Mihin kuulalaakereita käytetään?

Joskus fysiikan ja tekniikan hyödyllisimmät laitteet ovat yksinkertaisimmat. Kuulalaakerit osoittavat, kuinka metallirenkaat voivat olla erittäin monipuolisia. Kuten näette niin monissa tavallisissa esineissä, kuten ajoneuvoissa, polkupyörissä, rullalaudoissa ja muissa koneissa, joihin liittyy liikkuvia metalliosia, ihmiset ovat käyttäneet kuulalaakereiden voimaa vuosisatojen ajan.

Kuvittele liukuvan pehmeän maton yli kenkiä käyttäessäsi. Se voi olla vaikeaa maton ja kenkiesi välisen kitkan takia, joka voi olla valmistettu mistä tahansa, mukaan lukien nahka, muovi, puu tai kumi. Jos käytät sen sijaan sukkia, se olisi paljon helpompaa, koska pehmeän maton ja sukkien materiaalien välillä on paljon vähemmän kitkaa. Kuulalaakerit toimivat samalla tavalla.

Kuulalaakerit vähentävät niihin kohdistuvien kuormien kitkaa. He tekevät tämän, koska ne ovat metallipalloja tai rullia, jotka liikkuvat sileän metallipinnan ympäri sisä- ja ulkosilmukassa (joskus kutsutaan renkaiksi). Voit oppia monista kuulalaakerisovelluksista heidän fysiikansa kautta. Kuulalaakerit kantavat kuormityyppejä säteen suunnassa, ja nämä kuormitukset kohdistavat kohtisuoran voiman kuulalaakerin pyörimisakseliin.

Metallipallojen liukuminen kuulalaakerin silmukoiden ympärille luo kitkaa kohteen ja sen hidastavan pinnan välillä. Joissakin tapauksissa esine lähestyy pysähdystä. Tämän mekanismin avulla kuulalaakereita voidaan käyttää taljajärjestelmissä tai pyörimisjärjestelmissä, joita on hallittava. Esimerkiksi auton napapyörä käyttää radiaalista kuormitusta auton painosta ja työntövoimaa käännöksen kiertämisestä.

Kaikissa kuulalaakereissa työntövoiman ja säteittäisen kuormituksen välinen tasapaino saa kuulalaakerit vähentämään sisä- ja ulkorenkaassa olevien pallojen kitkaa ja käsittelevät kohteen kuormaa. Kuulalaakerit ottavat kuorman ja siirtävät sen ulommasta renkaasta sisärenkaaseen, jotta jokaisen renkaan keskellä olevat pallot pyörivät helposti.

Kukin pallo on kytketty kahteen renkaaseen, mutta vain silloin, kun se on välttämätöntä itse kuulalaakerin komponenttien välisen kitkan vähentämiseksi. Näistä syistä kuulalaakerit on luotu vähentämään kitkaa ja helpottamaan pyörimisnopeutta.

Kuulalaakerityypit eroavat suuresti mekanismistaan. Yleisimmin käytetty tyyppi on jäykkä yksirivinen tai säteittäinen kuulalaakeri. Tämän rakenteen ansiosta pallot kulkevat syvillä uritetuilla raidoilla, ja syvien urien kuulalaakerijärjestely antaa niiden kantaa sekä säteittäisiä että aksiaalisia kuormia. Kuulalaakereiden sinetöidyt versiot voidellaan pysyvästi niiden huollon vähentämiseksi.

Kaksiriviset kuulalaakerit käytä kahta palloriviä. Rakenne antaa enemmän jäykkyyttä itse laakerin liikkeelle. Niitä löytyy sähkömoottoreista, keskipakopumpuista ja sähkömagneettisista kytkimistä. Jotkut kuulalaakerit kohdistuvat toisiinsa siten, että akseli antaa mahdollisen vääristymän kulmassa kuulalaakerin koteloon nähden.

kulmakontaktityyppi kuulalaakerin ulkorenkaan toinen puoli on leikattu, jotta useammat pallot voivat työntyä sisään. Nämä laakerit voivat sitten pitää suuria määriä aksiaalisia kuormia yhteen suuntaan sekä käyttää enemmän palloja itse laakereissa. Tämä tarkoittaa sitä, että insinöörit käyttävät niitä pareittain molempiin suuntiin raskaiden kuormien kuljettamiseksi, sellaisessa asennuksessa, joka tekee niistä kulmakoskettimet kaksiriviset kuulalaakerit. Tämäntyyppiset kuulalaakerit vaihtelevat myös niiden materiaalin mukaan.

Kuulalaakereiden materiaali vaihtelee teräksisten, keraamisten tai muovisten kuulalaakereiden kanssa. Tämäntyyppiset kuulalaakerit eroavat toisistaan ​​siinä, kuinka nopeasti ne voivat toimia, mitkä lämpötilat ne voivat saavuttaa, ja muista kuulalaakereiden käyttöön liittyvistä ominaisuuksista. Kunkin materiaalityypin positiivisten ja negatiivisten asioiden ymmärtäminen antaa sinun tehdä viisaampi päätös, jos tarvitset kuulalaakereita.

Teräskuulalaakereissa käytetään joko kokonaan teräksestä valmistettuja komponentteja tai terässeoksia, joissa on jälkiä muista koostumuksen elementeistä. Ne ovat ihanteellisia ehdokkaita erittäin painavien kuormien käsittelyyn ja saavuttavat suuret pyörimisnopeudet pyörittäessä.

Tämäntyyppiset kuulalaakerit voivat antaa sinulle erittäin tarkat mittaukset, koska niitä valmistetaan erittäin tarkasti. Niiden ominaisuuksiensa ansiosta hiiliteräksisillä kuulalaakereilla on käyttöä muun muassa lukkoissa, polkupyörissä, rullaluistimissa, vaunuissa ja kuljettimissa.

Teräskuulalaakerimateriaali voi valitettavasti aiheuttaa korroosiota veden tai kaasujen läsnä ollessa, mikä muuttaa teräksen kemiallista koostumusta. Tämäntyyppiset kuulalaakerit voivat olla myös erittäin raskaita ja meluisia, kun niitä käytetään valmistuksessa ja muissa ympäristöissä.

Teräskuulalaakerit voivat olla erittäin kalliita, ja insinöörien on myös voiteltava teräsmetalleja, jotta ne toimisivat tehokkaasti. Jos niitä ei huolleta kunnolla, ne voivat aiheuttaa laakerin rikkoutumisen eivätkä saavuta aiotun käyttöiän loppua.

Valmistajat luovat ja myyvät eri tyylejä teräskuulalaakereita. Voit ostaa teräspalloja, joissa on suurempia määriä hiiltä ja jotka altistetaan lämpökäsittelyille tai jotka on kovetettu muilla menetelmillä. Teräskuulalaakereiden hiilipitoisuuden vaihtelut vaikuttavat niiden ominaisuuksiin. Vähähiilisiä teräksiä löytyy sovelluksista, joiden on oltava korroosionkestäviä, mutta joilla ei välttämättä ole kovettunutta pintaa.

Vaikka vähähiilistä teräsmateriaalia voidaan käyttää kuulalaakerin lineaarisessa akseloinnissa, ne eivät ole hyviä pallojen itsensä välisessä kosketuksessa. Niitä käytetään yleensä polymeerin kanssa vahinkojen estämiseksi näissä tapauksissa. Kohtuullisella hiilimäärällä varustetut teräskuulalaakerit ovat vahvoja, vedenkestäviä ja sitkeitä, ja nämä ominaisuudet tekevät niistä sopivat hammaspyörille, akseleille, nastoille ja muille koneen komponenteille. Hiilihiiliteräkset ovat vahvimpia ja kovimpia korroosiota vastustamatta.

Keraamiset kuulalaakerit luodaan tyypillisesti "hybridinä", jotka käyttävät teräksestä rakennettua ulkokehää, sisärengasta ja kehikkoa pallojen itsensä ollessa keraamisia. Keraamiset ominaisuudet antavat niiden toimia nopeasti pyörimällä minuutissa pitäen samalla käyttölämpötilan viileänä ja rajoittamalla niiden aiheuttamaa melua.

Nämä hybridi-keraamiset teräsmallit ovat vahingoittuneet korroosiolta, mutta itse keraamiset pallot ovat vähemmän ovat alttiita korroosiolle kuin teräsmateriaalit, ja ovat kestävämpiä ja kevyempiä kuin teräspallot laakerit.

Tämän tyyppisiä kuulalaakereita voidaan käyttää sähköisissä sovelluksissa, joissa teräskuulalaakerit eivät voi, koska keraamiset kuulalaakerit eivät ole johtavia, mutta ne ovat myös erittäin kalliita. Keraamiset kuulalaakerit kestävät korkeita lämpötiloja ja antavat niiden toimia suuremmilla nopeuksilla. Joidenkin kuulalaakereiden hinnat voivat olla yleensä kalliita, mutta myös niistä voi löytää halpoja versioita.

Näiden kuulalaakereiden keraamisen materiaalin painot ovat alle 40% kuin teräskuulalaakereiden. Insinöörit valmistavat niitä tyypillisesti keraamisella piitritridillä näiden kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Niitä käytetään kulmalaakereissa, työntölaakereissa, tyynypalalaakereissa, neulalaakereissa ja rullalaakereissa. Keraamiset materiaalit voivat olla vahvempia kuin teräs, mutta ne ovat yleensä jäykempiä kuin kuulalaakerimateriaali.

Keraamisten teräspallojen kiillotuksessa käytetään magneettikenttää ja plasmavirtaa. Tämä tuotantomenetelmä antaa heille suuremmat pyörimisnopeudet kuin teräskuulalaakerit. Ne ovat sähköä eristäviä, mikä tarkoittaa, että ne eivät johda sähköä, joten ne eivät onnistu, jos virta on kulkee niiden läpi, ja ne voivat toimia ilman voitelua kuten teräksiset kuulalaakerit olla.

Viimeaikaiset innovaatiot ovat tuottaneet muovisia kuulalaakereita, joissa käytetään muovisia renkaita ja muovihäkkiä. Niitä voi ostaa muovista, lasista tai ruostumattomasta teräksestä valmistettujen pallojen muodossa. Yleisin kuulamateriaali tämän tyyppisessä kuulalaakerissa on ruostumaton teräspallo. Ne ovat edullisin vaihtoehto, mutta ne ovat myös painavampia kuin muovi- tai lasityypit. Ne voivat myös muuttua helposti magneettisiksi, mikä voi häiritä läheisten materiaalien liikettä ja fysiikkaa.

Muoviset lasikuulalaakerit ovat erinomaisia ​​valintoja, kun et voi käyttää metallia. Niillä on korkea kemiallinen kestävyys ja niiden paino on pienempi kuin teräspallojen. Muovikuulalaakereiden muovipallot painavat vielä vähemmän ja tarjoavat kulutuskestävyyden, kun niitä käytetään ajan myötä. Useimmat muoviset kuulalaakerit ovat itsevoitelevia, kevyitä ja korroosionkestäviä, kun ne toimivat hiljaa.

Tämäntyyppiset kuulalaakerit eivät valitettavasti kestä korkeita lämpötiloja yhtä hyvin kuin muut kuulalaakerit eivätkä pysty käsittelemään niin suuria kuormituksia kuin joskus.