ตลับลูกปืนใช้ทำอะไร?

บางครั้งอุปกรณ์ที่มีประโยชน์ที่สุดในฟิสิกส์และวิศวกรรมเป็นอุปกรณ์ที่ง่ายที่สุด ตลับลูกปืนแสดงให้เห็นว่าวงแหวนโลหะสามารถใช้ประโยชน์ได้หลากหลายมากเพียงใด ดังที่คุณเห็นได้จากสิ่งของทั่วไปมากมาย เช่น ยานพาหนะ จักรยาน สเก็ตบอร์ด และเครื่องจักรอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนโลหะที่เคลื่อนไหว มนุษย์ได้ใช้พลังของตลับลูกปืนมาเป็นเวลาหลายศตวรรษ

ลองนึกภาพการเลื่อนบนพรมนุ่ม ๆ ขณะสวมรองเท้า อาจเป็นเรื่องยากเพราะการเสียดสีระหว่างพรมกับรองเท้าของคุณ ซึ่งอาจทำจากอะไรก็ได้ เช่น หนัง พลาสติก ไม้ หรือยาง หากคุณสวมถุงเท้าแทน มันจะง่ายกว่ามากเพราะแรงเสียดทานระหว่างพรมนุ่มกับวัสดุของถุงเท้าน้อยกว่ามาก ตลับลูกปืนทำงานในลักษณะเดียวกัน

ตลับลูกปืนช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างน้ำหนักบรรทุก พวกเขาทำเช่นนี้เพราะเป็นลูกโลหะหรือลูกกลิ้งที่เคลื่อนที่ไปรอบ ๆ พื้นผิวโลหะเรียบในวงในและวงนอก (บางครั้งเรียกว่าวงแหวน) คุณสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับการใช้งานตลับลูกปืนจำนวนมากผ่านระบบฟิสิกส์ ตลับลูกปืนรับน้ำหนักประเภทหนึ่งในทิศทางแนวรัศมี และโหลดเหล่านี้ใช้แรงตั้งฉากกับแกนหมุนของตลับลูกปืน

การเลื่อนของลูกบอลโลหะไปรอบๆ ห่วงของตลับลูกปืนทำให้เกิดการเสียดสีระหว่างวัตถุกับพื้นผิวซึ่งทำให้วัตถุช้าลง ในบางกรณีวัตถุเข้าใกล้จุดหยุด กลไกนี้ทำให้ตลับลูกปืนได้ใช้ในระบบรอกหรือระบบหมุนที่ต้องควบคุม ตัวอย่างเช่น ดุมล้อของรถใช้แรงในแนวรัศมีจากน้ำหนักของรถและแรงขับจากการเลี้ยว

ในทุกกรณีของตลับลูกปืน ความสมดุลระหว่างแรงผลักและแรงในแนวรัศมีทำให้ตลับลูกปืนลดแรงเสียดทานระหว่างลูกบอลในวงแหวนด้านในและวงแหวนรอบนอก และรองรับน้ำหนักของวัตถุ ตลับลูกปืนรับน้ำหนักและถ่ายโอนจากวงแหวนรอบนอกไปยังวงแหวนด้านในเพื่อให้ทรงกลมที่อยู่ตรงกลางของวงแหวนแต่ละวงหมุนได้อย่างง่ายดาย

ทรงกลมแต่ละอันเชื่อมต่อกับวงแหวนสองวง แต่เฉพาะในกรณีที่จำเป็นเพื่อลดแรงเสียดทานระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ของลูกปืนเอง ด้วยเหตุผลเหล่านี้ ตลับลูกปืนจึงถูกสร้างขึ้นเพื่อลดแรงเสียดทานและลดความเร็วในการหมุน

ประเภทของตลับลูกปืนแตกต่างกันอย่างมากตามกลไกที่เกี่ยวข้อง ชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือแถวเดี่ยวแบบแข็งหรือ ตลับลูกปืนเรเดียล. การออกแบบนี้ทำให้ลูกบอลวิ่งในรางร่องลึก และการจัดเรียงตลับลูกปืนแบบร่องลึกช่วยให้รับน้ำหนักได้ทั้งแนวรัศมีและแนวแกน ตลับลูกปืนรุ่นซีลได้รับการหล่อลื่นอย่างถาวรเพื่อลดการบำรุงรักษา

ตลับลูกปืนเม็ดกลมสองแถว ใช้ลูกบอลสองแถว การออกแบบให้ความแข็งแกร่งมากขึ้นในการเคลื่อนที่ของตลับลูกปืน พบได้ในมอเตอร์ไฟฟ้า ปั๊มหอยโข่ง และคลัตช์แม่เหล็กไฟฟ้า ตลับลูกปืนบางตัวจะเรียงตัวกันในลักษณะที่ช่วยให้เพลามีความผิดปกติในมุมที่สัมพันธ์กับตัวเรือนของลูกปืน

ประเภทสัมผัสเชิงมุม ของลูกปืนตัดวงแหวนรอบนอกด้านหนึ่งเพื่อให้ลูกสอดเข้าไปมากขึ้น ตลับลูกปืนเหล่านี้สามารถรับน้ำหนักตามแนวแกนได้มากในทิศทางเดียว และใช้ลูกบอลในตลับลูกปืนได้มากขึ้นด้วย ซึ่งหมายความว่าวิศวกรจะใช้พวกมันเป็นคู่ในทั้งสองทิศทางเพื่อบรรทุกของหนัก ในการตั้งค่าที่ทำให้พวกมัน ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถว. ตลับลูกปืนประเภทนี้แตกต่างกันไปตามวัสดุเช่นกัน

ตลับลูกปืนมีวัสดุที่แตกต่างกันออกไป เช่น ตลับลูกปืนเหล็ก เซรามิก หรือพลาสติก สำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน ตลับลูกปืนประเภทนี้มีความแตกต่างกันในด้านความเร็วในการทำงาน อุณหภูมิที่สามารถบรรลุได้ และคุณสมบัติอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการใช้ตลับลูกปืน การทำความเข้าใจข้อดีและข้อเสียของวัสดุแต่ละประเภทจะช่วยให้คุณตัดสินใจได้ดีขึ้นหากต้องการตลับลูกปืน

ตลับลูกปืนเหล็กใช้ส่วนประกอบใดส่วนประกอบหนึ่งที่ทำจากเหล็กกล้าหรือโลหะผสมเหล็กทั้งหมดโดยมีองค์ประกอบอื่นๆ ในองค์ประกอบ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการรองรับน้ำหนักที่หนักมากในขณะที่หมุนด้วยความเร็วที่ยอดเยี่ยมเมื่อหมุนไปรอบๆ

ตลับลูกปืนประเภทนี้สามารถให้การวัดที่แม่นยำมาก เนื่องจากผลิตขึ้นด้วยความเที่ยงตรงสูง คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยให้ลูกปืนเหล็กกล้าคาร์บอนสามารถนำไปใช้ในล็อค จักรยาน โรลเลอร์สเกต รถเข็น และเครื่องลำเลียง และอื่นๆ

น่าเสียดายที่วัสดุตลับลูกปืนเหล็กสามารถทำให้เกิดการกัดกร่อนเมื่อมีน้ำหรือก๊าซที่เปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของเหล็กเอง ตลับลูกปืนประเภทนี้อาจมีน้ำหนักมากและมีเสียงดังเมื่อใช้งานในการผลิตและสภาพแวดล้อมอื่นๆ

ตลับลูกปืนเหล็กอาจมีราคาแพงมาก และวิศวกรยังต้องหล่อลื่นโลหะเหล็กอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ หากไม่ได้รับการบำรุงรักษาอย่างเหมาะสม ตลับลูกปืนอาจทำให้ตลับลูกปืนชำรุดและจะไม่มีวันสิ้นสุดอายุการใช้งานที่กำหนดไว้

ผู้ผลิตสร้างและขายตลับลูกปืนเหล็กในรูปแบบต่างๆ คุณสามารถซื้อลูกเหล็กที่มีคาร์บอนในปริมาณที่สูงขึ้นซึ่งต้องผ่านการอบชุบด้วยความร้อนหรือผ่านการชุบแข็งด้วยวิธีอื่น ความแปรปรวนของปริมาณคาร์บอนในตลับลูกปืนเหล็กส่งผลต่อคุณสมบัติ เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำพบได้ในการใช้งานที่ต้องการความทนทานต่อการกัดกร่อน แต่ไม่จำเป็นต้องมีพื้นผิวที่ชุบแข็ง

แม้ว่าวัสดุเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำจะสามารถนำมาใช้ในการกลึงแนวตรงของลูกปืนได้ แต่ก็ไม่เหมาะกับการสัมผัสกันระหว่างลูกปืน โดยทั่วไปจะใช้กับพอลิเมอร์เพื่อป้องกันความเสียหายในกรณีเหล่านี้ ตลับลูกปืนเหล็กที่มีคาร์บอนในปริมาณปานกลางมีความแข็งแรง กันน้ำ และทนทาน และคุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เหมาะสำหรับเฟือง เพลา สตัด และส่วนประกอบอื่นๆ ของเครื่องจักร เหล็กกล้าคาร์บอนสูงมีความแข็งแรงและแข็งที่สุดในขณะที่ทนต่อการกัดกร่อน

ตลับลูกปืนเซรามิกมักจะสร้างเป็น "ลูกผสม" ที่ใช้วงแหวนรอบนอก วงแหวนใน และกรงที่สร้างจากเหล็ก โดยที่ลูกปืนทำจากเซรามิก คุณสมบัติของเซรามิกช่วยให้หมุนรอบเร็วต่อนาทีในขณะที่รักษาอุณหภูมิในการทำงานให้เย็นและจำกัดปริมาณเสียงรบกวน

การออกแบบเหล็กเซรามิกไฮบริดเหล่านี้ได้รับความเสียหายจากการกัดกร่อน แต่ลูกเซรามิกเองก็น้อยกว่า are มีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดกร่อนได้ง่ายกว่าวัสดุเหล็ก และมีความทนทานและน้ำหนักเบากว่าลูกเหล็ก แบริ่ง

ตลับลูกปืนประเภทนี้สามารถใช้ในงานไฟฟ้าที่ตลับลูกปืนเหล็กไม่สามารถทำได้ เนื่องจากตลับลูกปืนเซรามิกไม่นำไฟฟ้า แต่ก็มีราคาแพงมากเช่นกัน ตลับลูกปืนเซรามิกสามารถทนต่ออุณหภูมิสูง ปล่อยให้ทำงานด้วยความเร็วสูงขึ้น ราคาของตลับลูกปืนเหล่านี้บางตัวโดยทั่วไปอาจมีราคาแพง แต่คุณสามารถหารุ่นราคาถูกได้เช่นกัน

วัสดุเซรามิกของตลับลูกปืนเหล่านี้มีน้ำหนักน้อยกว่าตลับลูกปืนเหล็กถึง 40% วิศวกรมักผลิตโดยใช้เซรามิกซิลิกอนไนไตรด์เพื่อทำให้คุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพเหล่านี้เกิดขึ้น ใช้ในตลับลูกปืนมุม ตลับลูกปืนกันรุน ตลับลูกปืนหมอน ตลับลูกปืนเข็ม และตลับลูกปืนเม็ดกลม วัสดุเซรามิกอาจแข็งแรงกว่าเหล็ก แต่โดยทั่วไปจะแข็งกว่าเมื่อเป็นวัสดุลูกปืน

การขัดลูกเหล็กเซรามิกใช้สนามแม่เหล็กที่มีกระแสพลาสมา วิธีการผลิตนี้ทำให้พวกเขามีอัตราการหมุนที่สูงกว่าตลับลูกปืนเหล็ก พวกมันเป็นฉนวนไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะไม่นำไฟฟ้า ดังนั้นพวกมันจะไม่ล้มเหลวหากกระแสไฟ ผ่านเข้าไปแล้วสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องหล่อลื่นเหมือนตลับลูกปืนเหล็ก steel เป็น

นวัตกรรมล่าสุดได้ผลิตตลับลูกปืนพลาสติกที่ใช้วงแหวนพลาสติกและกรงพลาสติก และสามารถซื้อได้ในรูปของลูกบอลที่ทำจากพลาสติก แก้ว หรือสแตนเลส วัสดุลูกปืนที่พบบ่อยที่สุดที่มีลูกปืนประเภทนี้คือลูกเหล็กสแตนเลส เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด แต่ก็หนักกว่าพลาสติกหรือแก้วด้วย พวกมันยังสามารถกลายเป็นแม่เหล็กได้ง่าย ซึ่งสามารถรบกวนการเคลื่อนไหวและฟิสิกส์ของวัสดุใกล้เคียง

ตลับลูกปืนพลาสติกที่มีลูกแก้วเป็นทางเลือกที่ดีเมื่อคุณไม่สามารถใช้โลหะได้ มีความทนทานต่อสารเคมีสูงและมีน้ำหนักต่ำกว่าลูกเหล็ก ลูกปืนพลาสติกสำหรับตลับลูกปืนพลาสติกมีน้ำหนักน้อยกว่าและทนต่อการสึกหรอตามการใช้งานเมื่อเวลาผ่านไป ตลับลูกปืนพลาสติกส่วนใหญ่สามารถหล่อลื่นตัวเองได้ น้ำหนักเบา และทนต่อการกัดกร่อนขณะทำงานเงียบ

น่าเสียดายที่ตลับลูกปืนประเภทนี้ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้เช่นเดียวกับตลับลูกปืนแบบอื่น ๆ และไม่สามารถรับน้ำหนักได้มากเท่ากับบางครั้ง