Wofür werden Kugellager verwendet?

Manchmal sind die nützlichsten Geräte in Physik und Technik die einfachsten. Kugellager zeigen, wie vielseitig Metallringe sein können. Wie Sie an so vielen alltäglichen Gegenständen wie Fahrzeugen, Fahrrädern, Skateboards und anderen Maschinen sehen können, bei denen Metallteile bewegt werden, nutzt der Mensch seit Jahrhunderten die Kraft von Kugellagern.

Stellen Sie sich vor, Sie gleiten mit Schuhen über einen weichen Teppich. Dies kann aufgrund der Reibung zwischen dem Teppich und Ihren Schuhen schwierig sein, die aus allem bestehen können, einschließlich Leder, Kunststoff, Holz oder Gummi. Wenn du stattdessen Socken trägst, wäre es viel einfacher, da viel weniger Reibung zwischen dem weichen Teppich und den Materialien der Socken besteht. Kugellager funktionieren genauso.

Kugellager verringern die Reibung zwischen den auf sie ausgeübten Lasten. Sie tun dies, weil es sich um Metallkugeln oder -rollen handelt, die sich in einer inneren Schleife und einer äußeren Schleife (manchmal als Ringe bezeichnet) um eine glatte Metalloberfläche bewegen. Sie können die vielen Kugellageranwendungen durch ihre Physik kennenlernen. Kugellager tragen Belastungsarten in radialer Richtung, und diese Belastungen üben eine senkrechte Kraft zur Drehachse des Kugellagers aus.

Das Gleiten der Metallkugeln um die Schlaufen des Kugellagers erzeugt eine Reibung zwischen einem Objekt und seiner Oberfläche, die das Objekt verlangsamt. In einigen Fällen nähert sich das Objekt einem Stopp. Durch diesen Mechanismus können Kugellager in Riemenscheibensystemen oder Rotationssystemen verwendet werden, die kontrolliert werden müssen. Zum Beispiel nutzt die Radnabe eines Autos eine radiale Last aus dem Gewicht des Autos und dem Schub, wenn es um eine Kurve geht.

In allen Fällen von Kugellagern führt das Gleichgewicht zwischen Axial- und Radiallast dazu, dass Kugellager die Reibung zwischen den Kugeln im Innen- und Außenring reduzieren und die Last des Objekts aufnehmen. Kugellager nehmen die Last auf und übertragen sie vom Außenring auf den Innenring, damit sich die Kugeln in den Mittelpunkten jedes Rings leicht drehen können.

Jede Kugel ist mit den beiden Ringen verbunden, jedoch nur dort, wo es notwendig ist, um die Reibung zwischen den Komponenten des Kugellagers selbst zu reduzieren. Aus diesen Gründen werden Kugellager entwickelt, um die Reibung zu reduzieren und die Rotationsgeschwindigkeit zu verringern.

Die Arten von Kugellagern unterscheiden sich stark durch ihre beteiligten Mechanismen. Die am weitesten verbreitete Art ist die starre einreihige oder Radialkugellager. Durch diese Konstruktion laufen die Kugeln in Rillenlaufbahnen und können durch die Rillenkugellagerung sowohl radiale als auch axiale Belastungen aufnehmen. Abgedichtete Versionen von Kugellagern sind dauerhaft geschmiert, um den Wartungsaufwand zu reduzieren.

Zweireihige Kugellager Verwenden Sie zwei Kugelreihen. Die Konstruktion verleiht der Bewegung des Lagers selbst mehr Steifigkeit. Sie finden sich in Elektromotoren, Kreiselpumpen und elektromagnetischen Kupplungen. Einige Kugellager richten sich selbst so aus, dass die Welle einen Winkelversatz zum Gehäuse des Kugellagers ausgleichen kann.

Das Winkelkontakttyp des Kugellagers hat eine Seite des Außenrings abgeschnitten, damit sich mehr Kugeln einführen lassen. Diese Lager können dann hohe axiale Belastungen in eine Richtung aufnehmen und mehr Kugeln in den Lagern selbst verwenden. Das bedeutet, dass Ingenieure sie paarweise in beide Richtungen verwenden, um schwere Lasten zu tragen, in einer Anordnung, die sie macht makes zweireihige Schrägkugellager. Diese Arten von Kugellagern unterscheiden sich auch aufgrund ihres Materials.

Kugellager variieren im Material mit Stahl-, Keramik- oder Kunststoffkugellagern für unterschiedliche Anwendungen. Diese Arten von Kugellagern unterscheiden sich darin, wie schnell sie arbeiten können, welche Temperaturen sie erreichen können und andere Eigenschaften im Zusammenhang mit der Verwendung von Kugellagern. Wenn Sie die Vor- und Nachteile jedes Materialtyps verstehen, können Sie eine klügere Entscheidung treffen, wenn Sie Kugellager benötigen.

Stahlkugellager verwenden entweder Komponenten, die vollständig aus Stahl bestehen, oder Stahllegierungen mit Spuren anderer Elemente in der Zusammensetzung. Sie sind ideale Kandidaten für die Handhabung sehr schwerer Lasten und erreichen gleichzeitig hohe Rotationsgeschwindigkeiten beim Drehen.

Diese Kugellagertypen können Ihnen sehr genaue Messungen ermöglichen, da sie mit hoher Präzision hergestellt werden. Aufgrund ihrer Eigenschaften können Stahl-Kohlenstoff-Kugellager unter anderem in Schlössern, Fahrrädern, Rollschuhen, Trolleys und Fördermaschinen eingesetzt werden.

Das Stahlkugellagermaterial kann leider in Gegenwart von Wasser oder Gasen Korrosion verursachen, die die chemische Zusammensetzung des Stahls selbst verändern. Diese Arten von Kugellagern können auch sehr schwer und laut sein, wenn sie in der Fertigung und in anderen Umgebungen verwendet werden.

Stahlkugellager können sehr teuer sein, und Ingenieure müssen auch Stahlmetalle ständig schmieren, damit sie effizient arbeiten. Wenn sie nicht richtig gewartet werden, können sie Lagerschäden verursachen und erreichen nicht das Ende ihrer vorgesehenen Lebensdauer.

Hersteller produzieren und verkaufen Stahlkugellager in verschiedenen Ausführungen. Sie können Stahlkugeln mit höherem Kohlenstoffgehalt kaufen, die Wärmebehandlungen ausgesetzt sind oder auf andere Weise gehärtet wurden. Schwankungen im Kohlenstoffgehalt zwischen Stahlkugellagern beeinflussen ihre Eigenschaften. Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt finden sich in Anwendungen, die korrosionsbeständig sein müssen, aber nicht unbedingt eine gehärtete Oberfläche haben.

Während für die Linearwellen eines Kugellagers kohlenstoffarmes Stahlmaterial verwendet werden kann, eignen sie sich nicht für den Kontakt zwischen den Kugeln selbst. Sie werden im Allgemeinen mit einem Polymer verwendet, um in diesen Fällen Schäden zu vermeiden. Stahlkugellager mit moderatem Kohlenstoffanteil sind stark, wasserbeständig und zäh, und diese Eigenschaften machen sie für Zahnräder, Achsen, Bolzen und andere Maschinenkomponenten geeignet. Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt sind die stärksten und härtesten und gleichzeitig korrosionsbeständig.

Keramikkugellager werden typischerweise als "Hybride" hergestellt, die den Außenring, den Innenring und den Käfig aus Stahl mit den Kugeln selbst aus Keramik verwenden. Die keramischen Eigenschaften lassen sie mit schnellen Umdrehungen pro Minute arbeiten, während ihre Betriebstemperatur kühl bleibt und die Geräuschentwicklung begrenzt wird.

Diese Hybridkeramik-Stahl-Konstruktionen werden durch Korrosion beschädigt, aber die Keramikkugeln selbst sind weniger themselves korrosionsanfälliger als Stahlwerkstoffe und langlebiger und leichter als Stahlkugeln Lager.

Diese Arten von Kugellagern können in elektrischen Anwendungen verwendet werden, bei denen Stahlkugellager dies nicht können, da Keramikkugellager nicht leitend sind, aber sie sind auch sehr teuer. Keramikkugellager halten hohen Temperaturen stand und lassen sie mit höheren Drehzahlen arbeiten. Die Preise für einige dieser Kugellager mögen im Allgemeinen teuer sein, aber Sie können auch günstige Versionen davon finden.

Das keramische Material dieser Kugellager verleiht ihnen Gewichte von weniger als 40% als die von Stahlkugellagern. Ingenieure stellen sie normalerweise unter Verwendung von keramischem Siliziumnitrid her, um diese chemischen und physikalischen Eigenschaften zu bewirken. Sie werden in Schräglagern, Axiallagern, Stehlagern, Nadellagern und Rollenlagern verwendet. Keramische Materialien sind zwar stärker als Stahl, aber im Allgemeinen steifer als Kugellagermaterial.

Beim Polieren von Keramikstahlkugeln wird ein Magnetfeld mit einem Plasmastrom verwendet. Diese Herstellungsweise ermöglicht höhere Drehraten als Kugellager aus Stahl. Sie sind elektrisch isolierend, d.h. sie leiten keinen Strom, sodass sie auch bei Strom nicht ausfallen wird durch sie hindurchgeführt, und sie können ohne Schmierung funktionieren, wie es bei Stahlkugellagern erforderlich ist Sein.

Jüngste Innovationen haben Kunststoffkugellager hervorgebracht, die Kunststoffringe und einen Kunststoffkäfig verwenden und in Form von Kugeln aus Kunststoff, Glas oder Edelstahl erhältlich sind. Das gängigste Kugelmaterial bei dieser Art von Kugellager ist die Edelstahlkugel. Sie sind die günstigste Option, aber sie sind auch schwerer als Plastik- oder Glasarten. Sie können auch leicht magnetisch werden, was die Bewegung und Physik von Materialien in der Nähe stören kann.

Kunststoffkugellager mit Glaskugeln sind eine gute Wahl, wenn Sie kein Metall verwenden können. Sie haben eine hohe chemische Beständigkeit und ein geringeres Gewicht als Stahlkugeln. Kunststoffkugeln für die Kunststoffkugellager wiegen noch weniger und bieten Verschleißfestigkeit, da sie im Laufe der Zeit verwendet werden. Die meisten Kunststoffkugellager sind selbstschmierend, leicht und korrosionsbeständig bei leisem Betrieb.

Leider halten diese Kugellager hohen Temperaturen nicht so gut stand wie andere Kugellager und können manchmal nicht so hohe Belastungen wie sie bewältigen.