Vad används kullager till?

Ibland är de mest användbara enheterna inom fysik och teknik de enklaste. Kullager visar hur metallringar kan vara extremt mångsidiga. Som du kan se i så många vanliga föremål som fordon, cyklar, skateboards och andra maskiner som involverar rörliga metalldelar, har människor använt kraften i kullager i århundraden.

Tänk dig att du glider över en mjuk matta medan du bär skor. Det kan vara svårt på grund av friktionen mellan mattan och dina skor, som kan vara gjord av allt inklusive läder, plast, trä eller gummi. Om du istället hade strumpor skulle det vara mycket lättare på grund av mycket mindre friktion mellan den mjuka mattan och strumpornas material. Kullager fungerar på samma sätt.

Kullager minskar mängden friktion mellan belastningar som läggs på dem. De gör det för att de är metallkulor eller rullar som rör sig runt en slät metallyta i en inre slinga och en yttre slinga (ibland kallad ringar). Du kan lära dig om de många kullagerapplikationerna genom deras fysik. Kullager bär lasttyper i radiell riktning, och dessa belastningar applicerar en vinkelrät kraft på kullagrets rotationsaxel.

Glidningen av metallkulorna runt kullagrets öglor skapar friktion mellan ett föremål och dess yta som saktar ner föremålet. I vissa fall närmar sig objektet ett stopp. Denna mekanism gör att kullager kan användas i remskivsystem eller rotationssystem som behöver kontrolleras. Till exempel använder bilens navhjul en radiell belastning från bilens vikt och dragkraft från att gå runt en sväng.

I alla fall av kullager orsakar balansen mellan dragkraft och radiell belastning kullager för att minska friktionen mellan kulorna i den inre och yttre ringen och hantera föremålets belastning. Kullager tar lasten och överför den från den yttre ringen till den inre ringen för att låta sfärerna i centrum av varje ring rotera med lätthet.

Varje sfär är ansluten till de två ringarna, men endast där det är nödvändigt för att minska friktionen mellan komponenterna i själva kullagret. Av dessa skäl skapas kullager för att minska friktionen och underlätta rotationshastigheten.

Typerna av kullager skiljer sig mycket åt beroende på deras inblandade mekanism. Den mest använda typen är den styva enstaka raden, eller radiellt kullager. Denna konstruktion får kulorna att springa i djupa räfflade spår, och det djupa spårkullagerarrangemanget låter dem bära både radiella och axiella belastningar. Förseglade versioner av kullager är permanent smorda för att minska underhållet.

Dubbla radkullager använd två rader bollar. Konstruktionen ger mer styvhet i själva lagrets rörelse. De finns i elmotorer, centrifugalpumpar och elektromagnetiska kopplingar. Vissa kullager inriktar sig på ett sätt som låter axeln redovisa eventuell felinriktning i en vinkel i förhållande till kullagrets hus.

De vinkelkontakt typ kullager har ena sidan av den yttre ringen avskurna för att låta fler kulor sätta in sig själva. Dessa lager kan sedan hålla stora mängder axiella belastningar i en riktning samt använda fler kulor i själva lagren. Det betyder att ingenjörer använder dem parvis i båda riktningarna för att bära tunga laster, i en installation som gör dem vinkelkontakt dubbla radkullager. Dessa typer av kullager varierar också beroende på deras material.

Kullager varierar i material med stål-, keramik- eller plastkullager för olika användningsområden. Dessa typer av kullager skiljer sig åt i hur snabbt de kan arbeta, vilka temperaturer de kan uppnå och andra egenskaper relaterade till kullageranvändning. Att förstå det positiva och negativa med varje typ av material gör att du kan göra ett klokare beslut om du behöver kullager.

Stålkullager använder antingen komponenter som helt är gjorda av stål eller stållegeringar med spår av andra element i kompositionen. De är perfekta kandidater för att hantera mycket tunga viktbelastningar samtidigt som de uppnår stora rotationshastigheter när du snurrar runt.

Dessa typer av kullager kan ge dig mycket exakta mått eftersom de tillverkas med hög precision. Deras egenskaper gör att kolkullager i stål kan användas bland annat i lås, cyklar, rullskridskor, vagnar och transportmaskiner.

Stålkullagermaterialet kan tyvärr orsaka korrosion i närvaro av vatten eller gaser som förändrar själva stålets kemiska sammansättning. Dessa typer av kullager kan också vara mycket tunga och bullriga när de används i tillverkning och andra miljöer.

Stålkullager kan vara väldigt dyra och ingenjörer måste också ständigt smörja stålmetaller för att de ska fungera effektivt. Om de inte är ordentligt underhållna kan de orsaka lagersvikt och når inte slutet av sin avsedda livstid.

Tillverkare skapar och säljer stålkullager i olika stilar. Du kan köpa stålkulor med högre mängder kol som utsätts för värmebehandlingar eller har härdats genom andra metoder. Variationer i kolinnehållet mellan stålkullager påverkar deras egenskaper. Stål med låg kolhalt finns i applikationer som behöver vara motståndskraftiga mot korrosion, men som inte nödvändigtvis har härdad yta.

Även om stålmaterial med låg kolhalt kan användas i en kullager med linjär axel, är de inte bra för kontakt mellan kulorna själva. De används vanligtvis med en polymer för att förhindra skador i dessa fall. Stålkullager med måttliga mängder kol är starka, vattentåliga och tuffa, och dessa funktioner gör dem lämpliga för kugghjul, axlar, tappar och andra maskinkomponenter. Stål med hög kolhalt är det starkaste och hårdaste samtidigt som de motstår korrosion.

Keramiska kullager är vanligtvis skapade som "hybrider" som använder den yttre ringen, innerringen och buret av stål med själva kulorna gjorda av keramik. De keramiska egenskaperna låter dem arbeta med snabba varv per minut och samtidigt hålla sin arbetstemperatur sval och begränsa hur mycket buller de skapar.

Dessa hybrida keramiska stålkonstruktioner skadas av korrosion, men de keramiska kulorna är mindre utsatta för korrosion än stålmaterial, och är mer hållbara och lättare än stålkulor lager.

Dessa typer av kullager kan användas i elektriska applikationer där stålkullager inte kan eftersom keramiska kullager är icke-ledande, men de är också mycket dyra. Keramiska kullager tål höga temperaturer och låter dem arbeta vid högre hastigheter. Priserna för några av dessa kullager kan vara generellt dyra, men du kan också hitta billiga versioner av dem.

Det keramiska materialet i dessa kullager ger dem vikter på mindre än 40% än de i stålkullager. Ingenjörer tillverkar dem vanligtvis med keramisk kiselnitrid för att få dessa kemiska och fysiska egenskaper att uppstå. De används i vinkellager, trycklager, kuddlager, nållager och rullager. Keramiska material kan vara starkare än stål, men de är i allmänhet styvare som kullagermaterial.

Polering av keramiska stålbollar använder ett magnetfält med en plasmaström. Denna produktionsmetod ger dem högre rotationshastigheter än stålkullager. De är elektriskt isolerande, vilket innebär att de inte leder elektricitet, så de misslyckas inte om de är strömma passerar genom dem, och de kan fungera utan att smörjas som stålkullager måste vara.

Nya innovationer har producerat kullager av plast som använder plastringar och en plastbur och kan köpas i form av kulor tillverkade av plast, glas eller rostfritt stål. Det vanligaste kulmaterialet med denna typ av kullager är kulan i rostfritt stål. De är det mest prisvärda alternativet, men de är också tyngre än plast eller glas. De kan också lätt bli magnetiska, vilket kan störa rörelsen och fysiken i närliggande material.

Plastkullager med glaskulor är bra val när du inte kan använda metall. De har hög kemisk beständighet och har lägre vikter än stålkulor. Plastkulor för plastkullager väger ännu mindre och ger slitstyrka när de används över tiden. De flesta plastkullager är självsmörjande, lätta och korrosionsbeständiga medan de arbetar tyst.

Dessa typer av kullager tål tyvärr inte så höga temperaturer som andra kullager gör och kan inte hantera så höga belastningar som ibland.