Čemu služe kuglični ležajevi?

Ponekad su najkorisniji uređaji u fizici i inženjerstvu najjednostavniji. Kuglični ležajevi pokazuju kako metalni prstenovi mogu biti izuzetno svestrani. Kao što možete vidjeti u toliko uobičajenih predmeta kao što su vozila, bicikli, skateboardi i drugi strojevi koji uključuju pomične metalne dijelove, ljudi su stoljećima koristili snagu kugličnih ležajeva.

Zamislite kako klizite po mekom tepihu dok nosite cipele. To može biti teško zbog trenja između tepiha i vaših cipela, koje mogu biti izrađene od bilo čega, uključujući kožu, plastiku, drvo ili gumu. Ako biste umjesto toga nosili čarape, bilo bi puno lakše zbog mnogo manjeg trenja između mekanog tepiha i materijala čarapa. Kuglični ležajevi rade na isti način.

Kuglični ležajevi smanjuju količinu trenja između opterećenja. To čine jer su metalne kuglice ili valjci koji se kreću oko glatke metalne površine u unutarnjoj i vanjskoj petlji (ponekad se nazivaju i prstenovi). O mnogim primjenama kugličnih ležajeva možete naučiti kroz njihovu fiziku. Kuglični ležajevi nose vrste tereta u radijalnom smjeru i ta opterećenja primjenjuju okomitu silu na os rotacije kugličnog ležaja.

Klizanje metalnih kuglica oko petlji kugličnog ležaja stvara trenje između predmeta i njegove površine koje usporava objekt. U nekim slučajevima objekt se približava zaustavljanju. Ovaj mehanizam omogućuje kugličnim ležajevima primjenu u sustavima remenica ili rotacijskim sustavima koje treba kontrolirati. Na primjer, kotač glavčine automobila koristi radijalno opterećenje zbog težine automobila i potiska pri zavoju.

U svim slučajevima kugličnih ležajeva, ravnoteža između potiska i radijalnog opterećenja uzrokuje da kuglični ležajevi smanjuju trenje između kuglica u unutarnjem i vanjskom prstenu i podnose opterećenje predmeta. Kuglični ležajevi preuzimaju teret i prenose ga iz vanjskog prstena u unutarnji prsten kako bi se kuglice u središtima svakog prstena s lakoćom rotirale.

Svaka kugla povezana je s dva prstena, ali samo tamo gdje je potrebno kako bi se smanjilo trenje između dijelova samog kugličnog ležaja. Iz tih razloga kuglični ležajevi stvoreni su kako bi smanjili trenje i olakšali brzinu rotacije.

Vrste kugličnih ležajeva uvelike se razlikuju po uključenom mehanizmu. Najrasprostranjenija vrsta je kruti jednoredni, ili radijalni kuglični ležaj. Ovaj dizajn uzrokuje da kuglice trče u dubokim žljebljenim stazama, a raspored kugličnih ležajeva s dubokim žlijebom omogućuje im podnošenje radijalnih i aksijalnih opterećenja. Zapečaćene verzije kugličnih ležajeva trajno su podmazane kako bi se smanjilo njihovo održavanje.

Dvoredni kuglični ležajevi koristite dva reda kuglica. Dizajn daje veću krutost kretanju samog ležaja. Nalaze se u električnim motorima, centrifugalnim pumpama i elektromagnetskim spojkama. Neki se kuglični ležajevi poravnaju na način koji omogućuje da osovina računa o bilo kakvim neskladima pod kutom u odnosu na kućište kugličnog ležaja.

The kutno-kontaktni tip kugličnog ležaja odsječena je jedna strana vanjskog prstena kako bi se omogućilo da se više kuglica ubaci. Ti ležajevi tada mogu držati velike količine aksijalnih opterećenja u jednom smjeru, kao i koristiti više kuglica u samim ležajevima. To znači da ih inženjeri koriste u parovima u oba smjera za nošenje teških tereta, u postavci koja ih čini dvoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom. Ove se vrste kugličnih ležajeva razlikuju ovisno o materijalu.

Kuglični ležajevi razlikuju se u materijalu od čeličnih, keramičkih ili plastičnih kugličnih ležajeva za različite namjene. Ove se vrste kugličnih ležajeva razlikuju po tome koliko brzo mogu raditi, koje temperature mogu postići i drugim svojstvima povezanim s upotrebom kugličnih ležajeva. Razumijevanje pozitivnih i negativnih strana svake vrste materijala omogućit će vam mudriju odluku ako vam trebaju kuglični ležajevi.

Čelični kuglični ležajevi koriste ili dijelove koji su u cijelosti izrađeni od čelika ili čeličnih legura s tragovima drugih elemenata u sastavu. Idealni su kandidati za rukovanje teškim teretima dok postižu velike brzine rotacije kad se okreću.

Ove vrste kugličnih ležajeva mogu vam dati vrlo precizna mjerenja jer su proizvedene na visokoj razini preciznosti. Njihova svojstva omogućuju čeličnim ugljičnim kugličnim ležajevima upotrebu, između ostalog, u bravama, biciklima, koturaljkama, kolicima i transportnim strojevima.

Čelični materijal s kugličnim ležajevima može, nažalost, prouzročiti koroziju u prisutnosti vode ili plinova koji mijenjaju kemijski sastav samog čelika. Ove vrste kugličnih ležajeva mogu biti vrlo teške i bučne kada se koriste u proizvodnji i drugim okruženjima.

Čelični kuglični ležajevi mogu biti vrlo skupi, a inženjeri također trebaju stalno podmazivati ​​čelične metale kako bi ostali učinkoviti. Ako se ne održavaju pravilno, mogu uzrokovati kvar na ležajevima i neće doći do kraja predviđenog vijeka trajanja.

Proizvođači stvaraju i prodaju čelične kuglične ležajeve u različitim stilovima. Možete kupiti čelične kuglice s većim količinama ugljika koje su izložene toplinskoj obradi ili su otvrdnute drugim metodama. Varijacije u sadržaju ugljika u čeličnim kugličnim ležajevima utječu na njihova svojstva. Niskougljični čelici nalaze se u primjenama koje moraju biti otporne na koroziju, ali ne moraju nužno imati kaljenu površinu.

Iako se materijal s niskougljičnim čelikom može koristiti u linearnom oblikovanju kugličnog ležaja, oni nisu izvrsni za kontakt između samih kuglica. U tim se slučajevima obično koriste s polimerom kako bi se spriječila oštećenja. Čelični kuglični ležajevi s umjerenim količinama ugljika jaki su, vodootporni i žilavi, a ove značajke čine ih prikladnima za zupčanike, osovine, klinove i ostale dijelove stroja. Čelici s visokim ugljikom najjači su i najtvrđi, a istovremeno se odupiru koroziji.

Keramički kuglični ležajevi obično su stvoreni kao "hibridi" koji koriste vanjski prsten, unutarnji prsten i kavez izgrađeni od čelika sa samim kuglicama izrađenim od keramike. Keramička svojstva omogućuju im rad pri brzim okretajima u minuti, a radnu temperaturu održavaju hladnom i ograničavaju količinu buke koju stvaraju.

Ovi hibridni keramičko-čelični dizajni oštećeni su korozijom, ali same keramičke kuglice su manje skloni koroziji od čeličnih materijala, trajniji su i lakši od čeličnih kuglica ležajevi.

Ove se vrste kugličnih ležajeva mogu koristiti u električnoj primjeni gdje čelični kuglični ležajevi ne mogu jer su keramički kuglični ležajevi neprovodljivi, ali su i vrlo skupi. Keramički kuglični ležajevi mogu izdržati visoke temperature, omogućujući im rad pri većim brzinama. Cijene nekih od ovih kugličnih ležajeva mogu biti općenito skupe, ali možete pronaći i jeftine verzije.

Keramički materijal ovih kugličnih ležajeva daje im težinu manju od 40% od težine čeličnih kugličnih ležajeva. Inženjeri ih obično proizvode pomoću keramičkog silicijevog nitrida da bi se pojavila ta kemijska i fizička svojstva. Koriste se u kutnim ležajevima, potisnim ležajevima, ležajevima jastuka, igličastih i valjkastih ležajeva. Keramički materijali mogu biti čvršći od čelika, ali općenito su tvrđi kao kuglični ležajevi.

Poliranje keramičkih čeličnih kuglica koristi magnetsko polje s strujom plazme. Ova metoda proizvodnje omogućuje im veću brzinu rotacije od čeličnih kugličnih ležajeva. Električno su izolirani, što znači da ne provode struju, pa ne propadaju ako su strujni prolazi kroz njih i mogu funkcionirati bez podmazivanja poput čeličnih kugličnih ležajeva biti.

Nedavne inovacije proizvele su plastične kuglične ležajeve koji koriste plastične prstenove i plastični kavez, a mogu se kupiti u obliku kuglica izrađenih od plastike, stakla ili nehrđajućeg čelika. Najčešći kuglični materijal kod ove vrste kugličnih ležajeva je kuglica od nehrđajućeg čelika. Oni su najpovoljnija opcija, ali su i teži od plastike ili stakla. Oni također mogu lako postati magnetski, što može poremetiti kretanje i fiziku obližnjih materijala.

Plastični kuglični ležajevi sa staklenim kuglicama izvrstan su izbor kada ne možete koristiti metal. Imaju visoku kemijsku otpornost i manju težinu od čeličnih kuglica. Plastične kuglice za plastične kuglične ležajeve teže još manje i pružaju otpornost na trošenje jer se vremenom koriste. Većina plastičnih kugličnih ležajeva su samopodmazujući, lagani i otporni na koroziju dok rade tiho.

Ove vrste kugličnih ležajeva nažalost ne podnose visoke temperature kao i ostali kuglični ležajevi i ne mogu se nositi s tako velikim opterećenjima kao oni ponekad.