Groefkogellagers: ontwerp, draagvermogen, selectie en toepassingen

Bij 3.600 tpm kan een motorlager jarenlang normaal draaien en binnen enkele weken kapot gaan omdat iemand in een stoffige omgeving een open lager heeft gemonteerd of de verkeerde interne speling heeft gekozen. Het diepgroefkogellager is het meest gebruikte wentellagerontwerp, maar achter het eenvoudige uiterlijk gaat een lange lijst specificaties schuil die bepalend zijn voor de levensduur. In dit artikel wordt uitgelegd wat het lager is, hoe het werkt, welke belastingen het kan dragen, hoe u uit de varianten kunt kiezen en waar het het beste presteert.

Kortom, een diepgroefkogellager is de juiste keuze als de belasting hoofdzakelijk radiaal is, de axiale belasting middelmatig is, het toerental binnen de lagerlimiet ligt en de behuizing machinaal kan worden bewerkt tot een eenvoudige cilindrische zitting. Als aan deze voorwaarden wordt voldaan, levert het lage wrijving, weinig onderhoud en een betrouwbare levensduur op. Als dat niet het geval is, kan een van de later beschreven gespecialiseerde varianten het probleem vaak oplossen.

Wat is een diepgroefkogellager?

De basiscomponenten zijn een binnenring, een buitenring, een set kogels, een kooi en soms afdichtingen of schilden. De loopring op elke ring is een doorlopende groef met een straal die iets groter is dan de kogelradius. De diepte van deze groef is wat een diepgroefkogellager onderscheidt van een radiaal lager met ondiepe loopbaan; de diepere geometrie geeft hem een ​​hogere radiale capaciteit voor zijn grootte en de mogelijkheid om axiale belasting vanuit beide richtingen te accepteren.

Groefkogellagers zijn verkrijgbaar in ISO metrische series zoals 62 en 63, in inch-maten en in gespecialiseerde interne ontwerpen. Een 6204-lager heeft een boring van 20 mm, een buitendiameter van 47 mm en een breedte van 14 mm. Een 6311-lager heeft een boring van 55 mm, een buitendiameter van 120 mm en een breedte van 29 mm. Deze afmetingen zijn gestandaardiseerd, maar de interne details zijn niet identiek tussen fabrikanten.

Hoe werkt een diepgroefkogellager?

Bij radiale belasting wordt de belasting overgebracht via de rolelementen in de belaste zone. Het contactoppervlak tussen elke kogel en de diepe loopbaan vormt een ellips, die de contactspanning spreidt en een relatief hoog draagvermogen mogelijk maakt. Omdat de kogels rollen in plaats van glijden, is het wrijvingskoppel laag, waardoor het lager goed werkt in hogesnelheidsmachines.

Onder axiale belasting raakt de kogel de ene kant van het binnenringloopvlak en de tegenoverliggende zijde van het buitenringloopvlak. Hierdoor ontstaat een kleine contacthoek die stuwkracht in beide richtingen mogelijk maakt. Het lager kan daardoor tegelijkertijd gecombineerde radiale en axiale belastingen aan. Een zuivere axiale belasting die hoger is dan ongeveer een kwart van de dynamische radiale belasting, wordt echter meestal beter opgevangen door een drukkogellager.

Laadvermogen en snelheidslimieten

De capaciteit van een groefkogellager wordt beschreven door het dynamische basisdraagvermogen C en het statische basisdraagvermogen C0. Een standaard 6311-lager heeft bijvoorbeeld een dynamisch draagvermogen van ongeveer 55 kN en een statisch draagvermogen van ongeveer 35 kN. Deze waarden gaan uit van schone loopbanen, correcte smering en juiste uitlijning. De werkelijke levensduur is afhankelijk van de equivalente belasting P, die radiale en axiale componenten combineert volgens catalogusberekeningsmethoden.

Snelheidslimieten worden meestal gegeven als referentiesnelheid en als grenssnelheid. Referentiesnelheid is de snelheid die kan worden gehandhaafd onder normale warmtebalans; de grenssnelheid is de maximale snelheid voordat de kooi en de smering instabiel worden. Afgedichte lagers met rubberen contactafdichtingen hebben over het algemeen lagere snelheidslimieten dan open lagers, omdat de weerstand van de afdichting warmte genereert en de beweging van het vet beperkt. Wanneer snelheid van cruciaal belang is, heeft het lager een kooi met lage wrijving, uiterst nauwkeurige kogels en de juiste interne speling nodig.

Ontwerpvarianten en wanneer u ze moet gebruiken

De balans tussen capaciteit, snelheid, bescherming en montagegemak verklaart waarom er zoveel diepgroefkogellagervarianten bestaan. De meest voorkomende opties zijn open, afgeschermd, afgedicht, met een borgring, met vulsleuven en met hoge snelheidsgeometrie met lage wrijving.

Voor compacte montages waarbij de buitenring axiaal moet worden geplaatst, reduceert een groefkogellager met borggroef en borgring de lengte van de behuizing en vermijdt een aparte bevestigingsschouder. Dit groefkogellager met borggroef en borgring wordt bijvoorbeeld veel toegepast in kleine elektromotoren en ventilatorhuizen.

Wanneer radiale capaciteit de eerste prioriteit is en bekend is dat de axiale belasting laag is, zorgt een diepgroefkogellager met vulsleuven ervoor dat meer kogels in hetzelfde omhulsel kunnen worden geladen. Groefkogellagers met vulsleuven vergroten de radiale capaciteit, maar verminderen de axiale capaciteit, zodat ze alleen moeten worden gespecificeerd als de stuwkracht beperkt is.

Voor hogesnelheidsmachines zijn de interne geometrie en de kwaliteit van de kooi belangrijker dan de basisafmetingen. Hoge snelheid diepgroefkogellagers met lage wrijving en koppel zijn ontworpen om de warmteontwikkeling te verminderen en zijn een praktisch antwoord wanneer een standaard open lager te heet wordt.

Materialen, afdichtingen en smering

De meeste diepgroefkogellagers zijn gemaakt van chroomstaal met een hoog koolstofgehalte, gehard tot ongeveer 60 tot 62 HRC. Voor vochtige of corrosieve omgevingen kunnen roestvrij staal of speciaal behandelde oppervlakken worden gebruikt. De kooi houdt de ballen op afstand en voorkomt metaal-op-metaal contact. Kooien van gestempeld staal zijn sterk en zuinig, kooien van polyamide lopen stil en machinaal bewerkte koperen kooien hebben de voorkeur voor hoge snelheden en zware belasting.

Afdichtingen en schilden moeten samen met het smeermiddel worden geselecteerd. Een contactafdichting met lithiumvet kan een breed temperatuurbereik aan, maar zorgt voor weerstand. Een ontwerp met een koppel met lage wrijving kan een speciaal vet en een aangepaste afdichtingslip gebruiken. Te veel vet in een afgedicht lager kan een snelle temperatuurstijging veroorzaken; te weinig vet verkort de levensduur van het smeermiddel. De specificatie van de fabrikant is voor elke toepassing het beste uitgangspunt.

Hoe u het juiste lager kiest

Een eenvoudig selectieproces vermijdt de veelgemaakte fout om alleen op boringgrootte en serie te bestellen:

1. Bereken radiale en axiale belastingen, inclusief schokken en trillingen.
2. Kies de kleinste boring die op de as past en controleer vervolgens of C en C0 voldoen aan de vereiste levensduur.
3. Vergelijk het bedrijfstoerental met referentie- en grenstoerentallen voor de gekozen variant.
4. Kies interne speling op basis van pasvorm en temperatuurverschil; C3 is gebruikelijk voor elektromotoren.
5. Kies tussen een open, afgeschermde of afgedichte constructie op basis van vervuiling en onderhoudstoegang.
6. Controleer het kooimateriaal op temperatuur en snelheid.
7. Controleer of de pasvorm van de behuizing de loopring van de buitenring niet vervormt.

Als u deze stappen volgt, blijft de uiteindelijke keuze afgestemd op de werkelijke werkomstandigheden in plaats van op een catalogusafbeelding.

Veel voorkomende toepassingen

Elektromotoren met een fractioneel vermogen maken gebruik van diepgroefkogellagers omdat ze stil lopen; grote industriële motoren gebruiken ze omdat ze een matige axiale stuwkracht van spiraalvormige tandwielen aankunnen. Transportrollen, bandspanners, ventilatoren, pompen en kleine tandwielkasten zijn typische toepassingen. In voertuigen ondersteunt het lager dynamo-assen, waterpompen, handgeschakelde transmissie-assen en spanpoelies.

Landbouwmachines maken vaak gebruik van diepgroefkogellagers in gemonteerde behuizingen om matige schokken en stof te weerstaan. Omdat dezelfde basismaat kan worden geproduceerd met verschillende spelingen, kooien, afdichtingen en interne geometrie, kunnen een motorfabrikant en een pompfabrikant beide een 6205-lager gebruiken, terwijl ze een totaal ander servicegedrag ervaren. Daarom is de consistentie van de productie belangrijk.

Installatie- en onderhoudsoverwegingen

Bij de montage mag alleen kracht worden uitgeoefend op de ring met een perspassing. Als de as strak zit en de behuizing niet, druk dan op de binnenring. Als de behuizing strak zit, drukt u op de buitenring. Breng de montagekracht nooit over via de kogels, omdat dit de loopbanen kan indeuken en lawaai of vroegtijdig falen kan veroorzaken.

Tijdens het gebruik zijn veranderingen in temperatuur, geluid of trillingen de eerste tekenen van problemen. Een plotselinge temperatuurstijging duidt vaak op defecte smering, overmatige voorspanning of een onjuiste hoeveelheid vet. Stijgend geluid kan vervuiling, brinelling of vermoeidheid betekenen. Open lagers hebben doorgaans een geplande hersmering nodig, terwijl afgedichte lagers vaak levenslang worden gesmeerd.

Waarom de productiepartner ertoe doet

Het falen van diepgroefkogellagers wordt zelden veroorzaakt door de staalsoort alleen; het wordt vaker veroorzaakt door de geometrie van de loopbaan, de rondheid van de bal, de kwaliteit van de kooi of de consistentie van de afdichting. Een leverancier met moderne productielijnen en complete testapparatuur kan deze parameters binnen grote productiebatches binnen strakke grenzen houden. ISO/TS 16949-certificering duidt op een kwaliteitssysteem gericht op toeleveringsketens in de automobielsector, en volledige testapparatuur levert gegevens over afmetingen, geluid en trillingen voor elke batch.

Ningbo D&M Bearings Co., Ltd. produceert diepgroefkogellagers onder de merken D&M en LUMAN, ondersteund door een productiebasis van 20.000 vierkante meter en geautomatiseerde inspectie. Als er duizenden identieke lagers nodig zijn met een stabiel geluid en een stabiele pasvorm, is een fabrikant die zowel de materiaal- als de assemblageprocessen controleert een betere partner dan een distributeur die alleen maar dozen doorverkoopt. Om de beschikbare maten en configuraties te verkennen, begint u met de productlijn voor diepgroefkogellagers van het bedrijf.