เหตุใดเครื่องจักรในเหมืองแร่ส่วนใหญ่จึงเลือกใช้ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งแทนที่จะใช้ตลับลูกปืนแบบเลื่อน?

ตลับลูกปืนเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้และสำคัญในผลิตภัณฑ์เชิงกล โดยมีบทบาทสำคัญในการรองรับเพลาหมุน ตามคุณสมบัติแรงเสียดทานที่แตกต่างกันในตลับลูกปืน ตลับลูกปืนจึงแบ่งออกเป็นตลับลูกปืนแรงเสียดทานแบบกลิ้ง (เรียกว่าตลับลูกปืนแบบกลิ้ง) และตลับลูกปืนแรงเสียดทานแบบเลื่อน (เรียกว่าตลับลูกปืนแบบเลื่อน) ตลับลูกปืนทั้งสองประเภทมีลักษณะโครงสร้างเฉพาะตัว และแต่ละประเภทก็มีข้อดีและข้อเสียในการใช้งานที่แตกต่างกัน

การเปรียบเทียบตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งและตลับลูกปืนแบบธรรมดา

1. การเปรียบเทียบโครงสร้างและรูปแบบการเคลื่อนไหว

ความแตกต่างที่เห็นได้ชัดที่สุดระหว่างตลับลูกปืนและตลับลูกปืนธรรมดาคือการมีอยู่หรือไม่มีอยู่ของชิ้นส่วนที่หมุนได้

ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งมีชิ้นส่วนลูกกลิ้ง (ลูกบอล ลูกกลิ้งทรงกระบอก ลูกกลิ้งเรียว ลูกกลิ้งเข็ม) ที่อาศัยการหมุนของชิ้นส่วนเหล่านั้นเพื่อรองรับเพลาที่หมุน ดังนั้นส่วนที่สัมผัสจึงเป็นจุด และยิ่งมีชิ้นส่วนลูกกลิ้งมากเท่าไร ก็ยิ่งมีจุดสัมผัสมากขึ้นเท่านั้น

ตลับลูกปืนธรรมดาไม่มีชิ้นส่วนที่หมุนได้ และอาศัยพื้นผิวเรียบในการรองรับเพลาหมุน ดังนั้นส่วนที่สัมผัสจึงเป็นพื้นผิว

 

ความแตกต่างในโครงสร้างของทั้งสองชนิดกำหนดว่า ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งมีโหมดการเคลื่อนที่แบบกลิ้ง และตลับลูกปืนแบบเลื่อนมีโหมดการเคลื่อนที่แบบเลื่อน ดังนั้นสถานการณ์แรงเสียดทานจึงแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง

 

2. การเปรียบเทียบขีดความสามารถในการรองรับ

โดยทั่วไป เนื่องจากพื้นที่รับน้ำหนักของแบริ่งแบบเลื่อนมีขนาดใหญ่ ความสามารถในการรับน้ำหนักจึงมักสูงกว่าแบริ่งแบบลูกกลิ้ง และแบริ่งแบบลูกกลิ้งมีความสามารถในการรับแรงกระแทกไม่สูงนัก แต่แบริ่งที่หล่อลื่นด้วยของเหลวอย่างสมบูรณ์สามารถรับแรงกระแทกได้มากเนื่องจากฟิล์มน้ำมันหล่อลื่นช่วยในการลดแรงกระแทกและดูดซับแรงสั่นสะเทือน เมื่อความเร็วในการหมุนสูง แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางของลูกกลิ้งในแบริ่งแบบลูกกลิ้งจะเพิ่มขึ้น และความสามารถในการรับน้ำหนักจะลดลง (มักเกิดเสียงดังที่ความเร็วสูง) ในกรณีของแบริ่งแบบธรรมดาแบบไดนามิก ความสามารถในการรับน้ำหนักจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วที่สูงขึ้น

 

3. การเปรียบเทียบค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานและแรงต้านทานแรงเสียดทานเริ่มต้น

ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งจะต่ำกว่าตลับลูกปืนแบบธรรมดา และค่าจะคงที่มากกว่า ในขณะที่การหล่อลื่นของตลับลูกปืนแบบเลื่อนนั้นได้รับผลกระทบจากปัจจัยภายนอก เช่น ความเร็วและการสั่นสะเทือนได้ง่าย และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะเปลี่ยนแปลงอย่างมาก

 

เมื่อเริ่มการทำงาน แรงต้านจะมากกว่าของตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้ง เนื่องจากตลับลูกปืนแบบเลื่อนยังไม่ได้สร้างฟิล์มน้ำมันที่เสถียร แต่แรงต้านแรงเสียดทานเริ่มต้นและสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานในการทำงานของตลับลูกปืนแบบเลื่อนไฮโดรสแตติกนั้นมีค่าน้อยมาก

 

4. การเปรียบเทียบความเร็วในการทำงานที่เหมาะสม

เนื่องจากข้อจำกัดของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางของลูกกลิ้งและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในแบริ่ง ความเร็วของแบริ่งลูกกลิ้งจึงไม่ควรสูงเกินไป และโดยทั่วไปแล้วจะเหมาะสำหรับสภาวะการทำงานที่ความเร็วปานกลางและต่ำ แบริ่งที่หล่อลื่นด้วยของเหลวไม่สมบูรณ์นั้น เนื่องจากความร้อนและการสึกหรอของแบริ่ง ความเร็วในการทำงานจึงไม่ควรสูงเกินไป ประสิทธิภาพการทำงานที่ความเร็วสูงของแบริ่งที่หล่อลื่นด้วยของเหลวอย่างสมบูรณ์นั้นดีมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อแบริ่งแบบธรรมดาไฮโดรสแตติกได้รับการหล่อลื่นด้วยอากาศ ความเร็วในการหมุนของพวกมันสามารถสูงถึง 100,000 รอบต่อนาที

 

5. การเปรียบเทียบการสูญเสียพลังงาน

เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของตลับลูกปืนมีค่าต่ำ การสูญเสียพลังงานจึงโดยทั่วไปไม่มาก ซึ่งน้อยกว่าตลับลูกปืนที่หล่อลื่นด้วยของเหลวไม่สมบูรณ์ แต่จะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อมีการหล่อลื่นและติดตั้งอย่างถูกต้อง การสูญเสียพลังงานจากแรงเสียดทานของตลับลูกปืนที่หล่อลื่นด้วยของเหลวอย่างสมบูรณ์นั้นต่ำ แต่สำหรับตลับลูกปืนแบบธรรมดาที่หล่อลื่นด้วยของเหลว การสูญเสียพลังงานทั้งหมดอาจสูงกว่าตลับลูกปืนแบบธรรมดาที่หล่อลื่นด้วยของเหลว เนื่องจากมีการสูญเสียพลังงานจากปั๊มน้ำมัน

 

6. การเปรียบเทียบอายุการใช้งาน

เนื่องจากอิทธิพลของการสึกหรอและการล้าของวัสดุ ตลับลูกปืนจึงถูกออกแบบมาให้มีอายุการใช้งานโดยทั่วไป 5-10 ปี หรือเปลี่ยนใหม่ระหว่างการซ่อมบำรุง แผ่นรองของตลับลูกปืนหล่อลื่นด้วยของเหลวที่ไม่สมบูรณ์จะสึกหรออย่างรุนแรงและจำเป็นต้องเปลี่ยนเป็นประจำ อายุการใช้งานของตลับลูกปืนหล่อลื่นด้วยของเหลวอย่างสมบูรณ์นั้นในทางทฤษฎีแล้วไม่จำกัด แต่ในทางปฏิบัติอาจเกิดความเสียหายจากการล้าของวัสดุตลับลูกปืนได้เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของแรงเค้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในตลับลูกปืนแบบเรียบที่เคลื่อนที่ได้

 

7. การเปรียบเทียบความแม่นยำในการหมุน

โดยทั่วไปแล้ว ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งมีความแม่นยำในการหมุนสูงเนื่องจากระยะห่างรัศมีเล็ก ตลับลูกปืนที่หล่อลื่นด้วยของเหลวไม่สมบูรณ์จะอยู่ในสภาวะการหล่อลื่นแบบขอบเขตหรือการหล่อลื่นแบบผสม การทำงานไม่เสถียร สึกหรอรุนแรง และความแม่นยำต่ำ ในทางกลับกัน ตลับลูกปืนที่หล่อลื่นด้วยของเหลวอย่างสมบูรณ์จะช่วยรองรับและดูดซับแรงสั่นสะเทือนด้วยความแม่นยำสูงเนื่องจากมีฟิล์มน้ำมัน ตลับลูกปืนแบบธรรมดาที่หล่อลื่นด้วยไฮโดรสแตติกมีความแม่นยำในการหมุนสูงกว่า

 

8. การเปรียบเทียบในด้านอื่นๆ

ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งใช้สารหล่อลื่น เช่น น้ำมัน จาระบี หรือสารหล่อลื่นแข็ง ปริมาณการใช้สารหล่อลื่นจะน้อยมาก แต่จะใช้ปริมาณมากเมื่อความเร็วสูง ความสะอาดของน้ำมันต้องสูงมาก จึงจำเป็นต้องมีการปิดผนึก แต่ตลับลูกปืนสามารถเปลี่ยนชิ้นส่วนได้ง่าย และโดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องซ่อมแซมแกนหมุน สำหรับตลับลูกปืนแบบธรรมดา นอกเหนือจากตลับลูกปืนที่ใช้สารหล่อลื่นเหลวไม่สมบูรณ์แล้ว สารหล่อลื่นโดยทั่วไปจะเป็นของเหลวหรือก๊าซ ปริมาณการใช้จะมาก ความสะอาดของน้ำมันก็สูงมากเช่นกัน แผ่นรองตลับลูกปืนจำเป็นต้องเปลี่ยนบ่อย และบางครั้งอาจต้องซ่อมแซมแกนหมุน

 

การเลือกใช้ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งและตลับลูกปืนแบบธรรมดา

เนื่องจากสภาพการทำงานจริงมีความซับซ้อนและหลากหลาย จึงไม่มีมาตรฐานที่เป็นเอกภาพสำหรับการเลือกใช้ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งและตลับลูกปืนแบบเลื่อน ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งมีคุณสมบัติเด่นด้านความสามารถในการใช้งานทดแทนกันได้ดีเยี่ยม มีความหลากหลายในการใช้งาน หล่อลื่น และบำรุงรักษาได้สะดวก เนื่องจากมีสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ความต้านทานการเริ่มต้นต่ำ ความไวสูง ประสิทธิภาพสูง และเป็นมาตรฐาน จึงมักได้รับความสำคัญในการเลือกใช้ และถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องจักรทั่วไป ส่วนตลับลูกปืนแบบธรรมดาเองก็มีข้อดีเฉพาะตัวบางประการ ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ในบางกรณีที่ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งไม่สามารถใช้งานได้ ไม่สะดวก หรือไม่มีข้อดี เช่น ในกรณีต่อไปนี้:

 

1. พื้นที่รัศมีมีจำกัด หรือจำเป็นต้องแบ่งการติดตั้งออกเป็นส่วนๆ

เนื่องจากโครงสร้างของตลับลูกปืนประกอบด้วยวงแหวนด้านใน วงแหวนด้านนอก ลูกกลิ้ง และกรง ทำให้ขนาดรัศมีของตลับลูกปืนมีขนาดใหญ่ และการใช้งานจึงมีข้อจำกัดในระดับหนึ่ง ตลับลูกปืนแบบเข็มเหมาะสำหรับกรณีที่ขนาดรัศมีมีข้อจำกัด และหากจำเป็นก็อาจต้องใช้ตลับลูกปืนแบบธรรมดา สำหรับชิ้นส่วนที่ไม่สะดวกต่อการติดตั้งตลับลูกปืน หรือไม่สามารถติดตั้งจากทิศทางตามแนวแกนได้ หรือในกรณีที่ต้องแบ่งชิ้นส่วนออกเป็นส่วนๆ จะใช้ตลับลูกปืนแบบธรรมดาแบบแยกส่วน

 

2. โอกาสที่ต้องการความแม่นยำสูง

เมื่อต้องการความแม่นยำสูง มักจะเลือกใช้ตลับลูกปืนแบบเลื่อน เนื่องจากฟิล์มน้ำมันหล่อลื่นของตลับลูกปืนแบบเลื่อนสามารถช่วยลดการสั่นสะเทือนได้ และเมื่อต้องการความแม่นยำสูงมาก จึงจะสามารถเลือกใช้ตลับลูกปืนแบบเลื่อนไฮโดรสแตติกได้เท่านั้น ตลับลูกปืนแบบเลื่อนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องเจียรที่มีความแม่นยำสูง เครื่องมือวัดความแม่นยำต่างๆ และอื่นๆ

 

3. กรณีบรรทุกของหนัก

ตลับลูกปืนแบบหมุน ไม่ว่าจะเป็นตลับลูกปืนเม็ดกลมหรือตลับลูกปืนลูกกลิ้ง มีแนวโน้มที่จะเกิดความร้อนและความล้าในสภาวะการใช้งานหนัก ดังนั้น เมื่อรับน้ำหนักมาก ตลับลูกปืนแบบเลื่อนจึงเป็นที่นิยมใช้มากกว่า เช่น ในโรงรีดเหล็ก กังหันไอน้ำ อุปกรณ์เสริมเครื่องยนต์อากาศยาน และเครื่องจักรในเหมืองแร่

 

4. โอกาสอื่นๆ

ตัวอย่างเช่น ในกรณีที่ความเร็วในการทำงานสูงมาก แรงกระแทกและการสั่นสะเทือนรุนแรงมาก และจำเป็นต้องทำงานในน้ำหรือสารกัดกร่อน เป็นต้น ก็สามารถเลือกใช้ตลับลูกปืนแบบเลื่อนได้อย่างเหมาะสม

 

สำหรับเครื่องจักรและอุปกรณ์ประเภทต่างๆ การใช้งานตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งและตลับลูกปืนแบบเลื่อนนั้น ต่างก็มีข้อดีและข้อเสียของตนเอง และควรเลือกใช้ให้เหมาะสมกับโครงการจริง ในอดีต เครื่องบดขนาดใหญ่และขนาดกลางโดยทั่วไปมักใช้ตลับลูกปืนแบบเลื่อนที่หล่อด้วยโลหะแบ็บบิต เนื่องจากสามารถทนต่อแรงกระแทกได้มาก ทนทานต่อการสึกหรอ และมีความเสถียรมากกว่า ส่วนเครื่องบดกรามขนาดเล็กส่วนใหญ่ใช้ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้ง ซึ่งมีประสิทธิภาพการส่งกำลังสูง มีความไวต่อการตอบสนอง และบำรุงรักษาง่าย ด้วยการพัฒนาด้านเทคโนโลยีการผลิตตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้ง ปัจจุบันเครื่องบดกรามขนาดใหญ่ส่วนใหญ่ก็ใช้ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งเช่นกัน