مواد یاتاقان خودرو و فناوری عملیات حرارتی

صنعت خودرو یک صنعت ستون مهم در کشور من است و جایگاهی را اشغال می کند که نمی توان آن را در کل صنعت فرآوری و ساخت نادیده گرفت. یاتاقان ها در بسیاری از قسمت های بدنه خودرو دیده می شوند که ماموریت های ویژه ای برای تحمل بار، کاهش اصطکاک و هدایت قطعات متحرک دارند. با بهبود مستمر توسعه اقتصادی و فناوری صنعتی کشور من، چین به کشور اصلی تولید بلبرینگ از جمله فولاد بلبرینگ خودرو تبدیل شده است، اما هنوز فاصله زیادی با تولیدکنندگان درجه یک مانند Schaeffler در آلمان، SKF در سوئد، TIMKEN وجود دارد. ایالات متحده و KOYO در ژاپن. به عنوان منبع، جهت تلاش‌های آینده همچنان کنترل دقیق کیفیت متالورژی، سطح اجزاء غیر فلزی، اندازه و توزیع کاربیدها و بهبود سطح فناوری عملیات حرارتی است.

عملیات حرارتی فرآیندی کلیدی در فرآیند ساخت بلبرینگ های خودرو است و کیفیت فرآوری و مواد اولیه آن دو عامل مهمی هستند که بر عمر بلبرینگ ها تاثیر می گذارند. عملیات حرارتی تأثیر مهمی بر ریزساختار، خواص مکانیکی، کیفیت سطح، دقت ابعاد و شکل و پایداری یاتاقان‌ها و سایر قطعات تحت شرایط سرویس دارد. بهترین عملکرد جامع سازگار با حالت شکست موضوع مهم فناوری عملیات حرارتی است.

1. کاربرد مواد یاتاقان در اتومبیل

همانطور که همه ما می دانیم، یاتاقان ها از چهار قسمت تشکیل شده اند: حلقه بیرونی، حلقه داخلی، عناصر نورد (گوی، سیلندر، مخروط یا غلتک سوزنی و غیره) و قفس. برخی از آنها دارای حلقه های آب بندی هستند. مواد تولیدی عمدتاً فولاد بلبرینگ است.

هنگام انتخاب نوع و مدل یاتاقان های خودرو، عمدتاً بر اساس ماهیت، جهت، اندازه و محیط کار قسمت واقعی بار و همچنین الزامات سختی، سرعت محدود، عمر و دقت است. بلبرینگ، و به طور کلی توسط طراح تکمیل می شود. بلبرینگ ها به طور گسترده در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرند و با توجه به نوع خودرو، محل نصب و سازندگان متفاوت است، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است.

نویسنده از برخی از تامین کنندگان مهم بلبرینگ خودروهای داخلی مانند شانگهای رنبن، ژجیانگ وانشیانگ سیکو، هوبی نیو تورچ، چانگژو گوانگ یانگ، لوئویانگ دونگ‌شنگ، چونگ کینگ چانگ‌جیانگ و غیره بازدید کرده است. کلاچ الکترومغناطیسی کولر گازی، یاتاقان‌های کشنده و هرزگرد)، سیستم محرک (دنده‌های شفت در گیربکس، دیفرانسیل، کلاچ و سایر بلبرینگ‌ها)، یاتاقان‌های هاب و سایر محصولات مرتبط به اختصار معرفی می‌شوند.

(1) بلبرینگ سیستم قدرت

موتور قلب ماشین است که به طور مداوم نیرو را برای سایر قطعات تامین می کند. یاتاقان های داخلی قبلا تحت سلطه یاتاقان های کشویی بودند. در حال حاضر، بیشتر آنها از بلبرینگ های مهر و موم شده به منظور بهبود عملکرد بلبرینگ استفاده می کنند. شکل 2 چندین یاتاقان معمولی در موتورها را نشان می دهد.

یاتاقان‌های دینام، بلبرینگ‌های مهر و موم شده تک ردیفی هستند که عمدتاً تحت تأثیر نیروی مرکزگرا قرار می‌گیرند. حتی زمانی که سرعت بیش از 2000r/min و دما بیش از 180 درجه باشد، باید به طور قابل اعتماد کار کنند. حلقه‌ها و عناصر نورد از GCr15 با خلوص بالا ساخته شده‌اند و سختی پس از عملیات حرارتی باید 58 باشد. استاندارد مرجع JB/T{8}} است.

بلبرینگ کلاچ الکترومغناطیسی کمپرسور تهویه مطبوع یک بلبرینگ تماس زاویه ای دو ردیفه است، حلقه بیرونی می چرخد، سرعت قرقره تهویه مطبوع می تواند به 7000 ~ 13000r/min برسد، حداکثر دما 160 درجه است، مواد مانند بالا است. و قفس از یک جیب کروی معمولی به قسمتی تغییر می کند برای سطوح استوانه ای استاندارد مرجع JB/T{3}} است.

یاتاقان‌های کشنده و بی‌کار، بلبرینگ‌های مهر و موم شده با کارایی بالا هستند. اولی در سمت شل تسمه انتقال سنکرون عمل می کند، در حالی که دومی در سمت تنگ تسمه انتقال سنکرون عمل می کند. مواد اساساً مشابه موارد بالا هستند. قفس می تواند پلاستیک مهندسی یا فولاد 08 یا فولاد 10 باشد. رینگ آب بندی تولید شده از ACM یا FPM (لاستیک فلورین) ساخته شده و استاندارد مرجع JB/T10859-2008 است.

یاتاقان های شفت پمپ آب معمولاً بلبرینگ های دو ردیفه هستند و ابعاد شعاعی آن کوچکتر از یاتاقان های معمولی است. این در اصل یک سیستم بلبرینگ دو تکیه گاه با ساختار ساده شده است. دو بلبرینگ پشتیبانی شده هیچ حلقه داخلی ندارند. مسیرهای مسابقه عناصر نورد مستقیماً روی شفت ساخته می شوند. حلقه های بیرونی دو بلبرینگ پشتیبانی شده به صورت یک کل ساخته شده اند. هر دو طرف با مهر و موم مهر و موم شده است. غلتک های آن معمولاً از فولاد با کروم بالا و شفت و حلقه بیرونی از فولاد کربن دار یا فولاد با کروم بالا ساخته می شوند. استاندارد مرجع JB/T8563-2010 است.

(2) یاتاقان های سیستم درایو

نماینده معمولی سیستم انتقال، جعبه دنده است که می تواند به دستی (MT)، اتوماتیک (AT)، گیربکس متغیر پیوسته (CVT)، کلاچ دوگانه (DCT) و غیره تقسیم شود و همچنین بخشی است که در آن بیشتر بلبرینگ ها استفاده می شود. اغلب چندین یاتاقان برای دنده های مختلف در گیربکس وجود دارد و انواع اصلی آن عبارتند از بلبرینگ، رولبرینگ استوانه ای، غلتک مخروطی، غلتک سوزنی و غیره. گیربکس را می توان به عنوان جعبه دنده در نظر گرفت. اغلب ناخالصی ها (براده های آهن، سوراخ ها، شن و ماسه و غیره) در گریس و روغن ضد زنگ وجود دارد. یاتاقان در حین کار با سرعت بالایی می چرخد ​​و در نتیجه عمر مفید آن بسیار کاهش می یابد.

شکل 3 یک نمودار شماتیک از موقعیت باربری گیربکس دستی شرکت ما نوع MA است (به قسمت آبی مشخص شده در شکل مراجعه کنید)، که در آن از بلبرینگ شیار عمیق 25D52E15 برای یک محور و یک چرخ دنده و شیار عمیق استفاده شده است. بلبرینگ 25D62E17 برای یک محور و پنج دنده. دنده اول شفت دوم رولبرینگ استوانه ای 32D62E16 و دنده پنجم شفت دوم بلبرینگ شیار عمیق 22D57E17 می باشد.

شکل 3MA گیربکس دستی و موقعیت یاتاقان در دیفرانسیل

همچنین دو رولبرینگ مخروطی 38D63E17 در دیفرانسیل وجود دارد که به ترتیب در سمت چپ و راست کیس دیفرانسیل قرار گرفته و بر روی سوراخ نشیمن کیس کاهنده نصب شده است که نیروی محرکه دیفرانسیل و کاهنده را تحمل کرده و منتقل می کند. کاهش مقاومت اصطکاک انتقال، بهبود راندمان و قابلیت اطمینان انتقال.

بدنه نورد و مواد حلقه درونی و بیرونی بلبرینگ‌های فوق عمدتاً GCr15، 100Cr6، SUJ2، SKF3 هستند، از خاموش کردن کلی به علاوه تلطیف دمای پایین، سختی عملیات حرارتی 60~63HRC (نیازهای بدنه نورد 60~64HRC استفاده می‌کنند. مواد قفس نایلونی PA46 به اضافه 30 درصد GF است، حلقه مهر و موم تماس ACM به اضافه SPCC، و گریس روان کننده Chevron SRI{11}} (مقدار گریس 2.0~2.8g) است.

یاتاقان رها کننده کلاچ، که معمولاً به عنوان کلاچ لیوانی شناخته می شود، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، قرار دارد. هنگامی که پدال کلاچ روی آن قرار می گیرد، صفحه فشار یا صفحه محرک که دارای رانش فنر است می تواند به سمت جهت محفظه کلاچ حرکت کند. ، اهرم جداسازی را می توان برای غلبه بر رانش فنری صفحه فشار کج کرد تا کار جداسازی کلاچ در حال حاضر عمدتاً به واردات بستگی دارد. بدنه نورد 100Cr6، مواد حلقه های داخلی و خارجی C67S (حداقل سختی سطح مورد نیاز 680HV است)، قفس PA66 به علاوه 25 درصد FV، و مهر و موم از لاستیک نیتریل هیدروژنه HNBR است. استاندارد را ببینید.

3) بلبرینگ چرخ خودرو با بهبود عملکرد کلی خودروها، الزامات مربوط به طول عمر، استحکام، سختی و بدون نیاز به نگهداری یاتاقان های چرخ به طور فزاینده ای سخت گیرانه می شود و مردم به طور فزاینده ای اهمیت سبک وزن، قابلیت اطمینان و چند عملکرد و مدولارسازی، بلبرینگ های هاب خودرو به سمت یک جهت بسیار یکپارچه در حال توسعه هستند. واحد یاتاقان توپی خودرو از نوع قفل حلقه اصلی و واحد قفل قفس (نسل اول) به نسل دوم با فلنج در حلقه بیرونی و سپس به حلقه داخلی با یک پرس زاویه پرکننده بزرگ توسعه یافته است. نسل سوم فلنج می تواند حسگر را با ABS و فلنج ادغام کند، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. همه آنها بلبرینگ های دو ردیفه برای تحمل بار بیشتر از جمله کل بدنه هستند. اکثر بلبرینگ های توپی چرخ های جلو در مدل های موجود شرکت ما از نسل اول و چرخ های عقب از نسل سوم استفاده می کنند. به عنوان مثال، جنس حلقه های داخلی و خارجی بلبرینگ توپی خودرو SKF3، جنس توپ فولادی SUJ2، جنس فلنج S55C، جنس پیچ SCM435، قفس نایلون است. PA66 به علاوه 25 درصد GF، و حلقه آب بندی ترکیبی NBR به علاوه SPCC/NBR به علاوه SUS430 است.

2. مواد بلبرینگ خودرو و الزامات عملکرد

در حال حاضر، خودروها به سمت وزن سبک، راحتی، استحکام، قدرت بالا، ساختار فشرده، دوام، عملکرد شتاب خوب و قابلیت اطمینان بالا در حال توسعه هستند. علاوه بر این، با توجه به پیشرفت فناوری کنترل الکترونیکی، خودروها نیز در جهت عملکرد عملی مانند مصرف انرژی کم، سادگی و راحتی و عملکرد قوی در حال توسعه هستند. بنابراین، یاتاقان های غلتشی به عنوان اجزای مهم برای پشتیبانی خودرو، باید با این روند سازگار شوند.

در حین سرویس یاتاقان های خودرو، سطح واحد سطح عناصر نورد و حلقه ها باید فشار زیادی را تحمل کند که پس از محاسبه می تواند به 5000 نیوتن بر میلی متر مربع برسد. هنگامی که یاتاقان ها در حال اجرا هستند، آنها دارای نورد و کشویی هستند. علاوه بر اینکه در معرض فرکانس بالا قرار می گیرد، متناوب علاوه بر تنش تماس، تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز نیز قرار می گیرد، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است. بر اساس سوابق ادبیات، حالت های اصلی خرابی یاتاقان های خودرو پوسته شدن، حفره شدن، چسبندگی، کرنش، شکستگی، از دست دادن دقت، ارتعاش و سر و صدای بیش از حد، و غیره. بنابراین، عملکرد فولاد بلبرینگ دارای الزامات زیر است: ① خلوص بالا. ② محتوای اکسیژن کم. ③سختی و مقاومت در برابر سایش بالا. ④ ثبات ابعادی خوب. ⑤ مقاومت فشاری و تغییر شکل کافی. ⑥ عملکرد فرآیند خوب.

فولاد بلبرینگ یکی از انواع مهم فولاد ویژه است. کیفیت و عملکرد آن تا حد زیادی نشان دهنده سطح متالورژیکی یک کشور است. فولاد بلبرینگ خودرو حدود 40 درصد از تولید سالانه فولاد بلبرینگ را تشکیل می دهد و مصرف آن زیاد است. اگرچه عمر و قابلیت اطمینان یاتاقان‌های خودرو با طراحی اولیه، ساخت، روان‌کاری، نصب و نگهداری ارتباط خاصی دارد، اما مواد اولیه کلیدی هستند.

از موارد فوق می توان دریافت که در میان چندین جزء اصلی مجموعه بلبرینگ خودرو، به جز این واقعیت که قفس از فولاد مهر زنی اصلی به مواد نایلونی محبوب (مانند PA66 قالب تزریقی به اضافه 30 درصد GF) تغییر یافته است. و مهر و موم اغلب از مواد لاستیکی ساخته شده است (مانند ACM به علاوه SPCC، NBR به علاوه SUS430)، عناصر نورد و حلقه های داخلی و خارجی یاتاقان های خودرو در چین از تعداد زیادی از فولادهای یاتاقان حاوی کروم با کربن بالا حاوی wC استفاده می کنند. =0.95 درصد ~1.05 درصد، wCr{10}}.40 درصد ~1.65 درصد، به منظور بهبود سختی پذیری برای رفع نیازهای تغییرات ضخامت دیواره قطعات، یک سری از سختی پذیری بالا فولادهای حاوی کروم با کربن بالا را می توان با افزایش محتوای Mo توسعه داد: مانند 100Cr6 و 100CrMo در آلمان، SKF2 و SKF3 در سوئد، و 52100.3 و 52100.4 در ایالات متحده، ژاپن SUJ2، SUJ3، SUJ5، و غیره. برای کوئنچ مارتنزیتی مناسب هستند و همچنین برای کوئنچ بینیت قطعات بلبرینگ با دیواره فوق ضخیم مناسب هستند. تفاوت های جزئی در ترکیب شیمیایی بین آنها وجود دارد، همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است. مقایسه بین این دو، در واقع، این گریدهای فولادی را می توان به عنوان انواع GCr15 در نظر گرفت.