Včasih so najbolj uporabne naprave v fiziki in tehniki najpreprostejše. Kroglični ležaji kažejo, kako so kovinski obročki lahko izjemno vsestranski. Kot lahko vidite v toliko pogostih predmetih, kot so vozila, kolesa, rolke in drugi stroji, ki vključujejo premikajoče se kovinske dele, ljudje že stoletja uporabljajo moč krogličnih ležajev.
Uporaba krogličnih ležajev
Predstavljajte si, kako med obuvanjem drsete po mehki preprogi. To je lahko težko zaradi trenja med preprogo in čevlji, ki so lahko narejeni iz česar koli, vključno z usnjem, plastiko, lesom ali gumo. Če bi namesto tega nosili nogavice, bi bilo veliko lažje zaradi veliko manj trenja med mehko preprogo in materiali nogavic. Kroglični ležaji delujejo na enak način.
Kroglični ležaji zmanjšujejo trenje med obremenitvami. To storijo, ker so kovinske kroglice ali valji, ki se gibljejo po gladki kovinski površini v notranji zanki in zunanji zanki (včasih imenovani tudi obroči). O številnih aplikacijah krogličnih ležajev lahko izveste skozi njihovo fiziko. Kroglični ležaji nosijo vrste obremenitve v radialni smeri in te obremenitve delujejo pravokotno na os vrtenja krogličnega ležaja.
Drsanje kovinskih kroglic okoli zank krogličnega ležaja ustvarja trenje med predmetom in njegovo površino, ki upočasni predmet. V nekaterih primerih se objekt približa postanku. Ta mehanizem omogoča uporabo krogličnih ležajev v sistemih jermenic ali rotacijskih sistemih, ki jih je treba nadzorovati. Na primer, kolo pesta v avtomobilu uporablja radialno obremenitev zaradi teže avtomobila in potiska ob zavoju.
V vseh primerih krogličnih ležajev ravnovesje med potisno in radialno obremenitvijo povzroči, da kroglični ležaji zmanjšajo trenje med kroglicami v notranjem in zunanjem obroču in obvladajo obremenitev predmeta. Kroglični ležaji prevzamejo obremenitev in jo prenesejo iz zunanjega obroča v notranji obroč, da se krogle v središčih vsakega obroča vrtijo z lahkoto.
Vsaka krogla je povezana z obročema, vendar le tam, kjer je potrebno, da se zmanjša trenje med komponentami samega krogličnega ležaja. Iz teh razlogov so kroglični ležaji ustvarjeni za zmanjšanje trenja in olajšanje hitrosti vrtenja.
Vrste krogličnih ležajev
Vrste krogličnih ležajev se močno razlikujejo glede na njihov mehanizem. Najbolj razširjena vrsta je toga enojna vrsta, oz radialni kroglični ležaj. Ta zasnova povzroča, da kroglice tečejo v globokih žlebljenih tirih, razporeditev krogličnih ležajev z globokim utorom pa jim omogoča, da nosijo radialne in aksialne obremenitve. Zatesnjene različice krogličnih ležajev so trajno mazane, da se zmanjša njihovo vzdrževanje.
Dvovrstni kroglični ležaji uporabite dve vrsti kroglic. Zasnova daje večjo togost gibanju samega ležaja. Najdemo jih v elektromotorjih, centrifugalnih črpalkah in elektromagnetnih sklopkah. Nekateri kroglični ležaji se poravnajo na način, ki omogoča, da gred upošteva kakršno koli neskladje pod kotom glede na ohišje krogličnega ležaja.
The kotno-kontaktni tip krogličnega ležaja ima eno stran zunanjega obroča odrezano, da se lahko vstavi več kroglic. Ti ležaji lahko nato prenašajo velike količine aksialnih obremenitev v eno smer in uporabljajo več kroglic v samih ležajih. To pomeni, da jih inženirji uporabljajo v parih v obe smeri za prenašanje težkih tovorov v nastavitvah, ki jih naredijo dvokotni kroglični ležaji s kotnim kontaktom. Te vrste krogličnih ležajev se razlikujejo glede na njihov material.
Vrste materialov za kroglične ležaje
Kroglični ležaji se glede na material razlikujejo od jeklenih, keramičnih ali plastičnih krogličnih ležajev za različne namene. Te vrste krogličnih ležajev se razlikujejo glede na to, kako hitro lahko delujejo, kakšne temperature lahko dosežejo in druge lastnosti, povezane z uporabo krogličnih ležajev. Če boste razumeli pozitivne in negativne strani posamezne vrste materiala, se boste pametneje odločili, če potrebujete kroglične ležaje.
Jekleni kroglični ležaji
Jekleni kroglični ležaji uporabljajo bodisi sestavne dele, ki so v celoti izdelani iz jekla ali jeklenih zlitin s sledovi drugih elementov v sestavi. So idealni kandidati za obvladovanje zelo težkih bremen, hkrati pa dosežejo velike hitrosti vrtenja med vrtenjem.
Te vrste krogličnih ležajev vam omogočajo zelo natančne meritve, ker so izdelane z visoko natančnostjo. Njihove lastnosti omogočajo, da se jekleni ogljikovi kroglični ležaji med drugim uporabljajo v ključavnicah, kolesih, kotalkah, vozičkih in transportnih strojih.
Na žalost jekleni kroglični ležaji lahko povzročijo korozijo v prisotnosti vode ali plinov, ki spremenijo kemično sestavo samega jekla. Te vrste krogličnih ležajev so lahko tudi zelo težke in hrupne, kadar se uporabljajo v proizvodnji in drugih okoljih.
Jekleni kroglični ležaji so lahko zelo dragi, inženirji pa morajo tudi nenehno mazati jeklene kovine, da delujejo učinkovito. Če niso pravilno vzdrževani, lahko povzročijo okvaro ležaja in ne bodo dosegli konca predvidene življenjske dobe.
Proizvajalci ustvarjajo in prodajajo jeklene kroglične ležaje v različnih stilih. Lahko kupite jeklene kroglice z večjimi količinami ogljika, ki so izpostavljene toplotni obdelavi ali so bile strjene z drugimi metodami. Spremembe vsebnosti ogljika med jeklenimi krogličnimi ležaji vplivajo na njihove lastnosti. Nizkoogljična jekla najdemo v aplikacijah, ki morajo biti odporne proti koroziji, ni pa nujno, da imajo kaljeno površino.
Medtem ko je material z nizkoogljičnim jeklom mogoče uporabiti pri linearnem oblikovanju krogličnega ležaja, niso odlični za stik med samimi kroglicami. V teh primerih se običajno uporabljajo s polimerom, da se prepreči škoda. Jekleni kroglični ležaji z zmerno količino ogljika so močni, vodoodporni in žilavi, zaradi česar so primerni za zobnike, osi, čepe in druge sestavne dele stroja. Visokoogljična jekla so najmočnejša in najtrša, hkrati pa se upirajo koroziji.
Keramični kroglični ležaji
Keramični kroglični ležaji so običajno ustvarjeni kot "hibridi", ki uporabljajo zunanji obroč, notranji obroč in kletko, izdelano iz jeklenih kroglic iz keramike. Keramične lastnosti jim omogočajo, da delujejo s hitrimi vrtljaji na minuto, hkrati pa ohranjajo svojo delovno temperaturo hladno in omejujejo, koliko hrupa ustvarjajo.
Ti hibridni keramično-jekleni modeli so poškodovani zaradi korozije, keramičnih kroglic pa je manj nagnjeni k koroziji kot jekleni materiali, so bolj trpežni in lažji od jeklenih kroglic ležaji.
Te vrste krogličnih ležajev se lahko uporabljajo v električni uporabi, kjer jekleni kroglični ležaji ne morejo, ker keramični kroglični ležaji niso prevodni, vendar so tudi zelo dragi. Keramični kroglični ležaji prenesejo visoke temperature in jim omogočajo delovanje pri večjih hitrostih. Cene nekaterih krogličnih ležajev so na splošno drage, vendar lahko najdete tudi poceni različice.
Keramični material teh krogličnih ležajev daje uteži manj kot 40% od mase jeklenih krogličnih ležajev. Inženirji jih običajno izdelujejo s keramičnim silicijevim nitridom, da povzročijo te kemijske in fizikalne lastnosti. Uporabljajo se v kotnih ležajih, potisnih ležajih, ležajih blazin, igelnih in valjčnih ležajih. Keramični materiali so lahko močnejši od jekla, vendar so na splošno bolj trdi kot kroglični ležaji.
Poliranje keramičnih jeklenih kroglic uporablja magnetno polje s plazemskim tokom. Ta način proizvodnje jim omogoča višje stopnje vrtenja kot jekleni kroglični ležaji. So električno izolirani, kar pomeni, da ne prevajajo električne energije, zato ne odpovejo, če so tokovi se skozi njih prenaša in lahko delujejo, ne da bi jih mazali kot jekleni kroglični ležaj biti.
Plastični kroglični ležaji
Nedavne novosti so ustvarile plastične kroglične ležaje, ki uporabljajo plastične obroče in plastično kletko in jih je mogoče kupiti v obliki kroglic iz plastike, stekla ali nerjavečega jekla. Najpogostejši kroglični material pri tej vrsti krogličnih ležajev je krogla iz nerjavečega jekla. So cenovno najbolj ugodna možnost, vendar so tudi težji od plastičnih ali steklenih vrst. Prav tako lahko zlahka postanejo magnetni, kar lahko moti gibanje in fiziko bližnjih materialov.
Plastični kroglični ležaji s steklenimi kroglicami so odlična izbira, kadar ne morete uporabljati kovine. Imajo visoko kemično odpornost in imajo nižjo težo kot jeklene kroglice. Plastične kroglice za plastične kroglične ležaje tehtajo še manj in nudijo odpornost proti obrabi, saj se sčasoma uporabljajo. Večina plastičnih krogličnih ležajev je tiho mazanih, lahkih in odpornih proti koroziji.
Te vrste krogličnih ležajev žal ne prenesejo visokih temperatur, kot tudi drugi kroglični ležaji in ne morejo prenesti tako visokih obremenitev kot včasih.