Axiale belasting versus radiale belasting in groefkogellagers: selectiegids

Als u een diepgroefkogellager voor een motor, pomp of versnellingsbak selecteert, is de eerste vraag niet “welk merk”, maar “hoeveel radiale belasting en hoeveel axiale belasting zal het lager te verwerken krijgen.” Radiaale belasting bepaalt meestal de lagermaat; axiale belasting bepaalt of een standaard groefkogellager nog steeds een veilige keuze is. In de praktijk is de combinatie van deze twee krachten de meest voorkomende reden voor vroegtijdig falen van lagers.

Wat radiale en axiale belastingen eigenlijk betekenen

Radiale belasting werkt loodrecht op de as. Een riem die aan een katrol trekt, het gewicht van een rotor of de ingrijpkracht van een tandwiel veroorzaken allemaal een radiale belasting. Axiaale belasting werkt parallel aan de as. Voorbeelden hiervan zijn de stuwkracht van een spiraalvormig tandwiel, de magnetische trekkracht van een elektromotor of een as die tijdens de montage in een behuizing duwt.

Een diepgroefkogellager is geoptimaliseerd voor radiale belasting omdat de loopvlakken diep zijn en de kogels een kleine contacthoek hebben. Door deze geometrie kan het lager een bepaalde hoeveelheid axiale belasting in beide richtingen opnemen, maar er is een praktische limiet. Als de axiale component te groot is, glijden de kogels in plaats van rollen, en beweegt de contactellips naar de rand van de loopbaan.

Hoeveel axiale belasting kan een diepgroefkogellager aan?

Openbaar beschikbare technische gegevens van lagerfabrikanten geven een bruikbare vuistregel: voor standaard groefkogellagers met één rij bedraagt ​​het axiale draagvermogen vaak 10-30% van het statische radiale draagvermogen. Dunne lagers en miniatuurlagers hebben de neiging aan de onderkant te zitten omdat hun loopvlakken ondieper zijn en de kogels kleiner zijn.

De statische radiale belastingswaarde, C0, is een referentiewaarde voor de belasting die een blijvende vervorming van een bepaalde omvang veroorzaakt. Voor de levensduurberekening wordt het dynamische draagvermogen, C, gebruikt. Wanneer ingenieurs de axiale belasting vergelijken met de radiale belasting, moeten ze de verhouding vergelijken met C0 en niet met C. Het overschrijden van de aanbevolen axiale/radiale verhouding betekent niet dat het lager onmiddellijk stopt. Het betekent dat de spanningsverdeling onregelmatig wordt, de vetfilm afbreekt en het lager sneller zijn levensduur verliest dan de standaard L10-berekening voorspelt.

6205ZZ diepgroefkogellager voor motoren en pompen Een 25×52×15mm afgeschermd lager gemaakt van GCr15 staal, geschikt voor middelmatige radiale belastingen in industriële apparatuur. De dubbele metalen schilden beschermen tegen stof en vocht en ondersteunen een betrouwbare werking in motoren, pompen en machines. Bekijk Product →

Voor industriële apparatuur is ons 6205ZZ-lager een gebruikelijke keuze voor motoren, pompen en machines, maar er is nog steeds een controle van de axiale belasting nodig voordat de definitieve selectie plaatsvindt.

Wat gebeurt er als de axiale belasting te hoog is?

Wanneer de axiale belasting de praktische limiet van het lager overschrijdt, gedragen de rolelementen en loopbanen zich anders. De contacthoek neemt plaatselijk toe en de kogels drukken tegen de rand van de loopbaan. Hierdoor ontstaat randbelasting, wat een geconcentreerde spanningstoestand is die vroegtijdige schilfering, indeuking en trillingen kan veroorzaken.

Bij een motor kunt u een verhoogde temperatuur en geluid opmerken. Bij een ventilator of een klein elektrisch apparaat kan het lager na een korte gebruiksperiode ruw worden. Het falen is niet altijd duidelijk aan de buitenkant, omdat de afdichting er nog steeds intact uitziet. Pas als het systeem gedemonteerd is, zie je het ongelijkmatige slijtagepatroon op de binnen- en buitenringen.

Ook dit is een inkooprisico. Als een aankoopspecificatie alleen de radiale dynamische belastingswaarde C vermeldt en de axiale belasting negeert, kan de werkelijke levensduur van het lager in het veld aanzienlijk korter zijn dan de berekende levensduur. Dat leidt tot onverwachte downtime, herbewerking en garantieclaims.

Een diepgroefkogellager selecteren voor gecombineerde radiale en axiale belastingen

Het praktische proces begint met de aanvraaggegevens. Bepaal de radiale kracht en de richting ervan, en vervolgens de axiale kracht en de richting ervan. Bereken voor gecombineerde belastingen de equivalente dynamische belasting met behulp van de standaardrelatie P = XFr YFa. Als bij diepgroefkogellagers de verhouding tussen de axiale en de radiale belasting klein is, kunt u de berekening vereenvoudigen en de radiale belasting als bepalende factor beschouwen. Wanneer het axiale aandeel groeit, moet in de berekening rekening worden gehouden met een hogere equivalente belasting.

1. Schat de radiale belasting op basis van de riemspanning, de tandwielkrachten of het gewicht van de motorrotor.
2. Schat de axiale belasting op basis van stuwkrachten, asuitlijning of montagemethoden.
3. Controleer de verhouding Fa/Fr ten opzichte van de grenswaarden van het lager.
4. Vergelijk de equivalente belasting P met het dynamische draagvermogen C en pas de snelheid en smering aan.
5. Overweeg lagerconstructies die de axiale positionering verbeteren, zoals flens- of borgringlagers, zonder echte axiale capaciteit toe te voegen.

Een ander punt is de interne speling. Een lager met C3-speling kan een iets hogere axiale belasting verdragen voordat er randbelasting optreedt, maar kan wel luidruchtiger lopen. Voor een stille werking in ventilatoren kies je voor een normale speling of zelfs een C2. Daarom moet uw lagerleverancier zowel de belasting als de geluidseisen kennen.

Geflensde diepgroefkogellagers vereenvoudigen bijvoorbeeld de axiale plaatsing in kleine motor- en pompsamenstellen. De flens fungeert als lokalisatievoorziening, maar verhoogt de axiale belasting niet. Hetzelfde geldt voor borgringlagers: de ring voorkomt beweging van de as, maar het kogeltraject blijft een diepgroefontwerp.

F696ZZ flenslager voor kleine motoren en precisie-instrumenten Een 6×15×5mm flenslager met een geïntegreerde flens voor axiale positionering in compacte samenstellingen. Het zorgt voor een soepele rotatie en stabiliteit, ideaal voor micromotoren, elektronica en precisie-apparaten waar de ruimte beperkt is. Bekijk Product →

In een compacte motor of klein elektrisch gereedschap helpt ons F696ZZ afgeschermde flenslager de aspositie te fixeren terwijl een soepele rotatie behouden blijft voor kleine motortoepassingen.

Praktische scenario's: motoren, ventilatoren en pompen

Een typische elektromotor wordt radiaal belast door de zwaartekracht en vaak door een aandrijfriem. De axiale belasting is doorgaans klein, tenzij de motor een spiraalvormig tandwiel of een wormwielkast aandrijft. In die gevallen kan een diepgroefkogellager nog steeds de belasting aan als de axiale kracht onder het aanbevolen percentage van de statische beoordeling blijft.

Fans en elektronische apparaten gebruiken vaak compacte lagers zoals 6901ZZ. Deze lagers moeten stil en soepel op hoge snelheid draaien. Een kleine hoeveelheid axiale belasting is acceptabel, maar een zware drukbelasting zou het lager luidruchtig maken en van korte duur zijn.

6901ZZ Compact kogellager voor ventilatoren en elektronische apparaten Een slank lager van 12 x 24 x 6 mm, ontworpen voor beperkte ruimtes, met een laag geluidsniveau en stabiele prestaties onder lichte tot middelmatige belasting. De dubbele schilden voorkomen het binnendringen van stof, waardoor hij geschikt is voor ventilatoren, kleine motoren en precisieapparatuur. Bekijk Product →

Ons compacte kogellager 6901ZZ is ontworpen voor ventilatoren, motoren en elektronische apparaten waar de ruimte beperkt is en een soepele werking op snelheid van cruciaal belang is.

Pompen en industriële machines gebruiken over het algemeen zwaardere lagers zoals 6205ZZ of extra grote groefkogellagers. Hier is de radiale belasting aanzienlijk, maar de axiale component kan ook stijgen als gevolg van stuwkracht van de waaier of een verkeerde uitlijning van de koppeling. In deze situaties voegen ingenieurs vaak een afzonderlijk druklager toe of kiezen ze een groter lager om de equivalente belasting ruim onder de nominale belasting te houden.

Snelheid heeft ook invloed op het axiale draagvermogen. Bij hoge snelheid verandert de middelpuntvliedende kracht op de kogels de contacthoek en de oliefilmdruk. Een 6901ZZ met een toerental van 10.000 tpm kan niet dezelfde axiale belasting verdragen als hetzelfde lager met een toerental van 1000 tpm, ook al kan de radiale belasting lager zijn.

Referentietabel: Gedrag van radiale versus axiale belasting

Gebruik deze tabel als snelle controle van uw gezondheid tijdens de initiële lagerselectiefase.

De rol van draagconstructies en materialen

Flenslagers en borgringlagers veranderen niets aan het draagvermogen van een groefkogellager; ze veranderen het montagegemak. Een flens kan het lager in een behuizing plaatsen zonder aparte zittingring. Een borgring kan het lager op zijn plaats houden op een as of in een boring. Deze kenmerken zijn vooral handig bij compacte samenstellingen waarbij extra componenten het ontwerp te omvangrijk zouden maken. Als u de verschillen wilt begrijpen, hebben we een gedetailleerde handleiding selectie van flenslagers dat omvat functie, typen en natuurlijk de afwegingen.

Materiaalkeuze is van belang voor de corrosieweerstand. Roestvrijstalen lagers zijn een praktische optie voor voedselmachines, medische apparatuur en buitenapparatuur. RVS heeft echter over het algemeen een iets lager draagvermogen dan standaard chroomstaal. Als de toepassing bovendien een hoge axiale belasting kent, moet met deze lagere reserve rekening worden gehouden.

Laatste aanbeveling voor kopers en ontwerpingenieurs

Begin met de radiale belasting en controleer vervolgens de axiale belasting. Ga er niet van uit dat, omdat een lager van “heavy duty” of “industriële kwaliteit” is, het zonder hulp grote axiale krachten kan absorberen. Vraag altijd de exacte afmetingen en belastingsgegevens op bij de lagerfabrikant, vooral wanneer de axiale belasting meer dan 20% van de radiale belasting bedraagt. Geef voor OEM- en ODM-projecten de bedrijfsbelastingen, snelheid en temperatuur op. Een directe fabrikant kan vervolgens de interne speling, het afdichtingstype en het materiaal afstemmen op de werkelijke toepassing. Deze aanpak vermindert het risico op vroegtijdige mislukkingen en houdt de totale eigendomskosten laag.

Als uw axiale belasting consistent hoger is dan 30% van de radiale belasting, overweeg dan het gebruik van een hoekcontactlager of een gepaarde opstelling. Maar als de ruimte te krap is, kan een op maat gemaakt diepgroefkogellager met aangepaste kogelgrootte en kromming van de loopring soms de axiale capaciteit binnen hetzelfde bereik vergroten. Dit is waar een OEM-fabrikant met niet-standaard lagerervaring kan helpen.