Naaldlagers: 60 jaar en nog steeds aan het evolueren

- Oct 29, 2018-

14



Hoewel het basisontwerp van een naaldlager in de afgelopen 60 jaar niet veel is veranderd, hebben continue ontwikkelingen geleid tot nieuwe kooidesigns die vijf keer de levensduur en het dubbele statische laadvermogen van hun oorspronkelijke tegenhangers bieden.

De meeste ontwerpingenieurs zijn al bekend met de technische voordelen van een naaldlager - de mogelijkheid om relatief hoge belastingen te verwerken in een compacte ontwerpomhulling. Dit technische voordeel heeft ervoor gezorgd dat de naaldlager de voorkeur heeft voor het lager in een breed scala aan toepassingen voor industriële en automobieltransmissie door de jaren heen.

Een naaldlager is een lager dat kleine cilindrische rollen gebruikt. Deze rollen worden gebruikt om de wrijving van een roterend oppervlak te verminderen. Vergeleken met kogellagers hebben naaldlagers een groot oppervlak dat in contact is met de lagerbanen van het lager.

De typische structuur van een naaldlager omvat een binnenring (of soms alleen een schacht), een naaldhouder die de naaldrollen, de naaldrollen zelf en een buitenste loopring oriënteert en bevat. Er zijn veel verschillende ontwerpen van naaldlagers, waaronder getrokken kop, precisieras, kooirol en drukrol. Hier kijken we naar het type met kooirol.

De functie van een gekooide naaldlager is om radiale belastingen en rotatiesnelheden te ondersteunen. Hier leidt een kooi en houdt de rollen vast. Gekooide ontwerpen worden normaal gesproken geleverd in ontwerpen met een enkele en dubbele rij, waarbij een grote verscheidenheid aan kooimaterialen beschikbaar is, waaronder staal, kunststof (PA66) en aluminium. Meerdere rijlagerontwerpen verhogen het draagvermogen.

Kooien, zowel van staal als van kunststof, kunnen in verschillende uitvoeringen worden gemaakt, waaronder een massieve kooi, enkele split en gespleten helften (tweedelig). Deze kooien kunnen ook smeringspassages en andere op maat ontworpen functies bevatten.

Typische toepassingen voor kooi-naaldlagers zijn tandwielkasten, automotive aandrijfsystemen, tweetaktmotoren, viertaktmotoren, planetaire tandwielkasten en luchtcompressoren.

Ongeacht welk type van de vier hoofdtypen naaldlager wordt geselecteerd voor een toepassing, ingenieurs moeten een verscheidenheid aan factoren overwegen voordat ze hun beslissing nemen, zo vroeg in de ontwerpfase als mogelijk: de envelopgrootte / ontwerp, het type belasting, belasting capaciteit, snelheid, temperatuur, uitlijnfout, specificaties van behuizing en as, levensduur en smeringseisen.



Voor de klant betekenen deze verbeteringen minder smeermiddelbelasting, verminderde wrijving en lagere lagertemperaturen, wat op zijn beurt resulteert in een energiezuiniger lager. Bovendien maakt de verhoging van het prestatievermogen het mogelijk om het lager te verkleinen voor de toepassing, met overeenkomstige verminderingen in het gewicht van het lager en zijn ruimtevereisten.

In het onwaarschijnlijke geval dat toepassingsvereisten zelfs X-life-lagers overschrijden, kunnen verdere technische prestatieverbeteringen worden verkregen door het gebruik van nieuwe lagerverbindingen en -materialen.

Een project dat momenteel wordt uitgevoerd bij de Automotive Division van Schaeffler omvat het herontwerp van een planetaire tandwielset met hoge snelheid voor een automatische versnellingsbaktransmissie op een nieuwe hybride elektrische personenauto.

De auto-industrie van vandaag staat onder toenemende druk om zuinigere voertuigen met een lagere CO2-uitstoot te produceren. Eén manier om dit te bereiken is om het brandstofverbruik van het voertuig te verbeteren door de wrijving over de gehele aandrijflijn te verminderen. Dit betekent het verminderen van het gewicht van het totale voertuig door het verminderen van het gewicht van individuele componenten. "

"Autofabrikanten hebben nu lagers en andere motorcomponenten nodig die betere wrijvingseigenschappen bieden, en daarom komen hier de voordelen van het kooipenaaldlagers in het spel."

Davies zegt dat een speciaal ontwerp van de kooi voor het naaldrollager en verbeterde functies die de smeringstromingskarakteristieken van het lager verbeteren, hebben geresulteerd in een lager wrijvingsontwerp van het lager, waardoor de planetaire tandwielset van de klant voor de elektrische differentiëlen kon worden gereduceerd. grootte, met een gewicht van 17 procent minder dan het oorspronkelijke systeem. De lagers, in combinatie met een geoptimaliseerde oliestroom door de carrier, hebben 20 procent hogere rijsnelheden mogelijk gemaakt (tot 8000 tpm).

"De kooi is op maat ontworpen voor de toepassing. Vanwege een beperkte ontwerpomhulling, moest de kooi kleiner zijn om de as op te nemen en de behuizingboring van het tandwiel is afgewerkt om een lagerloopbaan te ondersteunen. Zo niet, dan zou een buitenste of binnenste ring vereist zijn ", legt Davies uit.

Caged naaldlagers kunnen in vele variëteiten voor de klant worden geassembleerd. Deze omvatten enkelvoudige splitontwerpen, halve schaaltypes en enkele split met diagonale veerstaafverbindingen.

Aan het eind van de jaren tachtig tot aan het begin van de jaren negentig waren de ontwerpverbeteringen van kooien gericht op dunnere ontwerpen met minder massa. Andere verbeteringen waren onder meer nieuwe ontwerpkenmerken die het smeermiddel effectiever over alle delen van het lager hebben geleid, wat heeft geleid tot een betere oliestroom.

Oorspronkelijk werden kooien eenvoudig ontworpen om de rolelementen te geleiden. Meer recentelijk zijn echter naaldlagers voorzien van sterk verbeterde kooidesigns, waaronder bijvoorbeeld speciale voorkooien.

Precessie helpt niet alleen de slijtage over alle rollen verspreiden, maar verdeelt ook smeermiddel rond het lager. 'False brinelling' is een typische faalmodus voor kooi-naaldlagers, met name bij toepassingen met krachtoverbrenging. Deze faalwijzen worden gewoonlijk veroorzaakt door microvibratie en bewegingen tussen de wentelelementen en de loopvlakblokken, waardoor metaal-op-metaal contactcondities worden gecreëerd.

Het resultaat van verbeteringen zoals die zijn geschetst, heeft ertoe geleid dat de nieuwste lagerkooien met rolcontainers tot 25 procent hogere statische belastingscapaciteiten kunnen bieden voor een vergelijkbare lagering, wat neerkomt op meer dan het dubbele van de dynamische belasting. Voor toepassingen met meerdere kleine bewegingen neemt de levensduur van de drager doorgaans toe van drie tot vijf keer.