볼 베어링

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배경

사람은 물건을 옮겨야 하기 시작하면서부터 일을 더 쉽게 하기 위해 둥근 롤러를 사용했습니다. 아마도 최초의 롤러는 막대기나 통나무였을 것입니다. 이것은 땅을 가로질러 물건을 끄는 것보다 크게 개선되었지만 여전히 꽤 힘든 작업이었습니다. 이집트인들은 피라미드를 위해 거대한 돌 블록을 굴리기 위해 통나무를 사용했습니다. 결국 누군가가 롤러를 움직이는 모든 것에 고정시키는 아이디어를 생각해냈고 "바퀴"가 있는 최초의 "차량"을 만들었습니다. 그러나 이들은 여전히 ​​서로 구르는 대신 서로 마찰하는 재료로 만든 베어링을 가지고 있었습니다. 베어링의 기본 설계가 개발된 것은 18세기 후반이 되어서였습니다. 1794년 웨일스의 철사 필립 본(Philip Vaughan)은 마차의 차축을 지지하는 볼 베어링 설계에 대한 특허를 받았습니다. 19세기와 20세기 초에도 자전거와 자동차의 발전에 힘입어 개발이 계속되었습니다.

수천 가지 크기, 모양 및 종류의 구름 베어링이 있습니다. 볼 베어링, 롤러 베어링, 니들 베어링 및 테이퍼 롤러 베어링이 주요 종류입니다. 크기는 소형 모터를 구동할 수 있을 만큼 작은 것부터 수력 발전소의 회전 부품을 지지하는 데 사용되는 거대한 베어링에 이르기까지 다양합니다. 이 대형 베어링은 직경이 3.04미터이며 설치하려면 크레인이 필요합니다. 가장 일반적인 크기는 한 손으로 쉽게 잡을 수 있으며 전기 모터와 같은 것에 사용됩니다.

이 기사에서는 볼 베어링에 대해서만 설명합니다. 이러한 베어링에서 롤링 부분은 레이스라고 하는 내륜과 외륜 사이에서 구르는 볼입니다. 공은 레이스 주위에 균일한 간격을 유지하는 케이지로 고정됩니다. 이 부품 외에도 오일이나 그리스를 넣고 먼지를 제거하는 씰이나 베어링을 제자리에 고정하는 나사와 같은 특수 베어링용 옵션 부품이 많이 있습니다. 우리는 여기서 이러한 멋진 추가 기능에 대해 걱정하지 않을 것입니다.

원자재

모든 볼 베어링의 거의 모든 부품은 강철로 만들어집니다. 베어링은 많은 응력을 견뎌야 하므로 매우 강한 강철로 만들어져야 합니다. 이 베어링의 강철에 대한 표준 산업 분류는 52100이며, 이는 1%의 크롬과 1%의 탄소를 함유함을 의미합니다(기본 강철에 추가될 때 합금이라고 함). 이 강철은 열처리를 통해 매우 단단하고 단단하게 만들 수 있습니다. 부식이 문제가 될 수 있는 곳에서 베어링은 440C 스테인리스강으로 만들어집니다.

볼용 케이지는 전통적으로 얇은 강철로 만들어졌지만 일부 베어링은 제작 비용이 적게 들고 마찰이 적기 때문에 이제 성형 플라스틱 케이지를 사용합니다.

제조
프로세스

표준 볼 베어링에는 외부 레이스, 롤링 볼, 내부 레이스 및 케이지의 네 가지 주요 부품이 있습니다.

인종

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1 두 종족은 거의 같은 방식으로 만들어집니다. 둘 다 강철 링이기 때문에 프로세스는 적절한 크기의 강철 튜브로 시작됩니다. 선반과 유사한 자동 기계는 절삭 도구를 사용하여 레이스의 기본 모양을 자르므로 모든 치수가 약간 너무 큽니다. 그것들을 너무 크게 남겨두는 이유는 레이스가 완성되기 전에 열처리를 해야 하고 강철이 놀랍게도 롤링 볼은 두꺼운 철사로 시작합니다. 그런 다음 냉간 압조 공정에서 와이어가 두 개의 강철 다이 사이에 부서진 작은 조각으로 절단됩니다. 그 결과 토성처럼 보이는 공이 만들어졌으며 그 중앙에 "플래시"라고 불리는 고리가 있습니다. 일반적으로 이 과정에서 뒤틀립니다. 열처리 후 최종 크기로 다시 가공할 수 있습니다.

2 러프 컷 레이스를 화씨 약 1,550도(섭씨 843도)의 열처리로에 몇 시간 동안(부품의 크기에 따라 다름) 넣은 다음 오일 배스에 ​​담가 식힌 다음 그들을 매우 어렵게 만드십시오. 이 경화는 또한 그것들을 취성으로 만들기 때문에 다음 단계는 그것들을 부드럽게 하는 것입니다. 이것은 두 번째 오븐에서 약 화씨 300도(섭씨 148.8도)로 가열한 다음 공기 중에서 식히면 됩니다. 이 전체 열처리 공정은 단단하고 질긴 부품을 만듭니다.

3 열처리 과정이 끝나면 레이스가 마무리될 준비가 됩니다. 그러나 이제 레이스는 절삭 공구로 절단하기가 너무 어려워 나머지 작업은 연삭 휠로 수행해야 합니다. 레이스를 마무리하는 데 여러 가지 다른 종류와 모양이 필요하다는 점을 제외하고는 드릴 비트 및 도구를 연마하는 모든 상점에서 찾을 수 있는 것과 매우 유사합니다. 레이스의 거의 모든 장소는 그라인딩으로 마무리되어 매우 부드럽고 정확한 표면을 남깁니다. 베어링이 기계에 맞는 표면은 매우 둥글고 측면은 평평해야 합니다. 볼이 굴러가는 표면을 먼저 연마한 다음 랩핑합니다. 이것은 매우 미세한 연마 슬러리를 사용하여 레이스를 몇 시간 동안 연마하여 거의 거울처럼 마무리할 수 있음을 의미합니다. 이 시점에서 레이스가 끝나고 공과 함께 조립할 준비가 되었습니다.

공

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4 공은 모양이 매우 단순하지만 만들기가 조금 더 어렵습니다. 놀랍게도 공은 두꺼운 철사로 시작합니다. 이 와이어는 롤에서 기계로 공급되어 짧은 조각을 절단한 다음 양쪽 끝을 중간을 향해 부숴줍니다. 이 과정을 콜드 헤딩이라고 합니다. 그 이름은 와이어가 없다는 사실에서 비롯됩니다. 가공 공정에서 롤링 볼 중앙의 돌출부를 제거합니다. 볼은 두 개의 주철 디스크 사이의 거친 홈에 배치됩니다. 한 디스크는 회전하고 다른 디스크는 고정되어 있습니다. 마찰은 플래시를 제거합니다. 여기에서 볼은 열처리, 연마 및 랩핑되어 볼이 매우 매끄럽게 마무리됩니다. 부서지기 전에 가열되었고, 이 과정의 원래 용도는 못에 머리를 박는 것이었다(여전히 그렇게 하는 방식임). 어쨌든 공은 이제 토성처럼 보이며 중앙에 "플래시"라고 불리는 고리가 있습니다.

5 첫 번째 가공 공정에서 이 플래시가 제거됩니다. 볼 베어링은 2개의 주철 디스크 면 사이에 끼워져 홈에 들어갑니다. 홈의 내부는 거칠기 때문에 볼에서 플래시가 찢어집니다. 한 바퀴는 회전하고 다른 바퀴는 가만히 있습니다. 고정 휠에는 구멍이 뚫려 있어 볼을 홈에 넣고 빼낼 수 있습니다. 특수 컨베이어가 볼을 한 구멍으로 공급하고 볼이 홈 주위에서 덜걱거렸다가 다른 구멍으로 나옵니다. 그런 다음 휠 홈을 통해 많은 이동을 위해 컨베이어로 다시 공급되어 상당히 둥글고 거의 적절한 크기로 절단되고 플래시가 완전히 사라질 때까지 계속됩니다. 다시 한 번, 볼은 열처리 후에 완성된 크기로 갈 수 있도록 큰 크기로 남습니다. 마무리를 위해 남은 강철의 양은 많지 않습니다. 약 8/1000인치(0.02센티미터)에 불과하며 두께는 종이 두 장 정도입니다.

6 볼의 열처리 공정은 레이스의 열처리 공정과 유사하며, 강철의 종류가 동일하고 모든 부품이 거의 같은 속도로 마모되도록 하는 것이 가장 좋습니다. 레이스와 마찬가지로 볼은 열처리 및 템퍼링 후에 단단하고 단단해집니다. 열처리 후 볼은 휠이 절단 휠 대신 연삭 휠이라는 점을 제외하고는 플래시 제거제와 동일한 방식으로 작동하는 기계에 다시 넣습니다. 이 바퀴는 공이 둥글고 완성된 크기의 10,000분의 1인치 이내가 되도록 공을 갈아줍니다.

7 그 후, 볼은 주철 바퀴가 있고 레이스에서 사용되는 것과 동일한 연마제 랩핑 컴파운드를 사용하는 랩핑 기계로 이동됩니다. 여기에 따라 8-10시간 동안 랩핑됩니다. 완성된 볼 베어링의 네 부분:내부 레이스, 외부 레이스, 케이지 및 볼. 베어링이 얼마나 정밀하게 만들어지고 있는지. 다시 한 번 결과는 매우 매끄러운 강철입니다.

케이지

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8 강철 케이지는 쿠키 커터와 같이 상당히 얇은 판금으로 찍어낸 다음 다이에서 최종 모양으로 구부러집니다. 다이는 내부에 조각된 완성된 부품의 모양과 함께 서로 맞는 두 개의 강철 조각으로 구성됩니다. 케이지를 그 사이에 끼우고 다이를 닫으면 케이지가 내부 구멍의 모양으로 구부러집니다. 그런 다음 다이가 열리고 완성된 부품이 꺼내어 조립할 준비가 됩니다.

9 플라스틱 케이지는 일반적으로 사출 성형이라는 공정으로 만들어집니다. 이 과정에서 중공 금형에 녹인 플라스틱을 분출하여 단단하게 만듭니다. 금형이 열리고 완성된 케이지가 꺼내어 조립 준비가 됩니다.

조립

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10 이제 모든 부품이 만들어졌으니 베어링을 조립해야 합니다. 먼저 안쪽 레이스를 바깥쪽 레이스 안에 넣고 최대한 한쪽으로 치우칩니다. 이것은 그들 사이에 볼을 삽입할 수 있을 만큼 충분히 큰 반대편에 그들 사이의 공간을 만듭니다. 필요한 수의 볼을 넣은 다음 레이스를 이동하여 둘 다 중앙에 오도록 하고 볼을 베어링 주위에 고르게 분포시킵니다. 이때, 볼을 서로 떨어지게 하기 위해 케이지가 설치됩니다. 플라스틱 케이지는 일반적으로 그냥 끼우면 되는 반면 강철 케이지는 일반적으로 끼우고 함께 리벳으로 고정해야 합니다. 이제 베어링이 조립되었으니 방청제로 코팅을 하고 배송을 위해 포장합니다.

품질 관리

베어링 제작은 매우 정밀한 작업입니다. 테스트는 공장으로 오는 강철 샘플에 대해 실행되어 적절한 양의 합금 금속이 포함되어 있는지 확인합니다. 경도 및 인성 시험은 열처리 공정의 여러 단계에서도 수행됩니다. 또한 크기와 모양이 올바른지 확인하기 위한 많은 검사가 있습니다. 볼의 표면과 레이스에서 볼이 굴러가는 부분은 매우 매끄러워야 합니다. 볼은 저렴한 베어링의 경우에도 2,500만분의 2인치 이상 라운드에서 벗어날 수 없습니다. 고속 또는 정밀 베어링은 500만분의 1인치만 허용됩니다.

미래

볼 베어링은 매우 간단하고 제조 비용이 매우 저렴해지기 때문에 앞으로 수년 동안 사용될 것입니다. 일부 회사는 우주 왕복선에서 우주에서 공을 만드는 실험을 했습니다. 우주에서는 녹은 강철 덩어리가 공기 중으로 뱉어질 수 있으며 무중력으로 인해 공중에 떠 있게 됩니다. 얼룩은 냉각되고 경화되는 동안 자동으로 완벽한 구체를 만듭니다. 그러나 우주 여행은 여전히 ​​비싸기 때문에 하나의 "우주 공"의 비용으로 많은 연마를 지상에서 수행 할 수 있습니다.

그러나 다른 종류의 베어링도 출시될 예정입니다. 두 물체가 전혀 접촉하지 않는 베어링은 달리기에는 효율적이지만 만들기는 어렵습니다. 한 종류는 서로 밀어내는 자석을 사용하여 물건을 분리하는 데 사용할 수 있습니다. 이것이 "자기 부상"(자기 부상용) 열차가 구축되는 방식입니다. 또 다른 종류는 두 개의 밀착된 표면 사이의 공간으로 공기를 밀어 넣어 압축 공기의 쿠션 위에서 서로 떨어져 뜨게 합니다. 그러나 이 두 베어링은 모두 겸손하고 신뢰할 수 있는 볼 베어링보다 구축 및 작동하는 데 훨씬 더 비쌉니다.