Ngành công nghiệp ô tô là ngành công nghiệp trụ cột quan trọng ở nước ta và chiếm một vị trí không thể bỏ qua trong toàn bộ ngành công nghiệp chế biến, chế tạo. Vòng bi có thể được nhìn thấy ở nhiều bộ phận trên thân xe, chúng có nhiệm vụ đặc biệt là chịu tải, giảm ma sát và dẫn hướng các bộ phận chuyển động. Với sự cải tiến không ngừng của trình độ phát triển kinh tế và công nghệ công nghiệp của nước ta, Trung Quốc đã trở thành nước sản xuất vòng bi lớn trong đó có thép ổ trục ô tô, nhưng vẫn có khoảng cách lớn với các nhà sản xuất hạng nhất như Schaeffler ở Đức, SKF ở Thụy Điển, TIMKEN ở Hoa Kỳ và KOYO ở Nhật Bản. Về nguồn, hướng nỗ lực trong tương lai vẫn là kiểm soát chặt chẽ chất lượng luyện kim, mức độ tạp chất phi kim loại, kích thước và sự phân bố của cacbua, đồng thời cải thiện trình độ công nghệ xử lý nhiệt.
Xử lý nhiệt là một quá trình quan trọng trong quy trình sản xuất vòng bi ô tô, chất lượng gia công và nguyên liệu thô là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ của vòng bi. Xử lý nhiệt có ảnh hưởng quan trọng đến cấu trúc vi mô, tính chất cơ học, chất lượng bề mặt, độ chính xác về kích thước và hình dạng cũng như độ ổn định của vòng bi và các bộ phận khác trong điều kiện sử dụng. Hiệu suất toàn diện tốt nhất thích ứng với chế độ lỗi là một chủ đề quan trọng của công nghệ xử lý nhiệt.
1. Ứng dụng vật liệu ổ trục trên ô tô
Như chúng ta đã biết, vòng bi có cấu tạo gồm bốn phần: vòng ngoài, vòng trong, các bộ phận lăn (quả bóng, hình trụ, hình nón hoặc con lăn kim, v.v.) và vòng cách. Một số trong số chúng có vòng đệm kín. Nguyên liệu sản xuất chủ yếu là thép chịu lực.
Khi lựa chọn loại và kiểu dáng vòng bi ô tô, chủ yếu dựa vào tính chất, hướng, kích thước và môi trường làm việc của phần tải trọng thực tế, cũng như các yêu cầu về độ cứng, tốc độ giới hạn, tuổi thọ và độ chính xác của vòng bi ô tô. ổ trục và thường được hoàn thiện bởi người thiết kế. Vòng bi được sử dụng rộng rãi trong các phương tiện giao thông và thay đổi tùy theo loại phương tiện, vị trí lắp đặt và nhà sản xuất, như trong Hình 1.
Tác giả đã đến thăm một số nhà cung cấp vòng bi ô tô quan trọng trong nước, như Shanghai Renben, Chiết Giang Wanxiang Seiko, Ngọn đuốc mới Hồ Bắc, Thường Châu Quảng Dương, Lạc Dương Đông Thắng, Trùng Khánh Trường Giang, v.v. Sau đây chỉ kết hợp hệ thống điện ô tô (máy phát điện xoay chiều trong động cơ), ly hợp điện từ điều hòa không khí, vòng bi căng và làm biếng), hệ thống truyền động (bánh răng trục trong hộp số, bộ vi sai, ly hợp và các vòng bi khác), vòng bi trung tâm và các sản phẩm liên quan khác được giới thiệu ngắn gọn.
(1) Vòng bi hệ thống điện
Động cơ là trái tim của ô tô, liên tục cung cấp năng lượng cho các bộ phận khác. Vòng bi bên trong trước đây chủ yếu là vòng bi trượt. Hiện nay, hầu hết họ đều sử dụng vòng bi kín với mục đích cải thiện hiệu suất ổ trục. Hình 2 cho thấy một số vòng bi điển hình trong động cơ.
Vòng bi máy phát điện là vòng bi kín một hàng, chủ yếu chịu lực hướng tâm. Chúng được yêu cầu phải hoạt động đáng tin cậy ngay cả khi tốc độ vượt quá 2000 vòng/phút và nhiệt độ vượt quá 180 độ. Các vòng và các bộ phận lăn được làm bằng GCr15 có độ tinh khiết cao và độ cứng sau khi xử lý nhiệt phải là 58. ~ 64HRC, lồng thường được làm bằng nylon PA46 và vòng đệm thường được làm bằng cao su acrylic ACM, và tiêu chuẩn tham chiếu là JB/T8167-2006.
Vòng bi ly hợp điện từ máy nén điều hòa là ổ bi tiếp xúc góc hai hàng, vòng ngoài quay, tốc độ của ròng rọc điều hòa có thể đạt 7000 ~ 13000r/phút, nhiệt độ tối đa là 160 độ, chất liệu giống như trên, và lồng được thay đổi từ một túi hình cầu thông thường thành một phần Đối với các bề mặt hình trụ, tiêu chuẩn tham chiếu là JB/T10531-2005.
Vòng bi căng và vòng bi làm biếng là vòng bi kín hiệu suất cao. Cái trước tác động lên mặt lỏng của đai truyền đồng bộ, trong khi cái sau tác động lên mặt kín của đai truyền đồng bộ. Nguyên liệu về cơ bản giống như trên. Lồng có thể là nhựa kỹ thuật, thép 08 hoặc thép 10. Được sản xuất, vòng đệm được làm bằng ACM hoặc FPM (cao su flo) và tiêu chuẩn tham chiếu là JB/T10859-2008.
Vòng bi trục máy bơm nước nói chung là vòng bi hai dãy, kích thước xuyên tâm nhỏ hơn vòng bi thông thường. Về cơ bản nó là một hệ thống ổ trục được hỗ trợ kép với cấu trúc đơn giản hóa. Hai vòng bi được đỡ không có vòng trong. Mương của các con lăn được chế tạo trực tiếp trên trục. Các vòng ngoài của hai vòng bi đỡ được làm thành một tổng thể. Cả hai bên đều được niêm phong bằng con dấu. Con lăn của nó thường được làm bằng thép chịu lực có hàm lượng crom cao, trục và vòng ngoài được làm bằng thép cacbon hóa hoặc thép chịu lực có hàm lượng crom cao. Tiêu chuẩn tham chiếu là JB/T8563-2010.
(2) Vòng bi hệ thống truyền động
Đại diện điển hình của hệ thống truyền động là hộp số, có thể chia thành hộp số sàn (MT), hộp số tự động (AT), hộp số biến thiên liên tục (CVT), ly hợp kép (DCT), v.v. và cũng là bộ phận đảm nhiệm vai trò truyền động. hầu hết các vòng bi được sử dụng. Trong hộp số thường có một số vòng bi cho các bánh răng khác nhau, các loại chính là vòng bi, vòng bi trụ, vòng bi côn, vòng bi lăn kim, v.v. Hộp số có thể được coi là một hộp số. Thường có các tạp chất (mạt sắt, gờ, tạp chất cát, v.v.) trong dầu mỡ và dầu chống gỉ. Vòng bi quay với tốc độ cao trong quá trình vận hành, dẫn đến tuổi thọ sử dụng bị rút ngắn đáng kể.
Hình 3 là sơ đồ vị trí ổ trục của hộp số sàn loại MA của công ty chúng tôi (xem phần được đánh dấu màu xanh trong hình), trong đó ổ bi rãnh sâu 25D52E15 được sử dụng cho một trục và một bánh răng, và rãnh sâu ổ bi 25D62E17 cho một trục và năm bánh răng. Bánh răng thứ nhất của trục thứ hai là ổ bi đũa hình trụ 32D62E16, và bánh răng thứ năm của trục thứ hai là ổ bi rãnh sâu 22D57E17.
Hình 3MA Hộp số sàn và vị trí ổ trục trong vi sai
Ngoài ra còn có hai vòng bi côn 38D63E17 trong bộ vi sai, lần lượt được đặt ở bên trái và bên phải của hộp vi sai và được lắp trên lỗ tựa của hộp giảm tốc, có nhiệm vụ chịu và truyền lực dẫn động của bộ vi sai và hộp giảm tốc, Giảm lực cản ma sát truyền, nâng cao hiệu suất và độ tin cậy truyền.
Vật liệu thân lăn và vòng trong và vòng ngoài của các vòng bi trên chủ yếu là GCr15, 100Cr6, SUJ2, SKF3, áp dụng phương pháp làm nguội tổng thể cộng với ủ ở nhiệt độ thấp, độ cứng xử lý nhiệt 60 ~ 63HRC (yêu cầu thân lăn 60 ~ 64HRC ), vật liệu lồng nylon là PA46 cộng với 30 phần trăm GF, vòng đệm tiếp xúc là ACM cộng SPCC và mỡ bôi trơn là Chevron SRI-2 (lượng mỡ 2,0~2,8g).
Ổ trục nhả ly hợp, thường được gọi là ổ trục ly hợp, được đặt như trên Hình 4. Khi đạp bàn đạp ly hợp, đĩa áp hoặc đĩa dẫn động chịu lực đẩy của lò xo có thể di chuyển về hướng của hộp ly hợp, nghĩa là , cần tách có thể nghiêng để vượt qua lực đẩy lò xo của tấm áp suất. Công việc tách ly hợp hiện nay chủ yếu phụ thuộc vào nhập khẩu. Thân lăn là 100Cr6, vật liệu của vòng trong và vòng ngoài là C67S (độ cứng bề mặt tối thiểu yêu cầu là 680HV), lồng là PA66 cộng với 25% FV, và con dấu là cao su nitrile hydro hóa HNBR. Xem tiêu chuẩn.
3) Vòng bi bánh xe ô tô Với sự cải thiện hiệu suất tổng thể của ô tô, các yêu cầu về tuổi thọ, độ bền, độ cứng và không cần bảo trì của vòng bi bánh xe ngày càng trở nên nghiêm ngặt và mọi người ngày càng nhận ra tầm quan trọng của trọng lượng nhẹ, độ tin cậy, đa năng. chức năng và mô đun hóa, vòng bi trục ô tô đang phát triển theo hướng tích hợp cao. Bộ phận ổ trục trung tâm ô tô đã phát triển từ loại khóa vòng ban đầu và bộ phận khóa lồng (thế hệ thứ nhất) sang thế hệ thứ hai với mặt bích ở vòng ngoài, sau đó đến vòng trong với khớp nối góc điền lớn. thế hệ thứ ba của mặt bích có thể tích hợp cảm biến với ABS và mặt bích, như trong Hình 5. Chúng đều là vòng bi hai hàng để chịu tải lớn hơn bao gồm toàn bộ thân xe. Hầu hết các ổ trục bánh trước trong các mẫu xe hiện có của công ty chúng tôi đều sử dụng thế hệ đầu tiên và bánh sau sử dụng thế hệ thứ ba. Ví dụ, vật liệu của vòng trong và vòng ngoài của ổ trục trung tâm của xe là SKF3, vật liệu của quả bóng thép là SUJ2, vật liệu của mặt bích là S55C, vật liệu của bu lông là SCM435, lồng là nylon PA66 cộng với 25 phần trăm GF và vòng đệm kín kết hợp là NBR cộng với SPCC/ NBR cộng với SUS430.
2. Vật liệu ổ trục ô tô và yêu cầu về tính năng
Hiện nay, ô tô đang phát triển theo hướng nhẹ, tiện nghi, chắc chắn, công suất cao, kết cấu nhỏ gọn, bền bỉ, khả năng tăng tốc tốt và độ tin cậy cao. Ngoài ra, do sự tiến bộ của công nghệ điều khiển điện tử, ô tô cũng phát triển theo hướng hiệu quả thực tế như tiêu thụ năng lượng thấp, đơn giản và tiện lợi, khả năng vận hành mạnh mẽ. Vì vậy, vòng bi, là bộ phận quan trọng để hỗ trợ ô tô, phải thích ứng với xu hướng này.
Trong quá trình bảo dưỡng vòng bi ô tô, đơn vị diện tích bề mặt của các con lăn và các vòng phải chịu rất nhiều áp lực, có thể lên tới 5000N/mm2 sau khi tính toán. Khi vòng bi đang chạy, chúng lăn và trượt. Ngoài việc phải chịu tần số cao, xen kẽ Ngoài ứng suất tiếp xúc, nó còn bị ảnh hưởng bởi lực ly tâm, như hình 6. Theo tài liệu ghi lại, các dạng hư hỏng chính của vòng bi ô tô là bong tróc, rỗ, bám dính, biến dạng, gãy, mất độ chính xác, độ rung và tiếng ồn quá mức, v.v. Do đó, tính năng của thép chịu lực cần có các yêu cầu sau: ① Độ tinh khiết cao. ② hàm lượng oxy thấp. ③Độ cứng cao và chống mài mòn. ④ Độ ổn định kích thước tốt. ⑤ Có đủ cường độ nén và khả năng chống biến dạng. ⑥ Hiệu suất quá trình tốt.
Thép chịu lực là một trong những loại thép đặc biệt quan trọng. Chất lượng và hiệu suất của nó phần lớn phản ánh trình độ luyện kim của một quốc gia. Thép chịu lực ô tô chiếm khoảng 40% sản lượng thép chịu lực hàng năm và mức tiêu thụ lớn. Mặc dù tuổi thọ và độ tin cậy của vòng bi ô tô có mối quan hệ nhất định với thiết kế ban đầu, chế tạo, bôi trơn, lắp đặt và bảo trì nhưng nguyên liệu thô mới là yếu tố then chốt.
Có thể thấy từ trên rằng trong số một số thành phần chính của cụm ổ trục ô tô, ngoại trừ việc lồng được thay đổi từ thép dập ban đầu sang vật liệu nylon phổ biến (chẳng hạn như PA66 đúc phun cộng với 30% GF) và con dấu thường được làm bằng vật liệu cao su (chẳng hạn như ACM cộng với SPCC, NBR cộng với SUS430), các bộ phận lăn và vòng trong và vòng ngoài của vòng bi ô tô ở Trung Quốc sử dụng một số lượng lớn thép vòng bi có chứa crom cacbon cao có chứa wC =0.95 phần trăm ~1,05 phần trăm, wCr=1.40 phần trăm ~1,65 phần trăm, Để cải thiện độ cứng nhằm đáp ứng nhu cầu thay đổi độ dày thành của các bộ phận, một loạt độ cứng cao Thép chịu lực crom carbon cao có thể được phát triển bằng cách tăng hàm lượng Mo: chẳng hạn như 100Cr6 và 100CrMo ở Đức, SKF2 và SKF3 ở Thụy Điển, và 52100.3 và 52100.4 ở Hoa Kỳ, SUJ2, SUJ3, SUJ4, SUJ5 của Nhật Bản, v.v., thích hợp cho việc làm nguội martensitic, và cũng thích hợp cho việc làm nguội bainite của các bộ phận ổ trục có thành siêu dày. Có sự khác biệt nhỏ về thành phần hóa học giữa chúng, như trong Bảng 1. So sánh giữa hai loại. Trên thực tế, các loại thép này có thể được coi là các biến thể của GCr15.