Een complete gids voor Wentellagers

Lagers zijn mechanische onderdelen die helpen bij de rotatie van een voorwerp, belastingen ondersteunen en de wrijving tussen bewegende delen verminderen. Zij zijn verkrijgbaar in een grote verscheidenheid van uitvoeringen, elk met zijn eigen kenmerken waardoor zij geschikt zijn voor specifieke toepassingen. Een van de meest voorkomende wentellagertoepassingen is het ondersteunen van een as die binnenin een machineonderdeel draait. Bijna elke toepassing die moet draaien maakt op de een of andere manier gebruik van lagers; van auto's, vliegtuigen, elektrische generatoren en turbines tot medische apparatuur en horloges. Dit artikel gaat in op de verschillende typen wentellagers die het meest op de markt voorkomen.

Inhoudsopgave

• De basis van lagers
• Belasting
• kogellagers
• Rollagers
• Speciale lageraanduidingen
• Selectie criteria voor het kiezen van lagers

De basis van lagers

Een wentellager wordt gebruikt voor roterende toepassingen om ofwel lasten over te brengen tussen machineonderdelen of om machine-elementen zoals wielen, assen en assen te geleiden. Zij hebben een lage wrijving, zijn uiterst nauwkeurig en kunnen hoge draaisnelheden halen bij een laag geluidsniveau, warmte- en energieverbruik. Lagers zijn kosteneffectief, onderling verwisselbaar en voldoen aan verschillende internationale normen voor afmetingen.

Rollagers en kogellagers

Rollagers kunnen worden ingedeeld in twee basiscategorieën op basis van de wentellichamen die ze bevatten. Het belangrijkste verschil ligt in het contact tussen de wentellichamen en de loopbanen.

• Kogellager: Een kogellager bestaat uit kogels die een contactpunt maken met ringvormige loopbanen. Naarmate de belasting op het lager toeneemt, wordt het contactoppervlak van het lager ellipsvormig. Kogellagers kunnen hoge omwentelingssnelheden aan door hun kleine contactoppervlakten, maar hun capaciteit om belasting te dragen lijdt onder hun ontwerp.
• Rollagers In rollagers maken de rollen een contactlijn met de loopbanen van de ring. Toenemende belastingen zorgen ervoor dat de contactlijn rechthoekiger wordt (Afbeelding 2). Door dit grotere contactoppervlak kan het zwaardere belastingen opnemen, maar draait het met een lagere snelheid dan een kogellager van vergelijkbare grootte.

Lager onderdelen

Een wentellager bestaat uit 4 hoofdonderdelen, zoals te zien is in figuur 3:

• Binnenring en loopvlak (A): De binnenste ring is een kleinere ring die over een as loopt. Hij wordt in de buitenste loopbaan (D) geplaatst.
  • Bij rollagers is het loopvlak vlak of taps met een flens die de rollen op hun plaats houdt.
  • In kogellagers is een groef gesneden in de buitenomtrek.
• Rollende elementen (B): Lagers kunnen vrij draaien dankzij de kogels of rollen die tussen de binnenste en buitenste loopvlakken zijn bevestigd. Als deze er niet waren, zou de wrijving tussen de loopvlakken het lager snel vernielen. Kogels en rollen in lagers worden vervaardigd volgens exacte symmetrische specificaties, aangezien een asymmetrisch wentellichaam, of zelfs een kleine afwijking, de prestaties van het lager vermindert. Rol elementen zijn in hoge mate afhankelijk van hun oppervlaktekwaliteit, aangezien die van invloed is op hoe soepel ze kunnen draaien. Wrijving veroorzaakt warmte, waardoor de levensduur van de lagers wordt verkort en het lagergeluid toeneemt.
• Lager kooi (C): Een lagerkooi houdt de kogels of rollen op hun plaats tussen de binnenste en buitenste loopbanen. Dit zorgt ervoor dat de kogels/rollen vrij kunnen draaien, maar dat zij wel hun onderlinge afstand behouden.
• Buitenste loopbaan (D): Lagers bestaan uit een buitenloopbaan en een binnenloopbaan (ring) waarin de kogels of rollen zijn ondergebracht.
  • Bij rollagers is het buitenste loopvlak vlak, bolvormig of conisch met een flens die de rollen op hun plaats houdt.
  • Bij kogellagers wordt een groef gesneden langs de binnenomtrek van het loopvlak, zodat de kogels op hun plaats worden gehouden.
• Complete lager (E): Wanneer alle onderdelen zijn samengevoegd, vormen zij het lager. De wentellichamen kunnen blootliggen en deze moeten goed gesmeerd worden om goed te functioneren. Lagers kunnen worden geleverd met afdichtingen, die de rollende elementen beschermen tegen de omgeving en reeds gesmeerd zijn. Meer informatie over lagersmering.

Belasting

Bij het bespreken van lagers is het belangrijk om de belasting te bespreken. Een belasting is de kracht die op het lager werkt. Een belast lager ondervindt op dat moment krachten, terwijl een onbelast lager dat niet doet. Er moet rekening worden gehouden met verschillende belastingsfactoren, zoals de belastingsrichting, het type belasting en de belastingsconditie.

Richting belasting

• Radiale belasting: Radiale belasting is elke belasting die loodrecht op de lageras staat (Afbeelding 4 links).
• Axiale belasting: Axiaal- of axiaalbelasting is elke belasting die langs de as van het lager werkt (Afbeelding 4 midden).
• Gecombineerde belasting: Gecombineerde belasting is een combinatie van radiale en axiale belastingscomponenten (Afbeelding 4 rechts).

Type belasting

• Dynamische belastingen: Dit zijn de rotatiekrachten die op het lager inwerken wanneer het draait. Deze belastingen veroorzaken slijtage van het lager.
• Statische belastingen: Een continue hoge of intermitterende piekbelasting. Bij statische belastingen is de materiaalsterkte van het lager de beperkende factor.

Beladingstoestand

• Constante belasting: Bij constante belasting verandert de lastrichting niet en wordt hetzelfde deel van het lager voortdurend aan de belasting onderworpen, ook wel de belaste zone genoemd.
• Wisselende belasting:Bij wisselende belasting worden aan elkaar grenzende zones in het lager afwisselend belast en ontlast.

kogellagers

Kogellagers bestaan uit verschillende categorieën kogellagers.

Groefkogellagers

Bij groefkogellagers worden kogels op hun plaats gehouden door diepe groeven in de loopbanen en kunnen zowel radiale als axiale belastingen opgevangen worden. Zij zijn geschikt voor zeer hoge draaisnelheden, bieden een lage wrijving, veroorzaken een minimum aan lawaai en trillingen, zijn gemakkelijk te installeren en vergen minder onderhoud dan andere types lagers.

hoekcontactlagers

De loopbanen van de binnen- en buitenring van deze lagers zijn van elkaar verschoven, zoals te zien is in figuur 6. Bijgevolg zijn deze lagers ontworpen om zowel radiale als axiale belastingen gelijktijdig op te nemen. Naarmate de contacthoek toeneemt, neemt de axiale belastbaarheid van het lager toe. Hoekcontactlagers worden gebruikt voor toepassingen met een hoge precisie, hoge snelheden en axiale belastingen, zoals in tandwielkasten, pompen en gereedschappen.

Eenrijige hoekcontactlagers

Deze verwerken axiale belastingen in slechts één richting. Dit is de reden waarom eenrijige hoekcontactkogellagers gewoonlijk worden geïnstalleerd door twee eenrijige hoekcontactkogellagers rug aan rug, tegenover elkaar of in tandem te plaatsen. Hierdoor kunnen krachten in meerdere richtingen worden opgevangen. De lagers worden op hun plaats gehouden met behulp van een borgkraag, om te voorkomen dat ze langs de as glijden.

• Rug-aan-rug Door de lagers op deze manier te monteren, kunnen ze zowel radiale als axiale belastingen in elke richting opvangen. Omdat de afstand tussen het middelpunt van het lager en het belastingspunt groter is dan bij andere bevestigingsmethoden, kan het grote moment- en wisselende belastingen aan.
• Face-to-face: Door deze montagevolgorde kan het lager radiale en axiale belastingen in beide richtingen opnemen. Omdat de afstand tussen het midden van het lager en het belastingspunt bij deze bevestiging echter kleiner is, is de moment- en wisselbelasting capaciteit lager.
• Tandem: Een tandembevestiging is geschikt voor axiale belastingen in één richting en radiale belastingen in één richting. Omdat de belastingen op de as door beide lagers worden opgenomen, kan hij zware axiale belastingen aan.

tweerijige hoekcontactlagers

Het ontwerp van tweerijige hoekcontactlagers is vergelijkbaar met de opstelling van twee hoekcontactlagers met een enkele rij die zij- aan zij worden geplaatst, maar vereist minder ruimte. Naast radiale en axiale belastingen zijn zij ook in staat kantelmomenten op te vangen.

Zelfstellende kogellagers

Zelfstellende kogellagers worden gebruikt wanneer een toepassing te maken heeft van verkeerde uitlijning of asdoorbuiging. Het heeft twee rijen kogels die de buitenste, bolvormige loopbaan delen, terwijl de binnenste ring twee met hoekcontacten werkende loopbanen met diepe groeven heeft. Omdat de kogels op hun plaats worden gehouden in het binnenste loopvlak, maar enige bewegingsvrijheid hebben op het buitenste loopvlak, kan het lager werken zelfs wanneer het niet is uitgelijnd met de as. Zij zijn echter niet geschikt voor toepassingen met een hoge belasting.

Kogeltaatslagers

Kogeltaatslagers worden gebruikt voor axiale belastingen. Er zijn twee hoofdontwerpen beschikbaar: eenrichtings- en tweerichtingsontwerpen.

• Het éénrichtings ontwerp bestaat uit een asschijf, een behuizingsring en een enkele kogel en kooi assemblage. Zij kunnen slechts axiale belastingen in één richting aan, afhankelijk van de plaatsing van de flens op de binnenste, buitenste, of beide loopbanen.
• Tweerichtings kogeltaatslagers bestaan uit drie sluitringen en twee bal en kooiassemblages. De sluitring scheidt de kogel- en kooi assemblages. Deze lagers zijn ontworpen voor gebruik met axiale belastingen, en zijn niet geschikt voor radiale belastingen. Zij kunnen axiale belastingen in beide richtingen aan.

Lees onze kogellagergids voor meer informatie.

Rollagers

Binnen de categorie rollagers zitten verschillende soorten lagers, wat we in de volgende secties behandelen.

Tweerijige tonlagers

Tonlagers worden gebruikt voor zware radiale en axiale belastingen. Er zijn twee hoofduitvoeringen beschikbaar: eenrijige en tweerijige tonlagers. Deze lagers ontlenen hun naam aan de sferische vorm van het buitenste loopvlak en de sferische vorm van de rollen.

Deze lagers zijn bijzonder geschikt voor toepassingen die gevoelig zijn voor uitlijnfouten of asdoorbuigingen. Door hun hoog draagvermogen en hun vermogen om uitlijningsfouten op te vangen, hebben zij lage onderhoudskosten en doorgaans een langere levensduur. Deze lagers zijn geschikt voor transportbanden, bruggen en kranen, voor gebruik in papierfabrieken, enz.

Cilinderlagers

Cilinderlagers worden gebruikt voor hoge snelheden en zware radiale belastingen. De wentellichamen zijn niet alleen geslepen om een maximaal contact met het loopvlak te verzekeren, maar zijn ook nauwkeurig gekroond om randbelasting ten gevolge van asuitlijningsfouten te voorkomen. Zij bieden een hoge stijfheid, lage wrijving en lange levensduur. Deze lagers kunnen ook axiale verplaatsing aan als het lager is uitgerust met flenzen op zowel de binnen- als de buitenring. Er zijn twee hoofdmodellen beschikbaar: eenrijige en tweerijige cilindrische rollagers.

Kegellagers

Kegelrollagers zijn qua ontwerp vergelijkbaar met tweerijige tonlagers. In kegellagers zijn de binnenste en buitenste loopbanen taps, evenals de rollen. Deze lagers zijn geschikt voor de zwaarste radiale en axiale belastingen in toepassingen die gevoelig zijn voor uitlijnfouten of asdoorbuigingen. Het hoge belastingsvermogen en de mogelijkheid om uitlijnfouten op te vangen, helpen u om lage onderhoudskosten en een lange levensduur van de lagers te verkrijgen. Er zijn twee hoofdontwerpen beschikbaar: eenrijige en tweerijige kegellagers.

Tontaatslagers

Gelijkaardig aan kogeltaatslagers, zijn er verscheidene types tontaatslagers die zowel een- als tweerichtings kunnen zijn. Cilindertaatslagers zijn bedoeld voor zwaardere axiale belastingen dan kogeltaatslagers, maar mogen niet worden blootgesteld aan radiale belastingen. Tontaatslagers kunnen echter zowel radiale als axiale krachten opvangen.

• Het éénrichtings ontwerp bestaat uit een asschijf, een behuizingsring en een enkele kogel en kooi assemblage.
• Het ontwerp in dubbele richting bestaat uit een assemblage van drie sluitringen en twee sets kogels en kooien. De asring scheidt deze assemblages.

Naaldtaatslagers

Naaldtaatslagers zijn ontworpen voor extreem hoge toerentallen, maar alleen voor axiale krachten. Vaak dienen aangrenzende machineonderdelen als loopbanen, zoals tandwielassemblages. Dit betekent dat het lager niet meer plaats inneemt dan een sluitring. Deze lagers zijn bestand tegen zware axiale belastingen en piekbelastingen aangezien de rollen binnen één assemblage zeer kleine diameterafwijkingen hebben. Om spanningspieken te voorkomen, wordt aan de uiteinden van de rollen meestal een licht reliëf aangebracht om het contactoppervlak tussen de loopbaan en de rollen te wijzigen.

Speciale lageraanduidingen

Er bestaan verschillende codes en aanduidingen om verschillende lagerontwerpen en ontwerpkenmerken te bepalen. Deze codes en aanduidingen omvatten aanduiding voor lagers met conische boringen (toegewezen de letter K in SKF lagers), voor versterkte lagers wordt meestal de letter E gebruikt, en nog veel meer. Helaas gebruiken niet alle fabrikanten dezelfde aanduidingen en ontwerpkenmerken. Voor een goed begrip hiervan, lees onze gids over lageronderdeel aanduidingen.

Cilindrische Lagers N/NJ/NU/NUP

Eén gebied dat over het algemeen wereldwijd hetzelfde is, zijn de verschillende aanduidingen voor de plaatsing van flenzen op lagers. Deze flenzen zijn bedoeld om radiale belastingen op lagers op te vangen.

• NU: Op het buitenste loopvlak van deze lagers bevinden zich twee machinaal bewerkte flenzen, maar er zijn geen flenzen op het binnenste loopvlak. Rolelementen en kooien worden in de buitenste loopring geassembleerd. Dit lager kan geen stuwkrachten dragen door het ontbreken van flenzen in het binnenste loopvlak.
• N: Er zijn twee flenzen op het binnenste loopvlak, geen flenzen op het buitenste loopvlak, en rollen en kooien worden geassembleerd op het binnenste loopvlak van deze lagers. Het buitenste loopvlak van dit lager heeft geen flenzen, zodat het geen stuwdrukbelasting kan dragen.
• NJ: Een machinaal bewerkte flens bevindt zich aan één kant van de binnenste loopbaan, en twee flenzen bevinden zich op de buitenste loopbaan. De rollen en kooien bevinden zich in de buitenste loopbaan. Omdat de binnenste loopbaan een integrale flens heeft, kan dit lager axiale belastingen en beperkte stuwkrachten opnemen.
• NUP: Lagers van dit type zijn vergelijkbaar met NJ lagers, maar hebben een uniek loopvlak, vaak aangeduid als de stuwkraag, die hoger oploopt dan een flens. Deze lagers hebben een kraag in plaats van flenzen om axiale krachten op te vangen in beide richtingen. De kraag steekt aan één kant uit het lager, zodat het binnenste loopvlak een iets grotere diameter heeft dan het buitenste loopvlak.

Criteria voor de keuze van wentellagers

Hieronder vindt u de selectiecriteria voor wentellagers die u bij uw toepassingen in aanmerking moet nemen:

• Beschikbare ruimte: De boringdiameter van een lager, een van de belangrijkste afmetingen, wordt gewoonlijk bepaald door het ontwerp van de machine en de diameter van de as. Assen met een kleine diameter kunnen worden voorzien van elk type kogellager. Naast diepgroefkogellagers kunnen ook naaldlagers worden gebruikt. Lagers voor assen met een grote diameter zijn onder meer cilindrische, conische, sferische en diepgroefkogellagers. In situaties waar de radiale ruimte beperkt is, verdienen lagers met een kleine dwarsdoorsnede de voorkeur.
• Belasting: De grootte van een lager wordt gewoonlijk bepaald door de omvang van de belasting. In het algemeen kunnen rollagers zwaardere lasten dragen dan kogellagers van vergelijkbare grootte, en volrollige lagers kunnen zwaardere lasten dragen dan kooilagers. In het algemeen zijn kogellagers geschikt voor lichte tot matige belastingen. Lagers met rollen zijn gewoonlijk de meest geschikte keuze wanneer de lagers zware lasten moeten dragen of wanneer de asdiameters groot zijn.
• Scheefstand: Uitlijnfouten worden veroorzaakt door assen die doorbuigen onder belasting, wanneer de lagerzittingen niet op dezelfde hoogte zijn gefreesd, of wanneer de lagers te ver uit elkaar zijn geplaatst. Groefkogellagers en cilindrische rollagers kunnen geen enkele verkeerde uitlijning aan of kunnen slechts kleine afwijkingen aan. Lagers die zichzelf uitlijnen, zoals tweerijige tonlagers en tweerijige tontaatslagers, kunnen uitlijnfouten opvangen en compenseren voor initiële uitlijnfouten veroorzaakt door machinale bewerking en montagefouten.
• Precisie: Opstellingen die een hoge loopnauwkeurigheid vereisen en toepassingen die zeer hoge snelheden vereisen, vereisen lagers met een hogere precisie. Dit is typisch het geval in medische en ruimtevaarttoepassingen. Precisielagers worden meestal gemaakt volgens de normen voor diepgroefkogellagers of hoekcontactlagers, maar hebben veel kleinere toleranties dan standaard lagers.
• Snelheid: De snelheid van een wentellager wordt begrensd door de toelaatbare bedrijfstemperatuur. Voor hoge snelheden zijn lagers met een lage wrijving en bijgevolg een lage warmteontwikkeling binnenin het lager het meest geschikt. Taatslagers door hun ontwerp, kunnen niet zo een snelle snelheid als radiale lagers aanpassen.
• Stille werking: Afhankelijk van de toepassing, bijvoorbeeld kleine elektromotoren voor huishoudtoestellen of kantoormachines, kan het tijdens de werking geproduceerde geluid de keuze van het lager beïnvloeden. Voor deze toepassingen wordt een speciaal type groefkogellager met een messing kooi vervaardigd. Deze lagers hebben meer ruimte tussen de kogels, waardoor een grotere hoeveelheid smeermiddel in het lager kan worden gebracht, waardoor het geluidsniveau wordt gedempt.
• Stijfheid: De stijfheid van een wentellager wordt bepaald door de grootte van zijn elastische vervorming onder belasting. Aangezien de vervormingen meestal minimaal zijn, kunnen zij meestal worden verwaarloosd. De stijfheid kan van kritiek belang zijn. Rollagers hebben een hogere stijfheid dan kogellagers door de contacten tussen de rolelementen en de loopbanen. Deze vervorming speelt echter wel een rol bij de smering. Onder een hydro-elastisch smeerregime is deze vervorming een gunstig effect, lees meer in onze tribologiegids.
• Montage en demontage: Wanneer lagers met cilindrische boringen uit elkaar gehaald kunnen worden, kunnen ze efficiënter worden gemonteerd en gedemonteerd. Indien veelvuldige montage en demontage vereist is, verdienen deelbare lagers de voorkeur omdat elke lagerring onafhankelijk van de andere kan worden gemonteerd. Kegellagers kunnen gemakkelijk worden gemonteerd op een cilindrische aszitting of een tapse tap met behulp van een adapter. Lees meer over het installeren van lagers in ons artikel over de lagertrekker.