Hva brukes kulelagre til?

Noen ganger er de mest nyttige enhetene innen fysikk og ingeniørarbeid de enkleste. Kulelagre viser hvordan metallringer kan være ekstremt allsidige. Som du kan se i så mange vanlige gjenstander som biler, sykler, skateboard og andre maskiner som involverer bevegelige metalldeler, har mennesker brukt kraften i kulelager i århundrer.

Tenk deg å skyve over et mykt teppe mens du bruker sko. Det kan være vanskelig på grunn av friksjonen mellom teppet og skoene dine, som kan være laget av alt inkludert lær, plast, tre eller gummi. Hvis du i stedet hadde på deg sokker, ville det vært mye lettere på grunn av mye mindre friksjon mellom det myke teppet og materialene til sokkene. Kulelagre fungerer på samme måte.

Kulelager reduserer mengden friksjon mellom belastningene på dem. De gjør dette fordi de er metallkuler eller -ruller som beveger seg rundt en glatt metalloverflate i en indre sløyfe og en ytre sløyfe (noen ganger referert til som ringer). Du kan lære om de mange applikasjonene med kulelager gjennom fysikken. Kulelager bærer belastningstyper i radiell retning, og disse belastningene påfører en vinkelrett kraft på kulelagerets rotasjonsakse.

Skyvingen av metallkulene rundt kulelagerets løkker skaper friksjon mellom et objekt og overflaten som bremser objektet ned. I noen tilfeller nærmer objektet seg et stopp. Denne mekanismen gjør at kulelagre kan brukes i trinsystemer eller rotasjonssystemer som må styres. For eksempel bruker navets hjul på en bil en radiell belastning fra bilens vekt og skyvekraft fra å gå rundt en sving.

I alle tilfeller av kulelagre fører balansen mellom skyvekraft og radial belastning til at kulelager reduserer friksjonen mellom kulene i den indre og ytre ringen og håndterer belastningen på gjenstanden. Kulelager tar lasten og overfører den fra den ytre ringen til den indre ringen for å la kulene i midten av hver ring rotere med letthet.

Hver kule er forbundet med de to ringene, men bare der det er nødvendig for å redusere friksjonen mellom komponentene i selve kulelageret. Av disse grunner er kulelager opprettet for å redusere friksjon og lette rotasjonshastigheten.

Kulelagertypene varierer sterkt med deres involverte mekanisme. Den mest brukte typen er den stive enkeltrad, eller radial kulelager. Denne utformingen får kulene til å løpe i dypsporet spor, og kullagerarrangementet for dypspor lar dem bære både radiale og aksiale belastninger. Forseglede versjoner av kulelager er permanent smurt for å redusere vedlikeholdet.

Dobbel rad kulelager bruk to rader med baller. Designet gir mer stivhet til selve lagerets bevegelse. De finnes i elektriske motorer, sentrifugalpumper og elektromagnetiske koblinger. Noen kulelagre retter seg inn på en måte som gjør at akselen kan gjøre rede for feiljustering i en vinkel i forhold til kullagerets hus.

De vinkelkontakt type av kulelager har den ene siden av ytterringen avskåret for å la flere kuler sette seg inn. Disse lagrene kan da holde store mengder aksiale belastninger i en retning, samt bruke flere kuler i selve lagrene. Dette betyr at ingeniører bruker dem parvis i begge retninger for å bære tunge laster, i et oppsett som gjør dem vinkelkontakt dobbel rad kulelager. Disse typer kulelagre varierer også avhengig av materialet.

Kulelagre varierer i materiale med kulelager av stål, keramikk eller plast for forskjellige bruksområder. Disse typer kulelagre er forskjellige i hvor raskt de kan operere, hvilke temperaturer de kan oppnå og andre egenskaper knyttet til kulelagerbruk. Å forstå positive og negative ting for hver type materiale vil gi deg en bedre beslutning om du trenger kulelager.

Stålkulelagre bruker enten komponenter som er helt laget av stål eller stållegeringer med spor av andre elementer i sammensetningen. De er ideelle kandidater for å håndtere veldig tunge vektbelastninger mens de oppnår store rotasjonshastigheter når du snurrer rundt.

Disse typer kulelagre kan gi deg veldig nøyaktige målinger fordi de er produsert med høye presisjonsnivåer. Egenskapene deres gjør at stålkulelagre kan brukes i blant annet låser, sykler, rulleskøyter, traller og transportmaskiner.

Kulelagermaterialet i stål kan dessverre forårsake korrosjon i nærvær av vann eller gasser som endrer den kjemiske sammensetningen av selve stål. Disse typer kulelagre kan også være veldig tunge og støyende når de brukes i produksjon og andre miljøer.

Stålkulelager kan være veldig dyre, og ingeniører må også kontinuerlig smøre stålmetaller for å holde dem i bruk effektivt. Hvis de ikke blir ordentlig vedlikeholdt, kan de forårsake lagersvikt og når ikke levetiden.

Produsenter lager og selger stålkulelager i forskjellige stiler. Du kan kjøpe stålkuler med større mengder karbon som er utsatt for varmebehandlinger eller har blitt herdet gjennom andre metoder. Variasjoner i karboninnhold blant stålkulelager påvirker deres egenskaper. Stål med lite karbon finnes i applikasjoner som trenger å være motstandsdyktige mot korrosjon, men som ikke nødvendigvis har herdet overflate.

Selv om stålmateriale med lite karbon kan brukes i den lineære akslingen til et kulelager, er de ikke gode for kontakt mellom kulene selv. De brukes vanligvis med en polymer for å forhindre skade i disse tilfellene. Stålkulelager med moderate mengder karbon er sterke, vannavstøtende og tøffe, og disse funksjonene gjør dem egnet for tannhjul, aksler, pigger og andre maskinkomponenter. Stål med høy karbon er det sterkeste og hardeste mens de motstår korrosjon.

Keramiske kulelagre er vanligvis laget som "hybrider" som bruker den ytre ringen, indre ringen og buret av stål med kulene i seg selv laget av keramikk. De keramiske egenskapene lar dem operere med raske omdreininger per minutt, samtidig som driftstemperaturen holdes kjølig og begrenser hvor mye støy de lager.

Disse hybride keramiske ståldesignene er skadet av korrosjon, men de keramiske kulene er mindre utsatt for korrosjon enn stålmaterialer, og er mer holdbar og lettere enn stålkule lagre.

Disse typer kulelagre kan brukes i elektriske applikasjoner der stålkulelagre ikke kan fordi keramiske kulelagre ikke er ledende, men de er også veldig dyre. Keramiske kulelagre tåler høye temperaturer, slik at de kan fungere ved høyere hastigheter. Prisene på noen av disse kulelagrene kan være generelt dyre, men du kan også finne billige versjoner av dem.

Det keramiske materialet til disse kulelagrene gir dem vekter på mindre enn 40% enn de av stålkulelager. Ingeniører produserer dem vanligvis ved bruk av keramisk silisiumnitrid for å få disse kjemiske og fysiske egenskapene til å forekomme. De brukes i vinkellager, trykklager, puttelagre, nålelager og rullelager. Keramiske materialer kan være sterkere enn stål, men de er generelt stivere som kulelagermateriale.

Polering av keramiske stålkuler bruker et magnetfelt med en plasmastrøm. Denne produksjonsmetoden gir dem høyere rotasjonshastigheter enn stålkulelager. De er elektrisk isolerende, noe som betyr at de ikke leder strøm, så de svikter ikke hvis de er strøm blir ført gjennom dem, og de kan fungere uten å bli smurt som stålkulelager må være.

Nyere innovasjoner har produsert kulelager av plast som bruker plastringer og et plastbur, og kan kjøpes i form av kuler laget av plast, glass eller rustfritt stål. Det vanligste kulematerialet med denne typen kulelager er kulen i rustfritt stål. De er det rimeligste alternativet, men de er også tyngre enn plast eller glass. De kan også bli magnetiske, noe som kan forstyrre bevegelsen og fysikken til nærliggende materialer.

Kulelagre av plast med glasskuler er gode valg når du ikke kan bruke metall. De har høy kjemisk motstand og har lavere vekter enn stålkuler har. Plastkuler for plastkulelagrene veier enda mindre og gir slitestyrke når de brukes over tid. De fleste plastkulelagre er selvsmørende, lette og tåler korrosjon mens de fungerer stille.

Disse typer kulelagre tåler dessverre ikke høye temperaturer så godt som andre kulelagre gjør og kan ikke håndtere så høye belastninger som dem noen ganger.