Auteur: Karl D’haveloose

Kan het nog wat saaier? We doen ons best. Maar waar in de meeste engineeringafdelingen op vandaag soms componenten in CAD-ontwerpen worden gecopy-pastet naar het eerstvolgende ontwerp, willen we toch even weten wie de ballen heeft om zijn/haar kennis over lagers te testen. Machinebouwers maken het verschil door het niveau van technisch inzicht van hun ontwerpafdeling. Ze zijn aanwezig in quasi ieder mechatronisch ontwerp, dus zoals de kennis van de kata essentieel is voor excellente karate, is inzicht in lagers essentieel voor iedere black belt-machinebouwer.

Lagers worden gebruikt om frictie te verminderen. Contact tussen metaal en metaal veroorzaakt veel wrijving, wat bijdraagt aan de slijtage van het metaal, dat langzaam wordt aangetast. Lagers reduceren frictie door de twee oppervlakken over elkaar te laten rollen, waardoor de hoeveelheid wrijving wordt verminderd. Ze bestaan uit een gladde metalen kogel of rol, die tegen een glad metalen binnen- en buitenoppervlak rolt. De rollen of kogels nemen de belasting op zich, waardoor het apparaat kan draaien.

Afhankelijk van de locatie van het lager in het mechanisme, kan die worden blootgesteld aan een radiale of stuwkrachtbelasting of een combinatie van beide. Het lager in het wiel van uw auto ondersteunt bijvoorbeeld een radiale en een stuwkrachtbelasting. Het gewicht van de auto op het lager produceert een radiale belasting, terwijl de stuwkrachtbelasting wordt geproduceerd wanneer de auto een bocht neemt. Hier zullen we enkele soorten veelvoorkomende lagers bekijken.

Kogellagers

Kogellagers of Conrad-lagers zijn het meest voorkomende type lager en kunnen zowel radiale als axiale belastingen aan. De binnenring wordt doorgaans aan de draaiende as bevestigd en de groef op de buitendiameter vormt een cirkelvormige kogellagerbaan. De buitenring wordt op het lagerhuis gemonteerd. De kogellagers zijn ondergebracht in een loopvlak en wanneer de belasting wordt uitgeoefend, wordt deze overgebracht van het buitenste loopvlak naar de kogel en van de kogel naar het binnenste loopvlak. De loopvlakgroeven hebben een typische krommingsstraal van 51,5% tot 53% van de kogeldiameter. Kogellagers met een kleinere kromming kunnen hoge rolwrijving veroorzaken vanwege de nauwe aansluiting van de kogels en de loopbanen. Modellen met een grotere kromming kunnen de levensduur verkorten door verhoogde spanning in het kleinere contactgebied tussen de kogel en de loopbaan. Ze worden meestal in toepassingen met kleine belasting gebruikt.

Rechte  of cilindrische rollagers

Rechte rollagers of cilindrische lagers lopen in cilindrische loopbanen en hebben een lage wrijving, een hoog radiaal draagvermogen en een hoge snelheidscapaciteit. Rollagers zijn cilindervormige lagers waarbij het contactpunt tussen het lager en de loopbaan een lijn is in plaats van een punt. De belasting wordt over een groter oppervlak verdeeld, waardoor het lager een grotere belasting aankan. Om de neiging tot scheefstand te minimaliseren, is de lengte van de rol niet veel groter dan de diameter van de rol. Ze worden gebruikt in toepassingen, zoals transportbandrollen die zware radiale belastingen moeten kunnen dragen. Ze zijn meestal zo ontworpen dat ze axiaal kunnen zweven en hebben aan beide zijden van één ring rollengeleiders, maar aan de andere zijde geen. Hierdoor kan het lager uitzetten als gevolg van thermische activiteit, wanneer het wordt gebruikt in combinatie met een kogellager met een vaste positie aan het andere uiteinde. Een stuwkracht kan in één richting worden ondersteund, als er een geleidingsflens wordt toegevoegd aan één van de tegenoverliggende ringen. Een tweede flens kan worden toegevoegd voor stuwkracht in twee richtingen.

Kegellagers

Kegellagers zijn ontworpen om radiale en axiale belastingen te weerstaan en worden vaak gebruikt in autowielen vanwege de grote radiale en axiale belastingen, die ze kunnen dragen.

In een kegelrollager zijn de ringen en rollentaps toelopend in de vorm van afgeknotte kegels om tegelijkertijd axiale en radiale belastingen te ondersteunen. De verhouding tussen de belastingen hangt af van de hoek van de assen tussen de rol en het lager. Hoe groter de hoek, hoe groter de axiale belasting die kan worden ondersteund. De contacthoek voor de meeste kegelrollagers ligt tussen 10 en 16 graden. Voor een hogere stuwkracht wordt een contacthoek van 30 graden gebruikt.

Kegelrollagers worden in paren gemonteerd, omdat ze radiale belastingen beter aankunnen dan een enkele rij kegelrollagers. Voor zware toepassingen worden twee of vier rijen kegelrollagers gecombineerd in een enkele eenheid in grote lagers.

Sferische rollagers

Sferische rollagers bestaan doorgaans uit twee rijen tonvormige rollen die in twee loopbanen lopen. De ene bevindt zich op de binnenring en de andere op een continu sferisch oppervlak dat op de binnendiameter van de buitenring is geslepen. Hierdoor kan het lager met enige uitlijningsfout functioneren. Sferische rollen hebben tonvormige profielen die nauw aansluiten bij de profielen van de loopbanen, waardoor ze robuust zijn en een hoog draagvermogen hebben. Ze worden in paren in de lagerhuis gemonteerd en zijn in tegengestelde richtingen geplaatst, zodat de belasting in beide richtingen kan worden gedragen. Sferische rollagers worden gebruikt in autowielen en kunnen grote radiale en axiale belastingen dragen.

Naaldlagers

Naaldlagers maken gebruik van langwerpige cilindrische rolelementen met een kleine diameter. Ze worden gebruikt in toepassingen, waar de radiale ruimte beperkt is. De diameter-lengteverhouding voor de naalden varieert tussen 1 tot 2,5 en 1 tot 10. Door hun kleine formaat kunnen ze niet nauwkeurig worden geleid en veroorzaken ze veel wrijving. Ze worden daarom gebruikt bij lage snelheden en oscillerende bewegingen. Er kunnen kooien worden gebruikt om de naalden te geleiden en de retentie te verbeteren. Ze worden vooral gebruikt in zones met weinig manoeuvreerruimte.

Druklagers

Rol-druklagers zijn ontworpen om hoge druklasten te kunnen verwerken. Ze worden doorgaans aangetroffen in tandwielstellen, die worden gebruikt voor autotransmissies tussen tandwielen of tussen de behuizing en roterende assen. De schuine tanden in spiraalvormige tandwielen, die worden gebruikt in autotransmissies, produceren een hoge druklast die wordt ondersteund door de rol-druklagers. Rol-druklagers glijden binnen een rol-racecontact om de variatie in oppervlaktesnelheid op te vangen, die het gevolg is van de variërende diameter over de contactzone.

Kogeldruklagers zijn ontworpen om bijna uitsluitend druklasten op te vangen in toepassingen met lage snelheden en een laag gewicht. Een voorbeeld van het gebruik ervan is in barkrukken, waar ze worden gebruikt om de zitting te ondersteunen.

Kogeldruklagers bestaan uit twee gegroefde platen met een set kogels ertussen. De kogellagercontacten hebben een glijdende werking, die bij hoge snelheden wordt versterkt door de middelpuntvliedende kracht op de kogels. Cilindrische rollendruklagers zijn beperkt tot ongeveer 20% van de snelheid van hun radiale lagertegenhanger en kogeldruklagers zijn beperkt tot 30% van de snelheid van hun tegenhanger.

Dus beste lezer, we vatten het even samen in het kader van de noodzaak en criteria.

Factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het kiezen van een lager:

1.Belasting: Bepaal of het lager wordt blootgesteld aan radiale, axiale of een combinatie van beide belastingen.

2.Snelheid: Bij hoge snelheden hebben kogellagers doorgaans de voorkeur, terwijl bij lagere snelheden rollagers beter geschikt zijn.

3.Uitlijningsfouten: Als uitlijningsfouten waarschijnlijk zijn, overweeg dan sferische lagers of insteeklagers.

4.Omgevingsomstandigheden: Houd rekening met temperatuur, vervuiling en trillingsniveaus.

5.Precisie en nauwkeurigheid: Voor toepassingen die een hoge precisie vereisen, kunt u lagers met een hogere tolerantieklasse overwegen.