Fra en lille supermarkedsvogn til store kraftværker, kan et stort antal letlast- og industrielt udstyr ikke fungere uden brug af lejer i en eller anden form.

Lagre er en afgørende tribologisk komponent i mange typer maskiner og findes i en række forskellige former og former. De kan defineres som en komponent, der kun understøtter/tilladelse til en bestemt type bevægelse (begrænsning af frihedsgrader) i et system, der kan være under statisk eller dynamisk belastning.

Et eksempel er en skydedør. Døren kan ikke løftes eller fjernes fra sin plads. Den tillader kun glidning for at åbne den. Den mulige bevægelse er begrænset til glidende bevægelse ved hjælp af lejer.

Hvad er formålet med lejer?

Hovedformålet med lejer er at forhindre direkte metal mod metal-kontakt mellem to elementer, der er i relativ bevægelse. Dette forhindrer friktion, varmeudvikling og i sidste ende slitage af dele. Det reducerer også energiforbruget, da glidende bevægelse erstattes af rullende bevægelse med lav friktion.

De overfører også belastningen fra det roterende element til huset. Denne belastning kan være radial, aksial eller en kombination af begge dele. Et leje begrænser også bevægelsesfriheden for bevægelige dele til foruddefinerede retninger som beskrevet ovenfor.

Rulleelementlejer

Rulleelementlejer indeholder rulleelementer i form af kugler eller cylindre. Vi ved, at det er lettere at rulle et hjul end at lade det glide på jorden, da størrelsen af rullefriktionen er mindre end glidefriktionen. Det samme princip gør sig gældende her. Rulleelementlejer anvendes til at lette den frie bevægelse af dele i roterende bevægelse.

Selv når vi har brug for lineær bevægelse i applikationer, er det let at konvertere roterende bevægelse til glidende bevægelse. Tænk på en rulletrappe eller et transportør. Selv om bevægelsen er lineær, drives den af ruller, der er drevet af motorer.

Et andet eksempel er en frem- og tilbagegående pumpe, der kan omdanne rotationsenergi fra en motor til translationsbevægelse ved hjælp af forbindelsesled. I hver af disse anvendelser anvendes kuglelejer til at bære motoraksler samt aksler på andre ruller i samlingen.

Rulleelementer bærer belastningen uden megen friktion, da glidefriktionen er erstattet af rullefriktion. Rulleelementlejer kan underopdeles i to hovedtyper: kuglelejer og rullelejer.

Kuglelejer

Kuglelejer er en af de mest almindelige typer af anvendte lagerklasser. Den består af en række kugler som rullende elementer. De er indespærret mellem to ringformede metalstykker. Disse metalstykker er kendt som løbebaner. Den indre løbebane er fri til at rotere, mens den ydre løbebane er stationær.

Kuglelejer giver meget lav friktion under rulning, men har begrænset bæreevne. Dette skyldes det lille kontaktområde mellem kuglerne og løbene. De kan bære aksiale belastninger i to retninger ud over radiale belastninger.

Kuglelejer anvendes til styring af svingende og roterende bevægelser. I elektriske motorer, hvor akslen kan rotere frit, men ikke motorhuset, anvendes kuglelejer f.eks. til at forbinde akslen med motorhuset.

Afhængigt af anvendelsen kan der vælges mellem forskellige typer kuglelejer.

Fordele ved kuglelejer:

• God slidstyrke
• Har ikke brug for meget smøring
• Giver lav friktion, dermed lidt energitab
• Lang levetid
• Let at udskifte
• Lette generelle dimensioner
• Forholdsvis billigt
• Kan håndtere trykbelastninger

Ulemper ved kuglelejer:

• Kan gå i stykker på grund af stød
• Kan være ret støjende
• Kan ikke håndtere store vægte

Dybsporede kuglelejer

Dette er den mest udbredte kuglelejetype. Indespærret mellem de to løb er en ring af kugler, der overfører belastningen og muliggør rotationsbevægelse mellem de to løb. Kuglerne holdes på plads af en fastholder.

De har en meget lav rullefriktion og er optimeret til lav støj og lave vibrationer. Dette gør dem ideelle til højhastighedsapplikationer.

De er forholdsvis nemme at installere og kræver minimal vedligeholdelse. Der skal udvises forsigtighed under installationen for at undgå, at løbene bliver bulet, da de skal presses på akslerne.

Angular Contact Ball Bearings

I denne kuglelejetype, er de indre og ydre løbebaner forskudt i forhold til hinanden langs lejeaksen. Denne type er konstrueret til at kunne håndtere større mængder af aksialbelastninger i begge retninger ud over radialbelastninger.

Da de indre og ydre løbebaner forskydes, kan den aksiale belastning overføres gennem lejet til huset. Dette leje er velegnet til anvendelser, hvor der kræves en stiv aksial styring.

Angularkontaktlejer anvendes i vid udstrækning i landbrugsudstyr, biler, gearkasser, pumper og andre højhastighedsapplikationer.

Selvjusterende kuglelejer

Denne type kugleleje er immun over for fejljustering mellem aksel og hus, som kan opstå på grund af akselafbøjning eller monteringsfejl.

Den indre ring har dybe riller i lighed med dybe rillekuglelejer efterfulgt af to rækker kugler og den ydre ring. Den ydre ring har en konkav form, og dette giver den indre ring en vis frihed til at omarrangere sig selv afhængigt af fejljusteringen.

Trustkuglelejer

Trustkuglelejer er en særlig type kuglelejer, der er designet specielt til aksial belastning. De kan slet ikke modstå radiale belastninger.

Trustkuglelejer udviser lav støj, jævn drift og er i stand til højhastighedsapplikationer.

De fås som enkeltretningslejer eller dobbeltretningslejer, og valget afhænger af, om belastningen er ensrettet eller tovejsrettet.

Hvornår skal man bruge kuglelejer?

Så lad os skitsere nogle af de arbejdsforhold, der kan kræve et kugleleje.

1. Der er tale om trykbelastninger. Kuglelejeres konstruktion gør dem i stand til at modstå aksiale belastninger.
2. Ingen tunge belastninger. På grund af at lejerne har kugleformede rulleelementer, koncentrerer de al kraft på få kontaktpunkter. Dette kan resultere i tidlig svigt ved høje belastninger.
3. Høje hastigheder. Kuglelejrens små kontaktpunkter betyder også mindre friktion. Der er altså mindre modstand at overvinde, og det er derfor lettere at opnå høje hastigheder med disse typer af lejer.

Rullelejer

Rullelejer indeholder cylindriske rulleelementer i stedet for kugler som belastningsbærende elementer mellem løbene. Et element betragtes som en rulle, hvis dets længde er længere end dets diameter (selv om det kun er en smule). Da de er i linjekontakt med de indre og ydre løbebaner (i stedet for punktkontakt som i kuglelejer), kan de bære større belastninger.

Rullelejer fås også i forskellige typer. Den passende type kan vælges efter at have taget hensyn til bl.a. belastningens art og størrelse, driftsbetingelserne og muligheden for fejljustering.

Fordele ved rullelejer:

• Let vedligeholdelse
• Lav friktion
• Kan tåle høje radiale belastninger
• Koniske rullelejer kan modstå høje aksiale belastninger
• Stor nøjagtighed
• Anvendes til justering af aksial forskydning
• Lavne vibrationer

Nedlemmer ved rullelejer:

Rullelejernes fordele:

• Lydstøj
• Herre dyrt

Cylindriske rullelejer





Disse er de enkleste af rullelejefamilien. Disse lejer kan klare udfordringerne med stor radialbelastning og høj hastighed. De tilbyder også fremragende stivhed, aksial belastningsoverførsel, lav friktion og lang levetid.

Belastningskapaciteten kan øges yderligere ved at overflødiggøre brugen af bure eller fastholdelsesanordninger, som normalt er på plads for at holde de cylindriske ruller. Dette gør det muligt at montere flere ruller til at bære belastningen.

De fås som en-, to- og firerækkede typer. De findes også i delt og forseglede varianter.

Split-varianter anvendes til svært tilgængelige områder som f.eks. motorkrumtapaksler. I forseglede varianter forhindres forurening af lejet, og smøremidlet bevares, hvilket gør det til en vedligeholdelsesfri løsning.

Sfæriske rullelejer





Tunge radiale og aksiale belastninger kan være en større udfordring, når akslen er tilbøjelig til at være fejljusteret.

Denne situation kan håndteres meget godt af sfæriske rullelejer. De har en høj bæreevne og kan håndtere fejljustering mellem aksel og hus. Dette reducerer vedligeholdelsesomkostningerne og forbedrer levetiden.

Sfæriske rullelejerløbebaner hælder i en vinkel i forhold til lejeaksen. I stedet for lige sider har rullerne sfæriske sider, der passer til de sfæriske løbebaner og kan klare små fejljusteringer.

Sfæriske rullelejer har en lang række anvendelsesområder. De anvendes i applikationer, hvor der forekommer tunge belastninger, moderate til høje hastigheder og mulig fejljustering. Nogle eksempler på anvendelser er terrængående køretøjer, pumper, mekaniske ventilatorer, skibsfart, vindmøller og gearkasser.

Koniske rullelejer





Det koniske rulleleje indeholder sektioner af en kegle som et belastningsbærende element. Disse ruller passer mellem de to løbebaner, som også er sektioner af en hul kegle. Hvis løbene og rullernes akser blev forlænget, ville de alle mødes i et fælles punkt.

Koniske rullelejer er konstrueret til at håndtere højere aksialbelastninger ud over radialbelastninger. Jo større halvvinkel på denne fælles kegle, jo større aksial belastning kan den bære. De fungerer således både som tryklejer og radialbelastningslejer.

Nålrullelejer





Nålrullelejer er en særlig type rullelejer, der har cylindriske ruller, der ligner nåle på grund af deres lille diameter.

Normalt er rullernes længde i rullelejer kun lidt mere end deres diameter. Når det drejer sig om nålelejer, er rullernes længde mindst fire gange større end deres diameter.

Da nålelejer har en mindre diameter, kan der være plads til flere ruller på samme plads, hvilket øger overfladen i kontakt med løbene. De er således i stand til at håndtere høje belastninger. Den lille størrelse kan også vise sig at være nyttig i applikationer, hvor pladsen er begrænset, da de kræver mindre afstand mellem aksel og hus.

Nållejer anvendes i automobilkomponenter som f.eks. transmissions- og vippearm-pivoter. De anvendes også i kompressorer og pumper.

Hvornår skal man bruge rullelejer?

Rullelejer er det mest almindelige alternativ til kuglelejer. Så lad os afgøre, hvilke arbejdsforhold der er bedst egnet til denne type lejer.

2. Tunge belastninger. Rullelejer giver et betydeligt større kontaktområde, hvilket fordeler belastningen mere jævnt. De er således mindre udsat for svigt og kan modstå store kræfter.
3. Lavere hastigheder. Dette skyldes igen kontaktarealet. Der er mere friktion, hvilket kan resultere i højere temperaturgenerering og hurtigere slid.

Lejlejer

Et glideleje er den enkleste type leje. Den består normalt kun af en lejeflade. Der er ingen rulleelementer.

Lageret er grundlæggende en bøsning, der er monteret på akslen og passer ind i boringen. Glidelejer er billige, kompakte og lette. De har en høj bæreevne.

Lagre anvendes til roterende, glidende, frem- og tilbagegående eller svingende bevægelser. Lejet forbliver fast, mens ledbolten glider på lejets indvendige overflade. For at lette en jævn bevægelse vælges materialepar med lave friktionskoefficienter. Forskellige typer kobberlegeringer er f.eks. ret almindelige.

Dette leje kan rumme en vis fejljustering, bevægelser i flere retninger og er velegnet til statiske såvel som dynamiske belastninger. Det anvendes i vid udstrækning i applikationer inden for landbrug, bilindustrien, skibsfart og byggebranchen.

Den kardanbolt, der forbinder stemplet med plejlstangen i dieselmotorer, er forbundet gennem et glideleje.

Det sfæriske leje er også et glideleje, selv om det består af 2 dele – den indre ring og den ydre ring. Selv om det umiddelbart ligner kugle- og rullelejer, har de ingen rulleelementer mellem de to ringe.

Fluidlejer

Fluidlejer er en særlig type leje, der er afhængig af tryksat gas eller væske til at bære belastningen og fjerne friktion. Disse lejer anvendes til at erstatte metalliske lejer i applikationer, hvor de ville have en kort levetid ud over et højt støj- og vibrationsniveau.

De anvendes også i stigende grad for at reducere omkostningerne. Væskelejer anvendes i maskiner, der arbejder ved høje hastigheder og belastninger. Selv om de indledende omkostninger er højere, opvejer den længere levetid under hårde forhold det på længere sigt.

Når maskinen kører, er der nul kontakt mellem de to elementer (undtagen under start og stop), og derfor er det muligt at opnå næsten nul slid med væskelejer.

Væskelejer klassificeres i to typer: hydrostatiske og hydrodynamiske lejer.

Hydrostatiske lejer

I denne type tvinges en væske under eksternt tryk ind mellem to elementer, der er i relativ bevægelse. Den tryksatte væske danner en kile mellem de bevægelige dele og holder dem adskilt. Væskelaget kan være meget tyndt, men så længe der ikke er direkte kontakt, vil der ikke forekomme slid.

Væsken cirkuleres ved hjælp af en pumpe. Udgangsåbningens diameter kan justeres for at sikre, at væsken altid er under tryk ved alle akselhastigheder og belastninger. Dermed er det muligt at foretage en præcis spaltestyring.

Hydrodynamiske lejer

Denne type lejer udnytter bevægelsen af ledbolten til at tvinge væsken mellem akslen og huset. Ledningsboltens bevægelse suger smørevæsken mellem de bevægelige dele og skaber en konstant kile.

Dette betyder imidlertid, at kildedannelsen under start-stop samt ved lave belastninger og hastigheder måske ikke er god nok til at forhindre slid. Kun ved konstruerede hastigheder vil systemet fungere nøjagtigt efter behov.

Magnetiske lejer

Magnetiske lejer anvender begrebet magnetisk levitation til at holde akslen midt i luften. Da der ikke er nogen fysisk kontakt, er magnetlejer nul-slitage-lejer. Der er heller ingen begrænsning på den maksimale relative hastighed, den kan klare.

Magnetiske lejer kan også rumme visse uregelmæssigheder i akslens udformning, da akslens position automatisk justeres på baggrund af dens massecentrum. Den kan således være forskudt til den ene side, men vil stadig fungere lige så tilfredsstillende.

De klassificeres groft sagt i to typer: Aktive og passive magnetiske lejer.

Aktive magnetiske lejer

Aktive magnetiske lejer anvender elektromagneter omkring akslen til at opretholde dens position. Hvis en ændring i positionen opfanges af sensorer, justerer systemet den mængde strøm, der tilføres systemet, og bringer rotoren tilbage til sin oprindelige position.

Passive magnetiske lejer

Passive magnetiske lejer anvender permanente magneter til at opretholde et magnetfelt omkring akslen. Det betyder, at der ikke er behov for nogen krafttilførsel. Systemet er dog vanskeligt at konstruere på grund af begrænsninger, da denne teknologi stadig er på et tidligt stadie.

I mange tilfælde kan de to typer magnetlejer anvendes i tandem, hvor de permanente magneter håndterer den statiske belastning, mens elektromagneterne anvendes til at opretholde positionen med en høj grad af nøjagtighed.