滾珠軸承包括一排或多排滾珠,這些滾珠通過保持架,保持在稱為滾道的內(nèi)圈和外圈之間,此外還有一些功能,包括保護(hù)潤滑劑的密封件以及將軸承固定在適當(dāng)位置的螺釘,本文僅回顧軸承的主要部件,即滾道、滾珠和保持架。
大多數(shù)軸承和軸承部件都是由鋼制成的,最常用的是SAE 52100軸承鋼,是一種含1%碳和1.5%鉻合金的鉻鋼,這種材料在超過120℃的溫度下仍可穩(wěn)定運(yùn)行,常見的保持架由聚酰胺塑料制成,這種材料生產(chǎn)成本較低,但并不適用于苛刻的環(huán)境中,特別是高溫應(yīng)用。
內(nèi)滾道和外滾道是通過非常相似的流程制造的,使用自動(dòng)機(jī)器將鋼管切割成滾道的基本形狀,在加熱過程中留下少量額外的材料來解決翹曲問題,外圈上印有軸承編號和制造商信息。
然后將環(huán)置于熱處理爐中進(jìn)行硬化,并根據(jù)零件的尺寸,在20分鐘至數(shù)小時(shí)的時(shí)間范圍內(nèi)加熱至1550華氏度(840攝氏度)左右,然后在油中冷卻,并在第二個(gè)烤箱中在約300華氏度(148攝氏度)下回火,這個(gè)過程使?jié)L道既堅(jiān)硬又耐用。
道道的每個(gè)部分都必須研磨,以確保軸承寬度、半徑、座圈位置和幾何結(jié)構(gòu)正確,一些軸承(如角接觸軸承),需要在稍后的過程中進(jìn)行額外的研磨,以確保套圈的尺寸精確。
軸承滾珠是通過非常精密的過程制造而成的,一個(gè)完美的圓形和光滑的滾珠,可以最大限度地減少軸承內(nèi)的摩擦,滾珠開始時(shí)是一個(gè)金屬絲或棒塊,其中包含形成成品球所需的必要材料,經(jīng)過一個(gè)叫做“冷鐓”的過程,在這個(gè)過程中,金屬絲的兩端相互碰撞,形成一個(gè)球。
之后滾珠被反復(fù)送入兩個(gè)鑄鐵圓盤之間的凹槽中,其中一個(gè)圓盤旋轉(zhuǎn),另一個(gè)圓盤靜止,粗糙的凹槽有效地撕開了飛邊,使?jié)L珠變得相當(dāng)圓,但尺寸稍大,便于此后研磨,接下來,在磨至合適的尺寸和圓度之前,這些滾珠要經(jīng)歷類似于滾道的熱處理過程,以提高耐用性。
最后,滾珠被移到研磨機(jī)上,研磨機(jī)使用軟鑄鐵盤對它們進(jìn)行拋光,類似于翻滾過程,壓力較小,使用拋光膏使表面完全光滑,無需進(jìn)一步去除材料,滾珠在研磨機(jī)中停留8-10小時(shí),以產(chǎn)生完全光滑的球。
保持架是軸承的一部分,可以由多種不同的材料制成,對于鋼保持架或金屬保持架,保持架由一片薄金屬?zèng)_壓而成,然后放置在一個(gè)模具狀結(jié)構(gòu)中,使保持架彎曲成合適的形狀,然后拆下保持架并準(zhǔn)備好進(jìn)行組裝,對于塑料保持架,使用一種稱為“注射成型”的工藝,將熔化的塑料注射到模具中,然后硬化成形。
經(jīng)過如上的流程,所有軸承零件都已完成,之后可以對軸承進(jìn)行組裝。首先,將內(nèi)圈放置在外圈內(nèi)部,然后將滾珠插入并均勻間隔在滾道之間,最后,安裝保持架以將滾珠固定到位,塑料保持架很容易卡入,而鋼保持架通常需要鉚接在一起,最后,在軸承上涂上防銹劑或特定應(yīng)用的其他特殊表面處理劑,并包裝好以備裝運(yùn)。
滾珠軸承生產(chǎn)成本低廉,數(shù)百年來一直備受青睞,但滾珠軸承還有更為高效的結(jié)構(gòu),如使用磁鐵或壓縮空氣防止兩個(gè)物體完全接觸的磁懸浮軸承,這類軸承由于結(jié)構(gòu)之間無直接接觸,因此零摩擦,可以承受超高轉(zhuǎn)速,哪怕光速旋轉(zhuǎn)也是可能的,但其生產(chǎn)和操作成本過于昂貴,因此基本無人使用。
滾珠也有很科幻的生產(chǎn)工藝,如制造“太空滾珠”,軸承滾珠在航天飛機(jī)上制造,熔化的鋼塊在零重力下自由漂浮,形成完全且完美的球體,然而,這種制造方式也比研磨成型更為昂貴。