Чему служе куглични лежајеви?

Понекад су најкориснији уређаји у физици и инжењерству најједноставнији. Куглични лежајеви показују како метални прстенови могу бити изузетно свестрани. Као што можете видети на толико уобичајених предмета као што су возила, бицикли, скејтбордови и друге машине које укључују покретне металне делове, људи су вековима користили снагу кугличних лежајева.

Замислите да клизите по меком тепиху док носите ципеле. То може бити тешко због трења између тепиха и ваших ципела, које могу бити израђене од било чега, укључујући кожу, пластику, дрво или гуму. Ако бисте уместо тога носили чарапе, било би много лакше због много мањег трења између меког тепиха и материјала чарапа. Куглични лежајеви раде на исти начин.

Куглични лежајеви смањују трење између оптерећења. То чине зато што су металне куглице или ваљци који се крећу око глатке металне површине у унутрашњој и спољној петљи (понекад се називају и прстенови). О многим апликацијама кугличних лежајева можете научити кроз њихову физику. Куглични лежајеви носе врсте терета у радијалном смеру и та оптерећења примењују окомиту силу на осу ротације кугличног лежаја.

Клизање металних куглица око петљи кугличног лежаја ствара трење између предмета и његове површине које успорава предмет. У неким случајевима предмет се приближава заустављању. Овај механизам омогућава кугличним лежајевима да се користе у системима ременица или ротационим системима којима треба управљати. На пример, точак главчине у аутомобилу користи радијално оптерећење од тежине аутомобила и потиска при окретању.

У свим случајевима кугличних лежајева, равнотежа између потиска и радијалног оптерећења доводи до тога да куглични лежајеви смањују трење између куглица у унутрашњем и спољном прстену и подносе оптерећење предмета. Куглични лежајеви преузимају терет и преносе га из спољног прстена у унутрашњи прстен како би сфере у средиштима сваког прстена могле лако да се окрећу.

Свака сфера је повезана са два прстена, али само тамо где је потребно да би се смањило трење између компоненти самог кугличног лежаја. Из ових разлога куглични лежајеви су створени како би смањили трење и олакшали брзину ротације.

Врсте кугличних лежајева се у великој мери разликују по укљученом механизму. Најраспрострањенија врста је крути једноредни, или радијални куглични лежај. Овакав дизајн доводи до тога да куглице трче у дубоким жљебљеним траговима, а распоред кугличних лежајева са дубоким жлебом омогућава им подношење радијалних и аксијалних оптерећења. Запечаћене верзије кугличних лежајева трајно су подмазане како би се смањило њихово одржавање.

Дворедни куглични лежајеви користите два реда куглица. Дизајн даје већу крутост кретању самог лежаја. Налазе се у електромоторима, центрифугалним пумпама и електромагнетним спојкама. Неки куглични лежајеви се поравнају на начин који омогућава да вратило објасни било какво неусаглашеност под углом у односу на кућиште кугличног лежаја.

Тхе угаоно-контактни тип кугличног лежаја има одсечену страну спољног прстена како би се омогућило да се више куглица убаци. Ови лежајеви тада могу да држе велике количине аксијалних оптерећења у једном смеру, као и да користе више куглица у самим лежајевима. То значи да их инжењери користе у паровима у оба смера за ношење тешких терета, у поставци која их чини дворедни куглични лежајеви са угаоним контактом. Ове врсте кугличних лежајева се такође разликују у зависности од њиховог материјала.

Куглични лежајеви се разликују по материјалу са челичним, керамичким или пластичним кугличним лежајевима за различите намене. Ове врсте кугличних лежајева разликују се по томе колико брзо могу да раде, које температуре могу да постигну и другим својствима везаним за употребу кугличних лежајева. Разумевање позитивних и негативних страна сваке врсте материјала омогућиће вам мудрију одлуку ако вам требају куглични лежајеви.

Челични куглични лежајеви користе или компоненте које су у потпуности израђене од челика или челичних легура са траговима других елемената у композицији. Идеални су кандидати за руковање тешким теретима док постижу велике брзине ротације када се окрећу.

Ове врсте кугличних лежајева могу вам пружити врло прецизна мерења, јер су произведене на високом нивоу прецизности. Њихова својства омогућавају челичним угљеничним лежајевима да се користе, између осталог, у бравама, бициклима, котураљкама, колицима и транспортним машинама.

Челични материјал кугличних лежајева може, нажалост, проузроковати корозију у присуству воде или гасова који мењају хемијски састав самог челика. Ове врсте кугличних лежајева такође могу бити веома тешке и бучне када се користе у производњи и другим срединама.

Челични куглични лежајеви могу бити врло скупи, а инжењери такође морају стално подмазивати челичне метале како би остали ефикасни. Ако се не одржавају правилно, могу проузроковати квар на лежајевима и неће доћи до краја предвиђеног животног века.

Произвођачи стварају и продају челичне кугличне лежајеве у различитим стиловима. Можете купити челичне куглице са већим количинама угљеника које су изложене топлотним третманима или су очврсле другим методама. Варијације у садржају угљеника у челичним кугличним лежајевима утичу на њихова својства. Ниско-угљенични челици се могу наћи у применама које морају бити отпорне на корозију, али не морају нужно имати површину која је очврсла.

Иако се материјал од ниско-угљеничног челика може користити за линеарно обликовање кугличног лежаја, они нису сјајни за контакт између самих куглица. У овим случајевима се обично користе са полимером како би се спречила оштећења. Челични куглични лежајеви са умереним количинама угљеника су чврсти, водоотпорни и жилави, а ове карактеристике их чине погодним за зупчанике, осовине, клинове и друге делове машине. Високо-угљенични челици су најјачи и најтврђи док се одупру корозији.

Керамички куглични лежајеви су обично створени као „хибриди“ који користе спољни прстен, унутрашњи прстен и кавез изграђени од челика са самим куглицама од керамике. Керамичка својства омогућавају им рад при брзим ротацијама у минути, а истовремено одржавају радну температуру хладном и ограничавају количину буке коју стварају.

Ови хибридни керамичко-челични дизајни оштећени су корозијом, али саме керамичке куглице су мање склони корозији од челичних материјала, издржљивији су и лакши од челичних куглица лежајеви.

Ове врсте кугличних лежајева могу се користити у електричној примени где челични куглични лежајеви то не могу јер су керамички куглични лежајеви непроводљиви, али су и веома скупи. Керамички куглични лежајеви могу да поднесу високе температуре, омогућавајући им да раде при већим брзинама. Цене неких од ових кугличних лежајева могу бити генерално скупе, али можете пронаћи и њихове скупе верзије.

Керамички материјал ових кугличних лежајева даје им тежину мању од 40% од тежине челичних кугличних лежајева. Инжењери их обично производе помоћу керамичког силицијум нитрида да би се појавиле ове хемијске и физичке особине. Користе се у кутним лежајевима, потисним лежајевима, лежајевима јастука, игличастих и ваљкастих лежајева. Керамички материјали могу бити чвршћи од челика, али су углавном тврђи као куглични лежајеви.

Полирање керамичких челичних куглица користи магнетно поље са струјом плазме. Овај начин производње омогућава им већу брзину ротације од челичних кугличних лежајева. Електрично су изоловани, што значи да не проводе струју, па не пропадају ако су струје пролази кроз њих и могу да функционишу без подмазивања као челични куглични лежајеви бити.

Недавне иновације произвеле су пластичне кугличне лежајеве који користе пластичне прстенове и пластични кавез, а могу се купити у облику куглица од пластике, стакла или нерђајућег челика. Најчешћи куглични материјал код ове врсте кугличних лежајева је куглица од нерђајућег челика. Они су најповољнија опција, али су и тежи од пластике или стакла. Такође могу лако постати магнетни, што може пореметити кретање и физику оближњих материјала.

Пластични куглични лежајеви са стакленим куглицама одличан су избор када не можете да користите метал. Имају високу хемијску отпорност и мању тежину од челичних куглица. Пластичне куглице за пластичне кугличне лежајеве теже још мање и пружају отпорност на хабање јер се временом користе. Већина пластичних кугличних лежајева су самоподмазујући, лагани и отпорни на корозију док раде тихо.

Ове врсте кугличних лежајева нажалост не подносе високе температуре као и остали куглични лежајеви и не могу да поднесу тако велика оптерећења као понекад.