Volg me op:
Kogellagers versus rollagers, welke?
Lagers zijn cruciale componenten in bijna alle machines en zorgen ervoor dat ze soepel werken door de wrijving tussen bewegende delen te verminderen. Er zijn veel soorten lagers (volgens de legende zijn er 470,000 typen), elk ontworpen om verschillende belastingsomstandigheden aan te kunnen. Dit artikel richt zich op de twee hoofdtypen: kogellagers en rollagers. Gebaseerd op vele jaren ervaring in de productie van lagers, legt Aubearing de verschillende ontwerpen uit, vergelijkt ze en geeft constructief advies over de keuze tussen de verschillende.
Zowel kogellagers als rollagers worden gebruikt in diverse machines met roterende onderdelen. Hun eigenschappen dragen vaak aanzienlijk bij aan technologische en economische vooruitgang in verschillende technische vakgebieden. De standaardisatie van lagers maakt het mogelijk om direct een ontwerp te selecteren uit de lagertabel in de catalogus van de fabrikant. Lagerfabrikanten zoals SKF , NTN , Timken , FAG, Schaeffler , Aubearing , enz. zijn vanzelfsprekende bronnen van selectie-informatie. Meestal kan een ontwerper direct uit de catalogus standaardlagers voor zijn ontwerp selecteren. Het kiezen van een populair en veelgebruikt ontwerp draagt bij aan optimale bruikbaarheid en biedt de meest economische oplossing.
Kogellagers
Industriële kogellagers worden in diverse machines en productieapparatuur gebruikt om een soepele en efficiënte rotatie te realiseren. Het lager zelf bestaat uit een buitenring, een binnenring, een set stalen kogels en een kooi die de kogels gelijkmatig verdeeld houdt. Zowel de buiten- als de binnenring zijn doorgaans gemaakt van zeer duurzame materialen, zoals staal of keramiek, en zijn ontworpen om hoge snelheden en zware belastingen te weerstaan. De stalen kogels in het lager zorgen voor wrijvingsarme contactpunten tussen de binnen- en buitenring, waardoor beweging met minimale weerstand mogelijk is en energieverlies door wrijving wordt beperkt. De kooi van het lager zorgt ervoor dat de kogels correct gepositioneerd blijven, voorkomt dat ze elkaar raken en garandeert een gelijkmatige verdeling van de belasting. Rollende beweging is onderhevig aan axiale en radiale belastingen. Kogellagers worden veelvuldig gebruikt in hogesnelheidstoepassingen zoals elektromotoren en tandwielkasten. Zie ons overzichtsartikel over kogellagers voor meer informatie.
Kogellager Type
Er zijn twee basistypen kogellagers: enkele rij of dubbele rij. De meest populaire zijn diepgroefkogellagers met één rij, die bestaan uit een rij kogels die in één groefpad bewegen. Dubbelrijige kogellagers bestaan uit twee rijen kogels in twee sets gegroefde loopbanen. Zowel eenrijige als dubbelrijige kogellagers zijn samengesteld uit binnenringen, buitenringen, kogels en kooien. Beide typen lagers kunnen hoge radiale en axiale belastingen aan. Groefkogellagers zijn verkrijgbaar in zowel lage als hoge snelheidstoepassingen, afhankelijk van de tolerantieklasse, smering, interne speling en het gekozen type afdichting of beschermkap. De volgende lijst schetst de verschillende soorten kogellagers, elk met unieke kenmerken en specifieke toepassingen. Deze lagers zijn van cruciaal belang in tal van toepassingen, waaronder precisie-instrumenten, micromotoren, versnellingsbakken en wielnaven.
Diepgroefkogellagers : Diepgroefkogellagers zijn het meest voorkomende type. Ze kunnen radiale en axiale belastingen weerstaan.
Hoekcontactkogellagers : Hoekcontactkogellagers hebben een bovengemiddelde interne axiale speling. Ze kunnen axiale belastingen in één richting en matige radiale belastingen weerstaan.
Zelfuitlijnende kogellagers : Zelfuitlijnende kogellagers kunnen uitlijnfouten corrigeren. Ze zijn bestand tegen radiale belastingen en hebben een minimale axiale belasting.
Axiale kogellagers : Axiale kogellagers zijn ontworpen voor hoge axiale belastingen en verwaarloosbare radiale belastingen.
Miniatuurkogellagers : Miniatuurkogellagers zijn geschikt voor precisie-instrumenten waar de ruimte beperkt is, zoals micromotoren.
Dubbelrijige kogellagers : Dubbelrijige kogellagers hebben twee rijen kogels en kunnen hogere belastingen weerstaan.
Voordelen van kogellagers
Lage wrijvingscoëfficiënt : Het belangrijkste voordeel van een groot contactoppervlak is dat het kogellager veel minder wrijving ondervindt door de beweging van de binnen- en buitenloopbaan. Dit betekent dat de rotatie van het onderdeel zeer soepel verloopt. Een fidget spinner illustreert perfect hoe goed kogellagers rotatiebewegingen aankunnen. Daarom zijn kogellagers de ideale oplossing voor toepassingen waar snelheid en gebruiksgemak prioriteit hebben.
Bestand tegen radiale en axiale belastingen: Een ander uniek kenmerk van kogellagers is dat ze om meerdere assen kunnen draaien. Dit betekent dat ze niet alleen reageren op radiale belastingen, maar ook op axiale belastingen. De manier waarop een kogellager draait, hangt af van de hoek van de axiale belasting. De veelzijdigheid van kogellagers maakt ze een uitstekende keuze voor apparatuur die niet aan strenge eisen wordt onderworpen, zoals speelgoed of andere huishoudelijke voorwerpen.
Compact ontwerp : Ze nemen minder ruimte in beslag en kunnen in kleinere gebouwen worden gebruikt.
Veelzijdigheid : Geschikt voor radiale en axiale (stuw)belastingen.
Weinig onderhoud : Ze hebben een lange levensduur bij toepassingen met lage axiale belastingen en vereisen minder onderhoud.
Nadelen van kogellagers
Onvermogen om zware lasten te dragen : Hoewel kogellagers een kleiner contactoppervlak met de belasting hebben, waardoor ze veel minder spanning ondervinden, betekent dit ook dat de belasting geconcentreerd raakt. In extreme gevallen kan dit leiden tot vervorming van de kogellagers, een voorbode van volledige uitval. Daarom worden kogellagers meestal alleen gebruikt in toepassingen met lagere belastingen. Voor industriële apparatuur hebben rollagers de voorkeur. Een type kogellager, een zogenaamd volkogellager, vult de ruimte tussen de binnen- en buitenloopbaan met zoveel mogelijk kogels. Dit type lager kan hogere belastingen aan door de belasting over de kogels te verdelen. Volkogellagers zijn echter ook gevoelig voor slijtage door het frequente contact tussen aangrenzende kogels.
Duurzaamheid : Kan vervormen onder overmatige belasting, wat resulteert in een kortere levensduur van het lager.
Gevoeligheid : vatbaar voor verkeerde uitlijning en schokbelastingen.
Rollagers hebben cilindrische of conische rolelementen. Dit lagertype is ontworpen om zware radiale belastingen te dragen vanwege het grotere contactoppervlak tussen rollen en loopbanen.
Type rollager
De volgende lijst schetst de verschillende typen rollagers met verschillende kenmerken en specifieke toepassingen. Deze lagers spelen een cruciale rol in verschillende scenario's, zoals voertuigwielen, zware machines en toepassingen die een hoog draagvermogen vereisen. Lees ons overzichtsartikel over rollagers voor meer informatie.
Cilindrische rollagers : Cilindrische rollagers hebben cilindrische rollen die over hun gehele lengte een uniforme afmeting hebben. Deze lagers zijn geschikt voor het dragen van zware radiale belastingen en kunnen bij hoge snelheden werken. Cilindrische rollagers worden geleid tussen flenzen op de binnen- of buitenring. Zelfs wanneer de vrije ringen verwijderd zijn, worden ze door de kooi bij elkaar gehouden met de geleidingsringen. Bij het meest voorkomende type cilindrisch rollager heeft de vrije ring geen flens, waardoor de lagerringen binnen bepaalde grenzen axiaal ten opzichte van elkaar kunnen verschuiven. Als het lager roteert, zal deze verschuiving zonder weerstand plaatsvinden, mits de verschuivingssnelheid relatief laag is (bijvoorbeeld verschuiving als gevolg van thermische uitzetting van de as). De lage wrijving van cilindrische rollagers maakt ze geschikt voor relatief hoge snelheden en ze worden vaak gebruikt in combinatie met hogesnelheids hoekcontactkogellagers in hogesnelheidsmachine-spindels.
Kegellagers : Kegellagers hebben conische rollen en loopbanen, waardoor ze ideaal zijn voor voertuignaven en andere toepassingen met hoge belasting. Kegellagers zijn de meest gebruikte rollagers. Ze kunnen grote axiale en radiale krachten weerstaan. Kegellagers bestaan uit een buitenring en een binnenring, net als kogellagers. Kegellagers kunnen in cartridges worden gemonteerd, maar in hun eenvoudigste vorm zijn het twee afzonderlijke componenten, terwijl kogellagers demonteerbaar zijn en meestal een zelfstandige eenheid vormen.
Kegellagers maken gebruik van rechte kegelrollen waarvan de eindvlakken in contact komen met de geleidingsflens op de binnenring. De rolconus en het binnenringrolpad hebben een gemeenschappelijk hoekpunt op de lageras. De buitenring is ontworpen met een licht gebogen rolbaangenerator om randbelasting van de rollen te voorkomen. Hoewel de nabijheid tussen de rollen en de buitenring wordt verminderd, is de spanning van de buitenring kleiner dan die van de binnenring. De geleidingsflens van de binnenring heeft een bolvormig oppervlak waartegen de kogeluiteinden van de rollen drukken. Net als bij sferische lagers geleidt de druk op de flens de rollen effectief. Sommige fabrikanten zoals Timken, FAG, NTN en SKF maken de roluiteinden vlak en de flensgeleider conisch. De roluiteinden maken dan slechts op twee punten contact met de rolflens.
Omdat kegellagers scheidbaar zijn, worden ze meestal tegenover elkaar gemonteerd, zodat het ene lager zich aan het andere kan aanpassen. Na het afstellen zal er altijd een bepaalde, zeer kleine opening in het lager achterblijven. Temperatuurveranderingen in de as hebben invloed op deze afstelling en daarmee op de lagerspeling. Daarom worden kegellagers met één rij meestal alleen gebruikt als de afstand kort is. Kegellagers hebben een hoog radiaal draagvermogen en een axiaal draagvermogen in één richting. Het stuwvermogen is afhankelijk van de hoek van de rollen. Als maatstaf voor deze hoek (contacthoek) is deze doorgaans 12 tot 16 graden. Sommige zware kegellagers hebben contacthoeken van 28-30 graden.
In veel toepassingen worden kegellagers in paren met de ruggen tegen elkaar gebruikt om de axiale krachten in beide richtingen gelijkmatig te ondersteunen. Kegellagers worden veel gebruikt in wiellagers voor auto's om radiale en axiale belastingen te dragen. Kegellagers worden vaak gebruikt in zware toepassingen. Veel verschillende industrieën, waaronder landbouw-, bouw- en mijnbouwapparatuur, assystemen, versnellingsbakken, motormotoren en tandwielreductoren, aandrijfassen, spoorwegaspotten, differentiëlen, windturbines en alle soorten aanhangwagens.
Sferische rollagers : Sferische rollagers hebben een automatische zelfuitlijnfunctie en kunnen zware radiale en axiale belastingen weerstaan. Ze zijn ideaal voor toepassingen waarbij sprake is van uitlijningsfouten of asbuiging.
Naaldlagers : Naaldlagers hebben dunne, lange rollen en zijn geschikt voor toepassingen waar de radiale ruimte beperkt is, maar een hoog draagvermogen vereist is.
Axiale rollagers : Axiale rollagers kunnen grote axiale belastingen weerstaan en worden vaak gebruikt in zware machines zoals boorinstallaties en extruders.
Voordelen van rollagers
Geschikt voor zware belastingen : Het grote contactoppervlak van rollagers zorgt ervoor dat ze grotere belastingen kunnen weerstaan zonder te vervormen of te bezwijken. Dit maakt rollagers een uitstekende keuze voor industriële apparatuur die zware lasten moet dragen of voor andere toepassingen waar weinig ruimte is voor falen.
Varianten in het ontwerp : In tegenstelling tot kogellagers kan de geometrie van de rollen variëren voor verschillende toepassingen. Standaard cilindrische rollen zijn ontworpen voor puur radiale belastingen, waardoor ze een groter draagvermogen bieden ten koste van het vermogen om axiale belastingen op te vangen.
Naaldlagers zijn een kleine variant van cilindrische rollen met een veel kleinere diameter. Het wordt gebruikt in toepassingen waar de radiale ruimte klein is. Naaldrollen bieden ook een groot contactoppervlak, maar genereren veel wrijving en trillingen omdat ze zo snel roteren. Daarom kan het alleen worden gebruikt in apparatuur die op lage snelheden werkt en grote hoeveelheden trillingen kan weerstaan.
Kegellagers zijn aan één uiteinde taps toelopend in plaats van dat ze overal een rechte cilinder zijn. Hierdoor zijn de rollagers bestand tegen beperkte drukbelastingen. De verhouding tussen radiale belasting en drukbelasting die een kegelrol kan dragen, wordt bepaald door de hoek van de rol. Tot 30 graden is acceptabel, maar de meeste taps toelopende rollen hebben hoeken tussen 10 en 16 graden.
Duurzaamheid : Stevig en duurzaam, het kan zwaardere belastingen weerstaan zonder te vervormen.
Minder gevoelig : beter bestand tegen schokbelastingen en uitlijningsfouten dan kogellagers.
Nadelen van rollagers
Beperkte mogelijkheden om drukbelastingen aan te kunnen: Hoewel er een optie is om conische versies te gebruiken, blijft het een feit dat rollagers niet in de eerste plaats zijn ontworpen voor drukbelastingen. Daarom is de door rollagers toegestane beweging beperkt. Dit vermindert de veelzijdigheid van rollagers, wat verklaart waarom ze minder zichtbaar zijn in huishoudelijke omgevingen.
Gevoelig voor uitlijningsfouten : Lagers van elk type, of het nu kogel- of rollagers zijn, hebben een kleine speling tussen de lagerelementen en de loopbanen. Deze interne speling zorgt ervoor dat de lagerelementen soepel over de loopbaan kunnen bewegen. Dit maakt het echter ook mogelijk dat de lagerelementen van hun oorspronkelijke positie afwijken. Kogellagers zijn tolerant voor hoekafwijkingen. Dit geldt met name voor rollagers. Terwijl kogellagers een uitlijningsafwijking tot 0.004 inch aankunnen, kunnen cilindrische rollagers al problemen ondervinden bij een uitlijningsafwijking van meer dan 0.001 inch. Dit betekent dat rollagers met grotere precisie ontworpen moeten worden, waardoor ze moeilijk en duur zijn om te produceren.
Formaat: Doorgaans groter en vereisen meer ruimte voor technische installaties.
Onderhoud : frequent onderhoud kan nodig zijn, vooral bij toepassingen met hoge snelheden vanwege verhoogde wrijving.
Het verschil tussen kogellagers en rollagers
Zowel kogellagers als rollagers zijn ontworpen om rotatiewrijving te verminderen en tegelijkertijd radiale en axiale belastingen te ondersteunen. Het fundamentele verschil tussen rollagers en kogellagers ligt in hun basisontwerp. Het belangrijkste verschil tussen rollagers en kogellagers is dat het rolelement een rol- of een kogel is. Bij het vergelijken van kogellagers en rollagers spelen verschillende factoren een rol.
Vanwege hun lagere wrijvingscoëfficiënt zijn kogellagers over het algemeen geschikt voor toepassingen die hoge snelheden vereisen.
Rollagers hebben een groot contactoppervlak en zijn ideaal voor zware radiale belastingstoepassingen.
Door het kleinere contactoppervlak is het draagvermogen van kogellagers lager dan dat van rollagers.
Kogellagers vervormen minder onder belasting, waardoor ze geschikt zijn voor precisietoepassingen.
Selectiecriteria
Het selecteren van het juiste lager voor een specifieke toepassing is van cruciaal belang voor optimale prestaties en levensduur. De selectiecriteria zijn voornamelijk gebaseerd op de volgende twee criteria:
Belastingstype en -capaciteit : Lagers moeten specifieke belastingen kunnen weerstaan, of deze nu radiaal, axiaal of een combinatie van belastingen zijn. Rollagers worden doorgaans gebruikt voor zware radiale belastingen, terwijl kogellagers worden gebruikt voor lichtere belastingen.
Snelheidseis : De draaisnelheid van de toepassing speelt een belangrijke rol. Kogellagers zijn de eerste keuze voor toepassingen met hoge snelheden vanwege hun lage wrijvingsweerstand. Kogellagers zijn over het algemeen beter geschikt voor toepassingen die een hoge rotatiesnelheid vereisen. Ze hebben een lagere wrijvingscoëfficiënt tijdens het opstarten en de werking, waardoor ze hogere snelheden kunnen bereiken met minder weerstand.
Rollagers zijn daarentegen beter geschikt voor toepassingen die hogere draagvermogens vereisen. Dit komt omdat lijncontact (in tegenstelling tot puntcontact bij kogellagers) ervoor zorgt dat de belasting op het lager breed wordt verdeeld. In termen van efficiëntie hebben kogellagers doorgaans een klein voordeel bij het minimaliseren van wrijving bij hoge snelheden. Door hun ontwerp kunnen rollagers echter grotere belastingen efficiënt aan.
Conclusie
Lagers worden al tientallen jaren gebruikt en zijn ongetwijfeld een van de belangrijkste technische componenten in industriële, commerciële en huishoudelijke omgevingen. Ze zorgen voor een soepele en consistente rotatiebeweging en voorkomen slijtage door wrijving. Kogellagers en verschillende soorten rollagers zijn alles wat iemand nodig heeft om een verwijderbare verbinding tot stand te brengen tussen componenten die langs elke as moeten draaien.