Einführung In Die Kugellager

Als Ingenieur wissen Sie, wie wichtig es ist, präzise, ​​genau und zuverlässig zu sein.

Aber haben Sie jemals darüber nachgedacht, wie viel das einfache Kugellager zu diesen wichtigen Eigenschaften in einer Vielzahl von technischen Anwendungen beiträgt? Kugellager werden überall eingesetzt, von Autos über Raumfahrzeuge bis hin zu medizinischen Geräten und Robotern.

Sie ermöglichen die freie Bewegung von Teilen und verringern die Reibung zwischen beweglichen und festen Teilen.

Egal, ob Sie ein neuer Ingenieurstudent oder ein erfahrener Ingenieur sind, der mehr erfahren möchte, dieser Artikel führt Sie in die Welt der Kugellager ein und erklärt, warum sie in so vielen Bereichen der Technik so wichtig sind.

Also schnallen Sie sich an und lassen Sie uns diese interessante Reise in die Welt der Kugellager beginnen.

Einführung in Kugellager

Formale Definition:

Ein Wälzlager ermöglicht eine freie Bewegung zwischen beweglichen und festen Teilen durch Kugeln, die zwischen Außen- und Innenring eingeschlossen sind.

Kugellager sind ein wichtiger Bestandteil vieler Branchen, wie z. B. Transport, Elektronik, Fertigung und der Prozess der Umwandlung von Papier in verschiedene Papiersorten.

Die Aufgabe eines Kugellagers besteht darin, die Reibung zu verringern und sowohl radiale als auch axiale Belastungen aufzunehmen.

Dazu werden mindestens zwei Laufringe verwendet, um die Kugeln an Ort und Stelle zu halten und die Lasten durch die Kugeln zu leiten.

Meistens ist ein Laufring fixiert und der andere an der sich bewegenden Baugruppe oder Welle befestigt.

Wenn sich der Innenring dreht, rollen die Kugeln um die innere Laufbahn.

Der äußere Ring hingegen bleibt stehen.

Diese Rollbewegung verringert die Reibung und sorgt für eine reibungslose Bewegung.

Wie Kugellager funktionieren

Die Idee hinter einem Lager ist einfach: Es ist besser, wenn Dinge rollen als gleiten.

Lager reduzieren die Reibung, indem sie glatte Metallkugeln oder -rollen und glatte Metalloberflächen sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite des Lagers verwenden.

Diese Kugeln oder Rollen „tragen“ das Gewicht, wodurch sich das Gerät leicht drehen lässt.

Die meisten Kugellager werden aus vier Teilen zusammengesetzt:

• Ein großer Außenring (oder eine äußere Laufbahn, die sich nicht bewegt).
• Ein kleinerer Innenring (oder rotierender innerer Laufring), der an der rotierenden Baugruppe oder Welle befestigt ist.
• Kugelreihen stecken zwischen den Laufbahnen zweier Ringe.
• Ein Käfig oder eine Trennwand, die die Kugeln an Ort und Stelle hält und verhindert, dass sie sich berühren.

Gängige Arten von Kugellagern

Je nach Herstellung unterscheidet man zwei Arten von Kugellagern:

• Conrad-Typen: Diese Lager haben eine einzelne Kugelreihe zwischen zwei Laufbahnen.

Sie können sowohl radiale als auch axiale Belastungen aufnehmen, aber die Höhe der axialen Belastung, die sie aufnehmen können, ist normalerweise begrenzt.

Typen mit maximaler Kapazität: Diese Lager haben mehr Kugeln als Conrad-Typen, sodass sie in radialer Richtung schwerere Lasten aufnehmen können.

Aber sie können axiale Belastungen nicht so gut handhaben.

Kugellager können auch in drei Typen unterteilt werden, je nachdem, wie viel Gewicht sie halten können.

• Radiallager: Diese Lager nehmen Lasten auf, die senkrecht zur Rotationsachse stehen.
• Axiallager: Diese Lager nehmen Lasten auf, die parallel zur Rotationsachse sind und als Axiallasten bezeichnet werden.

Schräglager können gleichzeitig radiale und axiale Belastungen aufnehmen.

Entdecken Sie den Nervenkitzel der Kugellager im Maschinenbau

Immer noch schwer zu verstehen? Lassen Sie mich die Sichtweise etwas ändern:

Möchten Sie Ihre Ingenieursarbeit interessanter gestalten? Möchten Sie Ihr neuestes Projekt interessanter gestalten? Nun, wir wissen genau, was zu tun ist: Vergessen Sie komplizierte Algorithmen, neue Materialien und Spitzentechnologie.

Nein, ein gutes altmodisches Kugellager ist alles, was Sie brauchen, um die Dinge wirklich aufzurütteln.

Ja, diese winzigen Kugeln, die eine freie Bewegung zwischen Teilen, die sich bewegen, und Teilen, die sich nicht bewegen, ermöglichen.

Klingt langweilig, oder? Nun, du liegst falsch.

Denn wie wir gleich herausfinden werden, sind Kugellager vielleicht der ironischerweise aufregendste Teil in der Welt der Technik.

Okay, das war nur ein Witz, der wie eine Fernsehwerbung aussehen sollte.

Kommen wir nun zurück zur Erklärung.

Komponenten und Arten von Kugellagern

Arten von Kugellagern

Kugellager sind mechanische Baugruppen, die aus rollenden Teilen und meistens Innen- und Außenringen bestehen.

Sie können für Wellen verwendet werden, die sich drehen oder geradlinig bewegen.

Es gibt verschiedene Arten von Kugellagern, und jedes hat seine eigenen Eigenschaften und Verwendungszwecke.

• Rillenkugellager.

Die gebräuchlichste Art von Kugellager ist eines mit einer tiefen Nut.

Sie haben tiefe Rillen für die Laufbahnen und die Innen- und Außenringe haben Kreisbögen, die nur wenig größer sind als die Kugeln.

Durch diese Konstruktion können die Lager sowohl radiale als auch axiale Belastungen aufnehmen und mit hohen Drehzahlen laufen, während sie begrenzte axiale Belastungen, Axialbelastungen oder beides tragen.

Rillenkugellager können in vielen verschiedenen Dingen verwendet werden, z. B. In Lüftern, Motoren, Industriemaschinen, Autorädern und Haushaltswerkzeugen.

Kugellager mit Schrägkontakt.

Schrägkugellager eignen sich für kombinierte Belastungen, bei denen sowohl Radial- als auch Axialkräfte übertragen werden müssen.

Sie sind für radiale und axiale Belastungen ausgelegt, was sie perfekt für Situationen macht, in denen beide Arten von Belastungen üblich sind.

Diese Lager können viel Kraft in eine Richtung aufnehmen, und einige einreihige Lager sind so konstruiert, dass sie paarweise montiert werden, um das Beste aus ihnen herauszuholen.

Sie werden häufig in Pumpen, Kompressoren, Elektromotoren, der Landwirtschaft, der chemischen Industrie, der allgemeinen Industrie, Versorgungsunternehmen und vielen anderen industriellen Anwendungen eingesetzt.

• Kugellager, die sich selbst ausrichten.

Radialkräfte werden am besten mit Pendelkugellagern aufgenommen.

Sie sind so konstruiert, dass sie zwei Kugelreihen und eine Laufbahn für alle Kugeln im Außenring haben.

Durch dieses einzigartige Design kann sich das Lager selbst ausrichten und jede Fehlausrichtung zwischen Welle und Gehäuse ausgleichen.

Dies macht es weniger wahrscheinlich, dass die Fehlausrichtung Schäden verursacht.

Pendelkugellager werden häufig in Druckmaschinen, Textilmaschinen und landwirtschaftlichen Werkzeugen verwendet.

• Drehmomentkugellager.

Axialkugellager sind so konstruiert, dass sie mit Lasten arbeiten, die in die gleiche Richtung wie die Lagerachse drücken.

Sie können axiale Belastungen aufnehmen, da sie ein rollendes Teil haben, das entweder eine Kugel oder ein Zylinder ist.

Meistens werden diese Lager in Dingen wie Autogetrieben, Luft- und Raumfahrtsystemen und Werkzeugmaschinen verwendet.

• Kugellager aus Keramik.

Keramikkugellager werden wie Stahlkugellager hergestellt, verwenden aber anstelle von Stahlkugeln Kugeln aus keramischem Siliziumnitrid (Si2N4).

Keramikkugellager sind in vielerlei Hinsicht besser als Stahlkugellager, unter anderem weil sie leichter zu rollen sind, weil ihre Oberflächen glatter und ihre Größen einheitlicher sind.

Sie sind auch langlebiger, weil sie härter als Stahl sind, und sie verlieren aufgrund weniger Reibung weniger Energie, wodurch Geräte effizienter und länger laufen können.

Keramikkugellager werden häufig in Hochleistungsanwendungen wie Luft- und Raumfahrt, Rennwagen und High-End-Industriemaschinen eingesetzt.

Komponenten von Kugellagern

Kugellager bestehen aus drei Hauptteilen: einem Innenring, einem Außenring und etwas, das rollt.

Das sich bewegende Teil ist entweder eine Kugel oder eine Rolle und bewegt sich entlang der Laufbahn oder des Pfads, der in den Außen- und Innenringen ausgebildet ist.

Der Kugelhalter oder -separator verhindert, dass die Kugeln aneinander reiben, sodass sie sich frei bewegen können.

Kugellager halten die Kugeln an Ort und Stelle und leiten Lasten durch sie hindurch, indem mindestens zwei Laufringe verwendet werden, um die Kugeln an Ort und Stelle zu halten.

Ein Laufring ist mit dem Teil verbunden, der sich dreht (wie eine Welle oder Nabe), und der andere ist fest (wie ein Gehäuse).

Kugellager haben eine sehr geringe Reibung, da sie Rollreibung anstelle von Gleitreibung verwenden.

Die Ringe und Kugellager sind mit hohen Toleranzen und Rundheit hergestellt und stark poliert, um die Rotation reibungslos zu gestalten.

Dadurch wird das durch Reibung verursachte Drehmoment bzw. Der Drehwiderstand reduziert.

Wofür das Lager verwendet wird, beeinflusst auch, wie breit es ist.

Beispielsweise werden Dünnringlager verwendet, wenn nicht viel Platz vorhanden ist.

Der Durchmesser- und Breitenunterschied zwischen Außen- und Innenring wird auf ein Minimum reduziert.

Dadurch ist es möglich, kleine Designs zu machen.

Herstellung und Wartung von Kugellagern

Herstellung von Kugellagern

Kugellager sind wichtige Teile vieler industrieller Maschinen und Werkzeuge, die sich drehen, wie Autoräder, Werkzeugmaschinenspindeln und Pumpen.

Die meisten Kugellager bestehen aus kohlenstoffreichem Chromstahl, der auch Chromstahl genannt wird, weil er günstig ist und lange hält.

Aber Lager können auch aus Materialien wie Edelstahl, Keramik, Kunststoff oder sogar Glas hergestellt werden.

Kugellager werden in einem Prozess hergestellt, der Schritte wie Formen, Schneiden, Waschen, Entmagnetisieren, Wärmebehandeln, Schleifen, Honen, Läppen und Zusammenfügen umfasst.

Der erste Schritt besteht darin, einen Draht oder eine Stange in Schnecken zu schneiden, die kleine Stücke sind.

Die Materialmenge, die für den Rohling benötigt wird, ist etwas mehr als die für das fertige Kugellager benötigt wird.

Der Rohling wird dann durch eine Reihe von Schleif- und Polierschritten in eine Kugel verwandelt.

Danach werden die Kugeln mit Hitze behandelt, um sie stärker zu machen.

Die letzten Schritte sind Schleifen und Läppen, die ihnen ihre endgültige Größe und Oberfläche verleihen.

Normalerweise besteht der Käfig für die Kugeln aus dünnem Stahl, aber einige Lager verwenden jetzt Käfige aus geformtem Kunststoff, weil sie billiger sind und weniger Reibung verursachen.

Kunststoffkäfige werden jedoch häufiger in Niedriglast- und Niedriggeschwindigkeitsanwendungen verwendet, während Stahlkäfige in vielen industriellen Anwendungen immer noch weit verbreitet sind.

Edelstahl AISI 440C sowie andere Arten von Edelstahl, Keramik und Glas werden ebenfalls zur Herstellung von Lagerkugeln verwendet.

Keramikkugeln eignen sich gut für den Einsatz in Umgebungen, die sehr korrosiv sind oder sehr hohe Temperaturen aufweisen.

Verschiedene Kunststoffarten sind gut bis sehr gut korrosionsbeständig, aber nur für geringe Belastung und niedrige Geschwindigkeit geeignet.

Wartung und Austausch von Kugellagern

Probleme und Ausfälle von Lagern treten häufig auf, können jedoch durch einige Maßnahmen gestoppt oder behoben werden.

Kugellager haben normalerweise Probleme mit Schmierung, hohen Temperaturen, Verschmutzung, unsachgemäßer Handhabung und Installation, Überlastung, Fehlausrichtung, schlechter Passung und Korrosion.

Um diese häufigen Probleme zu vermeiden, sollten Sie die Maschine so schmieren, wie der Hersteller es Ihnen sagt.

Siegel sollten häufig überprüft werden, um sicherzustellen, dass sie nicht beschädigt sind oder nicht funktionieren.

Stellen Sie sicher, dass die Welle und das Lagergehäuse richtig ausgerichtet sind, um eine Fehlausrichtung zu vermeiden.

Stellen Sie sicher, dass das Lager gut auf eine Welle passt, die die richtige Größe hat.

Wartungsprüfungen sollten regelmäßig durchgeführt werden, um Probleme zu finden, bevor sie sich verschlimmern.

Mehrere Geräusche und Zeichen können Ihnen helfen herauszufinden, ob ein Kugellager defekt ist.

Das häufigste Anzeichen ist ein raues, schleifendes Geräusch aus dem Radlager, das sich je nach Fahrgeschwindigkeit ändert.

Andere Geräusche umfassen Brummen, Grollen oder Knurren, die lauter werden, wenn das Fahrzeug beschleunigt oder abbiegt.

Ein defektes Radlager kann auch Geräusche wie Zwitschern, Quietschen oder Knurren verursachen, die zyklisch auftreten.

Abgesehen davon, wie es sich anhört, gibt es noch andere Anzeichen für ein schlechtes Kugellager.

Einige davon sind zu viel Spiel, wenn das Rad von einer Seite zur anderen geschaukelt wird, das Auto zu locker ist, das Lenkrad zieht und das Auto zu heiß wird.

Wenn das Lager sehr abgenutzt ist und kurz vor dem Ausfall steht, stellen Sie möglicherweise auch fest, dass das Auto nicht gut fährt oder die Reifen an verschiedenen Stellen abnutzen.

Wie viel es kostet, ein Kugellager auszutauschen, hängt von der Marke und dem Modell des Autos ab, wo es sich befindet und wie viel der Mechaniker berechnet.

Das Lager selbst kostet normalerweise zwischen 50 und 200 US-Dollar, je nach Typ und Qualität (zum Zeitpunkt des Schreibens).

Je nachdem, wie schwer die Arbeit ist und wie viel der Mechaniker pro Stunde berechnet, können die Arbeitskosten die Gesamtkosten um 100 bis 200 US-Dollar erhöhen.

Wenn der Austausch die Ausrichtung des Autos ändert, ist möglicherweise ein zusätzlicher Ausrichtungsservice erforderlich, der zwischen 60 und 100 US-Dollar kosten kann.

Wenn Sie nicht viel Erfahrung mit der Reparatur von Autos haben, sollten Sie nicht versuchen, ein Kugellager selbst zu ersetzen.

Vorteile und Anwendungen von Kugellagern

Kugellager werden häufig in der Technik verwendet, wenn eine reibungslose und genaue Bewegung erforderlich ist.

Reduzierte Reibung und gesteigerte Effizienz

Der größte Vorteil von Kugellagern besteht darin, dass sie die Reibung verringern und die Dinge effizienter laufen lassen.

Kugellager haben einen geringeren Reibungskoeffizienten als Gleitlager, was bedeutet, dass sie weniger Energie zum Arbeiten benötigen.

Dies macht sie perfekt für Hochgeschwindigkeitsanwendungen in Branchen wie Maschinen, Autos und Raumfahrt.

Da weniger Reibung vorhanden ist, entsteht weniger Wärme durch den Kontakt zwischen den Oberflächen.

Dadurch verschleißen die Lager weniger und halten länger.

Verbesserte Leistung und Haltbarkeit

Kugellager können dafür sorgen, dass Geräte besser laufen und länger halten, wenn sie darin verwendet werden.

Sie verhindern, dass sich die Ausrüstung abnutzt, indem sie Reibung und Vibrationen reduzieren, die sie im Laufe der Zeit beschädigen können.

Da Kugellager den Verschleiß reduzieren, reduzieren sie auch den Bedarf an Gerätewartung und -austausch, was Zeit und Geld spart.

Kugellager brechen auch weniger wahrscheinlich, da ihre Konstruktion die Last gleichmäßig auf die Wälzkörper verteilt.

Anwendungen von Kugellagern

Kugellager werden in einer Vielzahl von technischen Aufgaben eingesetzt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

Kugellager werden in verschiedenen Teilen von Autos verwendet, wie Motoren, Getrieben und Rädern.

Kugellager werden in Triebwerken, Fahrwerken und Steuersystemen von Flugzeugen in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt.

Kugellager werden in Werkzeugmaschinen, Pumpen und Elektromotoren in der Maschinenindustrie eingesetzt.

In der Robotikindustrie werden Gelenke und Aktuatoren mit Kugellagern hergestellt.

• Medizinische Geräte: Kugellager werden in verschiedenen medizinischen Geräten wie Zahnbohrern und MRT-Geräten verwendet.

Kugelgelagerte Scharniere

Kugellager werden auch im Bauwesen verwendet, insbesondere in Form von Kugellagerscharnieren.

Die versteckten Lager zwischen den Gelenken dieser Scharniere erleichtern das Öffnen und Schließen von Türen mit weniger Reibung.

Dies ist besonders hilfreich bei schwereren Türen, wie z. B. An einem Eingang oder solchen, die sich automatisch schließen.

Kugellagerscharniere sind Hochleistungsscharniere, die in der Regel länger halten als normale Scharniere.

Dies macht sie zur besten Wahl für gewerbliche Anwendungen, bei denen Langlebigkeit wichtig ist.

Was ist Lager? Arten von Lagern und wie sie funktionieren?

Tipp: Aktivieren Sie die Untertitel-Schaltfläche, wenn Sie sie benötigen. Wählen Sie „automatische Übersetzung“ im Einstellungs-Button, wenn Sie mit der gesprochenen Sprache nicht vertraut sind. Möglicherweise müssen Sie zuerst auf die Sprache des Videos klicken, bevor Ihre bevorzugte Sprache für die Übersetzung verfügbar ist.

Abschluss

Nachdem wir uns mit Kugellagern beschäftigt haben, lohnt es sich, einen Moment darüber nachzudenken, wie sehr diese kleinen Teile die Welt der Technik verändert haben.

Sie mögen wie kleine, gewöhnliche Teile aussehen, aber so viele der Maschinen und Geräte, die wir täglich verwenden, würden ohne sie nicht funktionieren.

Kugellager sind die unbesungenen Helden der modernen Technik.

Sie werden überall eingesetzt, vom Motor Ihres Autos bis hin zu den Bewegungen eines Operationsroboters.

Wenn Sie also das nächste Mal ein Kugellager sehen, halten Sie einen Moment inne und denken Sie darüber nach, wie sehr es dazu beigetragen hat, unsere Welt zu einem technologischen Wunder zu machen.

Und während Sie bei Ihrer eigenen Konstruktionsarbeit immer wieder an die Grenzen des Möglichen gehen, lassen Sie sich von dem einfachen Kugellager daran erinnern, wie leistungsfähig selbst die kleinsten und scheinbar unwichtigsten Teile sein können.