Най-доброто ръководство за втулки срещу лагери

Най-доброто ръководство за втулки срещу лагери

В днешния свят почти всички машини разчитат до голяма степен на втулки и лагери, в противен случай те ще спрат да функционират. Основната функция на втулките срещу лагерите е да намалят триенето, генерирано при взаимодействие на две движещи се части, и да намалят износването между компонентите. Втулките срещу лагерите спомагат за намаляване на шума, удължават експлоатационния живот, намаляват консумацията на енергия, максимизират ефективността на машината и ускоряват приложенията. Втулките и лагерите се адаптират към различни операции и среди. Избирате втулки срещу лагери? Трябва да разберете разликите между двете, техните предимства и недостатъци и типичните приложения. Изборът на правилния тип втулка или лагер за вашето индустриално приложение, за да отговаря на определени изисквания, изисква задълбочени познания. Нека разгледаме по-подробно втулките и лагерните възли, техните основни характеристики и приложения и как използваните от вас материали могат да окажат огромно влияние върху крайното приложение.

Разликата между втулки и лагери

По същество няма реална разлика между втулки и лагери: втулката също е вид лагер. Най-общо казано, „лагерите“ улесняват движението между два компонента, като същевременно намаляват триенето. Типичният лагер е проста конструкция с две повърхности, които се търкалят една срещу друга, което позволява на две свързващи се части да се движат без триене. Те са широко класифицирани като радиални лагери, аксиални лагери и линейни лагери, в зависимост от това дали имат въртеливо или линейно движение. „Втулка“ е специален дизайн на лагери, използвани в определени приложения. Да обобщим: втулката е лагер, но лагерът не винаги е втулка. Сега, след като това е ясно, ще разгледаме по-отблизо различните видове лагери и как втулките се различават от лагерите.

ЧЕТКИ-СРЕЩУ-ЛАГЕРИ

Какво представляват лагерите?

Лагерите са прецизно изработени машинни компоненти, които позволяват на машините да се движат с изключително високи скорости, като същевременно намаляват триенето и напрежението при работа между движещите се части. Може също да се каже, че когато други части се движат една спрямо друга върху вала, това се използва за намаляване на коефициента на триене по време на предаване на силата на движение и за поддържане на централната позиция на въртящия се вал фиксирана. Повечето лагери се използват за поддържане на въртящи се валове в машини. Лагерите позволяват относително движение между машинните части, като същевременно осигуряват някакъв тип позиция между тях. Формата на лагера, която може да се използва, зависи от естеството на изискваното относително движение и вида на ограниченията, които трябва да му бъдат наложени. Неговата точност, производителност, продължителност на живота и надеждност играят решаваща роля за точността, производителността, продължителността на живота и надеждността на хост машината.

Лагери

Тип на лагера

Лагерите могат да бъдат разделени на две основни категории, лагери на дръжката и опорни лагери.

Лагер на списанието: Товарът действа под прав ъгъл спрямо вала.
Тягов лагер: Товарът действа успоредно на оста.
И в двете категории има различни видове лагери с еднаква основна структура и предназначение. Основните разлики са вида на натоварването, което поемат, и вида на търкалящите се тела, които използват. По-долу са дадени кратки примери за всеки тип.

Търкалящите елементи в сачмените лагери са съвършено сферични топки, които се намират между лагерните коловози и действат като търкалящи се елементи, за да поддържат разделението между лагерните коловози. Сачмените лагери могат да се въртят във всяка посока поради тяхната сферична форма, което им позволява да поддържат комбинирани натоварвания (радиални и аксиални). Те минимизират ротационното триене, но имат ограничена контактна площ. Те са най-подходящи за леки до средни приложения, а не за тежки натоварвания или удари. Стоманени или керамични топки са монтирани между вътрешния и външния пръстен, за да образуват класически сачмен лагер. Те са проектирани да поддържат въртящата се ос, като същевременно намаляват триенето между статични и движещи се части. Сачмените лагери поддържат въртящи се оси, като същевременно намаляват пропорциите между тези компоненти и статичните компоненти. Сфери (обикновено стоманени топки, но понякога и керамични топки, работещи при високи температури) са монтирани между вътрешния и външния пръстен. Лагерните възли могат да бъдат едноредови или многоредови, в зависимост от приложението. Съществуват най-общо два вида сачмени лагери: сачмени лагери с дълбок канал, които имат висок капацитет на радиално натоварване, и сачмени лагери с ъглов контакт, които могат да се справят както с големи радиални, така и с аксиални натоварвания. Сачмените лагери се използват в широк спектър от приложения, от комплексно аерокосмическо инженерство до ежедневни скейтбордове. Често срещаните видове сачмени лагери са:

Лагери

Ролкови лагери

Ролковите лагери могат да издържат на по-големи натоварвания от сачмените лагери. Търкалящите тела са с цилиндрична или заострена форма и са монтирани между вътрешния и външния пръстен. Целта им е да сведат до минимум триенето между движещи се валове и статични компоненти. Цилиндричните ролкови лагери обикновено са изработени от неръждаема стомана и са подходящи за големи радиални натоварвания. Те са идеални за високоскоростни приложения, защото дизайнът им с ниско триене не генерира топлина или шум. Ще намерите цилиндрични ролкови лагери в скоростни кутии, електрически двигатели и помпи в много индустрии, включително автомобилостроенето, минното дело и строителството. За приложения с по-ниска скорост използвайте сферични ролкови лагери. Тези самонастройващи се лагери могат да се справят със сериозни несъосности, вибрации и внезапни удари и, когато са монтирани в двойни редове, могат да издържат на изключително големи радиални и аксиални натоварвания. Ролковите аксиални лагери имат подобни характеристики за управление на несъосността. Често срещаните видове ролкови лагери са:

Ролкови лагери

Компактни, леки и лесни за инсталиране, накрайниците на прътите са надежден избор за тежки променливи натоварвания. Основната конструкция е кръгла глава с интегрирана опашка, в която е монтиран сферичен лагер. Тъй като са фиксирани, краищата на прътите нямат характеристиката на несъосност, характерна за някои други лагери. Накрайникът на пръта е монтиран лагер, който е набор от лагери, монтирани в болтов възел (включително опорния блок). Те обикновено се използват при машини с открити въртящи се валове. Cam последователите са друг вариант. Те имат по-дебели външни пръстени и по-меки вътрешни пръстени, за да издържат на удари, и работят с гърбици, за да преобразуват въртеливото движение в линейно движение. Сферичните лагери, монтирани на краищата на прътите, изискват постоянна контактна площ, за да се сведе до минимум приплъзването и да се поддържа стабилно триене. Смазването е критично, което може да причини проблеми в приложения, където наличието на примеси не се толерира.

Лагери в края на пръта

Какво представляват втулките?

Втулката е цилиндричен компонент, предназначен да поддържа товари върху вал, който работи чрез плъзгащо движение между движещи се повърхности. Втулката е възел от един елемент, въпреки че може да бъде съставен от няколко различни материала. Известни също като плъзгащи лагери, втулките се плъзгат върху прът или вал, за да осигурят движение с изключително ниско триене, като осигуряват отлично поглъщане на удари и работят за минимизиране на потреблението на енергия, шума и износването.

Какви видове втулки има?

На пазара има няколко вида втулки с различен състав на материала. Някои се справят добре с високо налягане и удари, докато други могат да издържат на корозия. Можете да изберете идеалния тип втулка въз основа на вашето приложение и работна среда за промишлена или производствена употреба. Втулките могат да бъдат класифицирани въз основа на два основни елемента; материал и форма. Според материала има три често срещани типа втулки: композитни втулки, метални втулки и пластмасови втулки. Има четири вида втулки според техните форми: цилиндрични плъзгащи втулки, фланцови втулки, упорни шайби и плъзгащи се плочи.

втулки-лагери

Полимерни или композитни втулки

Полимерните втулки, известни още като композитни втулки, са по-подходящи за носене на тежки товари. Това са най-често използваните втулки поради тяхното ниско триене и устойчивост на износване. Полимерни или композитни втулки намаляват щетите на оборудването, причинени от неправилно смазване. Освен това, полимерни или композитни втулки се използват за предаване на въртеливо движение, когато поне една от двете триещи се части в машина или микромеханизъм е съставена от полимер. Полимерни или композитни втулки могат да се използват в опасни среди, където традиционните лагери не са подходящи. Тези втулки се използват в различни индустрии, включително строително оборудване, хидравлични системи, медицинско оборудване, авиационна и космическа техника.

Полимерни или композитни втулки

Композитните втулки могат допълнително да бъдат разделени на следните две категории въз основа на различни материали:

POM композитна втулка

POM втулките се използват главно за намаляване на вибрациите и шума в машините. Тъй като композитните втулки обикновено са направени от издръжливи материали, те са идеални за намаляване на износването на лагерите. POM композитите също помагат за намаляване на натрупването на топлина, причинено от триене. Това спомага за удължаване на живота на лагера до четири пъти в сравнение с други традиционни материали като стомана.

PTFE композитна втулка

Тази втулка е направена от два различни материала, включително тефлон и метал. Тези видове втулки се използват като лагери в различни индустриални приложения. Основната цел е да се намали триенето между движещите се части в машината.

Метална втулка

Както подсказва името, тези втулки са направени от метал или метални сплави и образуват дву- до трислойна структура със стоманена основа. Тези втулки имат много висока механична якост, което ги прави подходящи за приложения с висока скорост и натоварване, включващи смазване. Използваният метал зависи от типа промишлена среда или приложение. Тези втулки имат различни методи за смазване въз основа на техния размер, структура и приложение. Металните втулки могат да бъдат допълнително разделени на 6 основни типа въз основа на различни материали, включително:

Бронзова втулка

Бронзът е избраният материал за втулки и обикновено се среща в различни сплави и състави. Можете да използвате бронзови втулки за различни цели в промишленото производство. Бронзовите втулки издържат на деформация и счупване по-добре от други материали. Подобно на пластмасата, бронзовите лагери са здрави и устойчиви на ръжда. На пазара има и самосмазващи се бронзови втулки за различни приложения. Можете да използвате бронзови втулки в различни приложения, включително обработка на храни, леене под налягане, автомобилни машини, земекопни машини, производство на стомана и .

Бронзова втулка

Графитна втулка

Графитните втулки се използват в много приложения поради техните уникални механични и физични свойства. Графитните втулки имат нисък коефициент на триене, което спомага за подобряване на ефективността, производителността и производителността на предачните машини. Графитът, естествено мазен минерал, е един от най-добрите материали за втулки, защото намалява триенето без използването на допълнителна течност. Бронзови втулки с графитни тапи се използват за производство на лагери с графитно смазване. Графитът има най-висока температурна стабилност, като запазва своята форма и структура при температури до 5000°F. Графитът се използва широко в термични среди, като системи за носене на товари, където металните смазки и греси ще се влошат. Можете да използвате графитни облицовки за различни цели, включително пещи и пещи, хранителни приложения, химическа промишленост, автомобилна промишленост, метали и .

Графитна втулка

Стоманена втулка

Както подсказва името, стоманените втулки са изработени от стомана или неръждаема стомана. Тези втулки са изработени от изключително издръжлива стомана, което ги прави перфектният инструмент за приложения с нискоскоростно въртене. Стоманените втулки се произвеждат с помощта на щадящи околната среда производствени методи, които увеличават добива на материала и намаляват натрошаването.

Стоманена втулка

Месингова втулка

Месинговите втулки, известни още като месингови втулки, обикновено са направени от месинг. Месинговата втулка е компонент на шарнира, който помага да се предпази тялото от всякакви повреди, причинени от каквато и да е сила, предавана през вала. Месинговите втулки се използват в различни приложения, включително електрически двигатели, автомобилни двигатели и . Освен това месинговите втулки се предлагат в различни размери, тъй като могат да пасват на тънки и дебели стени, фланци, цилиндрични, фланцови и т.н.

Алуминиева втулка

Алуминиевите втулки са предпочитани заради тяхната твърдост, осигуряваща дълъг експлоатационен живот. Първоначално се използва за велосипеди, но постепенно се използва за автомобили и в момента се използва за различни машини. Алуминиевите втулки могат да издържат на големи аксиални и радиални натоварвания, което ги прави важен кандидат за използване в космическата и селскостопанската промишленост. Някои от обичайните им приложения включват използване в хидравлични цилиндри, използвани за инсталиране на инструменти (като дренажни тапи/пълнежи с течност, стъкла за наблюдение на течности или вентилационни елементи), съдове и резервоари.

Алуминиева втулка

Биметална втулка

Както подсказва името, биметалните втулки са направени от два различни метала. В повечето случаи първият метал е стомана, докато други метали могат да варират от мед до алуминий или дори месинг. Този биметален слой действа като вътрешно покритие за втулката, осигурявайки добра защита срещу износване. Те са особено полезни в приложения, които работят с умерени натоварвания при средни скорости или високи натоварвания при ниски скорости.

Пластмасова втулка

Пластмасовите втулки са отлична алтернатива на металните втулки в много приложения поради по-ниските си нива на износване. Пластмасовите втулки са леки и имат по-нисък коефициент на триене от металните втулки. Тъй като са направени от пластмаса, те могат лесно да се адаптират при натоварване и да поддържат способността си да работят оптимално. Изработени от композитна пластмаса, те имат висока якост на опън и могат да се използват в различни индустриални приложения. Пластмасовите втулки се състоят главно от термопластични сплави и твърди смазочни материали. Те също имат влакнеста матрица, която подобрява тяхната структурна здравина. Те са сравнително по-евтини, защото са направени от евтини материали като полиетилен, найлон, тефлон и свръхвисоко молекулно тегло. Пластмаси от висок клас като Torlon, PEEK и Vespel съставляват набор от скъпи пластмасови втулки. Има четири други вида пластмасови втулки:

Найлонова втулка

Найлоновите втулки са здрави и издръжливи и все повече заменят металните втулки в много приложения. Материалът има отлична устойчивост на износване и не изисква външно смазване. Найлоновите втулки, макар и здрави, са леки и не издават толкова шум при работа, колкото металните втулки. Имат нисък коефициент на триене и висока устойчивост на слаби киселини, горива и основи.

Найлонова втулка

Полимерна втулка

Самосмазващи се и не изискващи поддръжка, полимерни втулки са произведени с плетена конструкция, която осигурява висока якост на опън и лесно превъзхожда втулките за шприцформи. Те са силно устойчиви на големи натоварвания и износване, което ги прави подходящи за приложения, включващи трептения и високи скорости. Полимерните втулки са предимно химически инертни; те имат ниска водопоглъщаемост и могат да работят при високи температури, без да се деформират.

Полимерна втулка

PTFE втулка

PTFE втулките имат ниско триене и могат да издържат на високи температурни колебания, което ги прави подходящи за различни индустриални приложения. Те се класифицират като многофункционални втулки, тъй като могат да се използват в различни индустрии като електрически, топлинни, ядрени, химически, фармацевтични и дори електроцентрали. Те обикновено се срещат във влакове и високопроизводителни машини. Изработени са от материали с висока устойчивост на фактори на околната среда, топлоустойчивост, нисък коефициент на триене и незалепващи свойства. Единственият недостатък е, че са много гъвкави, което означава, че често могат да пълзят или да се усукват. Чрез добавяне на пълнители този проблем също може да бъде решен и да позволи на производителите да предложат много гъвкави втулки.

PTFE втулка

Полиацетална втулка

Полиацеталните втулки са разработени с мисъл за самосмазване и са подходящи за големи натоварвания, работещи при ниски скорости. Имат добра устойчивост на износване и нисък коефициент на триене. Приложенията на POM втулките се използват широко в селското стопанство, гражданското строителство, машините и строителната индустрия. Полиоксиметиленовите втулки или POM втулките обикновено се изработват от стоманена основа, покрита със синтерован меден/бронзов слой. Накрая се добавя POM слой върху медния/бронзовия слой, който съдържа гресни ями, които задържат лубриканта.

Видове втулки по форма

По отношение на формата има четири основни вида втулки.

Цилиндрична плъзгаща се втулка

Както подсказва името, цилиндричните втулки са с цилиндрична форма, произведени по стандартни за индустрията размери и са машинни части, готови за монтаж. Цилиндричната втулка има подложки отвътре и отвън, които поддържат плъзгащия се слой в средата. Цилиндричните втулки са по-здрави от лагерите и могат да издържат на по-високи сили от металните лагери, което ги прави идеални за еднопосочни променливи натоварвания, въртящи се движения и аксиални направляващи лагери.

Цилиндрична плъзгаща се втулка

Втулка за фланец

Фланцовите втулки са почти идентични с цилиндричните втулки, но с една очевидна разлика: те имат фланец в единия край. Фланците могат да се използват за различни цели, от монтаж на втулка или подравняване до удобен монтаж. Обикновено използвани в приложения с проходни болтове, те позволяват използването на болтове с по-малък диаметър, за да се намали теглото, без това да води до по-малка опорна повърхност на крепежния елемент за стената на лонжерона, като същевременно намалява напрежението върху резбите на монтажните болтове.

Втулка за фланец

Ударна шайба

Самата упорна шайба не е втулка, но е много важен компонент. Те са основно плоски шайби, които се намират между неподвижния компонент и търкалящата се повърхност и поддържат аксиални натоварвания или движение от страна на страна на вала, ограничавайки всяко движение по вала. Те образуват повърхност, върху която се поддържа лагерът или втулката.

Ударна шайба

Плъзгащи се плочи

Плъзгащите се плочи са обичайни компоненти, използвани при производството на инструменти и форми. Те изискват лесна поддръжка и са популярни в индустрии като автомобилостроене, машиностроене, подемна техника, заваръчна техника, машини за леене под налягане и конвейерна технология. Плъзгащите се плочи се считат за линейни лагери и могат да бъдат удължители на мостове или други механични компоненти. Принципът е много подобен на този на лагер или втулка. Една от плочите е неподвижна, а другата се плъзга срещу нея, за да устои на разширяване или свиване. Скейтбордовете могат да бъдат направени от различни материали, от стомана до PTFE и TEF-MET.

Натоварване на втулката и ограничения на скоростта

Втулките обикновено се използват за по-големи натоварвания и по-ниски скорости. Индустриалните машини се възползват от издръжливи втулки, които могат да издържат на голямо прехвърляне на натоварване и ударни натоварвания. За втулките трябва да се има предвид нагряването чрез триене. Двата основни фактора, влияещи върху топлината, са единичното налягане (P) и повърхностната скорост (V). Произведението на единица налягане и повърхностна скорост е скоростта на налягането (PV). За да определите дали дадена втулка е подходяща за всяко приложение, първо намерете граничната PV стойност от производителя. За безопасна работа PV стойността, изчислена от приложението, трябва да бъде под лимитираната PV стойност на производителя.

Изчислете PV стойността на приложението: PV=P×V
Определете повърхностната скорост (V): V=0.262×rpm×D Rpm = обороти на вала в минута D = диаметър на вала (инчове)
Определете налягането (P): P = Общо натоварване (lbs) / Контактна площ (in²) Контактна площ = D (диаметър на вала в инчове) x L (дължина на корпуса)

Ефектът от ограничаването на стойността на PV може да се види на тази графика, която сравнява скоростта спрямо натоварването за бронзови и Nyloil втулки. Във вътрешно инженерно проучване шлифовъчните колела R-3320 на Reliance Foundry бяха използвани с бронзови втулки Nycast Nyloil и C93200, за да се тестват ефектите от PV ограниченията на втулките. Както бе споменато по-рано, втулките обикновено се използват за по-тежки товари при по-ниски скорости. Това е очевидно на диаграмата, тъй като нито една втулка не може да се справи със значителни натоварвания при високи скорости. Колкото по-висока е скоростта, толкова по-малка е неговата товароносимост. Стойностите на P-max (psi) и V-max (fpm) са предоставени от производителя за всеки продукт. P-max е максималното натоварване при 0 rpm, а V-max е максималната скорост при леко натоварване (максимални обороти на вала). За практически приложения сравнете изчислените P, V и PV стойности с максималните допустими отклонения, за да определите дали втулката ще работи. Уверете се, че втулката работи в диапазон под ограничаващата PV крива.

Втулки срещу лагери

Има различни фактори, които определят дали дадена втулка или лагер са подходящи за вашето конкретно приложение. Всеки има своите предимства и недостатъци, които трябва да се вземат предвид при избора.

Предимства на втулките

  • Докато втулката технически е вид лагер, тя е единичен компонент, предназначен да поддържа вал. Той работи чрез плъзгащо движение между движещи се повърхности, осигурявайки движение с изключително ниско триене, като по този начин минимизира консумацията на енергия, шума и износването на частите.

  • Като отделен компонент, втулките имат предимства пред лагерите по време на монтажа и са по-евтини. Те са склонни да се самосмазват и осигуряват по-тиха работа от повечето лагери.

Недостатъци на втулките

  • Втулката трябва да преодолее статичното триене, известно като залепване и приплъзване, преди да може да се движи, особено когато системата за линейно движение е износена или неправилно подравнена, което кара втулката да се движи хаотично, неравномерно.

  • Втулките, особено по-евтините, обикновено имат по-широки допуски и следователно имат по-малко прецизно прилягане върху гладки пръти.

Предимства на лагерите

  • Лагерите обикновено осигуряват по-плавно движение от втулките, преодолявайки сцеплението чрез търкаляне, а не чрез плъзгане.

  • Те са склонни да бъдат прецизно произведени от втулките, с по-строги толеранси за по-добро прилягане, което води до по-малко хлабина и луфт.

  • Лагерите също предлагат значителни предимства пред втулките в среда с висока скорост.

Недостатъци на лагера

  • Висока цена в сравнение с цената на корпуса (около шестдесет пъти).

  • Изисква обширна поддръжка, често включваща смазване

  • Силен звук при работа

  • Неправилно инсталираните или повредени лагери могат да причинят повреда на други компоненти, ако се спукат.

Избор между лагери срещу втулки

Факторите, които трябва да запомните, когато избирате между втулки или лагери, трябва да включват следното (по ред на предпочитание):

  • Скорост и натоварване: Ще носи ли колелото по-тежък товар при по-ниски скорости или по-лек товар при по-високи скорости? Когато високата скорост е фактор, лагерите предлагат по-добро решение, докато втулките реагират добре на приложения с ниска скорост и голямо натоварване.

  • Плавна работа: Лагерите са по-добър избор за по-плавна работа поради „приплъзване“, често срещан проблем с втулките.

  • Поддръжка/Смазване: Приложенията, които не изискват поддръжка и имат възможност за самосмазване, особено в производството на суха храна и текстилната промишленост, често предпочитат втулките.

  • Работен шум: Когато тихата работа е ключово съображение, втулките обикновено са по-тихи от лагерите.

  • Бюджет: Бюджетът е ключов фактор, тъй като втулките обикновено струват много по-малко от лагерите, което ги прави рентабилен вариант. Втулките обикновено струват шест до десет пъти по-малко от лагерите.

Когато избирате между лагери и втулки, трябва да се вземат предвид конкретното приложение, неговата работна среда и различни работни условия и ограничения. Разбирането на предимствата и недостатъците на всеки тип може да помогне да се определи кой тип предлага най-доброто решение. Независимо дали търсите втулки или лагери, научете защо съществува всеки продукт и какви предимства носи. Aubearing може да ви помогне да направите добър избор. Ако имате нужда от продукт, който може да се справи с дългосрочна употреба при по-тежки натоварвания и по-високи скорости, тогава лагерите са вашият най-добър избор. Но ако не се нуждаете от нещо твърде интензивно, тогава втулката ще бъде достатъчна. Най-общо казано, втулките са рентабилни от лагерите, така че ако сте с ограничен бюджет, втулките също са добър вариант! В крайна сметка, когато става въпрос за избор на лагери и втулки, това наистина зависи от нуждите на вашето приложение.