Følg mig på: 
Kuglelejer vs rullelejer, hvilken?
Lejer er kritiske komponenter i næsten alle maskiner, og hjælper dem med at køre jævnt ved at reducere friktionen mellem bevægelige dele. Der er mange typer lejer (legenden siger, at der er 470,000 typer), hver designet til at håndtere forskellige belastningsforhold. Denne artikel fokuserer på de to hovedtyper: kuglelejer og rullelejer. Baseret på mange års erfaring med fremstilling af lejer forklarer Aubearing deres forskellige designs og sammenligner dem og giver konstruktiv rådgivning om, hvordan man vælger mellem dem.
Både kuglelejer og rullelejer bruges i en række forskellige maskiner med roterende dele. Deres egenskaber bidrager ofte væsentligt til teknologiske og økonomiske fremskridt inden for forskellige ingeniørområder. Standardiseringen af lejer gør det muligt at vælge et design direkte fra lejetabellen i producentens lejekatalog. Lejefremstillingsvirksomheder som f.eks SKF, NTN, Timken, FAG, Schaeffler, Aubearingosv. er naturlige kilder til selektionsinformation. Det meste af tiden kan en designer vælge lagerbærende produkter til sit design direkte fra kataloget. At vælge et populært og meget brugt design hjælper med at opnå optimal brugervenlighed og giver den mest økonomiske løsning.
Industrielle kuglelejer bruges i en række forskellige maskiner og produktionsudstyr for at opnå jævn, effektiv rotationsbevægelse. Selve lejet består af en ydre ring, en inderring, et sæt stålkugler og et bur, der holder kuglerne jævnt fordelt. Både de ydre og indvendige ringe er typisk lavet af ekstremt holdbare materialer, såsom stål eller keramik, og er designet til at modstå høje hastigheder og tunge belastninger. Stålkugler inde i lejet giver lavfriktionskontaktpunkter mellem de indre og ydre ringe, hvilket tillader bevægelse med minimal modstand og reducerer energi tabt til friktion. Lejets holder tjener til at opretholde den korrekte placering af kuglerne, forhindre dem i at komme i kontakt med hinanden og sikre en jævn fordeling af belastningen. Rullende bevægelse er underlagt aksiale og radiale belastninger. Kuglelejer er almindeligt anvendt i højhastighedsapplikationer såsom elektriske motorer og gearkasser. Se vores kuglelejeoversigtsartikel for information.
Kuglelejetype
Der er to grundlæggende typer kuglelejer, enkeltrækket eller dobbeltrækket. De mest populære er enkeltrækkede dybe rillekuglelejer, som består af en række kugler, der bevæger sig i en enkelt rillebane. Dobbeltrækkede kuglelejer består af to rækker kugler i to sæt rillede løbebaner. Både enkeltrækkede og dobbeltrækkede kuglelejer er sammensat af indvendige ringe, yderringe, kugler og bure. Begge typer lejer kan håndtere høje radiale og aksiale belastninger. Sporkuglelejer fås i både lav- og højhastighedsapplikationer, afhængigt af toleranceklasse, smøring, indvendig spillerum og den valgte type tætning eller beskyttelse. Den følgende liste skitserer de forskellige typer kuglelejer, hver med unikke egenskaber og specifikke anvendelser. Disse lejer er kritiske i adskillige applikationer, herunder præcisionsinstrumenter, mikromotorer, gearkasser og hjulnav.
Sporkuglelejer: Sporkuglelejer er den mest almindelige type. De kan modstå radiale og aksiale belastninger.
Vinkelkontaktkuglelejer: Vinkelkontaktkuglelejer har en indre aksial spillerum over gennemsnittet. De kan modstå aksiale belastninger i én retning og moderate radiale belastninger.
Selvjusterende kuglelejer: Selvjusterende kuglelejer kan justere for justeringsfejl. De kan modstå radiale belastninger, men kan modstå minimale aksiale belastninger.
Stødkuglelejer: Trykkuglelejer er designet til høje aksiale belastninger og ubetydelige radiale belastninger.
Miniature kuglelejer: Miniaturekuglelejer er velegnede til præcisionsinstrumentapplikationer, hvor pladsen er begrænset, såsom mikromotorer.
Dobbeltrækkede kuglelejer: Dobbeltrækkede kuglelejer har to rækker kugler og kan modstå højere belastninger.
Fordele ved kuglelejer
Lav friktionskoefficient: Den største fordel ved at have et stort kontaktareal er, at kuglelejet oplever meget mindre friktion på grund af bevægelsen af de indre og ydre løbebaner. Det betyder, at rotationen af delen går meget glat. Ligeledes behøver vi kun at se på en fidget spinner for at forstå, hvor godt kuglelejer håndterer rotationsbevægelse. Derfor er kuglelejer den foretrukne løsning i applikationer, hvor hastighed og let betjening er en prioritet.
Kan modstå radial- og trykbelastninger: En anden unik egenskab ved kuglelejer er, at de kan rotere på flere akser. Det betyder, at de ikke kun reagerer på radiale belastninger, men også på trykbelastninger. Hvordan et kugleleje roterer afhænger af vinklen på trykbelastningen. Kuglelejernes alsidighed gør dem til et glimrende valg til udstyr, der ikke er vant til strenge standarder, såsom legetøj eller andre genstande rundt omkring i huset.
Kompakt design: De kræver mindre plads og kan bruges i mindre virksomheder.
Alsidighed: Velegnet til radiale og aksiale (tryk)belastninger.
Lav vedligeholdelse: De har en lang levetid i applikationer med lav aksial belastning og kræver mindre vedligeholdelse.
Ulemper ved kuglelejer
Manglende evne til at understøtte tung vægt: Selvom kuglelejer har et mindre kontaktareal med belastningen, hvilket betyder, at de oplever meget mindre stress, betyder det også, at belastningen bliver koncentreret. I ekstreme tilfælde kan dette forårsage, at kuglelejerne deformeres, hvilket er en forløber for fuldstændig fejl. Derfor bruges kuglelejer normalt kun i applikationer med mindre belastninger. Til industrielt udstyr foretrækkes rullelejer. En type kugleleje, kaldet et komplet kugleleje, fylder mellemrummet mellem de indre og ydre løbebaner med så mange kugler som muligt. Denne type leje kan klare højere belastninger ved at fordele belastningen over kugler. Fuldkomplementkuglelejer er dog også modtagelige for slid på grund af hyppig kontakt mellem tilstødende kugler.
Holdbarhed: Kan deformeres under for store belastninger, hvilket resulterer i forkortet lejelevetid.
Følsomhed: modtagelig for fejljustering og stødbelastninger.
Rullelejer har cylindriske eller koniske rulleelementer. Denne lejetype er designet til at bære tunge radiale belastninger på grund af det større kontaktareal mellem ruller og løbebaner.
Type rulleleje
Den følgende liste viser de forskellige rullelejetyper med forskellige egenskaber og specifikke anvendelser. Disse lejer spiller en afgørende rolle i forskellige scenarier, såsom køretøjshjul, tunge maskiner og applikationer, der kræver høj bæreevne. Læs vores rullelejeoversigtsartikel for at lære.
Cylindriske rullelejer: Cylindriske rullelejer har cylindriske ruller, der er ensartede i længden. Disse lejer er velegnede til at bære tunge radiale belastninger og kan arbejde ved høje hastigheder. Cylindriske rullelejer føres mellem flanger på den indre eller ydre ring. Selv når de frie ringe fjernes, holdes de sammen med styreringene af buret. I den mest almindelige type cylindriske rullelejer har den frie ring ingen flange, således at lejeringene inden for visse grænser kan forskydes aksialt i forhold til hinanden. Hvis lejet roterer, vil denne forskydning ske uden modstand, forudsat at forskydningshastigheden er relativt langsom (f.eks. forskydning på grund af termisk udvidelse af akslen). Cylindriske rullelejers lave friktion gør dem velegnede til relativt høje hastigheder, og de bruges ofte i forbindelse med højhastigheds vinkelkontaktkuglelejer i højhastigheds maskinspindler.
Koniske rullelejer: Koniske rullelejer har koniske ruller og løbebaner, hvilket gør dem ideelle til køretøjsnav og andre applikationer med høj belastning. Koniske rullelejer er de mest udbredte rullelejer. De kan modstå store aksiale og radiale kræfter. Koniske rullelejer består af en ydre ring og en indre ring, mens kuglelejer består af en ydre ring og en indre ring. Koniske ruller kan samles til patroner, men i deres enkleste form er de to separate komponenter, mens kuglelejer kan adskilles, hvilket normalt er en selvstændig enhed.
Koniske rullelejer bruger lige koniske ruller, hvis endeflader er i kontakt med styreflangen på den indvendige ring. Rullekonusen og den indre ringrullebane har et fælles toppunkt på lejeaksen. Den ydre ring er designet med en let buet rullebanegeneratrix for at forhindre kantbelastning af rullerne. Selvom tætheden mellem valserne og den ydre ring er reduceret, er belastningen af den ydre ring mindre end den indvendige ring. Styreflangen på den indre ring har en sfærisk overflade, mod hvilken kugleenderne af rullerne presser. Som med sfæriske lejer styrer tryk på flangen effektivt valserne. Nogle producenter, såsom Timken, FAG, NTN og SKF, gør valsens endeflader flade og flangestyreflader koniske. Rulleenderne berører derefter rulleflangen ved kun to punkter.
Fordi koniske rullelejer er adskillelige, er de normalt monteret over for hinanden, så det ene leje kan tilpasse sig det andet. Efter justering vil der altid være en vis meget lille spalte tilbage i lejet. Temperaturændringer i akslen påvirker denne justering og dermed lejefrigangen. Derfor bruges enkeltrækkede koniske rullelejer normalt kun, når afstanden er kort. Koniske rullelejer har høj radial belastningskapacitet såvel som aksial belastningsbæreevne i én retning. Drivkraften afhænger af rullernes vinkel. Som et mål for denne vinkel (kontaktvinkel) er den typisk 12 til 16 grader. Nogle kraftige koniske rullelejer har kontaktvinkler på 28-30 grader.
I mange applikationer bruges koniske rullelejer i ryg-til-ryg-par for at understøtte aksiale kræfter lige meget i begge retninger. Koniske rullelejer bruges i vid udstrækning i automotive hjullejer til at bære radiale og aksiale belastninger. Koniske rullelejer er almindeligt anvendt i tunge applikationer. Mange forskellige industrier, herunder landbrugs-, bygge- og mineudstyr, akselsystemer, gearkasser, motormotorer og gearreduktionsgear, drivaksler, jernbaneakselkasser, differentialer, vindmøller og alle typer trailere.
Sfæriske rullelejer: Sfæriske rullelejer har en automatisk selvjusterende funktion og kan modstå store radiale belastninger og aksiale belastninger. De er ideelle til applikationer, der involverer fejljustering eller akselafbøjning.
Nål rullelejer: Nålerullelejer har tynde, lange ruller og er velegnede til applikationer, hvor den radiale plads er begrænset, men der kræves en bæreevne.
Trykrullelejer: Trykrullelejer kan modstå store aksiale belastninger og bruges ofte i tunge maskiner såsom borerigge og ekstrudere.
Fordele ved rullelejer
Bær store byrder: Det store kontaktareal fra rullelejer gør det muligt for dem at modstå større belastninger uden deformation eller fejl. Dette gør rullelejer til et fremragende valg til industrielt udstyr designet til at bære tunge belastninger eller andre applikationer, hvor der er lidt plads til fejl.
Varierende designs: I modsætning til kuglelejer kan rullernes geometri variere for forskellige typer drift. Standard cylindriske ruller er designet til rent radiale belastninger, hvilket giver større belastningskapacitet på bekostning af evnen til at håndtere enhver trykbelastning.
Nålerullelejer er en lille variation af cylindriske ruller med en meget mindre diameter. Det bruges i applikationer, hvor det radiale rum er lille. Nåleruller giver også en stor mængde kontaktareal, men genererer en masse friktion og vibrationer, fordi de roterer så hurtigt. Derfor kan den kun bruges i udstyr, der kører ved lave hastigheder og kan modstå store mængder vibrationer.
Koniske rullelejer er tilspidsede i den ene ende i stedet for at være en lige cylinder hele vejen igennem. Dette gør det muligt for rullelejerne at modstå begrænsede trykbelastninger. Forholdet mellem radial belastning og trykbelastning, som en konisk rulle kan bære, bestemmes af rullens vinkel. Op til 30 grader er acceptabelt, men de fleste koniske ruller har vinkler mellem 10 og 16 grader.
Holdbarhed: Robust og holdbar, den kan modstå tungere belastninger uden deformation.
Mindre følsom: modstandsdygtig over for stødbelastninger og forskydning end kuglelejer.
Ulemper ved rullelejer
Begrænset evne til at håndtere trykbelastninger: Selvom der er mulighed for at bruge koniske versioner, er det stadig et faktum, at rullelejer ikke primært er designet til trykbelastninger. Derfor er bevægelsen tilladt af rullelejer begrænset. Dette reducerer alsidigheden af rullelejer, hvilket forklarer, hvorfor de er mindre synlige i hjemmet.
tilbøjelig til fejlstilling: Lejer af enhver type, uanset om det er kugle eller rulle, har et lille spil mellem lejeelementerne og løbebanerne. Denne indre frigang gør det muligt for lejeelementerne at bevæge sig jævnt langs løbebanen. Dette gør det dog også muligt for lejeelementerne at afvige fra deres oprindelige position. Kuglelejer er tolerante over for vinkelforskydning. Dette gælder især for rullelejer. Mens kuglelejer kan håndtere fejljustering op til 0.004 tommer, kan cylindriske rullelejer allerede have svært ved at rotere, når forskydningen overstiger 0.001 tommer. Det betyder, at rullelejer skal designes med større præcision, hvilket gør dem vanskelige og dyre at fremstille.
Størrelse: Typisk større og kræver mekanisk plads.
Vedligeholdelse: hyppig vedligeholdelse kan være påkrævet, især i højhastighedsapplikationer på grund af øget friktion.
Forskellen mellem kuglelejer vs rullelejer
Både kuglelejer og rullelejer er designet til at reducere rotationsfriktion, mens de understøtter radiale og aksiale belastninger. Den grundlæggende forskel mellem rullelejer og kuglelejer ligger i deres grundlæggende design. Den største forskel mellem rullelejer og kuglelejer er, at det rullende element er en rulle eller en kugle. Når man sammenligner kuglelejer og rullelejer, spiller flere faktorer ind.
På grund af deres lavere friktionskoefficient er kuglelejer generelt velegnede til applikationer, der kræver højhastighedsdrift.
Rullelejer har et stort kontaktareal og er ideelle til tunge radiale belastninger.
På grund af det mindre kontaktareal er belastningskapaciteten af kuglelejer lavere end for rullelejer.
Kuglelejer deformeres mindre under belastning, hvilket gør dem velegnede til præcisionsanvendelser.
Udvælgelseskriterier
Valg af det korrekte leje til en specifik anvendelse er afgørende for optimal ydeevne og levetid. Udvælgelseskriterierne er hovedsageligt baseret på følgende to kriterier:
Belastningstype og kapacitet: Lejer skal kunne modstå bestemte belastninger, hvad enten de er radiale, aksiale eller en kombination af belastninger. Rullelejer bruges typisk til tunge radiale belastninger, mens kuglelejer bruges til lettere belastninger.
Hastighedskrav: Applikationens kørehastighed spiller en vigtig rolle. Kuglelejer er det første valg til højhastighedsapplikationer på grund af deres lave friktionsmodstand. Kuglelejer er generelt bedre egnede til applikationer, der kan kræve højhastighedsrotation. De har en lavere friktionskoefficient under opstart og drift, hvilket betyder, at de kan nå højere hastigheder med mindre modstand.
Rullelejer er på den anden side bedre egnede til applikationer, der kræver højere belastningskapacitet. Dette skyldes, at linjekontakt (i modsætning til punktkontakt i kuglelejer) gør det muligt at fordele belastningen på lejet bredt. Med hensyn til effektivitet har kuglelejer en tendens til at have en lille fordel ved at minimere friktion ved høje hastigheder. Men på grund af deres design kan rullelejer håndtere større belastninger effektivt.
Konklusion
Lejer har været brugt i årtier og er uden tvivl en af de vigtigste tekniske komponenter i industrielle, kommercielle og private miljøer. De giver jævn og ensartet rotationsbevægelse og forhindrer slid forårsaget af friktion. Kuglelejer og forskellige typer rullelejer er alt, hvad enhver behøver for at give en aftagelig forbindelse mellem komponenter, der skal rotere langs enhver akse.