เกณฑ์การตัดสินใจในการอัดลูกปืน|กรณีศึกษาและจุดสำคัญในการออกแบบ

ที่นี่"เกณฑ์การตัดสินใจในการอัดลูกปืน|กรณีศึกษาและจุดสำคัญในการออกแบบ"กำลังจดบันทึกเกี่ยวกับเรื่องนี้

สำหรับผู้ออกแบบเครื่องจักรหลายคน ข้อมูลเกี่ยวกับการอัดเบียร์ริ่งมักจะเป็นเพียงการติดตามตารางค่าความคลาดเคลื่อนในแคตตาล็อกเท่านั้น แต่ในบทความนี้จะไม่เพียงแค่การเลือกตัวเลขเท่านั้น แต่ยังรวมถึงพื้นฐานทางวิศวกรรมที่อยู่เบื้องหลังด้วย"ทำไมต้องอัดลูกปืน" เหตุผลนี้อ้างอิงจากประสบการณ์การทำงานของฉันและการวิจัยอย่างละเอียด เพื่อทำให้ "เกณฑ์ที่ชัดเจนในการอัดลูกปืนและสถานการณ์ที่ไม่ควรอัด" ชัดเจนยิ่งขึ้นกำลังทำอยู่

ในขณะที่แหล่งข้อมูลอื่น ๆ จำนวนมากเพียงแค่แสดงค่าแนะนำทั่วไป ที่นี่เราจะเจาะลึกถึงผลกระทบของ "สภาพแวดล้อมที่มีการเคลื่อนไหว" เช่น การสั่นสะเทือนและการขยายตัวจากความร้อน ที่มีต่อการประกอบเข้าด้วยกัน พร้อมทั้งครอบคลุมเกณฑ์การตัดสินใจที่สามารถนำไปใช้ได้ทันทีในสถานที่จริง อธิบายภาพรวมของการออกแบบที่ครอบคลุมถึงวิธีการติดตั้งโดยใช้เครื่องมือพิเศษ ขั้นตอนการบัดกรีความร้อน และความสามารถในการบำรุงรักษาในอนาคต

การตัดสินใจในการอัดลูกปืนและการออกแบบพื้นฐานตามมาตรฐาน JIS

การใช้ชิมาริบาเมะและสุคิมาบาเมะอย่างถูกต้อง

ในการออกแบบเครื่องจักรเมื่อต้องติดตั้งแบริ่ง การเชื่อมต่อกับแกนหรือเฮาส์ซิ่ง (รู) เป็นสิ่งสำคัญการเลือก "การประกอบเข้าคู่" เป็นด่านแรกที่กำหนดอายุการใช้งานและประสิทธิภาพของเครื่องจักร　　การประกอบสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทใหญ่ ๆ คือ "ชิมาริบาเมะ" และ "สุคิมาบาเมะ" ซึ่งแต่ละประเภทมีลักษณะทางกายภาพและบทบาทที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน จำเป็นต้องเข้าใจและเลือกใช้ให้เหมาะสม

ชิมาริบาเมะคือวิธีการออกแบบที่ตั้งค่าเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของแบริ่งให้ใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนเล็กน้อย หรือตั้งค่าเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของแบริ่งให้ใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของรูในฮาวซิ่งเล็กน้อย　　ในสภาพนี้ ชิ้นส่วนจะขัดขวางกันทางเรขาคณิตก่อนที่จะประกอบเข้าด้วยกัน และจะต้องใช้แรงกดอย่างแรงเพื่อ "อัดเข้า" จึงจะสามารถประกอบเข้าด้วยกันได้

แบริ่งและแกนที่ถูกอัดเข้าด้วยกันจะยึดติดกันอย่างแน่นหนาและรวมเป็นหนึ่งเดียวกันด้วยแรงคืนตัวจากการเปลี่ยนรูปทางความยืดหยุ่น (แรงกดผิว) โดยหลักแล้วจะใช้ในแกนขับเคลื่อนที่ต้องส่งแรงบิดหมุน ส่วนที่มีการสั่นสะเทือนหรือแรงกระแทกสูง หรือบริเวณที่ต้องการความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่งสูงและความแข็งแรง เช่น จุดสำคัญที่ต้องการความปลอดภัย

ในทางกลับกัน,スキマバメคือ การออกแบบที่ตั้งใจให้มี "ช่องว่าง (เคลียร์แรนซ์)" เล็กน้อยระหว่างแบริ่งกับชิ้นส่วนที่สัมผัสกัน　　ในกรณีนี้ ตลับลูกปืนสามารถใส่เข้าไปในแกนหรือใส่เข้าไปในตัวเรือนได้โดยไม่มีแรงต้านด้วยมือ ส่วนใหญ่จะใช้กับด้านที่รับน้ำหนักคงที่ หรือ "ตลับลูกปืนด้านอิสระ" ที่ต้องดูดซับการยืดหดตัวของแกนเนื่องจากการขยายตัวจากความร้อน และใช้ในบริเวณที่ต้องถอดประกอบหรือบำรุงรักษาบ่อยครั้ง

นอกจากนี้ยังมี "จุดยึดกลาง" ซึ่งอยู่ระหว่างกลางของสิ่งเหล่านี้ในทางปฏิบัติ แนวทางพื้นฐานคือ "ยึดด้านที่ไม่ควรเคลื่อนไหวด้วยการยึดแน่น และปล่อยให้ด้านที่ต้องการประกอบสามารถเคลื่อนไหวได้ด้วยการเว้นช่องว่าง"　ดังนั้น หากใช้ไม่ถูกต้องตามพื้นฐานนี้ อาจทำให้ตลับลูกปืนหมุนฟรีบนแกนขณะขับขี่และทำให้แกนสึกหรอ หรือในทางกลับกัน หากแน่นเกินไปอาจทำให้ชิ้นส่วนเสียหายขณะประกอบ ซึ่งเป็นปัญหาใหญ่ได้

การจับคู่ที่เหมาะสมระหว่างวงในและวงนอกในการแบ่งประเภทการหมุน

การตัดสินใจว่าควรใช้การอัด (การฝัง) วงในหรือวงนอกของแบริ่งนั้น ไม่ควรทำตามประสบการณ์หรือความรู้สึก แต่ควรทำตามกฎที่มีเหตุผลที่เรียกว่า "การแบ่งประเภทการหมุน"　　กฎนี้ถูกกำหนดขึ้นโดยการวิเคราะห์ว่าวงโคจรใดหมุนและน้ำหนักถูกกดลงในด้านใด

กรณีที่เป็นมาตรฐานที่สุดคือ "การหมุนภายในและหยุดภายนอก" นี่คือโครงสร้างที่พบได้บ่อยในหลายส่วนของเครื่องจักรอุตสาหกรรม เช่น แกนของมอเตอร์หรือแกนขับเคลื่อนของพัดลม ในกรณีนี้ วงในจะหมุนพร้อมกับแกน และตำแหน่งที่รับน้ำหนัก (จุดทำงาน) จะเคลื่อนที่ไปตามเส้นวงกลมของวงในอย่างต่อเนื่องสิ่งนี้เรียกว่า "น้ำหนักหมุน"　　หากมีช่องว่างระหว่างวงในและแกนที่รับน้ำหนักหมุน จะเกิดแรงที่ทำให้วงในหมุนพร้อมกับเลื่อนในทิศทางรอบวงเมื่อหมุน เพื่อป้องกันสิ่งนี้ วงในต้องยึดติดกับแกนโดยใช้ "การยึดแน่น" เสมอ ในทางตรงกันข้าม วงนอกที่อยู่นิ่งจะรับน้ำหนักในทิศทางคงที่ (น้ำหนักคงที่) ดังนั้นจึงเลือก "การเว้นช่องว่าง" เมื่อเทียบกับตัวเรือน โดยให้ความสำคัญกับการประกอบเป็นส่วนใหญ่

ในทางกลับกัน ยังมีกรณีที่ "ล้อด้านนอกหมุน ส่วนล้อด้านในหยุด" เช่น ลูกกลิ้งไอดเลอร์ของสายพานลำเลียงหรือฮับล้อรถยนต์ เป็นต้น　　ในสถานการณ์นี้ เนื่องจากวงแหวนด้านนอกจะรับน้ำหนักหมุน จำเป็นต้องทำให้วงแหวนด้านนอก "ยึดแน่น" กับตัวเรือน (ลูกกลิ้งหรือฮับ) ในทางกลับกัน แกนจะถูกยึดให้คงที่และวงแหวนด้านในจะรับน้ำหนักคงที่ ดังนั้นจึงต้องตั้งค่าวงแหวนด้านในให้เป็น "ช่องว่าง" เพื่อให้สามารถถอดออกได้ง่ายจากแกนเมื่อทำการบำรุงรักษา

ในตารางด้านล่างนี้ ได้สรุปเกณฑ์การเลือกการประกอบพื้นฐานตามสภาพการหมุนและลักษณะของแรงกด

ตารางที่ 1: แผนภูมิพื้นฐานสำหรับการเลือกประเภทการหมุนและการจับคู่

แหล่งที่มา:NTN แคตตาล็อกรวมตลับลูกปืนแบบกลิ้ง

แหล่งที่มา:วิธีการเลือกตลับลูกปืน JTEKT

ดังที่กล่าวมาแล้วหลักการ "การกดแหวนด้านที่รับน้ำหนักหมุนเข้า"　หากเข้าใจแล้ว จะสามารถตัดสินใจได้อย่างถูกต้องโดยไม่สับสนแม้ภายใต้เงื่อนไขการออกแบบที่ซับซ้อน

ขั้นตอนการคัดเลือกค่าความคลาดเคลื่อนตามมาตรฐาน JIS และค่าแรงขันที่แนะนำ

หากพิจารณาแล้วว่าจำเป็นต้องใช้การอัดเข้า ขั้นตอนต่อไปคือการตัดสินใจว่าจะระบุค่าความคลาดเคลื่อนของขนาด (คลาสของช่วงความคลาดเคลื่อน) ในแบบอย่างไรบ้าง โดยจะพิจารณาตามมาตรฐานอุตสาหกรรมญี่ปุ่น (JIS B 0401) และคำนึงถึงขนาดของน้ำหนักและลักษณะการกระแทก

สำหรับระดับความคลาดเคลื่อนของแกน ให้ใช้ตามระดับการรับน้ำหนักในกรณีการใช้งานทั่วไปของการหมุนวงใน ดังนี้

ในอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูงซึ่งต้องการน้ำหนักเบาและความแม่นยำในการหมุนสูง จะเลือกใช้ "k5" หรือ "js5" เป็นต้น　　สิ่งเหล่านี้ทำให้เกิดการบีบอัดที่เล็กมากหรือแทบจะเป็นศูนย์ ซึ่งช่วยลดความเครียดต่อวงในของแบริ่งให้น้อยที่สุด

สำหรับเครื่องจักรอุตสาหกรรมทั่วไปที่มีน้ำหนักบรรทุกปกติ "m5" หรือ "m6" เป็นมาตรฐาน　สิ่งเหล่านี้สร้างสภาพการกดเข้าที่แน่นอนและตั้งค่าให้มีความแน่นหนา แม้ในระหว่างการดำเนินงานระยะยาวก็ยากที่จะเกิดการหลวม

นอกจากนี้ ในสภาพแวดล้อมที่มีการรับน้ำหนักมากหรือแรงกระแทกอย่างรุนแรง (เช่น เครื่องจักรก่อสร้างหรือเครื่องรีด) ควรเลือกการบีบอัดที่แข็งแรง เช่น "n6" หรือ "p6"　อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ไม่สามารถกดเข้าที่ในอุณหภูมิปกติได้ จึงจำเป็นต้องใช้การประกอบโดยอาศัยการขยายตัวด้วยความร้อน เช่น การเผา

เราจะพิจารณาเกี่ยวกับระดับความคลาดเคลื่อนของฮาวซิ่งเช่นเดียวกันในกรณีทั่วไปที่วงแหวนด้านนอกอยู่นิ่ง "H7" เป็นมาตรฐานที่นิยมใช้มากที่สุด　สามารถแปรรูปได้ง่ายและได้การอุดช่องว่างที่เหมาะสม หากต้องการให้มีช่องว่างมากขึ้นหรือต้องการให้มีการขยายตัวเนื่องจากความร้อน สามารถเลือกใช้ "G7" เป็นต้น

ในทางกลับกัน เมื่อวงแหวนด้านนอกหมุนหรือในกรณีที่ความแข็งแรงของตัวเรือนบางและต่ำ ควรเลือกค่าความเผื่อการยึดติดแบบ "M7" หรือ "N7" เพื่อป้องกันการลื่นไถลของวงแหวนด้านนอก และทำให้รูของตัวเรือนมีขนาดเล็กลงกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของแบริ่ง

ตารางที่ 2: เกณฑ์การเลือกความคลาดเคลื่อนของแกนและตัวเรือนสำหรับตลับลูกปืนแบบเรเดียล (เกรด 0)

แหล่งที่มา:การเลือกใช้ตลับลูกปืนแบบกลิ้งของ NSK (Nippon Seiko)

ในการออกแบบ กระบวนการที่สำคัญคือการกำหนดค่าความคลาดเคลื่อนที่เหมาะสม โดยใช้ค่าที่แนะนำในแคตตาล็อกเป็นพื้นฐาน และคำนวณ "น้ำหนักบรรทุกแบริ่งรัศมีเทียบเท่า" ของเครื่องจักรที่เป็นเป้าหมาย จากนั้นตรวจสอบว่าสัดส่วนของน้ำหนักบรรทุกนี้เทียบกับน้ำหนักบรรทุกพื้นฐาน (น้ำหนักเบา น้ำหนักปกติ น้ำหนักหนัก) เป็นอย่างไร แล้วจึงตัดสินใจเลือกคลาสความคลาดเคลื่อนที่เหมาะสมที่สุด

การลดช่องว่างภายในหลังการอัดและการพิจารณาข้อควรระวังในการเลือก

เมื่อทำการอัดใส่แบริ่งให้เข้ากัน หนึ่งในปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ผู้ออกแบบต้องระมัดระวังมากที่สุดคือ "การลดลงของช่องว่างภายใน"แรงกดที่เกิดขึ้นจากการอัดจะทำให้วงแหวนร่องเกิดการเปลี่ยนรูปทางยืดหยุ่น

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อทำการอัดเข้า (ชิมาริบาเมะ) โดยใช้วงในเป็นแกน วงในจะถูกดันขยายจากด้านในออกด้านนอก ทำให้ขยายในทิศทางเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ด้วยวิธีนี้ เส้นผ่านศูนย์กลางของร่องที่ลูกบอลหรือลูกกลิ้งหมุนจะใหญ่ขึ้น ในทางกลับกัน เมื่อทำการอัดเข้าวงนอกเข้ากับตัวเรือน วงนอกจะถูกบีบจากด้านนอกเข้าด้านใน ทำให้หดในทิศทางเส้นผ่านศูนย์กลางภายในการขยายตัวของวงแหวนด้านในและการหดตัวของวงแหวนด้านนอกรวมกันจะทำให้ "ช่องว่างภายในรัศมี" ที่แบริ่งมีอยู่เดิมลดลง

หากมีการตั้งค่าความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวด เช่น m6 หรือ n6 สำหรับแบริ่งที่มีช่องว่างมาตรฐาน (CN gap) อาจทำให้ช่องว่างที่เหลือหลังการประกอบมีค่าเป็นศูนย์หรือต่ำกว่าศูนย์ (ช่องว่างติดลบ) ได้เมื่อทำการขับขี่ในสภาวะช่องว่างเชิงลบ วัตถุที่เคลื่อนที่จะถูกบีบอัดอย่างแรงตลอดเวลา ส่งผลให้แรงบิดเพิ่มขึ้น เกิดความร้อนผิดปกติ และนำไปสู่การเสียหายจากการติดขัดก่อนเวลาอันควร

เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ หากมีการนำชิมาอริบะเมะมาใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการออกแบบที่มีค่าการบีบอัดสูง ควรเลือกตลับลูกปืนที่มีช่องว่างภายในขนาดใหญ่กว่ามาตรฐาน เช่น "ช่องว่าง C3" หรือ "ช่องว่าง C4"　　ในขั้นตอนการออกแบบ โปรดพิจารณาปัจจัยต่อไปนี้เพื่อยืนยันช่องว่างที่มีประสิทธิภาพสุดท้าย

1. ปริมาณการลดช่องว่างจากการประกอบเข้าด้วยกัน(การขยายตัวภายใน + การหดตัวภายนอก)
2. ปริมาณการลดลงของช่องว่างเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างวงในและวงนอก(เนื่องจากในขณะขับขี่ ล้อด้านในจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นได้ง่ายกว่า จึงเกิดการขยายตัว)

แม้จะหักสิ่งเหล่านี้ออกไปแล้วก็ตามการเลือกช่องว่างเริ่มต้นให้เหลือช่องว่างบวกเล็กน้อย (หรือแรงดันเริ่มต้นที่เหมาะสมตามวัตถุประสงค์) ในขณะขับขี่ เป็นวิธีการออกแบบระดับมืออาชีพคือ (การเลือกใช้แบริ่งนั้นเมื่อพิจารณาอย่างละเอียดแล้วจะค่อนข้างยาก)

การจัดการความเสี่ยงของการแตกร้าวภายในวงแหวนจากแรงเค้นวงแหวน

ในการออกแบบการอัดเข้า หนึ่งในความเสี่ยงที่มักถูกมองข้ามคือ "แรงดึงวงแหวน (แรงดึงในทิศทางเส้นรอบวง)" ที่ทำให้เกิดการแตกร้าวภายในวงแหวน วัสดุที่ใช้ทำแบริ่งซึ่งทำจากเหล็กแบริ่งมีความแข็งสูงและทนต่อการสึกหรอได้ดีมาก แต่ในทางกลับกัน ความเหนียว (ความยืดหยุ่น) ไม่สูงมากนัก และมีคุณสมบัติที่เปราะบางต่อแรงดึง

เมื่อกดเข้าด้วยแรงกดที่แน่นและใช้ด้านในเป็นแกน จะเกิดแรงดึงในทิศทางเส้นรอบวงที่ด้านในตลอดเวลา　　เมื่อแรงดึง (แรงดึงวงแหวน) นี้เกินขีดจำกัดที่วัสดุสามารถทนได้ อาจเกิดการแตกหักในแนวแกนในทันทีเมื่อมีแรงกระแทกหรือความเครียดจากความร้อนในระหว่างการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการอัดเข้าในแกนกลวงหรือใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ เช่น ในพื้นที่หนาวเย็น ความเสี่ยงจะยิ่งสูงขึ้นเนื่องจากวัสดุจะเปราะง่าย

เพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยงนี้ ผู้ออกแบบจำเป็นต้องคำนวณและตรวจสอบความเค้นที่เกิดขึ้นในจุดที่ขันแน่นสูงสุด โดยทั่วไปแล้วค่าความเค้นที่ยอมรับได้อย่างปลอดภัยในเหล็กเพลาลูกปืนคือไม่เกิน 120MPa (เมกะปาสคาล)เชื่อกันว่า

หากผลการคำนวณเกินค่านี้ จำเป็นต้องทำการเปลี่ยนแปลงการออกแบบ เช่น เปลี่ยนไปใช้คลาสความคลาดเคลื่อนที่หลวมขึ้น หรือเพิ่มขนาดของแบริ่งเพื่อให้ได้ความหนาของวงใน หรือพิจารณาการยึดติดด้วยกาวแทนการกดอัด เพื่อให้แน่ใจว่ามีอัตราความปลอดภัยเพียงพอตามความสำคัญของเครื่องจักร

ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่จำเป็นต้องใช้การอัดใส่แบริ่งจากกรณีศึกษา

กลไกการเกิดการไหลเนื่องจากแรงกดไม่เพียงพอ

เบียร์ริ่ง การเลือกการจับคู่หนึ่งในปรากฏการณ์ที่กลัวมากที่สุดคือ "ครีป"ครีป คือ ปรากฏการณ์ที่เกิดเมื่อมีช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนที่ประกอบกันและรับแรงหมุน ทำให้วงแหวนของแบริ่งค่อยๆ เลื่อนออกจากแกนหรือตัวเรือนในทิศทางรอบวงหมายถึง

นี่ไม่ใช่แค่ปรากฏการณ์ที่เกิดจากการเสียดสีไม่เพียงพอและลื่นไถลเท่านั้น หากมีช่องว่างระหว่างวงในกับแกน วงในจะเกิดการยืดหยุ่นเล็กน้อยที่จุดสัมผัสเมื่อรับน้ำหนักในแนวรัศมี เนื่องจากการยืดหยุ่นนี้ จะเกิดความแตกต่างของเส้นรอบวงระหว่างแกนและวงใน (ความแตกต่างของระยะทางที่เคลื่อนที่) เมื่อแกนหมุน วงในจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าตามความแตกต่างเล็กน้อยนี้ ราวกับว่าหมุนด้วยแรงขับเคลื่อนที่ทรงพลังเหมือนเฟืองดาวเคราะห์พยายามทำสิ่งนี้ พลังนี้มีความยิ่งใหญ่มากการหยุดด้วยสกรูเกลียวหรือแรงเสียดทานทั่วไปเพียงอย่างเดียวเป็นเรื่องยากครับ/ค่ะ

เมื่อเกิดการครีพ พื้นผิวสัมผัสจะถูกขัดและเกิดฝุ่นจากการสึกหรอ ซึ่งฝุ่นนี้จะเข้าไปในภายในแบริ่งและทำให้พื้นผิวหมุนเสียหาย เมื่อการครีพดำเนินต่อไป ความร้อนจากการเสียดสีจะทำให้เกิดอุณหภูมิสูงเฉพาะจุด ซึ่งอาจทำให้เกิดการติดกันของแกนและวงใน หรือเกิดการกัดกร่อนได้ ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด แกนอาจบางลงและเครื่องจักรอาจหยุดทำงานอย่างรุนแรง

ดังที่กล่าวมาแล้วข้างต้นสำหรับวงแหวนที่รับน้ำหนักหมุน การบีบอัด (การฝังแน่น) เพื่อกำจัดช่องว่างทางกายภาพอย่างสมบูรณ์ และใช้แรงต้านทานจากการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นเพื่อรวมเป็นหนึ่งอย่างแข็งแรง เป็นมาตรการที่แน่นอนที่สุดและถูกต้องทางวิศวกรรมในการป้องกันการไหลแบบครีบ　จะกลายเป็น

การยึดติดอย่างแน่นหนาเพื่อป้องกันการสึกหรอจากการขูด

การเสียดสีแบบเฟล็ทชิ่ง (การสึกหรอจากการสั่นสะเทือน) จะเกิดขึ้นเมื่อการอัดไม่เพียงพอหรือมีช่องว่างเล็กน้อยและรับน้ำหนักจากการสั่นสะเทือน นี่คือปรากฏการณ์การสึกหรอที่เกิดจากการเคลื่อนที่ไปมาในระดับไมโครของชิ้นส่วนที่ดูเหมือนหยุดนิ่งเมื่อมองด้วยตาเปล่า

เมื่อมีการสั่นสะเทือนหรือน้ำหนักที่เปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นกับแบริ่งที่ติดตั้งอย่างหลวมๆ จะเกิดการเสียดสีกันของพื้นผิวโลหะในบริเวณที่เล็กมากบนพื้นผิวสัมผัส ด้วยกระบวนการนี้ ทำให้ฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวถูกทำลายและฟื้นฟูซ้ำๆ ส่งผลให้เกิดฝุ่นสีแดงน้ำตาลละเอียด (ออกไซด์ของเหล็ก) ที่เรียกว่า "เฟล็ทชิ่งคอโรชัน" ในปริมาณมาก เนื่องจากลักษณะที่คล้ายสนิม จึงมักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นสนิม แต่แท้จริงแล้วเป็นผลจากการสึกหรอ

เมื่อการเฟล็ทชิงดำเนินไป ช่องว่างระหว่างพื้นผิวที่ประกบกันจะขยายใหญ่ขึ้น ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนที่รุนแรงขึ้นและเกิดวงจรอุบาทว์ที่เลวร้าย นอกจากนี้ ผงสึกหรอที่แข็งตัวซึ่งเกิดขึ้นจะทำหน้าที่เป็นสารขัดถู ทำให้แกนหรือตัวเรือนสึกหรออย่างรวดเร็ว

เพื่อป้องกันสิ่งนี้ ควรให้ระยะการขันที่เหมาะสมและกดเข้าให้แน่น เพื่อปิดกั้นการเคลื่อนไหวสัมพัทธ์เล็กน้อยบนพื้นผิวสัมผัสทางกายภาพอย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด นอกจากนี้,ในบริเวณที่ไม่สามารถกดเข้าได้จริงๆ ให้ใช้วิธีทาจารบีที่มีความหนืดสูงหรือใช้กาวชนิดไม่ต้องการอากาศร่วมด้วยเพื่อเติมเต็มช่องว่างเล็กๆ อย่างสมบูรณ์ เพื่อลดความเสี่ยงของการเกิดเฟล็ทชิ่งจะถูกเรียกเก็บ

เกณฑ์การเลือกใช้พิเศษในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำหนักไม่สมดุล

ในเครื่องจักรที่ใช้มอเตอร์สั่นสะเทือน เครื่องกรองแบบสั่น หรือเครื่องจักรที่จัดการกับวัตถุที่มีจุดศูนย์ถ่วงไม่สมดุล จะเกิดเงื่อนไขการรับน้ำหนักพิเศษที่เรียกว่า "น้ำหนักไม่สมดุล"　　ภายใต้สภาพแวดล้อมนี้ กฎการเลือกการประกอบปกติ (การอัดเข้าด้านในสำหรับการหมุนด้านใน) อาจกลับด้านได้ ดังนั้นผู้ออกแบบจึงต้องระมัดระวังเป็นพิเศษ

น้ำหนักที่ไม่สมดุลคือแรงเหวี่ยงที่เกิดขึ้นจากการหมุนของน้ำหนัก (เวท) ที่ไม่สมดุลกัน ทิศทางของแรงเหวี่ยงนี้จะสอดคล้องกับการหมุนของแกนและหันออกด้านนอกเสมอ

เมื่อวิเคราะห์จากมุมมองของแบริ่งแล้ว จะได้ดังนี้

• ภายใน (หมุนพร้อมกับแกน): น้ำหนักที่ไม่สมมาตรจะหมุนไปพร้อมกับแกนด้วย กล่าวคือ เมื่อมองจากด้านใน จะเห็นว่าแรงเหวี่ยงยังคงกระทำที่จุดเดิม (ทิศทางที่มีน้ำหนัก) ตลอดเวลา ซึ่งในเชิงสัมพัทธ์แล้วจะอยู่ในสภาวะ "น้ำหนักคงที่"
• วงแหวนด้านนอก (ยึดกับตัวเรือน) ทิศทางของน้ำหนัก (แรงเหวี่ยง) จะหมุนไปรอบๆ ตามการหมุนของแกน กล่าวคือ วงโคจรของล้อด้านนอกทั้งหมดจะรับน้ำหนักทีละส่วนตามลำดับ ซึ่งนี่คือสภาวะของ "น้ำหนักหมุน"

ตามทฤษฎีนี้ ในเครื่องจักรที่มีการสั่นสะเทือนให้ใช้ล้อด้านในที่กำลังหมุนเป็น "สึกิมาบาเมะ" และล้อด้านนอกที่หยุดนิ่งเป็น "ชิมาริบาเมะ (การอัดเข้า)"ซึ่งในบางกรณีจำเป็นต้องเลือกมอเตอร์ในทางตรงกันข้ามกับมอเตอร์ปกติ หากเลือกผิดและทำให้ช่องว่างระหว่างล้อภายนอกเกิดช่องว่าง จะทำให้เกิดการลื่นไหลและการเสียดสีอย่างรุนแรงระหว่างมอเตอร์กับตัวเรือน ทำให้รูของตัวเรือนสึกหรอเป็นรูปวงรี

ตารางที่ 3: ความขัดแย้งในการเลือกการประกอบในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำหนักไม่สมดุล

แหล่งที่มา:NTN แคตตาล็อกรวมตลับลูกปืนแบบกลิ้ง

ดังนั้น ไม่ใช่แค่เพียง "หมุนหรือไม่หมุน" เท่านั้นการพิจารณาว่า "เวกเตอร์ของแรงกดกำลังเคลื่อนที่ไปทางวงแหวนหรือไม่" เป็นมุมมองการออกแบบขั้นสูงที่ช่วยป้องกันปัญหาครับ/ค่ะ

มาตรการและคำนวณสำหรับตัวเรือนที่ขยายตัวจากความร้อน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการใช้โลหะผสมน้ำหนักเบา เช่น อะลูมิเนียมและเรซิน ในการผลิตตัวเรือนของเครื่องจักรมากขึ้น เพื่อลดน้ำหนักของเครื่องจักรที่นี่คือจุดที่มักเกิดปัญหาใหญ่ความแตกต่างของสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนครับ/ค่ะ　　ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวตามความร้อนของเหล็ก (เหล็กกล้าสำหรับแบริ่ง) อยู่ที่ประมาณ 12.5 × 10^-6 /K ในขณะที่อลูมิเนียมอยู่ที่ประมาณ 23 × 10^-6 /K ซึ่งหมายความว่าอลูมิเนียมมีแนวโน้มที่จะขยายตัวเมื่อได้รับความร้อนมากกว่าเหล็กเกือบสองเท่า

ตัวอย่างเช่น หากตั้งค่าความคลาดเคลื่อนที่เหมาะสมสำหรับการติดตั้งที่อุณหภูมิห้อง (20℃) และทำการกดวงแหวนด้านนอกเข้ากับฮาวซิ่งอลูมิเนียม เมื่อเครื่องจักรทำงานและอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 60℃~80℃ ฮาวซิ่งอลูมิเนียมจะขยายตัวมากกว่าวงแหวนด้านนอกของแบริ่งที่ทำจากเหล็ก ทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางของรูขยายใหญ่ขึ้น　　ผลลัพธ์คือ ในระหว่างการปฏิบัติงานที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น การขันจะหายไปและอาจเปลี่ยนเป็นสถานะ "ช่องว่าง" โดยไม่ได้ตั้งใจ

นี้เมื่อเกิดปัญหา "การหลุดของแหวนล็อค" จะทำให้ล้อหมุนเพียงอย่างเดียวในขณะขับขี่ ส่งผลให้ตัวเรือนอลูมิเนียมสึกหรอและขยายขนาดของบ่าว ซึ่งนำไปสู่ปัญหาที่ยุ่งยาก

ปรากฏการณ์นี้คงมีเจ้าหน้าที่บำรุงรักษาหลายคนที่พบเห็นในสถานที่ทำงาน

เพื่อเป็นมาตรการป้องกันนี้ เมื่อใช้ตัวเรือนอะลูมิเนียม จำเป็นต้องคำนวณการขยายตัวจากความร้อนที่อุณหภูมิการใช้งานสูงสุด และตั้งค่าความคลาดเคลื่อนที่ค่อนข้างเข้มงวด (เช่น P7, R7) ในอุณหภูมิปกติ หรืออีกวิธีหนึ่งคือ การฝังหรืออัดปลอกเหล็ก (วงแหวนแทรก) ลงในส่วนที่รับการสวมของตัวเรือนอะลูมิเนียม เพื่อให้พื้นผิวสัมผัสกับตลับลูกปืนเป็น "เหล็กต่อเหล็ก" ซึ่งก็เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพเช่นกัน　　แม้ว่าจะเป็นเรื่องยาก แต่ในบางกรณี ผู้ออกแบบจำเป็นต้องมีความรอบคอบในการประมาณอุณหภูมิของสภาพแวดล้อมการใช้งานอย่างแม่นยำ และทำการจำลองการเปลี่ยนแปลงของขนาดเนื่องจากความร้อนก่อนที่จะกำหนดค่าความคลาดเคลื่อน

วิธีการอัดลูกปืนและการบำรุงรักษาด้วยเทคนิคการปฏิบัติ

วิธีการใส่แบริ่งอย่างถูกต้องโดยใช้เครื่องมือกด

แม้ว่าจะเลือกค่าความเผื่อที่สมบูรณ์แบบบนแบบแปลนการออกแบบเพียงใด หากวิธีการประกอบในสถานที่ผลิตไม่เหมาะสม ตลับลูกปืนจะได้รับความเสียหายร้ายแรงก่อนที่จะสามารถแสดงประสิทธิภาพได้ในการทำงานการอัดเข้า ต้องปฏิบัติตามกฎเหล็กอย่างเคร่งครัดว่า "ห้ามกดวงแหวนรางของด้านที่จะถูกอัดเข้าโดยตรง"

ตัวอย่างเช่น เมื่อทำการอัดเข้าโดยใช้ด้านในเป็นแกน จุดที่ต้องใช้แรงคือต้องเป็น "ด้านใน" เท่านั้น หากกดด้านนอกโดยผิดพลาด แรงที่กดจะส่งผ่านลูกบอลหรือลูกกลิ้ง (วัตถุที่เคลื่อนที่) ไปยังด้านใน ในเวลานี้ วัตถุที่เคลื่อนที่จะถูกกดลงบนพื้นผิวของรางอย่างแรง ทำให้เกิดรอยกดขนาดเล็ก (รอยกดแบบบริเนล) หรือรอยขีดข่วน　　นี่เป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดปัญหาการหมุนไม่ดีหรือเสียงผิดปกติตั้งแต่สภาพใหม่

ในการดำเนินการติดตั้งอย่างถูกต้อง จำเป็นต้องใช้ "อุปกรณ์กดเข้า (แผ่นรอง)" ที่ออกแบบมาเฉพาะ　　นี่คือเครื่องมือรูปทรงท่อที่ผ่านการแปรรูปอย่างแม่นยำเพื่อให้แรงกดกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งขอบด้านใน ห้ามใช้ค้อนทุบบนแบริ่งโดยตรงโดยเด็ดขาด ควรใช้เครื่องกดมือหรือเครื่องกดไฮดรอลิก และใช้เครื่องมือจับยึดเพื่อกดเข้าไปในแกนอย่างช้าๆ และคงที่ในทิศทางตรง

ผู้ออกแบบจำเป็นต้องทำการออกแบบรูปทรงเพื่อให้มีพื้นที่เพียงพอ (ความสูงของไหล่แกนหรือช่องว่าง) เพื่อให้เครื่องมือนี้สัมผัสกับขอบด้านในได้อย่างแน่นอนล่วงหน้า ในกรณีการผลิตจำนวนมากความหยาบผิวที่เหมาะสมและความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิตของส่วนติดตั้ง　และการควบคุมแรงกด　นอกจากนี้ยังมีการใช้วิธีการจัดการค่าธรรมเนียมการปิดงาน

การควบคุมอุณหภูมิและขั้นตอนการแทรกโดยการเผาปิด

ในกรณีของตลับลูกปืนอุตสาหกรรมขนาดใหญ่หรือตลับลูกปืนที่มีขนาดใหญ่และรับน้ำหนักมาก เช่น "n6" หรือ "p6" ที่มีค่าความคลาดเคลื่อนสูง การติดตั้งด้วยแรงกดที่อุณหภูมิห้องจะเป็นเรื่องยากทางกายภาพ และหากพยายามทำโดยไม่เหมาะสมจะทำให้พื้นผิวสัมผัสเกิดการกัดเซาะ (การยึดติดของโลหะ) และเกิดความเสียหายได้ ดังนั้น วิธีการที่ใช้กันทั่วไปคือ "การเผา"

การอบร้อนเป็นการให้ความร้อนกับตลับลูกปืนทั้งหมดเพื่อให้เกิดการขยายตัวจากความร้อนและขยายเส้นผ่านศูนย์กลางภายในชั่วคราว จากนั้นจึงใส่ลงในแกน เมื่อเย็นตัวลงจะกลับสู่ขนาดเดิมและได้การยึดแน่นที่แข็งแรง สิ่งสำคัญที่สุดในการควบคุมกระบวนการนี้คือ "อุณหภูมิในการให้ความร้อน"

อุณหภูมิสูงสุดที่โครงสร้างของเหล็กตลับลูกปืนทั่วไปไม่เปลี่ยนแปลงและสามารถรักษาความแข็งได้120℃ดังนั้นจึงถือว่าเป็นเช่นนั้น หากมีการให้ความร้อนเกินกว่านี้ การอบชุบเหล็กจะเกิดขึ้นและทำให้เหล็กอ่อนตัวลง ส่งผลให้อายุการใช้งานของแบริ่งลดลงอย่างมาก ในทางปฏิบัติแนะนำให้ทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100℃ โดยพิจารณาจากความปลอดภัย

วิธีการให้ความร้อนที่ดีที่สุดคือการใช้ "เครื่องทำความร้อนเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (Induction Heater)" โดยเฉพาะ เครื่องนี้สามารถให้ความร้อนแก่แบริ่งได้อย่างสม่ำเสมอและรวดเร็ว การควบคุมอุณหภูมิมีความแม่นยำ และยังสามารถทำการลดสนามแม่เหล็กอัตโนมัติหลังการทำงานได้อีกด้วย การให้ความร้อนด้วยเปลวไฟจากแก๊สโดยตรงมีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดความร้อนไม่สม่ำเสมอและเกิดการร้อนเฉพาะจุด ดังนั้นห้ามทำโดยเด็ดขาด

นอกจากนี้ หลังจากที่ทำการเผาแล้ว ตลับลูกปืนจะหดตัวในทิศทางแกนเนื่องจากการเย็นตัว ดังนั้น หลังจากใส่เข้าไปแล้ว จำเป็นต้องใช้แรงกดในทิศทางแกนด้วยน็อตแกนหรืออื่นๆ จนกว่าจะเย็นตัวสนิท เพื่อไม่ให้มีช่องว่างระหว่างไหล่แกนและวงใน (การขันเพิ่ม)

การออกแบบที่คำนึงถึงการบำรุงรักษาในอนาคต

เนื่องจากแบริ่งที่ถูกกดเข้าไปนั้นยึดติดแน่นมาก การถอดออกเมื่อจำเป็นต้องเปลี่ยนในกรณีอายุการใช้งานของเครื่องจักรหรือการตรวจสอบตามกำหนดจะเป็นงานที่ยากมาก หากไม่ได้พิจารณาเรื่องการบำรุงรักษาในขั้นตอนการออกแบบ ผู้ปฏิบัติงานในสถานที่อาจไม่มีวิธีในการถอดแบริ่งออก และอาจต้องใช้วิธีการเผาด้วยหัวเผาหรือทำลายทั้งแกนเพลา

นักออกแบบที่มีประสบการณ์จะวาดแบบไม่เพียงแค่การประกอบเท่านั้น แต่ยังคำนึงถึงการ "ถอดแยก" ด้วย ในการออกแบบที่เฉพาะเจาะจง สามารถยกตัวอย่างได้ดังนี้

1. การติดตั้งร่องสำหรับพูลเลอร์: ที่ส่วนไหล่ของแกน (ส่วนที่ลูกปืนชน) ให้ทำร่องหรือรอยบากสำหรับเกี่ยวเขี้ยวของเครื่องมือดึง (พูลเลอร์) ไว้ด้วย เพื่อที่จะสามารถจับวงในได้อย่างมั่นคงและดึงออกมาได้
2. ตำแหน่งของรูสลักแม่แรง: เมื่อทำการอัดลูกปืนเข้ากับตัวเรือน ให้เตรียมรูเกลียว (รูบริการ) ที่ทะลุถึงด้านล่างหรือด้านหลังของตัวเรือนไว้ด้วย เมื่อต้องการถอดประกอบ สามารถขันสลักเกลียวเข้าไปในรูนี้เพื่อดันลูกปืนออกจากด้านหลังได้อย่างสม่ำเสมอ
3. ร่องน้ำมันสำหรับถอดไฮดรอลิก: ในตลับลูกปืนขนาดใหญ่พิเศษ อาจมีการออกแบบให้มีรูและร่องสำหรับเชื่อมต่อปั๊มไฮดรอลิกที่แกนกลาง เพื่อให้สามารถทำการ "ดึงออกด้วยแรงดันน้ำมัน" โดยการส่งน้ำมันแรงดันสูงเข้าไปยังพื้นผิวสัมผัสขณะดึงออก ทำให้เกิดการขยายตัวและดึงออกได้

การตัดสินใจรูปร่างไม่เพียงแค่ "จะใส่อย่างไร" เท่านั้น แต่ยังต้องจินตนาการถึง "จะถอดออกอย่างไร" ด้วย ซึ่งสามารถกล่าวได้ว่าเป็นคุณสมบัติของนักออกแบบที่ได้รับความไว้วางใจจากสถานที่ปฏิบัติงาน

สรุป: เข้าใจการอัดลูกปืนเพื่อการออกแบบที่เหมาะสมที่สุด

การออกแบบการอัดลูกปืนเป็นวิศวกรรมที่สำคัญซึ่งสนับสนุนประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของเครื่องจักรจากรากฐาน บทความนี้จะสรุปประเด็นสำคัญที่ได้อธิบายไว้ด้านล่าง

• ชิมาริบาเมะ (การอัดเข้า) เป็นวิธีเดียวที่แน่นอนในการป้องกันการเกิดครีปเนื่องจากการหมุนของน้ำหนัก
• สึคิมาบาเมะ ใช้สำหรับด้านที่ต้องการอิสระ เช่น การประกอบและถอดแยกง่าย หรือด้านที่ต้องการช่องว่างสำหรับแกนเนื่องจากความร้อนขยายตัว
• หลักการพื้นฐานในการเลือกการจับคู่คือ "การกดใส่รางวงแหวนด้านที่รับน้ำหนักหมุน"
• ในกรณีทั่วไปที่ล้อด้านในหมุนและล้อด้านนอกอยู่กับที่ ให้ขันล้อด้านในให้แน่น (ชิมะริบะเมะ) และขันล้อด้านนอกให้หลวม (สุคิมาบะเมะ)
• ในกรณีที่มีการหมุนของวงแหวนด้านนอก (เช่น สายพานลำเลียง) จำเป็นต้องทำให้วงแหวนด้านนอกมีลักษณะ "ยึดแน่น"
• ในกรณีที่มีน้ำหนักไม่สมดุล (เครื่องสั่น) เนื่องจากเวกเตอร์น้ำหนักหมุน จึงมีกรณีที่จำเป็นต้องอัดวงแหวนด้านนอกเข้าไปในทิศทางตรงกันข้ามกับปกติ
• JIS Tolerance (k5, m5, n6 เป็นต้น) ควรเลือกจัดอันดับให้เหมาะสมตามขนาดของน้ำหนักหรือการมีหรือไม่มีแรงกระแทก
• เมื่อทำการอัดใส่ ช่องว่างภายในของแบริ่งจะลดลง ดังนั้นควรเลือกช่องว่างแบบ C3 หรือ C4 ตามความจำเป็นเพื่อทำการปรับแก้
• การขันแน่นเกินไปอาจทำให้เกิดแรงเค้นในวงแหวนและเสี่ยงต่อการแตกของวงแหวนด้านใน จึงจำเป็นต้องตรวจสอบแรงเค้นที่ยอมรับได้
• เนื่องจากตัวเรือนอลูมิเนียมขยายตัวจากความร้อนและช่องว่างจะกว้างขึ้น จึงต้องตั้งค่าความคลาดเคลื่อนที่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและมาตรการป้องกันอินเสิร์ต
• ขณะทำการอัดเข้า ต้องใช้เครื่องมือกดแหวนด้านที่ต้องการอัดเข้าเท่านั้น และห้ามส่งแรงกระแทกไปยังชิ้นส่วนที่หมุนหรือเคลื่อนตัว
• เมื่อทำการอบปิดผิว ต้องควบคุมอุณหภูมิอย่างเคร่งครัดไม่ให้เกิน 120℃
• เพื่อความสะดวกในการเปลี่ยนชิ้นส่วนระหว่างการบำรุงรักษา ได้ออกแบบให้มีร่องสำหรับเครื่องดึงและรูสำหรับแม่แรงในโครงสร้าง
• การสึกหรอแบบเฟล็ทชิงเกิดขึ้นจากช่องว่างขนาดเล็ก จึงควรยึดให้แน่นหรือใช้ร่วมกับกาวเพื่อให้ได้ผลดีที่สุด
• หากมีข้อสงสัย ให้ใช้ค่าที่แนะนำในแคตตาล็อกของผู้ผลิตแบริ่งแต่ละรายเป็นเกณฑ์หลัก พร้อมทั้งพิจารณาปัจจัยเฉพาะของสภาพแวดล้อมเพิ่มเติมด้วย

ทั้งหมดนี้ครับ/ค่ะ