ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวคืออะไร?

ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแถวคู่ คือการออกแบบตลับลูกปืนที่รวมลูกบอลสัมผัสเชิงมุมสองแถวไว้ภายในวงแหวนด้านในและวงแหวนรอบนอกวงเดียว โดยจัดเรียงจากด้านหลังเพื่อให้สามารถรองรับโหลดในแนวรัศมี โหลดในแนวแกนทั้งสองทิศทาง และโหลดโมเมนต์ได้พร้อมกัน มุมสัมผัสของแต่ละแถวได้รับการตั้งค่าเพื่อให้เส้นรับน้ำหนักจากด้านตรงข้ามของตลับลูกปืนมาบรรจบกันบนแกนของตลับลูกปืน ทำให้เกิดเป็นยูนิตที่สมบูรณ์ในตัวเองซึ่งต้านทานแรงเอียงโดยไม่ต้องใช้ตลับลูกปืนตัวที่สองแยกกันเพื่อจัดการกับทิศทางของแกนที่ตรงข้ามกัน ในแง่ของหลักการทางโครงสร้าง ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวโดยพื้นฐานแล้วจะเทียบเท่ากับตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแถวเดียวสองแถวที่จับคู่กันแบบ back-to-back (DB) ซึ่งรวมอยู่ในหน่วยเดียวที่แคบกว่าและกะทัดรัดกว่าโดยใช้วงแหวนด้านในและด้านนอกร่วมกัน (ที่มา: NSK Global Technical Library; NTN Bearing Catalog 2203E) มุมสัมผัสมาตรฐานสำหรับตลับลูกปืนสองแถวรุ่น 5200 และ 5300 คือ 25 องศา ในขณะที่แชฟฟ์เลอร์และกลุ่มการออกแบบอื่นๆ บางกลุ่มใช้มุมสัมผัส 30 องศา ซึ่งจะเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักตามแนวแกนเมื่อเทียบกับความสามารถในการรับน้ำหนักในแนวรัศมี (ที่มา: NSK; Schaeffler TPI 213) รูปทรงกะทัดรัดหมายความว่าหน่วยสองแถวใช้พื้นที่ตามแนวแกนน้อยกว่าตลับลูกปืนเม็ดมีดสัมผัสเชิงมุมแถวเดี่ยวที่ติดตั้งแยกกันสองตัวที่มีรูเจาะและเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกเท่ากัน ทำให้เป็นทางเลือกที่ต้องการในทุกที่ที่ต้องการข้อจำกัดตามแนวแกนแบบสองทิศทางในซองการติดตั้งแคบ ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถว ในซีรีส์ 30 และ 38 ครอบคลุมขนาดรูและตัวเลือกการซีลที่หลากหลายซึ่งเหมาะกับการใช้งานโหลดแบบหลายทิศทางขนาดกะทัดรัดประเภทนี้

มุมสัมผัสกำหนดพฤติกรรมของแบริ่งอย่างไร

มุมสัมผัสเป็นพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตที่สำคัญที่สุดตัวเดียวที่แยกแยะตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมจากตลับลูกปืนเม็ดกลมร่องลึก และจะกำหนดอัตราส่วนของความสามารถในการรับน้ำหนักตามแนวแกนต่อแนวรัศมีที่ตลับลูกปืนสามารถส่งมอบได้โดยตรง

ความหมายทางเรขาคณิตของมุมสัมผัส

ในตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งใดๆ ลูกบอลจะถ่ายเทน้ำหนักระหว่างทางวิ่งวงแหวนด้านในและทางวิ่งวงแหวนรอบนอกผ่านจุดสัมผัส ในตลับลูกปืนร่องลึก จุดสัมผัสเหล่านี้อยู่บนเส้นที่ตั้งฉากกับแกนเพลา ซึ่งหมายความว่าตลับลูกปืนมีความเหมาะสมอย่างยิ่งกับแรงในแนวรัศมี แต่สามารถรองรับแรงในแนวแกนโดยไม่ได้ตั้งใจเท่านั้น ในตลับลูกปืนหน้าสัมผัสเชิงมุม ร่องน้ำจะถูกชดเชยเพื่อให้เส้นที่เชื่อมต่อจุดสัมผัสทั้งสองสร้างมุมกับระนาบรัศมี มุมนี้คือมุมสัมผัส ซึ่งแสดงว่าเป็นอัลฟ่า เมื่อโหลดตามแนวแกนเพียงอย่างเดียวกับแบริ่งหน้าสัมผัสเชิงมุม โหลดจะถูกส่งผ่านแนวหน้าสัมผัสแบบเอียง ซึ่งแก้ไขแรงให้เป็นส่วนประกอบในแนวรัศมีและส่วนประกอบในแนวแกนภายในรูปทรงของแบริ่ง ยิ่งมุมสัมผัสสูง สัดส่วนของภาระตามแนวแกนที่ใช้ซึ่งรับภาระอย่างมีประสิทธิภาพก็จะยิ่งมากขึ้น และอัตราส่วนโหลดตามแนวแกนต่อแนวรัศมีที่ตลับลูกปืนจะสามารถรองรับได้ก่อนที่ความเค้นสัมผัสจะกลายเป็นวิกฤตก็จะยิ่งมากขึ้น (ที่มา: NTN Bearing Catalog 2203E; brkbearings.com)

ค่ามุมสัมผัสในการออกแบบแถวคู่

ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแถวเดี่ยวมีจำหน่ายในการกำหนดค่ามุมสัมผัสมาตรฐานสี่แบบ: 15 องศา, 25 องศา, 30 องศา และ 40 องศา รุ่น 15 องศาให้ความสำคัญกับการทำงานที่ความเร็วสูงและความแข็งของแกนต่ำ ตัวแปร 40 องศาจัดลำดับความสำคัญของความสามารถในการรับน้ำหนักตามแนวแกนสูงสุดโดยมีต้นทุนของอัตราความเร็วที่ลดลงและการสร้างความร้อนที่สูงขึ้น ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวในซีรีย์มาตรฐาน 5000 (ซีรีส์ 5200, 5300) ผลิตขึ้นโดยมี มุมสัมผัส 25 องศา ต่อแถว โดยจัดเรียงจากหลังชนกันเพื่อให้แต่ละแถวรองรับแรงตามแนวแกนจากทิศทางเดียว รุ่นที่มีความจุสูง รวมถึงกลุ่มการออกแบบของ Schaeffler ใช้ มุมสัมผัส 30 องศา ที่ให้เศษส่วนโหลดตามแนวแกนที่สูงกว่า แต่ให้การลดความเร็วจำกัดที่สอดคล้องกันสำหรับการทำงานต่อเนื่อง (ที่มา: NSK Global; Schaeffler TPI 213)

ความสามารถในการโหลดช่วงเวลา

ความสามารถที่สำคัญอย่างยิ่งยวดที่เกิดขึ้นจากการจัดเรียงสองแถวคือความต้านทานต่อโหลดโมเมนต์ หรือที่เรียกว่าโมเมนต์การเอียง โหลดโมเมนต์ทำหน้าที่หมุนเพลาโดยสัมพันธ์กับตัวเรือนรอบแกนที่ตั้งฉากกับเส้นกึ่งกลางเพลา แบริ่งสัมผัสเชิงมุมแถวเดียวหรือแบริ่งร่องลึกเดี่ยวไม่สามารถต้านทานการโหลดประเภทนี้ได้อย่างน่าเชื่อถือ เนื่องจากโซนสัมผัสด้านหนึ่งจะรับน้ำหนักมากเกินไปในขณะที่ด้านตรงข้ามจะสูญเสียการสัมผัส การจัดเรียงตลับลูกปืนสองแถวจากหลังชนกันทำให้เกิดช่วงกว้างที่มีประสิทธิภาพระหว่างแนวโหลดทั้งสอง แม้จะอยู่ภายในความกว้างของตลับลูกปืนเดี่ยว ซึ่งให้แขนโมเมนต์เชิงกลที่ต้านทานแรงพลิกคว่ำ นี่คือเหตุผลที่ระบุตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวสำหรับการใช้งานที่เพลาโค้งงอ รับน้ำหนักเกิน หรือแรงไจโรสโคปิกสร้างโมเมนต์โหลดบนตำแหน่งตลับลูกปืน (ที่มา: NTN Bearing Catalog 2203E)

โครงสร้างภายในและวัสดุส่วนประกอบ

การทำความเข้าใจโครงสร้างภายในของตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวจะอธิบายได้ว่าเหตุใดการออกแบบเฉพาะและการเลือกใช้วัสดุจึงส่งผลต่อประสิทธิภาพในรูปแบบที่ไม่ชัดเจนเสมอไปจากการจัดอันดับโหลดของแค็ตตาล็อกเพียงอย่างเดียว

แหวนและสนามแข่ง

วงแหวนด้านในและด้านนอกของตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวมาตรฐานผลิตจากเหล็กแบริ่งโครเมียมคาร์บอนสูง โดยทั่วไปคือ 52100 หรือเกรดมาตรฐานระดับชาติที่เทียบเท่า ซึ่งผ่านการชุบแข็งจนมีความแข็งพื้นผิวโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วง 58 ถึง 65 HRC สนามแข่งมีการกราวด์โดยต้องทนต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง ความกลม และความขรุขระของพื้นผิวอย่างเข้มงวด เนื่องจากคุณภาพของพื้นผิวที่โซนสัมผัสจะกำหนดการกระจายความเค้นภายใต้โหลด รวมถึงระดับเสียงและการสั่นสะเทือนในการทำงานโดยตรง รูปทรงของไหล่ทางบนวงแหวนแต่ละวงได้รับการออกแบบเพื่อสร้างการชดเชยระหว่างทางแข่งสองแถวที่สร้างมุมสัมผัสที่ต้องการ และความสูงของไหล่ทางนี้ยังเป็นตัวกำหนดภาระในแนวแกนสูงสุดที่วงแหวนสามารถรองรับได้ ก่อนที่ความเค้นจากการสัมผัสจะย้ายไปยังไหล่ของวงแหวน แทนที่จะอยู่บนทางวิ่ง

องค์ประกอบกลิ้ง

โดยทั่วไปแล้ว ลูกบอลในทั้งสองแถวจะผลิตจากเหล็กแบริ่ง 52100 แบบเดียวกับวงแหวน หรือจากเซรามิก เช่น ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) ในการใช้งานที่มีความเร็วสูงหรือกัดกร่อน เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอลและจำนวนลูกบอลต่อแถวจะถูกเลือกในระหว่างกระบวนการออกแบบเพื่อปรับพิกัดโหลดแบบไดนามิก พิกัดโหลดแบบคงที่ และความสามารถความเร็วของตลับลูกปืนให้เหมาะสมสำหรับซีรีย์การใช้งานที่ต้องการ ภายในอนุกรมที่กำหนด เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกบอลที่ใหญ่ขึ้นจะเพิ่มพิกัดโหลดแต่จะลดความเร็วสูงสุดที่อนุญาตลง เนื่องจากแรงเหวี่ยงของลูกบอลแต่ละลูกจะปรับขนาดตามมวลของลูกบอลและความเร็วยกกำลังสอง ลูกบอลเกรดความแม่นยำมีความแปรผันของเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 0.00025 มม. ระหว่างลูกบอลในแถวเดียวกัน เนื่องจากความแตกต่างของเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงเล็กน้อยก็ทำให้เกิดการแบ่งปันโหลดที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งจะลดพิกัดโหลดที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่าตัวเลขแค็ตตาล็อก

ตัวเลือกกรง

กรงจะแยกลูกบอลและรักษาระยะห่างเส้นรอบวงให้สม่ำเสมอ เพื่อให้โหลดมีการกระจายเท่าๆ กันรอบปริมณฑลของตลับลูกปืน ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแถวคู่มีจำหน่ายในกรงหลักสองประเภท (ที่มา: NSK Global; NTN):

• กรงเหล็กอัดขึ้นรูปซึ่งเป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการใช้งานปานกลางและความเร็วสูงส่วนใหญ่ และประทับจากแผ่นเหล็กคาร์บอนต่ำพร้อมช่องที่ขึ้นรูปเพื่อนำทางลูกบอล กรงเหล็กอัดขึ้นรูปเหมาะกับการใช้งานที่ต้องหล่อลื่นน้ำมันและจาระบีส่วนใหญ่ภายในระดับความเร็วมาตรฐานของตลับลูกปืน
• กรงโพลีเอไมด์หรือไนลอนซึ่งมีมวลต่ำกว่าและมีเสียงรบกวนน้อยลงที่ความเร็วสูง มีประสิทธิภาพดีขึ้นในแบริ่งซีลที่หล่อลื่นด้วยจาระบี โดยที่แรงลากที่มีความหนืดจากจาระบีเป็นแหล่งความร้อน และลดความเสี่ยงที่จะเกิดรอยเปื้อนระหว่างการสูญเสียการหล่อลื่นชั่วขณะด้วยความเร็วสูง

ตัวเลือกการปิดผนึกและการป้องกัน

ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวแบบเปิดจำเป็นต้องมีการหล่อลื่นภายนอกผ่านการเติมจาระบีเป็นระยะหรือระบบน้ำมันที่มีแรงดัน มีให้เลือกหลายแบบแบบปิดผนึกและแบบมีฉนวน และมีการระบุไว้มากขึ้นสำหรับการใช้งานที่มีการจำกัดการเข้าถึงการบำรุงรักษา หรือการปนเปื้อนทางเข้า (ที่มา: NTN Bearing Catalog 2203E; NSK) การกำหนดคำต่อท้ายที่ใช้กันมากที่สุดคือ:

แบบแผนการตั้งชื่อซีรีส์ 30-2RS, 38-2RS, 30-ZZ และ 38-ZZ ที่ใช้ใน ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถว กลุ่มผลิตภัณฑ์เข้ารหัสทั้งหมายเลขซีรีส์และประเภทการปิดผนึกโดยตรงลงในการกำหนดตลับลูกปืน ทำให้ระบุได้ง่ายว่ารุ่นใดเหมาะสมกับการใช้งานที่กำหนดจากหมายเลขชิ้นส่วนเพียงอย่างเดียว

อัตราโหลดและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ

ประสิทธิภาพของแบริ่งองค์ประกอบลูกกลิ้งใดๆ มีลักษณะเฉพาะโดยค่าพิกัดสามค่า: อัตราโหลดไดนามิกพื้นฐาน อัตราโหลดคงที่พื้นฐาน และความเร็วจำกัด ตัวเลขเหล่านี้ถูกกำหนดโดยรูปทรงภายในของตลับลูกปืน และต้องตีความอย่างถูกต้องโดยสัมพันธ์กับรอบการโหลดและความเร็วจริงของการใช้งาน ก่อนที่จะคาดการณ์อายุการใช้งานที่เชื่อถือได้

คะแนนโหลดไดนามิกพื้นฐาน

อัตราการโหลดไดนามิกพื้นฐาน (C) หมายถึงโหลดในแนวรัศมีคงที่ซึ่งกลุ่มของตลับลูกปืนที่เหมือนกันจะมีอายุการใช้งานความล้าที่กำหนดหนึ่งล้านรอบที่ความน่าเชื่อถือ 90 เปอร์เซ็นต์ ตามวิธีการคำนวณที่กำหนดไว้ใน ISO 281 สำหรับตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแถวสองแถว อัตราการรับน้ำหนักแบบไดนามิกจะสูงกว่าของตลับลูกปืนแถวเดียวที่มีรูเท่ากัน เนื่องจากลูกบอลสองแถวแบ่งปันภาระที่ใช้ร่วมกัน โดยกระจายความเค้นสัมผัสของเฮิร์ตเซียนเหนือจุดสัมผัสจำนวนมาก ตามการอ้างอิงในทางปฏิบัติ ตลับลูกปืนซีรีส์ 5200 ที่มีรูเจาะ 10 มม. (ตลับลูกปืนหมายเลข 5200) มีพิกัดการรับน้ำหนักแบบไดนามิกที่ 7,150 น ในขณะที่ซีรีส์ 5203 ที่มีรูเจาะ 17 มม. รับน้ำหนักได้ประมาณ 12,700 N และซีรีส์ 5204 ที่มีรูเจาะ 20 มม. รับน้ำหนักได้ประมาณ 15,900 N (ที่มา: แค็ตตาล็อกตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวชนิดปิดผนึกและมีฉนวนป้องกัน เอกสาร e1249b)

คะแนนโหลดคงที่ขั้นพื้นฐาน

คะแนนโหลดคงที่พื้นฐาน (C0) กำหนดโหลดที่แรงเค้นสัมผัสสูงสุดระหว่างลูกบอลและสนามแข่งถึงประมาณ 4,000 MPa ซึ่งเป็นระดับที่การเสียรูปพลาสติกเฉพาะจุดของสนามแข่งเริ่มทำให้เกิดการเยื้องถาวรซึ่งจะเพิ่มการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนในระหว่างการดำเนินการครั้งต่อไป ด้วยการใช้ข้อมูลอ้างอิง NSK เดียวกัน ซีรีส์ 5200 (รู 10 มม.) มีพิกัดโหลดคงที่ 3,900 N ในขณะที่ 5203 (รู 17 มม.) มี 8,300 N และ 5204 (รู 20 มม.) มี 10,700 N (ที่มา: แค็ตตาล็อก NSK e1249b) การใช้งานที่เกี่ยวข้องกับโหลดกระแทก โหลดคงที่หนักระหว่างการประกอบ หรือโหลดโมเมนต์หนักที่ความเร็วต่ำ จะต้องได้รับการประเมินโดยเทียบกับพิกัดคงที่มากกว่าพิกัดไดนามิก

การคำนวณโหลดแบบไดนามิกที่เทียบเท่า

เมื่อแบริ่งประสบกับภาระในแนวรัศมีและแนวแกนรวมกันแทนที่จะเป็นภาระในแนวรัศมีเพียงอย่างเดียว ต้องคำนวณโหลดไดนามิกที่เทียบเท่ากันก่อนที่จะใช้สมการชีวิต ISO 281 สำหรับตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถว สูตรมาตรฐานคือ P = XFr YFa โดยที่ Fr คือแรงในแนวรัศมี Fa คือแรงในแนวแกน และ X และ Y คือปัจจัยโหลดที่ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของแรงในแนวแกนต่อแรงในแนวรัศมีสัมพันธ์กับค่าเกณฑ์ e สำหรับซีรีส์สองแถวที่ปิดผนึกและมีฉนวนหุ้ม ค่าทั่วไปเมื่อ Fa/Fr น้อยกว่าหรือเท่ากับ e คือ X = 1, Y = 0.92 และเมื่อ Fa/Fr เกิน e, X = 0.67 และ Y = 1.41 โดยมี e ประมาณ 0.68 (ที่มา: แค็ตตาล็อก NSK e1249b) ค่าเหล่านี้จะเปลี่ยนไปตามมุมสัมผัสและชุดตลับลูกปืน และผู้ออกแบบควรใช้ค่าจากเอกสารข้อมูลของผู้ผลิตเฉพาะสำหรับชุดตลับลูกปืนที่ใช้

ความสามารถด้านความเร็ว

ขีดจำกัดความเร็วของตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวถูกกำหนดโดยความร้อนที่เกิดขึ้นที่หน้าสัมผัสแบบกลิ้งและที่ส่วนต่อประสานแบบลูกกรง และแสดงตามอัตภาพเป็นการจำกัดความเร็วของจาระบีหรือขีดจำกัดความเร็วของน้ำมัน โดยโดยทั่วไปแล้วขีดจำกัดของน้ำมันจะสูงกว่าขีดจำกัดของจาระบี 20 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ รุ่นที่มีการปิดผนึกและแบบมีฉนวนมีขีดจำกัดความเร็วที่ต่ำกว่าตลับลูกปืนแบบเปิดที่เทียบเท่ากัน เนื่องจากการเสียดสีของขอบซีลหรือบริเวณใกล้เคียงของชีลด์จะเพิ่มความร้อนที่การเติมจาระบีคงที่จะต้องกระจายไปโดยไม่ต้องระบายความร้อนจากภายนอก มาตรฐาน DIN 628-3 ซึ่งควบคุมขนาดหลักสำหรับตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถว กำหนดขีดจำกัดด้านมิติเพื่อให้แน่ใจว่าผู้ผลิตตลับลูกปืนในซีรีส์เดียวกันสามารถสับเปลี่ยนกันได้ (ที่มา: Schaeffler TPI 213)

ระบบการกำหนดและการระบุซีรี่ส์

การอ่านการกำหนดตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวอย่างถูกต้องช่วยให้วิศวกรหรือผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อสามารถยืนยันเส้นผ่านศูนย์กลางของรู ซีรีส์ (รวมถึงเส้นผ่านศูนย์กลางและความกว้างภายนอกด้วย) และการกำหนดค่าการซีลจากหมายเลขชิ้นส่วนโดยไม่จำเป็นต้องปรึกษาตารางขนาดเต็ม

การอ้างอิงซีรี่ส์ 30 และ 38 ในการกำหนดผลิตภัณฑ์หมายถึงการจำแนกประเภทซีรีส์เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของตลับลูกปืน ซีรีส์ 30 และ 38 ในตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวระบุขอบเขตมิติเฉพาะ และตัวแปรต่อท้าย 2RS และ ZZ ที่ให้มาจะระบุโดยตรงว่ามีการใช้ซีลแบบสัมผัสหรือชีลด์เหล็ก ทำให้สามารถระบุตัวแปรที่ถูกต้องสำหรับบริการซีลแบบหล่อลื่นด้วยจาระบีหรือบริการแบบมีชิลด์ตามลำดับ

เปรียบเทียบกับประเภทตลับลูกปืนทางเลือก

การเลือกตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวสำหรับการใช้งานต้องทำความเข้าใจว่าตลับลูกปืนชนิดอื่นๆ ที่อาจพิจารณาให้อยู่ในตำแหน่งเดียวกันนั้นแตกต่างจากตลับลูกปืนชนิดอื่นๆ อย่างไร

เทียบกับตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแถวเดี่ยว

ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแถวเดียวสามารถรองรับโหลดตามแนวแกนได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น เนื่องจากรูปทรงของร่องน้ำออฟเซ็ตจะสร้างเส้นหน้าสัมผัสที่มาบรรจบกันบนแกนจากด้านเดียวเท่านั้น เพื่อรองรับโหลดตามแนวแกนแบบสองทิศทางด้วยตลับลูกปืนแถวเดียว จะต้องติดตั้งตลับลูกปืนสองตัวตรงข้ามกัน ทั้งแบบหันหลังชนกัน (DB) แบบหันหน้าเข้าหากัน (DF) หรือแบบเรียงกัน (DT สำหรับการเพิ่มภาระตามแนวแกนในทิศทางเดียวกัน) ตลับลูกปืนสองแถวมีข้อจำกัดตามแนวแกนแบบสองทิศทางเดียวกันในยูนิตเดียวที่แคบกว่าโดยมีวงแหวนด้านในหนึ่งวงและวงแหวนด้านนอกหนึ่งวง ซึ่งช่วยให้การออกแบบตัวเรือนง่ายขึ้นและลดพื้นที่ตามแนวแกนที่ต้องการ ข้อดีคือยูนิตสองแถวมีมุมสัมผัสคงที่และการจัดเรียงจากด้านหลังซึ่งไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ในขณะที่การจัดเรียงแถวเดี่ยวแบบคู่ช่วยให้วิศวกรสามารถเลือกการติดตั้งแบบหันหน้าเข้าหากัน หากรูปทรงของการใช้งานต้องการคุณลักษณะแขนโมเมนต์ที่แตกต่างกัน (ที่มา: NSK Global; NTN Bearing Catalog 2203E)

vs ตลับลูกปืนเม็ดกลมร่องลึก

ตลับลูกปืนเม็ดกลมร่องลึกมีร่องร่องน้ำที่สมมาตรบนวงแหวนทั้งสองซึ่งช่วยให้สามารถรองรับแรงตามแนวแกนปานกลางได้ทั้งสองทิศทาง แต่แนวรับน้ำหนักยังคงเป็นแนวรัศมีเป็นหลักที่แรงตามแนวแกนต่ำ และแบริ่งไม่มีมุมสัมผัสที่กำหนดไว้ สำหรับการโหลดรวมต่ำถึงปานกลางที่ความเร็วสูง ตลับลูกปืนร่องลึกมักจะประหยัดกว่าและได้พิกัดความเร็วที่สูงกว่าตลับลูกปืนหน้าสัมผัสเชิงมุมที่มีขนาดเท่ากัน อย่างไรก็ตาม แบริ่งร่องลึกไม่สามารถให้การวางตำแหน่งตามแนวแกนที่เข้มงวดของเพลาที่แบริ่งสัมผัสเชิงมุมมอบให้ได้ และไม่เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องต้านทานโหลดโมเมนต์ หรือในกรณีที่ความแข็งของแกนที่แม่นยำเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบระบบ (ที่มา: brkbearings.com)

เทียบกับแบริ่งลูกกลิ้งเรียว

แบริ่งลูกกลิ้งเรียวรับภาระในแนวรัศมีและแนวแกนสูงกว่าตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมที่มีขนาดรูเท่ากัน เนื่องจากการสัมผัสกับเส้นระหว่างลูกกลิ้งและทางวิ่งจะกระจายโหลดไปยังพื้นที่ขนาดใหญ่ ช่วยลดความเครียดจากการสัมผัสสูงสุด อย่างไรก็ตาม แบริ่งลูกกลิ้งเรียวจำเป็นต้องมีการปรับพรีโหลดตามแนวแกนอย่างแม่นยำในระหว่างการประกอบ สร้างความร้อนมากขึ้นที่ความเร็วสูงเนื่องจากการเสียดสีการเลื่อนของหน้าแปลนลูกกลิ้งปลาย และมีขีดจำกัดความเร็วต่ำกว่าตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุม สำหรับการใช้งานที่ความเร็วปานกลางซึ่งความต้องการหลักในการรับน้ำหนักรวมปานกลางและรูปทรงกะทัดรัด โดยทั่วไปแล้ว ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวมักนิยมใช้มากกว่าตลับลูกปืนลูกกลิ้งเรียว

ตารางเปรียบเทียบ

การใช้งานทั่วไปและกรณีการใช้งานในอุตสาหกรรม

พบตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแถวคู่ในการใช้งานที่มีข้อกำหนดร่วมกัน: ข้อจำกัดตามแนวแกนแบบสองทิศทางในพื้นที่ขนาดกะทัดรัดที่มีความเร็วปานกลางถึงสูง ซึ่งการรับน้ำหนักโมเมนต์หรือภาระรวมกันทำให้แบริ่งร่องลึกไม่เพียงพอ

มอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องเป่าลม

มอเตอร์ไฟฟ้ามักใช้ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวที่ตำแหน่งปลายไดรฟ์ ซึ่งแรงตามแนวแกนจากความตึงของสายพาน แรงขับของเฟืองเกลียว หรือการโหลดใบพัดลมจะสร้างภาระในแนวแกนแบบสองทิศทาง ขึ้นอยู่กับทิศทางการสตาร์ท-หยุด การออกแบบยูนิตเดี่ยวขนาดกะทัดรัดช่วยลดความยุ่งยากในการก่อสร้างตัวเรือนมอเตอร์เมื่อเทียบกับการจัดเรียงแบริ่งสองตัว และมุมสัมผัส 25 องศาของซีรีส์ 5200 และ 5300 มาตรฐาน ให้การผสมผสานระหว่างความแข็งตามแนวแกนที่เหมาะสมและอัตราความเร็วในการหมุนที่เหมาะสมกับการใช้งานมอเตอร์เหนี่ยวนำส่วนใหญ่ NSK แสดงรายการปั๊ม มอเตอร์ไฟฟ้า และโบลเวอร์เป็นการใช้งานทั่วไปหลักสำหรับตลับลูกปืนประเภทนี้ (ที่มา: NSK Global Technical Library)

ปั๊มและคอมเพรสเซอร์

ปั๊มหอยโข่งสร้างแรงขับในแนวแกนที่กลับทิศทางโดยมีการเปลี่ยนแปลงของอัตราการไหลและความแตกต่างของความดัน และการโหลดตามแนวแกนแบบสองทิศทางนี้เป็นเงื่อนไขที่ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวได้รับการออกแบบอย่างแน่นอน การออกแบบปั๊มความจุสูงโดยใช้ลูกปืนมุมสัมผัส 30 องศาสามารถรองรับโหลดในแนวแกนที่สูงขึ้นตามแบบฉบับของปั๊มหอยโข่งแบบหลายใบพัด ในขณะที่ยังคงรักษาความเร็วที่เพียงพอสำหรับสภาวะการทำงานของปั๊มส่วนใหญ่ รุ่นที่มีการปิดผนึกและแบบหุ้มฉนวนที่มีการกำหนด 2RS หรือ ZZ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานปั๊มซึ่งไม่สามารถเข้าถึงช่องแบริ่งเพื่อการหล่อลื่นซ้ำเป็นระยะๆ

กระปุกเกียร์และชุดเกียร์

เฟืองเกลียวสร้างส่วนประกอบตามแนวแกนของภาระฟันที่ทำหน้าที่ตามแนวแกนเพลา และทิศทางของแรงขับนี้จะกลับกันระหว่างเฟืองและเฟืองในคู่ที่จับคู่กัน ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแถวคู่ที่ปลายเพลาจะจำกัดแรงผลักดันนี้ในทั้งสองทิศทาง โดยไม่ต้องมีตำแหน่งแบริ่งแรงขับแยกกันหรือการเตรียมโหลดล่วงหน้าตามแนวแกนเพิ่มเติม ในกระปุกเกียร์อุตสาหกรรมขนาดกะทัดรัดที่การออกแบบลดความยาวของตัวเรือนให้เหลือน้อยที่สุด ตลับลูกปืนสองแถวเดี่ยวที่ตำแหน่งเพลาแต่ละตำแหน่งจะช่วยประหยัดแนวแกนได้มากเมื่อเทียบกับการจัดเรียงแถวเดี่ยวที่จับคู่กัน

สปินเดิลเครื่องมือกลและอุปกรณ์ความแม่นยำ

สปินเดิลของเครื่องมือกล CNC โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ทำงานในช่วงความเร็วปานกลาง ใช้ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวเพื่อให้การวางตำแหน่งตามแนวแกนและแนวรัศมีของสปินเดิลสัมพันธ์กับตัวเรือนส่วนหัวที่แข็งแรง ความต้านทานต่อโหลดโมเมนต์มีค่าอย่างยิ่งในการใช้งานนี้ เนื่องจากแรงตัดที่ใช้ที่ปลายเครื่องมือจะสร้างโมเมนต์การโก่งตัวที่ตำแหน่งตลับลูกปืนด้านหน้า ซึ่งอาจทำให้เกิดการโก่งตัวของสปินเดิลที่ยอมรับไม่ได้หากใช้ตลับลูกปืนร่องลึกมาตรฐาน ตลับลูกปืนสองแถวพรีโหลดที่มีความแม่นยำพร้อมระยะห่างภายในที่แน่นกว่าปกติ (ระดับระยะห่าง C2) ได้รับการระบุไว้สำหรับข้อกำหนดด้านความแข็งสูงสุดในหมวดหมู่การใช้งานนี้

อุปกรณ์ยานยนต์และการเกษตร

ระบบส่งกำลังของเครื่องจักรการเกษตร กระปุกเกียร์ของรถแทรกเตอร์ และการใช้งานอุปกรณ์เสริมยานยนต์บางชนิดใช้ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแถวคู่ในตำแหน่งที่ต้องจัดการโหลดแนวรัศมีและแนวแกนรวมกับส่วนประกอบโมเมนต์ภายในยูนิตที่ปิดสนิทขนาดกะทัดรัดและไม่ต้องบำรุงรักษา รุ่นที่มีฉนวนหุ้ม ZZ หรือแบบปิดผนึก 2RS มีความเหมาะสมเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานเหล่านี้ เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วการเข้าถึงบริการจะถูกจำกัด และจำเป็นต้องมีการป้องกันการปนเปื้อนจากดิน เศษพืชผล หรือกรวดถนนตลอดช่วงการให้บริการหลายร้อยชั่วโมงการทำงาน

ข้อกำหนดในการหล่อลื่นและช่วงเวลาการบำรุงรักษา

การหล่อลื่นเป็นสาเหตุเดียวที่พบบ่อยที่สุดของความล้มเหลวของตลับลูกปืนเม็ดกลม และการทำความเข้าใจข้อกำหนดการหล่อลื่นเฉพาะสำหรับตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวถือเป็นสิ่งสำคัญในการบรรลุอายุการใช้งานที่คาดหวังในทุกการใช้งาน

การหล่อลื่นด้วยจาระบีสำหรับตลับลูกปืนแบบซีลและแบบชีลด์

ตลับลูกปืน 2RS แบบปิดผนึกและตลับลูกปืน ZZ ที่มีฉนวนหุ้มนั้นเต็มไปด้วยจาระบีจากโรงงานในระหว่างการผลิต และได้รับการออกแบบมาให้ไม่ต้องบำรุงรักษาตามอายุการใช้งานที่กำหนดไว้ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ ปริมาณการเติมจาระบีได้รับการปรับให้เหมาะสมในขั้นตอนการผลิตเพื่อให้การหล่อลื่นเพียงพอโดยไม่สูญเสียการปั่นมากเกินไป ซึ่งจะทำให้เกิดความร้อนและลดอายุการใช้งานที่มีประสิทธิภาพของจาระบี การเปลี่ยนตลับลูกปืนเหล่านี้เมื่อสิ้นสุดอายุการใช้งานที่คาดไว้โดยทั่วไปจะคุ้มค่ากว่าการพยายามเติมจาระบี เนื่องจากการออกแบบที่ปิดผนึกหรือป้องกันไม่อำนวยความสะดวกในการเข้าถึงช่องจาระบีโดยไม่กระทบต่อฟังก์ชันการปิดผนึก

การหล่อลื่นด้วยจาระบีสำหรับตลับลูกปืนแบบเปิด

ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวแบบเปิดต้องใช้จาระบีภายนอก โดยทั่วไปปริมาตรการเติมจาระบีในช่องแบริ่งและตัวเรือนควรเติมระหว่างหนึ่งในสามถึงครึ่งหนึ่งของพื้นที่ว่างที่มีอยู่ การเติมมากเกินไปทำให้เกิดความร้อนปั่นป่วนซึ่งเร่งการเสื่อมสภาพของจาระบีและทำให้อายุการใช้งานของตลับลูกปืนสั้นลง จาระบีที่มีส่วนประกอบหลักเป็นลิเธียมหรือลิเธียมคอมเพล็กซ์ที่มีความสม่ำเสมอ NLGI เกรด 2 เหมาะสำหรับสภาวะความเร็วและอุณหภูมิมาตรฐานส่วนใหญ่ คำแนะนำของ Schaeffler เกี่ยวกับช่วงการเปลี่ยนถ่ายน้ำมันสำหรับแบริ่งสัมผัสเชิงมุมสองแถวที่หล่อลื่นด้วยน้ำมัน แนะนำให้ปฏิบัติตามช่วงเวลาที่กำหนดไว้ซึ่งอ้างอิงในโครงการ FVA หมายเลข 171 และปรับตามอุณหภูมิการทำงานและระดับการปนเปื้อน (ที่มา: Schaeffler TPI 213)

การหล่อลื่นด้วยน้ำมันสำหรับการใช้งานที่ความเร็วสูง

ที่ความเร็วที่สูงขึ้นซึ่งการหล่อลื่นด้วยจาระบีจะทำให้เกิดความร้อนมากเกินไป ตลับลูกปืนสัมผัสเชิงมุมสองแถวแบบเปิดสามารถหล่อลื่นด้วยน้ำมันผ่านการจัดเรียงอ่างน้ำมัน ละอองน้ำมัน หรือการจ่ายน้ำมันหมุนเวียน การหมุนเวียนน้ำมันด้วยตัวทำความเย็นภายนอกและตัวกรองเป็นวิธีที่นิยมใช้สำหรับการใช้งานที่มีความเร็วสูงสุดและภาระงานสูง เช่น สปินเดิลของเครื่องมือกลและคอมเพรสเซอร์ความเร็วสูง เนื่องจากจะช่วยหล่อลื่น ระบายความร้อน และขจัดเศษสึกหรอออกจากช่องแบริ่งไปพร้อมๆ กัน

การติดตั้ง การกวาดล้าง และคำแนะนำในการโหลดล่วงหน้า

การติดตั้งที่ถูกต้องมีความสำคัญพอๆ กับการเลือกตลับลูกปืนที่ถูกต้องเพื่อให้มีอายุการใช้งานที่กำหนด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแถวคู่ที่ต้องติดตั้งให้มีขนาดที่พอดีและการวางตำแหน่งตามแนวแกนอย่างเหมาะสม

เพลาและที่อยู่อาศัยพอดี

วงแหวนด้านในของตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวมักจะติดตั้งอยู่บนเพลาโดยมีการแทรกแซงพอดีเมื่อวงแหวนด้านในหมุนสัมพันธ์กับทิศทางของโหลด ซึ่งเป็นการกำหนดค่าทั่วไปที่สุดในการหมุนเครื่องจักร การสวมที่พอดีทำให้มั่นใจได้ว่าแหวนจะไม่คืบคลานบนพื้นผิวเพลาภายใต้แรงหมุน ซึ่งจะทำให้เพลาสึกหรอและทำให้เกิดความร้อน โดยทั่วไปวงแหวนรอบนอกจะติดตั้งอยู่ในตัวเรือนโดยมีการรบกวนของแสงหรือการเปลี่ยนผ่านพอดี ขนาดของการรบกวนระบุไว้ในตารางความทนทานต่อความพอดีของ ISO 286 และเลือกตามขนาดตลับลูกปืน ความเร็วในการหมุน และขนาดโหลด ตลับลูกปืนขนาดใหญ่และน้ำหนักที่หนักกว่านั้นจำเป็นต้องมีขนาดที่แน่นขึ้นเพื่อป้องกันการคืบคลานภายใต้น้ำหนักบรรทุก

การเลือกระยะห่างภายใน

ตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมแถวคู่มีจำหน่ายในกลุ่มระยะห่างภายในหลายกลุ่ม: C2 (เล็กกว่าปกติ), CN (ปกติ, ค่าเริ่มต้นหากไม่มีการระบุส่วนต่อท้ายระยะห่าง), C3 (ใหญ่กว่าปกติ) และ C4 (ใหญ่กว่านั้น) กลุ่มระยะห่างที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับความพอดีของเพลาและตัวเรือนและอุณหภูมิในการทำงานที่คาดหวัง การรบกวนที่พอดีบนเพลาจะลดระยะห่างภายในหลังการติดตั้ง ดังนั้นตลับลูกปืนที่วัดระยะห่างปกติก่อนการติดตั้งอาจทำงานที่ระยะห่างเป็นศูนย์หรือมีการโหลดล่วงหน้าเล็กน้อยหลังจากการติดตั้ง หากอุณหภูมิในการทำงานทำให้เพลาขยายตัวเร็วกว่าตัวเครื่อง ระยะห่างจะลดลงอีกในระหว่างการทำงาน สำหรับการใช้งานที่เพลาทำงานร้อนกว่าตัวเรือนอย่างมาก ระยะห่างเริ่มต้น C3 หรือ C4 จะชดเชยส่วนต่างการขยายตัวทางความร้อนนี้ และป้องกันไม่ให้ตลับลูกปืนทำงานที่พรีโหลดมากเกินไป (ที่มา: NTN Bearing Catalog 2203E)

ข้อควรพิจารณาในการโหลดล่วงหน้า

น้ำหนักพรีโหลดเบาซึ่งตลับลูกปืนทำงานโดยไม่มีระยะห่างภายในเป็นศูนย์หรือมีการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นเพียงเล็กน้อยมากร่วมกันระหว่างสองแถว จะเพิ่มความแข็งในแนวรัศมีและแนวแกนของตำแหน่งตลับลูกปืน และลดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนภายใต้ภาระที่ผันผวน โดยทั่วไปแล้วตลับลูกปืนแกนหมุนของเครื่องมือกลจะถูกโหลดไว้ล่วงหน้าเพื่อปรับปรุงความแม่นยำของตำแหน่ง พรีโหลดที่มากเกินไปจะสร้างความร้อนและเพิ่มความเครียดเมื่อยล้า อายุการใช้งานสั้นลง ดังนั้นจึงต้องระบุและตรวจสอบพรีโหลดอย่างระมัดระวังในระหว่างการประกอบโดยใช้แรงพรีโหลดในแนวแกนหรือการวัดแรงบิดเริ่มต้น

โหมดความล้มเหลวและการตรวจสอบสภาพ

การทำความเข้าใจโหมดความล้มเหลวของตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมสองแถวช่วยให้วิศวกรบำรุงรักษาตรวจจับการเสื่อมสภาพได้ตั้งแต่เนิ่นๆ และวางแผนการเปลี่ยนตลับลูกปืนก่อนที่ความล้มเหลวร้ายแรงจะทำให้เกิดความเสียหายรองต่อเพลา ตัวเรือน หรือเครื่องจักร

Spalling ความเมื่อยล้า

ความล้าจากการสัมผัสขณะกลิ้งทำให้เกิดรอยแตกใต้พื้นผิวในร่องน้ำหรือวัสดุลูกกลมที่แพร่กระจายไปยังพื้นผิว และในที่สุดจะทำให้วัสดุแตกออก ทำให้เกิดการกระเด็นหรือหลุม Spalling สร้างลักษณะเฉพาะของการสั่นสะเทือนความถี่สูงที่โดดเด่น ซึ่งสามารถตรวจจับได้โดยการตรวจสอบการสั่นสะเทือนที่ใช้มาตรวัดความเร่ง โดยใช้การวิเคราะห์ความถี่ข้อบกพร่องของตลับลูกปืน ความถี่ข้อบกพร่องที่เป็นลักษณะเฉพาะสำหรับวงแหวนรอบนอก วงแหวนด้านใน และลูกบอลขึ้นอยู่กับรูปทรงของตลับลูกปืนและความเร็วในการหมุน และความถี่เหล่านี้สามารถคำนวณได้จากพารามิเตอร์รูปทรงของตลับลูกปืนมาตรฐานโดยใช้สมการที่กำหนดใน ISO 15243 และมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง

การปนเปื้อนและการสึกหรอจากการเสียดสี

การปนเปื้อนของอนุภาคในน้ำมันหล่อลื่นทำให้เกิดการสึกหรอแบบเสียดสีสามส่วนที่หน้าสัมผัสแบบกลิ้ง ซึ่งจะค่อยๆ ทำให้พื้นผิวร่องน้ำขรุขระ เพิ่มการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน และในที่สุดก็ทำให้เกิดอนุภาคการสึกหรอที่เร่งวงจรความเสียหาย ตลับลูกปืนสองแถวที่ปิดผนึกและหุ้มฉนวนให้การป้องกันการปนเปื้อนได้ดีกว่าตลับลูกปืนแบบเปิดในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมส่วนใหญ่อย่างมาก และนี่คือหนึ่งในเหตุผลหลักที่ทำให้มีการระบุรุ่น 2RS และ ZZ ไว้มากกว่าที่จะเลือกใช้ตลับลูกปืนแบบเปิดในทุกที่ในสภาพแวดล้อมการทำงานที่มีฝุ่น เศษผง หรือความเสี่ยงในการซึมของของเหลวในกระบวนการผลิต

ความล้มเหลวในการหล่อลื่น

สารหล่อลื่นไม่เพียงพอ สารหล่อลื่นเสื่อมสภาพ หรือสารหล่อลื่นผิดประเภททำให้เกิดการสัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะที่ส่วนเชื่อมต่อแบบกลิ้ง ทำให้เกิดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การสึกหรอของกาว รอยเปื้อนของลูกบอลและพื้นผิวรางน้ำ และการยึดในที่สุด สำหรับตลับลูกปืนแบบซีลและแบบชีลด์ ความล้มเหลวในการหล่อลื่นมักเกิดขึ้นเมื่อหรือใกล้สิ้นสุดอายุการใช้งานการออกแบบของตลับลูกปืน เมื่อจาระบีที่เติมจากโรงงานพังทลายเนื่องจากการเสื่อมสภาพทางความร้อนและกลไก การตรวจจับตั้งแต่เนิ่นๆ ผ่านการตรวจสอบอุณหภูมิของตัวเรือนแบริ่งหรือการวิเคราะห์ลักษณะการสั่นสะเทือนเป็นระยะ ช่วยให้สามารถวางแผนการเปลี่ยนก่อนที่จะเกิดความเสียหาย แทนที่จะทำภายหลัง