Innehåll
- Kulbärande användningar
- Typer kullager
- Typer av kulbärningsmaterial
- Stålkullager
- Keramiska kullager
- Plastkullager
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 artiklar som fordon, cyklar, skateboards och andra maskiner som involverar rörliga metalldelar, har människor använt kraften i kullager i århundraden.
Kulbärande användningar
Föreställ dig att glida över en mjuk matta när du bär skor. Det kan vara svårt på grund av friktionen mellan mattan och dina skor, som kan vara tillverkad av allt inklusive läder, plast, trä eller gummi. Om du istället hade på dig strumpor är det mycket lättare på grund av mycket mindre friktion mellan den mjuka mattan och strumporna. Kullager fungerar på samma sätt.
Kullager minskar mängden friktion mellan belastningarna på dem. De gör detta eftersom det är metallbollar 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 kulbärande applikationerna genom deras fysik. Kullager bär typer av last i radiell riktning, och dessa laster utövar en vinkelrätt kraft på kulelagerets rotationsaxel.
Glidningen av de metalliska kulorna runt kullagrets slingor skapar friktion mellan ett föremål och dess yta som bromsar föremålet. I vissa fall närmar sig objektet ett stopp. Denna mekanism låter kullager ha användning i remskivsystem eller rotationssystem som måste kontrolleras. Till exempel använder navets hjul en radiell belastning från bilarnas vikt och drivkraft från att gå runt en sväng.
I alla fall med kullager orsakar balansen mellan tryckkraft och radiell belastning kullager att minska friktionen mellan kulorna i den inre och yttre ringen och hantera objektets last. Kullager tar lasten och överför den från den yttre ringen till den inre ringen för att låta sfären i mitten av varje ring rotera med lätthet.
Varje sfär är ansluten till de två ringarna, men endast när det är nödvändigt för att minska friktionen mellan själva kullagerets komponenter. Av dessa skäl skapas kullager för att minska friktionen och underlätta rotationshastigheten.
Typer kullager
Typerna av kullager skiljer sig kraftigt beroende på deras mekanism. Den mest använda typen är den styva enkelraden, eller radiellt kullager. Denna konstruktion får kulorna att springa i djupspåriga spår, och den djupa spårkullagerarrangemanget låter dem bära både radiella och axiella belastningar. Tätade versioner av kullager smörjas permanent för att minska underhållet.
Kullager med dubbla radar använd två rader med bollar. Konstruktionen ger rörelsen hos själva lagret mer styvhet. De finns i elmotorer, centrifugalpumpar och elektromagnetiska kopplingar. Vissa kullager riktar sig in på ett sätt som låter axeln redovisa för eventuell felinställning i en vinkel med avseende på kullagerets hus.
De vinkelkontakt typ av kullager har en sida av den yttre ringen avskuren för att låta fler bollar sätta in sig själva. Dessa lager kan sedan hålla stora mängder axiella laster i en riktning samt använda fler kulor i själva lagren. Det betyder att ingenjörer använder dem i par i båda riktningarna för att bära tunga laster, i en installation som gör dem vinkelkontakt med kullager med dubbel rad. Dessa typer av kullager varierar också baserat på deras material.
Typer av kulbärningsmaterial
Kullager varierar i material med stål, keramik eller plastkullager för olika användningsområden. Dessa typer av kullager skiljer sig åt hur snabbt de kan arbeta, vilka temperaturer de kan uppnå och andra egenskaper relaterade till kullagers användning. Att förstå positiven och negativerna för varje typ av material gör att du kan fatta ett klokare beslut om du behöver kullager.
Stålkullager
Kullager i stål använder antingen komponenter som är helt gjorda av stål eller stållegeringar med spår av andra element i kompositionen. De är idealiska kandidater för att hantera mycket tunga viktbelastningar och samtidigt uppnå stora rotationshastigheter när man snurrar runt.
Dessa typer av kullager kan ge dig mycket exakta mätningar eftersom de är tillverkade med hög precision. Deras egenskaper gör det möjligt att använda kulkullager i stål i lås, cyklar, rullskridskor, vagnar och transportmaskiner, bland andra.
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.
Kullager i stål kan vara mycket dyra, och ingenjörer måste också smörja stålmetaller kontinuerligt för att de ska fungera effektivt. Om de inte upprätthålls ordentligt kan de orsaka bärfel och kommer inte att nå slutet av sin avsedda livslängd.
Tillverkarna skapar och säljer stålkullager i olika stilar. Du kan köpa stålkulor med högre mängder kol som utsätts för värmebehandlingar eller har härdat med andra metoder. Variationer i kolhalt mellan stålkullager påverkar deras egenskaper. Stål med låg kolhalt finns i applikationer som måste vara motståndskraftiga mot korrosion, men inte nödvändigtvis har hårdgjord yta.
Medan stål med låg kolhalt kan användas i den linjära axeln på ett kullager, är de inte bra för kontakt mellan själva kulorna. De används vanligtvis med en polymer för att förhindra skador i dessa fall. Kullager i stål med måttliga mängder kol är starka, vattentåliga och tuffa, och dessa funktioner gör dem lämpliga för växlar, axlar, tappar och andra maskinkomponenter. Stål med hög kol är de starkaste och hårdaste medan de motstår korrosion.
Keramiska kullager
Keramiska kullager är vanligtvis skapade som "hybrider" som använder den yttre ringen, den inre ringen och buren byggd av stål med bollarna själva tillverkade av keramik. De keramiska egenskaperna låter dem arbeta med snabba rotationer per minut och samtidigt hålla sin driftstemperatur sval och begränsa hur mycket brus de skapar.
Dessa hybrida keramiska stålkonstruktioner skadas av korrosion, men själva keramikbollarna är mindre benägna för korrosion än stålmaterial och är mer hållbara och lättare än stålkullager.
Dessa typer av kullager kan användas i elektriska applikationer där kullager av stål inte kan på grund av att keramiska kullager är icke-ledande, men de är också mycket dyra. Keramiska kullager tål höga temperaturer och låter dem arbeta med högre hastigheter. Priserna för några av dessa kullager kan i allmänhet vara 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 hos stålkullager. Ingenjörer tillverkar dem vanligtvis med keramisk kiselnitrid för att orsaka att dessa kemiska och fysiska egenskaper uppstår. De används i vinkellager, trycklager, kuddblocklager, nållager och rullager. Keramiska material kan vara starkare än stål, men de är i allmänhet styvare som kullager.
Polering av keramiska stålkulor använder ett magnetfält med en plasma-ström. Denna produktionsmetod ger dem högre rotationshastigheter än stålkullager. De är elektriskt isolerande, vilket betyder att de inte leder elektricitet, så att de inte misslyckas om ström passeras genom dem, och de kan fungera utan att smörjas som stålkullager måste vara.
Plastkullager
Nyare innovationer har producerat plastkullager 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 den rostfria stålkulan. De är det billigaste alternativet, men de är också tyngre än plast- eller glasslag. De kan också lätt bli magnetiska, vilket kan störa rörelsen och fysiken i närliggande material.
Plastkullager med glasbollar är bra val när du inte kan använda metall. De har hög kemisk resistens och har lägre vikter än stålkulor gör. Plastkulor för plastkulelagren väger ännu mindre och erbjuder slitstyrka när de används över tid. De flesta kullager av plast är självsmörjande, lätta och motståndskraftiga mot korrosion medan de arbetar tyst.
Dessa typer av kullager tål tyvärr inte höga temperaturer liksom andra kullager och klarar inte så hög belastning som dem ibland.