Alles wat u moet weten over de radiale speling en interne speling van lagers

Op het eerste gezicht lijken kogellagers relatief eenvoudige mechanische onderdelen. Analyse van hun interne geometrie onthult echter dat ze zeer complex zijn. Zo beïnvloeden bijvoorbeeld de passing van de kogels ten opzichte van de loopbaan, de radiale speling en het aantal kogels het vermogen van een kogellager om belastingen onder verschillende omstandigheden te dragen. Kogellagers en andere rollagers worden doorgaans ontworpen en geassembleerd met een lichte interne speling tussen de rolelementen (kogels) en de loopbanen. Deze speling creëert radiale en axiale speling in het lager.

Opgemerkt moet worden dat vanwege de aard van hun ontwerp en constructie de interne geometrie van naald-, rol- en kegellagers heel anders is dan die van kogellagers. Kegellagers zijn bijvoorbeeld uniek omdat de speling in het lager tijdens de montage wordt aangepast. De radiale speling en de interne speling van het looplager zijn de belangrijkste van alle rolelementen. In dit Technisch Informatieblad (TIS) hebben de besprekingen over contacthoek, doorbuiging, eindspeling en voorbelasting vooral betrekking op kogellagers.

Definitie van radiale speling in een kogellager

Radiale speling, of interne speling van het lager, is de interne radiale losheid in een lager en is de gemeten waarde van de totale radiale beweging van de buitenring ten opzichte van de binnenring in een vlak loodrecht op de lageras. Kogellagers worden gemonteerd op radiale spelingswaarden, afhankelijk van het gewenste bereik. De radiale speling wordt bepaald door de werkelijke loopbaandiameters en kogeldiameter.

De radiale speling kan op gemonteerde lagers worden gecontroleerd met behulp van speciaal ontworpen meters. Bij het meten van de radiale speling wordt het lager onderworpen aan een standaard maatbelasting om volledig contact tussen alle lagercomponenten te garanderen. Bij miniatuur- en dunprofiellagers onder een dergelijke belasting is de gemeten waarde groter dan de aangegeven waarde voor radiale speling. Dit komt door elastische vervorming. In deze gevallen wordt gebruik gemaakt van compensatiefactoren.

Definitie van axiale speling in een kogellager

Axiale of eindspeling is de maximale relatieve axiale beweging van de binnenring ten opzichte van de buitenring. De eindspeling houdt rechtstreeks verband met de radiale speling van het kogellager. In de meeste onderdeelnummersystemen wordt normaal gesproken geen axiale speling gespecificeerd.

Er bestaat vaak verwarring tussen "speling" en precisieniveau. Radiale speling wordt onafhankelijk van de ABEC- tolerantieklassen voor ringen gespecificeerd. Bij kogellagers moet de interne speling in de meeste gevallen tijdens de montage worden verholpen door een axiale voorspanning over het lagerpaar aan te brengen. Dit kan worden bereikt met vulplaatjes, veren, spanmoeren en/of andere montagetechnieken. Axiale voorspanning is tevens een belangrijke ontwerpparameter die zowel de prestaties als de levensduur beïnvloedt. Voorspanning wordt in een apart technisch informatieblad (TIS) nader toegelicht.

BERICHTJE STUREN Hoek in een kogellager

Wanneer kogellagers axiaal worden voorgespannen, ontstaat er een contacthoek. De contacthoek is de hoek tussen een vlak loodrecht op de lageras en een lijn die de twee contactpunten tussen de kogel en de binnen- en buitenloopbaan verbindt. De initiële contacthoek is de contacthoek wanneer het lager wordt blootgesteld aan de minimale axiale kracht of belasting die nodig is om de speling als gevolg van de radiale speling te verhelpen. Extra axiale belastingen vergroten de contacthoek verder. Hoe groter de radiale speling in het lager, hoe groter de resulterende contacthoek zal zijn.

Bij de meeste lagertoepassingen is de radiale speling vanuit functioneel oogpunt van cruciaal belang dan de axiale speling. Hierdoor is het de standaard inkoopspecificatie geworden.

Algemene ontwerpoverwegingen:

De selectie van de radiale spelingwaarde in een specifieke lagertoepassing is een belangrijke ontwerpoverweging. Zoals eerder beschreven heeft de radiale speling rechtstreeks invloed op de contacthoek en de axiale of eindspeling van het lager. Bovendien is het tijdens bedrijf een belangrijke factor die een aanzienlijke invloed heeft op andere factoren zoals geluid, trillingen, hitte, spanning, doorbuiging, belastingsverdeling en levensduur tegen vermoeidheid.

fitting:

Wanneer het lager met behulp van perspassingen wordt gemonteerd, moet een lossere of grotere waarde voor de radiale speling worden gekozen. De radiale speling in het lager wordt na montage verminderd door vervorming van de binnen- of buitenringen. Bij miniatuurlagers met ringen met een zeer dunne dwarsdoorsnede wordt de radiale speling verminderd met ongeveer 80% van de werkelijke hoeveelheid interferentie. De radiale speling na montage is de belangrijkste ontwerpoverweging. Daarom moet een tolerantieonderzoek van de op elkaar aansluitende componenten worden uitgevoerd en moet compensatie voor de interferentie bij maximale materiaalcondities worden uitgevoerd. Voor een maximale levensduur is een positieve speling na montage gewenst.

Loading:

Wanneer een kogellager aan axiale belasting wordt blootgesteld , resulteert een grotere contacthoek in lagere spanningen tussen de kogel en de loopbaan. Grotere radiale speling leidt tot een grotere contacthoek. Onder deze omstandigheden zorgt dit voor een langere levensduur van het lager, een lager koppel en minder axiale doorbuiging. Bij een zuivere axiale belasting kan een toename van de contacthoek met 15° resulteren in een reductie van de contactspanning (kogel-loopbaan) met meer dan 70%.

Wanneer een kogellager wordt blootgesteld aan zuivere radiale belastingen (of radiale belasting met een lage axiale belasting), wordt normaal gesproken een lagere radiale speling aanbevolen. Hierdoor wordt de belasting over een groter aantal ballen verdeeld. Vooral bij miniatuurlagers mogen lagers met een lage radiale speling echter niet aan perspassingen worden blootgesteld. Dit kan resulteren in een negatieve klaring en de levensduur drastisch verkorten.

Verkeerde uitlijning en positionering:

Hogere waarden van de radiale speling zorgen voor een grotere verkeerde uitlijning en moeten worden geselecteerd in gevallen waarin er een hoge mate van asdoorbuiging is. Opgemerkt moet worden dat hoewel een kogellager het vermogen heeft om te compenseren (ongeveer 1° of minder), een verkeerde uitlijning de levensduur van het lager aanzienlijk verkort. In gevallen met lichte belasting kan de impact van een kleine verkeerde uitlijning echter aanvaardbaar zijn.

Strakkere waarden van de radiale speling zullen uiteraard de radiale beweging controleren en beperken.

Wanneer de axiale positionering gecontroleerd moet worden of een eindspeling van “nul” gewenst is, wordt aanbevolen de eindspeling te verwijderen door axiale voorspanning toe te passen via vulplaten, ringen of andere montagemethoden. Duplexlagers moeten ook worden overwogen. Het is niet aan te raden lage waarden voor de radiale speling te gebruiken om de eindspeling te controleren.

Temperatuur:

Wanneer er een hoge temperatuurgradiënt bestaat tussen de binnen- en buitenringen, wordt een lossere radiale speling aanbevolen.

Snelheid:

Zoals eerder vermeld resulteren hoge waarden van de radiale speling in hoge waarden van de contacthoek. Wanneer een lager roteert, roteert het stel kogels (of het kogelcomplement) rond de steekcirkel van het lager, draait elke kogel om zijn eigen as en werken er tolmomenten op de kogels. De grootte van het tolmoment hangt samen met de contacthoek. Naarmate de rotatiesnelheid toeneemt, nemen de ronddraaiende krachten die op de kogels inwerken toe en vindt er een glijdende werking plaats tussen de kogels en de loopbanen. Dit slippen resulteert in het falen van de smeerfilm, verhoogde hitte en mogelijk voortijdig falen. De balans tussen de voordelen van het verminderen van de spanning door de contacthoek moet worden afgewogen tegen de kans op falen van het smeermiddel als gevolg van het slippen van de bal.

Radiale speling specificeren:

Het is niet praktisch, of misschien zelfs mogelijk, om een groep lagers te produceren die allemaal exact dezelfde hoeveelheid radiale speling hebben. Dit komt omdat alle kenmerken van de lagercomponenten (loopbaan binnenring, loopring buitenring en kogels) die de radiale speling beïnvloeden, productietoleranties hebben die daarmee verband houden. Fabrikanten meten en sorteren de lagerringen en -kogels zodat ze tijdens het assemblageproces kunnen worden 'op elkaar afgestemd' om een specifiek bereik van radiale speling te bereiken voor een groep (of productiepartij) lagers.

Er zijn verschillende manieren om de radiale speling te specificeren. Specificaties voor de radiale speling zijn doorgaans afhankelijk van de fabrikant. De volledige beschrijving van de onderdeelnummers vindt u in een afzonderlijk technisch informatieblad (TIS). AUB specificeert de radiale speling als volgt:

Voor metrische kogellagers (miniatuur en instrument) met een boringdiameter kleiner dan 10 mm.

Opruimingssymbool		MC1 (Extra strak)	MC2 (Nauw)	MC3 (Normaal)	MC4 (Normaal +)	MC5 (Loszittend)	MC6 (Extra los)
Werkelijke klaring in uM	Min	0	3	5	8	13	20
Werkelijke klaring in uM	max	5	8	10	13	20	28
Werkelijke speling in inches	Min	0	0.0001	0.0002	0.0003	0.0005	0.0008
Werkelijke speling in inches	max	0.0002	0.0003	0.0004	0.0005	0.0008	0.0011

Voor kogellagers in inch-uitvoering (miniatuur en instrument) met een boringdiameter kleiner dan 10 mm.

AST-CODE	Werkelijke radiale speling Bereik in inches	Classificatie
K13 of P13	.0001 tot .0003	Strak
K25 of P25	.0002 tot .0005	Normaal
K58 of P58	.0005 tot .0008	Losse thee
K811 of P811	.0008 tot .0011	Extra los