Från en liten supermarketvagn till enorma kraftverk, ett stort antal lätta och industriella utrustningar kan inte fungera utan lager i någon form.

Lager är en viktig tribologisk komponent i många typer av maskiner och finns i en mängd olika former och former. De kan definieras som en komponent som stöder/tillåter endast en viss typ av rörelse (begränsning av frihetsgrader) i ett system som kan utsättas för statisk eller dynamisk belastning.

Ett exempel är en skjutdörr. Dörren kan inte lyftas eller tas bort från sin plats. Den tillåter endast glidning för att öppna den. Den möjliga rörelsen begränsas till glidrörelse genom lager.

Vad är syftet med lager?

Huvudsyftet med lager är att förhindra direkt metall mot metallkontakt mellan två element som är i relativ rörelse. Detta förhindrar friktion, värmeutveckling och i slutändan slitage av delar. Det minskar också energiförbrukningen eftersom glidande rörelser ersätts med rullning med låg friktion.

De överför också belastningen från det roterande elementet till höljet. Denna belastning kan vara radiell, axiell eller en kombination av båda. Ett lager begränsar också rörelsefriheten för rörliga delar till fördefinierade riktningar som diskuterats ovan.

Rullelementlager

Rullelementlager innehåller rullelement i form av kulor eller cylindrar. Vi vet att det är lättare att rulla ett hjul än att glida det på marken eftersom storleken på rullfriktionen är lägre än glidfriktionen. Samma princip gäller här. Rullelementlager används för att underlätta den fria rörelsen för delar i rotationsrörelse.

Även när vi behöver linjär rörelse i tillämpningar är det lätt att omvandla rotationsrörelse till glidrörelse. Tänk på en rulltrappa eller ett transportband. Även om rörelsen är linjär drivs den av rullar som drivs av motorer.

Ett annat exempel är en kolvpump som kan omvandla rotationsenergi från en motor till translationsrörelse med hjälp av kopplingar. I var och en av dessa tillämpningar används kullager för att stödja såväl motoraxlar som axlar på andra rullar i aggregatet.

Rullelement bär lasten utan större friktion eftersom glidfriktionen ersätts med rullfriktion. Rullelementlager kan delas in i två huvudtyper: kullager och rullager.

Kullager

Kullager är en av de vanligaste typerna av lagerklasser som används. Den består av en rad kulor som rullande element. De är instängda mellan två ringformade metalldelar. Dessa metallbitar är kända som löpbanor. Det inre loppet är fritt att rotera medan det yttre loppet är stationärt.

Kullager ger mycket låg friktion vid rullning men har begränsad bärförmåga. Detta beror på den lilla kontaktytan mellan kulorna och löpbanorna. De kan bära axiella belastningar i två riktningar förutom radiella belastningar.

Kullager används för att kontrollera oscillerande och roterande rörelser. Till exempel i elektriska motorer där axeln är fri att rotera men inte motorhuset, används kullager för att ansluta axeln till motorhuset.

Avhängigt av tillämpningen finns det olika typer av kullager att välja mellan.

Fördelar med kullager:

• God slitstyrka
• Behövs inte mycket smörjning
• Gör låg friktion, därmed liten energiförlust
• Lång livslängd
• Lätt att byta ut
• Små generella dimensioner
• Variativt billigt
• Kan hantera trycklaster

Nackdelar med kullager:

• Kan gå sönder på grund av stötar
• Kan vara ganska högljudda
• Kan inte hantera stora vikter

Djupspåriga kullager

Detta är den mest använda kullagertypen. Mellan de två löparna finns en ring av kulor som överför belastningen och möjliggör rotationsrörelse mellan de två löparna. Kulorna hålls på plats av en hållare.

De har mycket låg rullfriktion och är optimerade för låg ljudnivå och låga vibrationer. Detta gör dem idealiska för höghastighetstillämpningar.

De är jämförelsevis lätta att installera och kräver minimalt underhåll. Försiktighet måste iakttas vid installationen för att förhindra att loppen bucklas, eftersom de måste tryckpassas på axlarna.

Angular Contact Ball Bearings

I denna kullagertyp, är den inre och den yttre löpbanan förskjutna i förhållande till varandra längs lageraxeln. Denna typ är konstruerad för att hantera större mängder axiella belastningar i båda riktningarna utöver radiella belastningar.

Till följd av förskjutningen av de inre och yttre löparna kan den axiella belastningen överföras genom lagret till höljet. Det här lagret är lämpligt för tillämpningar där styv axiell styrning krävs.

Angularkontaktlager används ofta i jordbruksutrustning, bilar, växellådor, pumpar och andra höghastighetstillämpningar.

Självinriktade kullager

Denna typ av kullager är immun mot feljustering mellan axeln och höljet som kan uppstå på grund av axelns avböjning eller monteringsfel.

Den inre ringen har djupa spår som liknar djupa spårkullager följt av två rader av kulor och den yttre ringen. Den yttre ringen har en konkav form och detta ger den inre ringen en viss frihet att omorganisera sig själv beroende på feljusteringen.

Trustkullager

Trustkullager är en speciell typ av kullager som är utformade specifikt för axiella belastningar. De klarar inte radiella belastningar alls.

Trustkullager uppvisar lågt buller, smidig drift och klarar höghastighetstillämpningar.

De finns som enkelriktade eller dubbelriktade lager och valet beror på om belastningen är enkelriktad eller dubbelriktad.

När man använder kullager?

Så låt oss beskriva några av de arbetsförhållanden som kan kräva ett kullager.

1. Drivbelastningar förekommer. Kullagrens konstruktion gör att de klarar axiella belastningar.
2. Inga tunga belastningar. På grund av att lagren har kulformade rullelement koncentrerar de all kraft till ett fåtal kontaktpunkter. Detta kan leda till tidigt fel vid höga belastningar.
3. Höga hastigheter. Kullagrets små kontaktpunkter innebär också mindre friktion. Det finns alltså mindre motstånd att övervinna och därmed är det lättare att uppnå höga hastigheter med dessa typer av lager.

Rullningslager

Rullningslager innehåller cylindriska rullelement istället för kulor som lastbärande element mellan löpbanorna. Ett element anses vara en rulle om dess längd är längre än dess diameter (även om det bara är lite). Eftersom de har linjekontakt med de inre och yttre löpbanorna (i stället för punktkontakt som i kullager) kan de tåla större belastning.

Rullningslager finns också i olika typer. Den lämpliga typen kan väljas efter att man tagit hänsyn till typ och storlek av belastning, serviceförhållanden och möjligheten till feljustering bland andra faktorer.

Fördelar med rullager:

• Lätt underhåll
• Låg friktion
• Kan tåla höga radiella belastningar
• Koniska rullager kan tåla höga axiella belastningar
• Genomfattande noggrannhet
• Används för att justera axiell förskjutning
• Låga vibrationer

Objektiva nackdelar med rullager:

• Ljudstört
• Ganska dyrt

Cylindriska rullager

Dessa är de enklaste av rullagerfamiljen. Dessa lager kan klara av utmaningarna med tung radiell belastning och höga hastigheter. De erbjuder också utmärkt styvhet, axiell lastöverföring, låg friktion och lång livslängd.

Lastkapaciteten kan ökas ytterligare genom att man undviker användningen av burar eller hållare som vanligtvis finns på plats för att hålla de cylindriska rullarna. Detta gör det möjligt att montera fler rullar för att bära lasten.

De finns som enradiga, tvåradiga och fyrradiga typer. De finns också i delade och förseglade varianter.

Den delade varianten används för svåråtkomliga områden som t.ex. vevaxlar i motorer. I förseglade varianter förhindras kontaminering av lagret och smörjmedlet behålls vilket gör det till ett underhållsfritt alternativ.

Sfäriska rullager

Tunga radiella och axiella belastningar kan vara en större utmaning när axeln är benägen att feljusteras.

Den här situationen kan hanteras mycket bra av sfäriska rullager. De har hög belastningskapacitet och kan hantera feljustering mellan axel och hölje. Detta minskar underhållskostnaderna och förbättrar livslängden.

Löpbanorna i sfäriska rullager är lutande i en vinkel mot lageraxeln. I stället för raka sidor har rullarna sfäriska sidor som passar på de sfäriska löpbanorna och klarar små felställningar.

Sfäriska rullager har ett stort antal användningsområden. De används i tillämpningar där tunga belastningar, måttliga till höga hastigheter och möjlig feljustering förekommer. Några exempel på användningsområden är terrängfordon, pumpar, mekaniska fläktar, fartygsdrift, vindturbiner och växellådor.

Koniska rullager

Det koniska rullagret innehåller sektioner av en kon som ett lastbärande element. Dessa rullar passar mellan de två löparna som också är sektioner av en ihålig kon. Om löpbanorna och rullarnas axlar förlängdes skulle de alla mötas i en gemensam punkt.

Koniska rullager är konstruerade för att hantera högre axiella belastningar förutom radiella belastningar. Ju större halvvinkel på denna gemensamma kon, desto större axiell belastning kan den klara av. Därmed fungerar de som trycklager såväl som radiallager.

Nålrullager

Nålrullager är en speciell typ av rullager som har cylindriska rullar som påminner om nålar på grund av sin lilla diameter.

Normalt sett är längden på rullarna i rullager bara något större än dess diameter. När det gäller nållager är rullarnas längd minst fyra gånger större än deras diameter.

Då nållager har en mindre diameter kan fler rullar rymmas i samma utrymme, vilket ökar ytan i kontakt med löparna. Därmed kan de hantera höga belastningar. Den lilla storleken kan också vara till hjälp i tillämpningar där utrymmet är begränsat eftersom de kräver mindre avstånd mellan axeln och höljet.

Nållager används i fordonskomponenter som t.ex. växellådor och svängarmarnas pivot. De används också i kompressorer och pumpar.

När man använder rullager?

Rullager är det vanligaste alternativet till kullager. Så låt oss bestämma vilka arbetsförhållanden som är bäst lämpade för den här typen av lager.

1. Tunga belastningar. Rullager ger en betydligt större kontaktyta, vilket fördelar belastningen jämnare. Därmed är de mindre utsatta för fel och klarar höga krafter.
2. Lägre hastigheter. Detta beror återigen på kontaktytan. Det blir mer friktion vilket kan leda till högre temperaturutveckling och snabbare slitage.

Glidlager

Ett glidlager är den enklaste typen av lager. Det består vanligtvis bara av en lageryta. Det finns inga rullande element.

Lagret är i princip en hylsa som monteras på axeln och passar in i borrningen. Gellager är billiga, kompakta och lätta. De har hög belastningskapacitet.

Lagren används för roterande, glidande, fram- och återgående eller oscillerande rörelser. Lagret förblir fast medan tappen glider på lagrets inre yta. För att underlätta en smidig rörelse väljs materialpar med låga friktionskoefficienter. Olika typer av kopparlegeringar är till exempel ganska vanliga.

Detta lager kan hantera viss feljustering, rörelser i flera riktningar och är lämpligt för såväl statiska som dynamiska belastningar. Det används i stor utsträckning i tillämpningar inom jordbruket, fordons-, marin- och byggnadsindustrin.

Den gummipol som förbinder kolven med kopplingsstången i dieselmotorer är ansluten genom ett glidlager.

Det sfäriska lagret är också ett glidlager, även om det består av 2 delar – den inre ringen och den yttre ringen. Även om det från början liknar kul- och rullager har de inga rullelement mellan de två ringarna.

Vätskelager

Vätskelager är en speciell typ av lager som förlitar sig på trycksatt gas eller vätska för att bära lasten och eliminera friktion. Dessa lager används för att ersätta metalllager i tillämpningar där de skulle ha en kort livslängd förutom höga buller- och vibrationsnivåer.

De används också i allt större utsträckning för att sänka kostnaderna. Vätskeviktslager används i maskiner som arbetar med höga hastigheter och belastningar. De initiala kostnaderna är visserligen högre, men den längre livslängden under tuffa förhållanden kompenserar för det i det långa loppet.

När maskinen är igång finns det ingen kontakt mellan de två elementen (utom vid start och stopp) och därför är det möjligt att uppnå nästan noll slitage med vätskelager.

Vätskelager klassificeras i två typer: hydrostatiska och hydrodynamiska lager.

Hydrostatiska lager

I denna typ tvingas en externt trycksatt vätska mellan två element som är i relativ rörelse. Den trycksatta vätskan bildar en kil mellan de rörliga delarna och håller dem isär. Vätskeskiktet kan vara mycket tunt, men så länge det inte finns någon direkt kontakt uppstår inget slitage.

Vätskan cirkulerar med hjälp av en pump. Utgångsöppningens diameter kan vara justerbar för att säkerställa att vätskan alltid är under tryck vid alla axelhastigheter och belastningar. På så sätt är det möjligt att styra springan exakt.

Hydrodynamiska lager

Denna typ av lager använder sig av axelns rörelse för att tvinga vätskan mellan axeln och höljet. Journalrörelsen suger smörjvätskan mellan de rörliga delarna och skapar en konstant kil.

Detta innebär dock att vid start-stopp samt vid låg belastning och låga hastigheter kan det hända att kilbildningen inte är tillräckligt bra för att förhindra slitage. Endast vid utformade hastigheter kommer systemet att fungera exakt som det behövs.

Magnetiska lager

Magnetiska lager använder sig av begreppet magnetisk levitation för att hålla axeln i luften. Eftersom det inte finns någon fysisk kontakt är magnetiska lager noll slitlager. Det finns inte heller någon begränsning av den maximala relativa hastigheten som den kan hantera.

Magnetiska lager kan också hantera vissa oregelbundenheter i axelns utformning eftersom axelns position automatiskt justeras baserat på dess massacentrum. Den kan alltså vara förskjuten åt ena sidan men fungerar fortfarande lika tillfredsställande.

De klassificeras i stort sett i två typer: Aktiva och passiva magnetlager.

Aktiva magnetlager

Aktiva magnetlager använder elektromagneter runt axeln för att upprätthålla dess position. Om en förändring i positionen fångas upp av sensorer justerar systemet mängden ström som tillförs systemet och återför rotorn till sitt ursprungliga läge.

Passiva magnetlager

Passiva magnetlager använder permanentmagneter för att bibehålla ett magnetfält runt axeln. Detta innebär att det inte behövs någon krafttillförsel. Systemet är dock svårt att konstruera på grund av begränsningar eftersom denna teknik fortfarande befinner sig i ett tidigt skede.

I många fall kan de två typerna av magnetlager användas tillsammans där permanentmagneterna hanterar den statiska belastningen medan elektromagneterna används för att bibehålla positionen med hög noggrannhet.