بیرینگ‌های دوار، چه ساچمه ای، غلتکی یا بلبرینگ سوزنی، تقریباً در هر دستگاهی که شامل حرکت چرخشی باشد کاربردی هستند، برای مثال در چرخ های اتومبیل، مته های دندانپزشکی، اسپیندل ماشین ابزار، پل های متحرک، موتورها، پمپ ها و هزاران کاربرد دیگر استفاده می شوند.
بلبرینگ یک نوع برینگ دارای عنصر نورد است که در آن از ساچمه برای جدا کردن حرکت بیرینگ استفاده می شود تا حرکت نرم و کم اصطکاکی را در هنگام چرخش فراهم کند. بلبرینگ، در صدها اندازه گوناگون تولید می شوند، از بلبرینگ با قطر 1.50 میلی متر فوق العاده کوچک برای استفاده در وسایل پزشکی مینیاتوری و میکروموتورها گرفته، تا بلبرینگ هایی با قطر بیش از 15 فوت برای استفاده در تجهیزات سنگین.
بلبرینگ ها چگونه ساخته می شوند و چگونه ساچمه ها را اینقدر گرد می سازند؟ پاسخ آن یک فرآیند ساخت چند مرحله ای است که شامل ماشینکاری، عملیات حرارتی، سنگ زنی، آبکاری، لپینگ و مونتاژ است. اگرچه ممکن است تغییرات مختلفی وجود داشته باشد، روند زیر در مورد اکثر انواع بلبرینگ های استاندارد تولید شده امروزی اعمال می شود.
قطعات ساخت و ساز بلبرینگ
بلبرینگ ها از دو حلقه بیرینگ (محیط دوار)، ساچمه ها (بسته به نوع) و یک نگهدارنده برای حفظ جدایی ساچمه ها از یک دیگر تشکیل شده اند. اجزای اضافی مانند مهر و موم و سپر نیز ممکن است وجود داشته باشد، اما این مقاله به اجزای اصلی شامل حلقه ها، توپ ها و نگهدارنده می پردازد.
مواد
عمده بیرینگ ها از فولاد کروم ساخته می شوند، اما از مواد زیادی برای به حداکثر رساندن تحمل عملکرد و عمر استفاده می شود.
متداول ترین ماده مورد استفاده در حلقه برینگ، فولاد SAE 52100 است. SAE 52100 یک فولاد کرومی است (1٪ کربن، 1.5٪ آلیاژ کروم) و بسته به فرایند عملیات حرارتی، از نظر ابعادی تا 250 درجه فارنهایت یا بیشتر پایدار است. SAE 52100 همچنین دارای خاصیت ارتجاعی، ماشین کاری و یکنواختی عالی است. مواد محبوب دیگر فولاد ضد زنگ AISI 440C است که به دلیل خاصیت ضد خوردگی از آن استفاده می شود. ماشین کاری AISI 440C گران تر از SAE 52100 است و نمی تواند بار زیادی را تحمل کند. در دمای 70 درجه فارنهایت، فولاد 440C دارای 85٪ ظرفیت بار SAE 52100 است. از دیگر فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی نیز برای کاهش سر و صدای بار یا افزایش عمر خستگی استفاده می شود. فولاد AISI M50 در کاربردهای سیستم های حمایت حیات بحرانی، مانند صنعت هواپیما مورد استفاده قرار می گیرد. M50 دو برابر SAE 52100 قابل اعتماد است و حاوی 4٪ مولیبدن برای افزایش استحکام است. مشکل عمده آن هزینه است، زیرا M50 تقریباً ده برابر گرانتر از SAE 52100 است.
بلبرینگ همچنین بیشتر از فولاد AISI 52100 تولید می شود. سایر مواد مورد استفاده در بلبرینگ عبارتند از AISI 440C ضدزنگ و همچنین سایر مواد ضد زنگ، مثل سرامیک، شیشه و حتی پلاستیک.
نگهدارنده های بیرینگ، که به آنها قفس یا جداکننده گفته می شود، از انواع مختلفی از جمله فولاد مهرزنی شده، برنج مهرزنی شده، فولاد ماشینکاری شده، برنز ماشینکاری شده، نایلون قالب دار یا استیل (POM) و فنولیک ساخته می شوند.
فرایند ساخت
فرآیند ساخت مورد استفاده در ساخت حلقه های داخلی و خارجی بلبرینگها تقریباً یکسان است.
- حلقه ها به صورت نوارهای لوله ای شروع می شوند. دستگاه های اتوماتیک شبیه به ماشین های تراش کاری ابتدا این لوله ها را به صورت حلقه می برند و تمیزکاری بخش های اضافی در مرحله ماشین کاری صورت می گیرد
- شماره برینگ و اطلاعات سازنده بر روی سطوح بیرونی حلقه مهرزنی می شوند.
- مرحله بعدی در روند تولید حلقه، سفت شدن است. حلقه ها به مدت 15-20 دقیقه در دمای 1565 درجه فارنهایت گرم می شوند، در روغن با دمای 375 درجه فارنهایت به مدت 15-20 دقیقه خنک می شوند و سپس به مدت 2 ساعت در 340 درجه فارنهایت گرم می شوند.
- مراحل بعدی در فرآیند حلقه های داخلی و خارجی، سنگ زنی توسط ماشین های سنگ زنی مخصوص برای دستیابی به ابعاد نهایی است.
- سنگ زنی سطح خارجی برای رسیدن به عرض مورد نظر برینگ
- سنگ زنی OD برای حلقه های بیرونی و سنگ زنی برای حلقه های داخلی
- سنگ زنی شیار داخلی برای فراهم کردن شعاع، محل و هندسه مناسب برای شیار
- مرحله نهایی تولید، صاف کردن شیار داخلی برای بدست آوردن صیغل و هندسه سطحی مناسب است.
برای برخی ازبرینگ ها مراحل اضافی ممکن است لازم باشد. به عنوان مثال، برینگ های تماس زاویه ای ممکن است به سنگ زنی اضافی سطح نیاز داشته باشند تا اطمینان حاصل شود که حلقه های داخلی و خارجی در هنگام مونتاژ یا تحت بار، عرض یکسانی را دارند. حتی اگر حلقه داخلی و بیرونی دقیقاً از همان عرض شروع شود، بسیاری از عوامل ممکن است باعث شوند که در هنگام مونتاژ شدن یا تحمل فشار قرار گرفتن بلبرینگ ها، تغییراتی در شعاع شیار، محل شیار، هندسه شیار و قطر ساچمه ها ایجاد شود.
مانند حلقه های برینگ، ساچمه ها نیز با استفاده از یک فرآیند چند مرحله ای تولید می شوند.
- در ابتدا، مواد لازم ساچمه ها به صورت یک خمیر داغ سیمی شکل یا میله ای شکل تهیه می شود
- سپس این خمیر یک فرآیند سرمازدگی را طی می کنند تا شکل کروی تقریباً خالص تشکیل شود
- ساچمه ها پس از آن سمباده می شوند تا غلطانده می شوند تا زوائد و ناهمواری های آنان حذف شود.
- سنگ زنی ملایم برای تولید ساچمه هایی با اندازه یکنواخت استفاده می شود.
- ساچمه ها با استفاده از فرآیندی شبیه به روشی که برای حلقه های بلبرینگ استفاده می شود سفت می شوند
- برای رسیدن به اندازه و گردی نهایی، ساچمه های سفت شده تحت یک فرآیند سنگ زنی پایانی قرار می گیرند
- سرانجام، ساچمه ها برای دستیابی به نایزمندی های نهایی از نظر سطح تحمل و صیغل سطحی، تحت یک فرآیند لپینگ (lapping) قرار می گیرند.
نگهدارنده یاتاقان بسته به نوع مواد و اندازه، از طریق چندین فرآیند مختلف تولید می شود. فرآیندهای تولیدی شامل مهرزنی و شکل دهی، قالب ریزی، آهنگری و ماشین کاری می باشد.
ساخت خودرو
پس از اینکه اجزاء بلبرینگ تولید شد، برای بلبرینگ ساخته شده اجزا اندازه گیری، همسان سازی و مونتاژ می شوند. تطابق بخش مهمی از فرآیند مونتاژ است. شکل و شعاع شیار ساچمه حلقه ای داخلی و خارجی با ساچمه ها با قطر صحیح اندازه گیری و همسان می شوند تا یک بلبرینگ تمام شده تولید شود که تحمل های مشخص شده برای تحمل حرکت را داشته باشد.