Følg meg på:
Kulelager vs rullelager, hvilken?
Lagre er kritiske komponenter i nesten alle maskiner, og hjelper dem å kjøre jevnt ved å redusere friksjonen mellom bevegelige deler. Det er mange typer lagre (legenden sier at det er 470,000 XNUMX typer), hver designet for å håndtere forskjellige belastningsforhold. Denne artikkelen fokuserer på de to hovedtypene: kulelager og rullelager. Basert på mange års erfaring med produksjon av lagre, forklarer Aubearing deres forskjellige design og sammenligner dem, og gir konstruktive råd om hvordan du kan velge mellom dem.
Begge kulelager og rullelager brukes i en rekke maskiner med roterende deler. Egenskapene deres bidrar ofte betydelig til teknologisk og økonomisk fremgang innen forskjellige ingeniørområder. Standardiseringen av lagre gjør det mulig å velge design direkte fra lagertabellen i produsentens lagerkatalog. Lager produserende selskaper som SKF, NTN, Timken, FAG, Schaeffler, Aubearing, etc. er naturlige kilder til seleksjonsinformasjon. Mesteparten av tiden kan en designer velge lagerbærende produkter for sitt design direkte fra katalogen. Å velge et populært og mye brukt design bidrar til å oppnå optimal brukervennlighet og gir den mest økonomiske løsningen.
Industrielle kulelagre brukes i en rekke maskiner og produksjonsutstyr for å oppnå jevn, effektiv rotasjonsbevegelse. Selve lageret består av en ytre ring, en indre ring, et sett med stålkuler, og et bur som holder kulene jevnt fordelt. Både de ytre og indre ringene er vanligvis laget av ekstremt slitesterke materialer, som stål eller keramikk, og er designet for å tåle høye hastigheter og tunge belastninger. Stålkuler inne i lageret gir lavfriksjonskontaktpunkter mellom de indre og ytre ringene, noe som tillater bevegelse med minimal motstand og reduserer energi tapt til friksjon. Lagerets holder tjener til å opprettholde riktig plassering av kulene, hindre dem i å komme i kontakt med hverandre og sikre jevn fordeling av lasten. Rullende bevegelse er utsatt for aksiale og radielle belastninger. Kulelager brukes ofte i høyhastighetsapplikasjoner som elektriske motorer og girkasser. Se vår oversiktsartikkel for kulelager for informasjon.
Kulelagertype
Det er to grunnleggende typer kulelager, enkeltrad eller dobbelrad. De mest populære er enrads dypsporkulelager, som består av en rad med kuler som beveger seg i en enkelt sporbane. Dobbeltrad kulelager består av to rader med kuler i to sett med rillede løpebaner. Både enkeltrads og dobbeltrads kulelager er sammensatt av indre ringer, ytre ringer, kuler og bur. Begge typer lagre kan håndtere høye radielle og aksiale belastninger. Dype sporkulelager er tilgjengelige i både lav- og høyhastighetsapplikasjoner, avhengig av toleranseklasse, smøring, innvendig klaring og valgt type tetning eller beskyttelse. Følgende liste skisserer de ulike typene kulelager, hver med unike egenskaper og spesifikke bruksområder. Disse lagrene er kritiske i en rekke bruksområder, inkludert presisjonsinstrumenter, mikromotorer, girkasser og hjulnav.
Deep Groove Kullager: Dype sporkulelager er den vanligste typen. De tåler radielle og aksiale belastninger.
Vinkelkontaktkullager: Vinkelkontaktkulelager har over gjennomsnittlig indre aksialklaring. De tåler aksialbelastninger i én retning og moderate radielle belastninger.
Selvjusterende kulelager: Selvjusterende kulelager kan justeres for justeringsfeil. De tåler radielle belastninger, men tåler minimale aksiale belastninger.
Skyv kulelagre: Trykkkulelager er konstruert for høye aksiale belastninger og ubetydelige radielle belastninger.
Miniatyrkulelager: Miniatyrkulelager er egnet for presisjonsinstrumentapplikasjoner der plassen er begrenset, for eksempel mikromotorer.
Dobbeltrad kulelager: Dobbeltrad kulelager har to rader med kuler og tåler høyere belastning.
Fordeler med kulelager
Lav friksjonskoeffisient: Hovedfordelen med å ha en stor kontaktflate er at kulelageret opplever mye mindre friksjon på grunn av bevegelsen til de indre og ytre løpebanene. Dette betyr at rotasjonen av delen går veldig greit. På samme måte trenger vi bare å se på en fidget spinner for å forstå hvor godt kulelager håndterer rotasjonsbevegelse. Derfor er kulelager den foretrukne løsningen i applikasjoner hvor hastighet og enkel betjening er en prioritet.
Tåler radial- og skyvebelastninger: En annen unik egenskap med kulelager er at de kan rotere på flere akser. Dette betyr at de reagerer ikke bare på radielle belastninger, men også på skyvebelastninger. Hvordan et kulelager roterer avhenger av vinkelen på trykkbelastningen. Allsidigheten til kulelagre gjør dem til et utmerket valg for utstyr som ikke er vant til strenge standarder, for eksempel leker eller andre gjenstander rundt i huset.
Kompakt design: De krever mindre plass og kan brukes i mindre virksomheter.
Allsidighet: Egnet for radielle og aksiale (skyve) belastninger.
Lite vedlikehold: De har lang levetid i applikasjoner med lav aksial belastning og krever mindre vedlikehold.
Ulemper med kulelager
Manglende evne til å støtte tung vekt: Selv om kulelager har et mindre kontaktområde med lasten, noe som betyr at de opplever mye mindre stress, betyr dette også at lasten blir konsentrert. I ekstreme tilfeller kan dette føre til at kulelagrene deformeres, en forløper til fullstendig feil. Derfor brukes kulelager vanligvis bare i applikasjoner med mindre belastninger. For industrielt utstyr foretrekkes rullelager. En type kulelager, kalt et fullkomplement kulelager, fyller rommet mellom den indre og ytre løpebanen med så mange kuler som mulig. Denne typen lager kan håndtere høyere belastninger ved å fordele belastningen over kuler. Fullkomplementkulelager er imidlertid også utsatt for slitasje på grunn av hyppig kontakt mellom tilstøtende kuler.
Holdbarhet : Kan deformeres under overdreven belastning, noe som resulterer i forkortet lagerlevetid.
Følsomhet: utsatt for feiljustering og sjokkbelastninger.
Rullelagre har sylindriske eller koniske rulleelementer. Denne lagertypen er designet for å bære tunge radielle belastninger på grunn av det større kontaktområdet mellom ruller og løpebaner.
Type rullelager
Følgende liste skisserer de forskjellige rullelagertypene med forskjellige egenskaper og spesifikke bruksområder. Disse lagrene spiller en viktig rolle i ulike scenarier som kjøretøyhjul, tungt maskineri og applikasjoner som krever høy bæreevne. Les vår oversiktsartikkel for rullelager for å lære.
Cylindriske rullelejer: Sylindriske rullelagre har sylindriske ruller som er jevnt dimensjonert langs lengden. Disse lagrene er egnet for å bære tunge radielle belastninger og kan operere ved høye hastigheter. Sylindriske rullelagre føres mellom flenser på den indre eller ytre ringen. Selv når de frie ringene er fjernet, holdes de sammen med føringsringene av buret. I den vanligste typen sylindriske rullelager har friringen ingen flens, slik at innen visse grenser kan lagerringene forskyves aksialt i forhold til hverandre. Hvis lageret roterer, vil denne forskyvningen skje uten motstand, forutsatt at forskyvningshastigheten er relativt langsom (f.eks. forskyvning på grunn av termisk ekspansjon av akselen). Den lave friksjonen til sylindriske rullelagre gjør dem egnet for relativt høye hastigheter, og de brukes ofte i forbindelse med høyhastighets vinkelkontaktkulelager i høyhastighets maskinspindler.
Tapered rullelager: Koniske rullelagre har koniske ruller og løpebaner, noe som gjør dem ideelle for kjøretøynav og andre høybelastningsapplikasjoner. Koniske rullelagre er de mest brukte rullelagrene. De tåler store aksiale og radielle krefter. Koniske rullelager består av en ytre ring og en indre ring, mens kulelagre består av en ytre ring og en indre ring. Koniske ruller kan settes sammen til patroner, men i sin enkleste form er de to separate komponenter, mens kulelagre kan separeres, som vanligvis er en selvstendig enhet.
Koniske rullelagre bruker rette koniske ruller hvis endeflater er i kontakt med føringsflensen på den indre ringen. Rullekonen og den indre ringrullebanen har et felles toppunkt på lageraksen. Den ytre ringen er utformet med en lett buet rullebanegeneratrise for å forhindre kantbelastning av rullene. Selv om nærheten mellom rullene og den ytre ringen er redusert, er belastningen til den ytre ringen mindre enn den indre ringen. Føringsflensen til den indre ringen har en sfærisk overflate som kuleendene på rullene presser mot. Som med sfæriske lagre, styrer trykket på flensen rullene effektivt. Noen produsenter som Timken, FAG, NTN og SKF gjør valsens endeflater flate og flensføringsflatene koniske. Rullendene kommer så i kontakt med rulleflensen på bare to punkter.
Fordi koniske rullelagre kan separeres, er de vanligvis montert overfor hverandre slik at det ene lagret kan justeres til det andre. Etter justering vil det alltid være igjen et visst veldig lite gap i lageret. Temperaturendringer i akselen påvirker denne justeringen og dermed lagerklaringen. Derfor brukes enrads koniske rullelager vanligvis bare når avstanden er kort. Koniske rullelagre har høy radiell bæreevne samt aksial bæreevne i én retning. Skyveevnen avhenger av vinkelen på rullene. Som et mål på denne vinkelen (kontaktvinkel) er den typisk 12 til 16 grader. Noen kraftige koniske rullelagre har kontaktvinkler på 28-30 grader.
I mange applikasjoner brukes koniske rullelagre i rygg-mot-rygg-par for å støtte aksiale krefter likt i begge retninger. Koniske rullelagre er mye brukt i hjullager for biler for å bære radielle og aksiale belastninger. Koniske rullelagre brukes ofte i tunge applikasjoner. Mange forskjellige bransjer inkludert landbruks-, anleggs- og gruveutstyr, akselsystemer, girkasser, motormotorer og girredusere, drivaksler, jernbaneakselbokser, differensialer, vindturbiner og alle typer tilhengere.
Sfæriske rullelager: Sfæriske rullelagre har en automatisk selvjusterende funksjon og tåler store radielle belastninger og aksiale belastninger. De er ideelle for bruksområder som involverer feiljustering eller akselavbøyning.
Nålrullelager: Nålrullelagre har tynne, lange ruller og er egnet for bruksområder der radiell plass er begrenset, men det kreves bæreevne.
Trykkrullelagre: Trykkrullelagre tåler store aksiale belastninger og brukes ofte i tunge maskiner som borerigger og ekstrudere.
Fordeler med rullelager
Bær store belastninger: Den store kontaktflaten som leveres av rullelagre gjør at de tåler større belastninger uten deformasjon eller svikt. Dette gjør rullelagre til et utmerket valg for industrielt utstyr designet for å bære tunge belastninger eller andre applikasjoner der det er lite rom for feil.
Variant design: I motsetning til kulelager kan geometrien til valsene variere for ulike typer operasjoner. Standard sylindriske valser er designet for rent radielle belastninger, og gir større belastningskapasitet på bekostning av evnen til å håndtere eventuelle skyvebelastninger.
Nålrullelagre er en liten variasjon av sylindriske ruller med mye mindre diameter. Den brukes i applikasjoner der det radielle rommet er lite. Nålruller gir også en stor mengde kontaktflate, men genererer mye friksjon og vibrasjoner fordi de roterer så fort. Derfor kan den kun brukes i utstyr som opererer med lave hastigheter og tåler store mengder vibrasjoner.
Koniske rullelagre er koniske i den ene enden i stedet for å være en rett sylinder hele veien. Dette gjør at rullelagrene tåler begrensede trykkbelastninger. Forholdet mellom radiell belastning og skyvebelastning som en konisk rulle kan bære, bestemmes av vinkelen på rullen. Opptil 30 grader er akseptabelt, men de fleste koniske ruller har vinkler mellom 10 og 16 grader.
Holdbarhet : Robust og slitesterk, tåler tyngre belastninger uten deformasjon.
Mindre følsom: motstandsdyktig mot støtbelastninger og feiljustering enn kulelager.
Ulemper med rullelager
Begrenset evne til å håndtere skyvebelastninger: Selv om det er en mulighet for å bruke koniske versjoner, er det faktum at rullelagre ikke først og fremst er designet for skyvebelastninger. Derfor er bevegelsen tillatt av rullelagre begrenset. Dette reduserer allsidigheten til rullelagre, noe som forklarer hvorfor de er mindre synlige i hjemmemiljøer.
utsatt for feilstilling: Lagre av alle typer, enten kule eller ruller, har et lite spill mellom lagerelementene og løpebanene. Denne interne klaringen gjør at lagerelementene kan bevege seg jevnt langs løpebanen. Dette gjør det imidlertid også mulig for lagerelementene å avvike fra sin opprinnelige posisjon. Kulelager er tolerante for vinkelfeil. Dette gjelder spesielt for rullelager. Mens kulelagre kan håndtere feiljustering opptil 0.004 tommer, kan sylindriske rullelagre allerede ha problemer med å rotere når feiljusteringen overstiger 0.001 tommer. Dette betyr at rullelagre må utformes med større presisjon, noe som gjør dem vanskelige og dyre å produsere.
Størrelse: Vanligvis større og krever mekanisk plass.
Vedlikehold : hyppig vedlikehold kan være nødvendig, spesielt i høyhastighetsapplikasjoner på grunn av økt friksjon.
Forskjellen mellom kulelager vs rullelager
Både kulelagre og rullelagre er designet for å redusere rotasjonsfriksjonen mens de støtter radielle og aksiale belastninger. Den grunnleggende forskjellen mellom rullelager og kulelager ligger i deres grunnleggende design. Hovedforskjellen mellom rullelager og kulelager er at rulleelementet er en rulle eller en kule. Når man sammenligner kulelager og rullelager er det flere faktorer som spiller inn.
På grunn av deres lavere friksjonskoeffisient, er kulelager generelt egnet for applikasjoner som krever høyhastighetsdrift.
Rullelagre har et stort kontaktareal og er ideelle for applikasjoner med tung radiell belastning.
På grunn av det mindre kontaktområdet er belastningskapasiteten til kulelagre lavere enn for rullelagre.
Kulelagre deformeres mindre under belastning, noe som gjør dem egnet for presisjonsapplikasjoner.
Kriterier for utvelgelse
Å velge riktig lager for en spesifikk applikasjon er avgjørende for optimal ytelse og levetid. Utvelgelseskriteriene er hovedsakelig basert på følgende to kriterier:
Lasttype og kapasitet: Lagre må tåle spesifikke belastninger, enten radielle, aksiale eller en kombinasjon av belastninger. Rullelagre brukes vanligvis for tunge radielle belastninger, mens kulelagre brukes til lettere belastninger.
Hastighetskrav: Kjørehastigheten til applikasjonen spiller en viktig rolle. Kulelagre er førstevalget for høyhastighetsapplikasjoner på grunn av deres lave friksjonsmotstand. Kulelagre er generelt bedre egnet for applikasjoner som kan kreve høyhastighetsrotasjon. De har en lavere friksjonskoeffisient under oppstart og drift, noe som betyr at de kan nå høyere hastigheter med mindre motstand.
Rullelagre er derimot bedre egnet for applikasjoner som krever høyere lastekapasitet. Dette er fordi linjekontakt (i motsetning til punktkontakt i kulelager) gjør at belastningen på lageret kan fordeles bredt. Når det gjelder effektivitet, har kulelager en tendens til å ha en liten fordel med å minimere friksjon ved høye hastigheter. Men på grunn av deres design kan rullelagre håndtere større belastninger effektivt.
Konklusjon
Lagre har blitt brukt i flere tiår og er utvilsomt en av de viktigste ingeniørkomponentene i industrielle, kommersielle og hjemlige miljøer. De gir jevn og konsekvent rotasjonsbevegelse og forhindrer slitasje forårsaket av friksjon. Kulelagre og ulike typer rullelager er alt som noen trenger for å gi en flyttbar forbindelse mellom komponenter som må rotere langs en hvilken som helst akse.