แบริ่งลูกปืนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันสองแถว: ความเป็นเลิศทางวิศวกรรมสำหรับการใช้งานหนัก

หลักการออกแบบและการกำหนดค่าทางเรขาคณิต

1. สถาปัตยกรรมโครงสร้าง

อัน ลูกปืนลูกปืนเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันสองแถว ประกอบด้วย:

• วงแหวนด้านในและด้านนอก: เผ่าพันธุ์ที่มีความแม่นยำด้วยแทร็กแข็งเพื่อรองรับแถวลูก

• การจัดเรียงลูกสองแถว: สองแถววงกลมศูนย์กลางของลูกบอลเส้นผ่านศูนย์กลางที่เหมือนกันเพื่อให้มั่นใจว่าการกระจายโหลดที่สมดุล

• กรงหรือตัวคั่น: รักษาระยะห่างของลูกบอลอย่างสม่ำเสมอและลดความบิดเบือนที่เกิดจากแรงเสียดทาน

• แมวน้ำและช่องหล่อลื่น: ป้องกันสารปนเปื้อนและตรวจสอบการกระจายของไขมันที่สอดคล้องกัน

2. กลไกการกระจายโหลด

• โหลดตามแนวแกน: ถ่ายโอนผ่านมุมสัมผัส 45 °ระหว่างลูกบอลและสนามแข่ง

• โหลดรัศมีและช่วงเวลา: กระจายไปทั่วทั้งสองแถวผ่านสมมาตรทางเรขาคณิตลดความเข้มข้นของความเครียด

• การวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด -FEA-: ใช้ในการจำลองประสิทธิภาพการแบ่งปันโหลดเพิ่มประสิทธิภาพความโค้งของสนามแข่ง -เช่นโค้งโกธิคกับโปรไฟล์วงกลม-

3. การเพิ่มประสิทธิภาพมุมสัมผัส

การปรับมุมสัมผัส (โดยทั่วไปคือ 30 ° –60 °) สมดุลความสามารถในการโหลดและแรงบิดการหมุน 2023 ASME วารสาร Tribology จากการศึกษาพบว่ามุม 45 °ช่วยเพิ่มอายุการใช้งานความเหนื่อยล้าภายใต้การโหลดตามแนวแกนและช่วงเวลา

การเลือกวัสดุและความแม่นยำในการผลิต

1. โลหะผสมประสิทธิภาพสูง

• เหล็กกรณีแข็ง (เช่น 42CRMO4): ความเหนียวหลัก (≥ 300 HB) ที่มีความแข็งของพื้นผิว (58–62 HRC) ผ่าน carburizing

• แบริ่งเหล็ก (SUJ2/SAE 52100): สำหรับแอพพลิเคชั่นที่มีความบริสุทธิ์สูงให้ความต้านทานความล้าสูงถึง 1-500 MPa

• การเคลือบที่ทนต่อการกัดกร่อน: Zinc-Nickel Electroplating หรือ DlC (คาร์บอนเหมือนเพชร) สำหรับสภาพแวดล้อมนอกชายฝั่ง

2. กระบวนการผลิตที่แม่นยำ

• Raceway Grinding: บรรลุความขรุขระพื้นผิว <0.2 μm RA โดยใช้เครื่องบดซีเอ็นซี

• การเรียงลำดับลูก: จับคู่เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอลภายใน± 1 μmความทนทานต่อการกระจายโหลดที่ไม่สม่ำเสมอ

• การรักษาความร้อน: การทำให้ชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำช่วยให้มั่นใจได้ว่าการชุบแข็งของเคสที่มีการควบคุมเชิงลึก (2-5 มม.)

ลักษณะประสิทธิภาพ

1. ตัวชี้วัดความสามารถในการโหลด

2. การคำนวณชีวิตที่เหนื่อยล้า

สมการ lundberg-Palmgren ที่ได้รับการแก้ไขทำนายชีวิตแบริ่ง (L10):

$$L_{10}-{\left(\frac{C}{P}\right)}^{3}10^6\text{การปฏิวัติ}$$

ที่ไหน $P$ เป็นโหลดแบบไดนามิกที่เทียบเท่า

3. กลยุทธ์การหล่อลื่น

• การเลือกไขมัน: จาระบีลิเธียมคอมเพล็กซ์พร้อมสารเติมแต่ง EP สำหรับการใช้งานแรงดันสูง

• ช่วงเวลาการหล่อลื่นใหม่: กำหนดโดยความเร็วในการทำงาน (n) และอุณหภูมิ (t):

  $$\text{ช่วงเวลา (ชั่วโมง)}-\frac{150,000}{n\sqrt{T}}$$

แอปพลิเคชันอุตสาหกรรม

1. พลังงานลม

• ระบบหันเหและพิทช์: ตลับลูกปืนสองแถวทนต่อ 20–25 kN · m โหลดช่วงเวลาในกังหัน 4 MW

• การดัดแปลงนอกชายฝั่ง: สายพันธุ์สแตนเลสต้านทานการกัดกร่อนของน้ำเค็ม (ISO 12944-9 การปฏิบัติตาม)

2. เครื่องจักรก่อสร้าง

• Cranes Tower: รองรับการเคลื่อนที่ของ Slewing ภายใต้น้ำหนักบรรทุก 50 ตันด้วย backlash การหมุน≤0.1°

• รถขุด: เปิดใช้งานการหมุน 360 °ด้วยไดรฟ์ SLEW แบบรวม (ประสิทธิภาพ≥92%)

3. หุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ

• แขนเชื่อมหุ่นยนต์: ตลับลูกปืนที่มีความแม่นยำมั่นใจได้ถึงความสามารถในการทำซ้ำ± 0.01 มม. ในสายการประกอบยานยนต์

• 

• ระบบถ่ายภาพทางการแพทย์: การออกแบบที่ไม่มีเสียงรบกวนต่ำสำหรับ MRI Gantries

ความท้าทายและกลยุทธ์การบรรเทา

1. การโหลดขอบในการเยื้องศูนย์

• สาเหตุ: การเยื้องศูนย์เชิงมุม> 0.05 °รบกวนการโหลดสมมาตร

• สารละลาย: สนามแข่งที่ได้รับการสวมมงกุฎหรือการออกแบบการจัดแนวตนเอง (เช่นลูกกลิ้งทรงกลมในการกำหนดค่าไฮบริด)

2. การสึกหรอและ micropitting

• สาเหตุราก: ความหนาของฟิล์มหล่อลื่นไม่เพียงพอ (อัตราส่วนλ <1)

• บรรเทา: ความหนืดสูงเป็นพิเศษ (ISO VG 460) น้ำมันหรือสารเคลือบน้ำมันหล่อลื่นที่เป็นของแข็ง (MOS2)

3. การขยายตัวทางความร้อน

• ผลกระทบ: การเปลี่ยนแปลงมิติลดการโหลดล่วงหน้าเพิ่มการสั่นสะเทือน

• ค่าตอบแทน: การสร้างแบบจำลององค์ประกอบ จำกัด (FEM) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการกวาดล้างสำหรับΔTสูงถึง 80 ° C

นวัตกรรมและแนวโน้มในอนาคต

1. แบริ่งอัจฉริยะพร้อมการรวม IoT

• เซ็นเซอร์ฝัง: เกจวัดความเครียดและเครื่องเร่งความเร็วตรวจสอบความไม่สมมาตรและการสึกหรอแบบเรียลไทม์

• การบำรุงรักษาทำนาย: อัลกอริทึม AI วิเคราะห์สเปกตรัมการสั่นสะเทือนเพื่อคาดการณ์ความล้มเหลวของแบริ่ง (ความแม่นยำ 90% ในการศึกษานำร่อง)

2. การเคลือบขั้นสูง

• เลเยอร์กราฟีนที่เพิ่มขึ้น: ลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน 40% (Nanomaterials Ltd. , 2023)

• พื้นผิวที่หุ้มด้วยเลเซอร์: ซ่อมแซมสนามแข่งที่สวมใส่โดยมีเวลาหยุดทำงานน้อยที่สุด

3. เฟรมคอมโพสิตน้ำหนักเบา

• แหวนเสริมคาร์บอนไฟเบอร์: ลดน้ำหนักลง 30% ในขณะที่รักษา ISO 76: 2006 การจัดอันดับโหลด