Σήμερα τα ρουλεμάν που χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές οι οποίες περιλαμβάνουν ένα περιστρεφόμενο εξάρτημα. Παραδείγματα περιλαμβάνουν υπερ-υψηλής ταχύτητας ρουλεμάν για εργαλεία οδοντιάτρων, έδρανα γιατην αεροδιαστημική (aerospace bearings) του Mars Rover, το κιβώτιο ταχυτήτων καιτα ρουλεμάν των τροχών για αυτοκίνητα, εύκαμπτα ρουλεμάν σε συστήματα οπτικής ευθυγράμμισης(τηλεσκόπια) καισε ζάντες τροχών ποδηλάτου.
ΟΜεντεσές είναι ένα παράδειγμα απλού εδράνου: Ο πείρος στρέφεται εντός μίας οπής (έδρανο), ανοιγμένης στο μεταλλικό στήριγμαΣτροφαλοφόρος Άξονας. Διακρίνονται οι επιμελώς λειασμένοι "στροφείς", στους οποίους ο άξονας έρχεται σε επαφή μετα έδρανα
Οπιο διαδεδομένος τύπος εδράνου είναι τα έδρανα τριβής, με ή χωρίς λίπανση.
Στηνπιο απλή τους μορφή τα έδρανα αυτά είναι απλώς μία κυκλική οπή στο εσωτερικό της οποίας στρέφεται ένας πείρος.
Συνήθη, απλά παραδείγματα εδράνων αυτού του τύπου είναι οι μεντεσέδες στις πόρτες καιτα παράθυρα, ή οι αρθρώσεις των κινητών μερών (κεραίες, μπράτσα, μπούμες) στα μηχανήματα έργου (εκσκαφείς, γερανοί κλπ.) καιστα γεωργικά μηχανήματα.
Το τμήμα του άξονα ή της ατράκτου που έρχεται σε επαφή μετο έδρανο ονομάζεται "στροφέας". Οι στροφείς συνήθως είναι κατάλληλα λειασμένοι ώστε να μειώνεται η τριβή καιη φθορά στο έδρανο. Γιατον ίδιο λόγο εξάλλου συνηθίζεται στις περισσότερες περιπτώσεις η χρήση κάποιου λιπαντικού (λάδι, γράσο κλπ.).
Τα έδρανα που χρησιμοποιούνται στις διάφορες μηχανές κατασκευάζονται με γνώμονα την ασφαλή παραλαβή των φορτίων των αξόνων, την αξιόπιστη λειτουργία, τον μεγάλο χρόνο ζωής, την μειωμένη τριβή, την ακρίβεια στην περιστροφική κίνηση, την μειωμένη απαίτηση συντήρησης καιτην ελαχιστοποίηση του κατασκευαστικού κόστους.
Η σπουδαιότητα των απαιτήσεων αυτών εξαρτάται από την εκάστοτε εφαρμογή. Έτσι, μπορεί άλλοτε να απαιτείται υψηλή φέρουσα ικανότητα (οι τροχοί μιας αμαξοστοιχίας), άλλοτε υψηλή ακρίβεια στην περιστροφική κίνηση (τα έδρανα ενός σκληρού δίσκου) και άλλοτε υψηλή αξιοπιστία με μηδενική συντήρηση (διαστημικές εφαρμογές). Γιανα καλυφθούν οι απαιτήσεις των διαφόρων εφαρμογών, έχουν αναπτυχθεί πολλοί τύποι εδράνων, που διαφέρουν κατά το σχήμα, το υλικό, την λίπανση, την αρχή λειτουργίας τους, καιτα λοιπά χαρακτηριστικά τους.
Τονα μειώσεις την τριβή στα έδρανα είναι συχνά σημαντική καιγιατην αποτελεσματικότητα, να μειώσει τη φθορά, να διευκολυνθεί την εκτεταμένη χρήση σε υψηλές ταχύτητες καινα αποφεύγεται η υπερθέρμανση καιη πρόωρη αποτυχία του εδράνου. Ουσιαστικά, ένα έδρανο μπορεί να μειώσει την τριβή λόγω του σχήματος του, από το υλικό του, ή εισάγοντας ένα ρευστό μεταξύ των επιφανειών ή διαχωρίζοντας τις επιφάνειες με ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.
Από το σχήμα, κερδίζει πλεονέκτημα συνήθως μετη χρήση σφαιρών ή κυλίνδρων, ή με σχηματισμό εύκαμπτα έδρανα (flexure bearings).
Από το υλικό , εκμεταλλευόμενο την ίδια τη φύση του υλικού του εδράνου. (Ένα παράδειγμα θα ήταν να χρησιμοποιούν πλαστικά που έχουν χαμηλή επιφανειακή τριβή.)
Από ρευστό , εκμεταλλευόμενο το χαμηλό ιξώδες από ένα στρώμα ρευστού, όπως ένα λιπαντικό ή ως ένα πεπιεσμένο μέσο να διατηρήσει τους δύο στερεά μέρη να έρθουν σε επαφή.
Από πεδία , εκμεταλλευόμενο ηλεκτρομαγνητικά πεδία, όπως τα μαγνητικά πεδία, γιανα κρατήσει στερεά μέρη να έρθουν σε επαφή.
Συνδυασμοί από αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν ακόμη και εντός του ίδιου του εδράνου. Ένα παράδειγμα αυτού είναι όταν ο κλωβός, που διαχωρίζει τους κυλίνδρους από τις σφαίρες, και είναι κατασκευασμένο από πλαστικό και μειώνουν την τριβή μετο σχήμα καιτο φινίρισμα τους.
Τα ρουλεμάν ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό πάνω από το μέγεθος και τις κατευθύνσεις των δυνάμεων που μπορούν να υποστηρίξουν.
Δυνάμεις μπορούν να είναι κατά κύριο λόγο ακτινικά, αξονική ( ωστικά έδρανα - thrust bearings) ή ροπές κάμψεως (bending moments) κάθετα προς τον κύριο άξονα.
Διαφορετικοί τύποι ρουλεμάν έχουν διαφορετικά όρια ταχύτητας λειτουργίας. Ταχύτητα τυπικά ορίζεται ως μέγιστη σχετική επιφανειακές ταχύτητες, συχνά ορίζεται ft / s ή m / s. Περιστροφικά έδρανα περιγράφουν τυπικά, επιδόσεις από την άποψη του προϊόντος DN όπου D είναι ηδιάμετρος (συνήθως σε mm) του εδράνου καιΝ είναι ο ρυθμός περιστροφής σε στροφές ανά λεπτό(rpm).
Σε γενικές γραμμές, υπάρχει σημαντική κάλυψη μεταξύ ενός εύρος στροφών που φέρουν τους τύπους. Απλά έδρανα χρησιμοποιούνται συνήθως για χαμηλότερες ταχύτητες, τα κυλινδρικά έδρανα είναι πιο γρήγορα, καθώς καιτα ρουλεμάν για ρευστά και τελικά μαγνητικά έδρανα που περιορίζονται τελικά από τηνκεντρομόλο δύναμη υπερβαίνοντας τηναντοχή των υλικών.
Ορισμένες εφαρμογές που έχουν ρουλεμάν από διαφορετικές κατευθύνσεις και δέχεται μόνο περιορισμένες "play", όπως εφαρμόζεται στις αλλαγές φορτίου. Μια πηγή της κίνησης είναι κενά ή "παίζουν" στο έδρανο. Για παράδειγμα, ένας άξονας 10 χιλιοστών σε μία οπή 12 χιλιοστών έχει 2 χιλιοστά play.
Το επιτρεπόμενο play διαφέρει σημαντικά ανάλογα μετη χρήση. Για παράδειγμα, ένας τροχός ενός καροτσιού στηρίζει ακτινικές και αξονικές καταπονήσεις(κάμψη,διάτμηση,κτλ.). Αξονικά φορτία μπορεί να είναι εκατοντάδες newtons, και αναγκάζουν αριστερά ή δεξιά, και είναι συνήθως αποδεκτό γιατον τροχό ναταλαντεύονται κατά τόσο όσο 10 χιλιοστά κάτω από το μεταβαλλόμενο φορτίο. Σε αντίθεση, ένας τόρνος δύναται να τοποθετήσει ένα εργαλείο κοπής με ± 0,02 mm μετη χρήση ενός κοχλία μολύβδου κατέχονται από περιστρεφόμενα έδρανα. Τα έδρανα υποστηρίζουν αξονικά φορτία χιλιάδων newtons σε κάθε κατεύθυνση, και πρέπει να συγκρατεί την βίδα μολύβδου για ± 0,002 χιλιοστά σε όλη αυτή την περιοχή των φορτίων.
Μια δεύτερη πηγή κίνησης είναι ηελαστικότητατου ίδιου του εδράνου. Για παράδειγμα, οι σφαίρες σε ένα ρουλεμάν είναι σαν άκαμπτο καουτσούκ, και κάτω από το φορτίο παραμορφώνουν από στρογγυλό σε ένα ελαφρώς πεπλατυσμένο σχήμα. Ο δακτύλιος είναι επίσης ελαστικός και αναπτύσσει ένα μικρό βαθούλωμα, πουπιέζονται από τις σφαίρες.
Η δυσκαμψία ενός εδράνου είναι το πώς η απόσταση μεταξύ των τμημάτων του, που διαχωρίζονται από το έδρανο, ποικίλει ανάλογα μετο εφαρμοζόμενο φορτίο. Σε κυλινδρικά έδρανα εξαρτάται και από το υλικό κατασκευής. Σε έδρανα για ρευστά αυτό οφείλεται στην πίεση του ρευστού και ποικίλλει ανάλογα μετο διάκενο (όταν φορτωθεί σωστά, τα έδρανα για ρευστά είναι τυπικά πιο άκαμπτα από τα κυλινδρικά έδρανα).
Μια σχηματική αναπαράσταση ενός ρουλεμάν κάτω από μια υδροδυναμική κατάσταση λίπανσης
Πολλά έδρανα απαιτούν περιοδική συντήρηση γιανα αποτραπεί η πρόωρη αποτυχία, ανκαι μερικά όπως τα ρευστά ή τα μαγνητικά έδρανα μπορεί να απαιτούν λιγότερη συντήρηση. Τα περισσότερα ρουλεμάν σε εφαρμογές υψηλών περιστροφών χρειάζεται περιοδική λίπανση και καθαρισμός, και μπορεί να απαιτήσει ρύθμιση γιατην μείωση των επιπτώσεων της φθοράς.
Η διάρκεια ζωής συχνά παρατείνεται όταν το ρουλεμάν διατηρείται καθαρό και λιπαίνεται καλά. Ωστόσο, πολλές εφαρμογές κάνουν την καλή συντήρηση δύσκολη. Για παράδειγμα, τα ρουλεμάν για έναν ιμάντα που μεταφέρει πετρώματα εκτίθενται συνεχώς σε σκληρά σωματίδια. Η καθαριότητα είναι μικρής χρησιμότητας, διότι είναι ακριβή, αφού τα ρουλεμάν μολύνονται καθ' όλη τη λειτουργία. Έτσι, ένα καλό πρόγραμμα συντήρησης μπορεί να λιπαίνει τα έδρανα συχνά, αλλά καινατα καθαρίζει.
Μερικά έδρανα χρησιμοποιούν ένα παχύ γράσο (grease) για λίπανση, η οποία ωθείται μέσα στα διάκενα μεταξύ των δύο επιφανειών, επίσης γνωστή ως συσκευασία . Το γράσο συγκρατείται στη θέση του από ένα πλαστικό, δέρμα ή ελαστικό αδένα (rubber gasket) που καλύπτει τα εσωτερικά και εξωτερικά άκρα του ρουλεμάν γιανα κρατήσει το γράσο.
Τα έδρανα μπορούν επίσης να συσκευάζονται με άλλα υλικά. Ιστορικά, τροχοί βαγονιών χρησιμοποιούσαν ρουλεμάν με χιτώνιο γεμάτα με απόβλητα ή υπολείμματα από βαμβάκι ή μάλλινες ίνες εμποτισμένα στο λάδι και αργότερα χρησιμοποιούσαν στερεά μαξιλάρια από βαμβάκι.
Τα έδρανα μπορούν να λιπαίνονται από ένα μεταλλικό δακτύλιο που οδηγεί το λιπαντικό χαλαρά στο κεντρικό περιστρεφόμενο άξονα του εδράνου. Ο δακτύλιος κρέμεται από ένα θάλαμο που περιέχει λιπαντικό έλαιο. Καθώς περιστρέφεται το έδρανο, το παχύρρευστο και κολλώδες λάδι κινείται από το δακτύλιο πάνω στον άξονα, όπου το έλαιο πάει στο έδρανο γιανατη λιπαίνει. Η υπερβολική λιπαρότητα δεν προτιμάται και συλλέγει και πάλι αποθέματα.
Μερικά μηχανήματα περιέχουν ένα απόθεμα του λιπαντικού στον πυθμένα, με γρανάζια μερικώς βυθισμένα στο υγρό, ή στρόφαλο ράβδους που μπορεί να ταλαντεύεται μέσα στην αποθέματα, καθώς η συσκευή λειτουργεί. Οι περιστρεφόμενοι τροχοί εκτοξεύουν λάδι γύρω τους, ενώ οι ράβδοι στροφάλου στην επιφάνεια του λαδιού, πιτσιλάν προς τυχαία κατεύθυνση πάνω στις εσωτερικές επιφάνειες της μηχανής. Μερικές μικρές μηχανές εσωτερικής καύσης περιέχουν ειδικούς πλαστικούς τροχούς οι οποίοι σκορπάν έλαιο σε τυχαία κατεύθυνση γύρω από το εσωτερικό του μηχανισμού.
Για μηχανές υψηλής ταχύτητας και ισχύος, μια απώλεια λιπαντικού μπορεί να οδηγήσει σε ταχεία θέρμανση του εδράνου καισε βλάβες λόγω τριβής. Επίσης σε βρώμικο περιβάλλον το έλαιο μπορεί να μολυνθεί με σκόνη ή υπολείμματα που αυξάνουν την τριβή. Σε αυτές τις εφαρμογές, μία νέα παροχή λιπαντικού μπορεί να τροφοδοτεί συνεχώς τα ρουλεμάν και όλες τις άλλες επιφάνειες επαφής, καιη περίσσεια μπορεί να συλλεχθεί γιαδιήθηση, ψύξη, και ενδεχομένως επαναχρησιμοποίηση. Η λίπανση πίεσης χρησιμοποιείται συνήθως σε μεγάλες και πολύπλοκες μηχανές εσωτερικής καύσης σε μέρη του κινητήρα, όπου το έλαιο που πιτσιλίζεται δεν μπορεί να φθάσει απευθείας, όπως επάνω σε εναέρια συγκροτήματα βαλβίδας. Υψηλής ταχύτητας στροβιλοσυμπιεστές απαιτούν επίσης τυπικά ένα πεπιεσμένο σύστημα ελαίου να ψυχθεί τα έδρανα καινα αποφευχθεί ηκαύση λόγω της θερμότητας από τοστρόβιλο.
