Naaldlagers: 60 jaar en nog steeds evoluerend

- Dec 03, 2019-

Naaldlagers: 60 jaar en nog steeds in ontwikkeling

Hoewel het basisontwerp van een naaldlager de afgelopen 60 jaar niet veel is veranderd, hebben voortdurende ontwikkelingen geresulteerd in nieuwe kooiontwerpen die vijf keer de levensduur bieden en het statische belastingsniveau van hun oorspronkelijke tegenhangers verdubbelen.

-Schaeffler gekooide naald-rol.jpg

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 van het naaldlager door de jaren heen de voorkeurskeuze gemaakt voor lagers in een breed scala van industriële en automotive krachtoverbrengingstoepassingen.

Een naaldlager is een lager dat kleine cilindrische rollen gebruikt. Deze rollen worden gebruikt om de wrijving van een roterend oppervlak te verminderen. In vergelijking met kogellagers hebben naaldlagerlagers een groot oppervlak dat in contact staat met de loopbaanblokken van de lager.

De typische structuur van een naaldlager omvat een binnenring (of soms alleen een as), een naaldkooi die de naaldrollen oriënteert en bevat, de naaldrollen zelf, en een buitenste loopbaan. Er zijn veel verschillende ontwerpen van naaldlagerlagers, inclusief getrokken kom, precisierace, gekooide rol en duwrol. Hier beschouwen we het gekooide roltype.

De functie van een gekooid naaldlager is om radiale belastingen en rotatiesnelheden te ondersteunen. Hier geleidt en houdt een kooi de rollen vast. Kooiontwerpen zijn normaal verkrijgbaar in ontwerpen met enkele en dubbele rijen, met een breed scala aan kooimaterialen die beschikbaar zijn, waaronder staal, kunststof (PA66) en aluminium. Meerdere rijlagerontwerpen verhogen het draagvermogen.

Kooien, van staal of kunststof, kunnen in verschillende constructies worden gemaakt, waaronder massieve kooien, enkele gesplitste en gesplitste helften (tweedelig). Deze kooien kunnen ook smeerpassages en andere op maat ontworpen functies bevatten.

Typische toepassingen voor gekooide naaldlagers zijn versnellingsbakken, motoroverbrengingssystemen voor auto's, tweetaktmotoren, viertaktmotoren en luchtcompressoren.

Ongeacht welk type van de vier hoofdtypen naaldlager wordt geselecteerd voor een toepassing, moeten ingenieurs rekening houden met een aantal factoren voordat ze hun beslissing zo vroeg in de ontwerpfase mogelijk maken: de maat / ontwerpomhulling, type lading, lading capaciteit, snelheid, temperatuur, verkeerde uitlijning, behuizing en asspecificaties, levensduur en smeringsvereisten.

De geschiedenis van het naaldlager

In 1949, aan het einde van de Tweede Wereldoorlog, vonden de oprichters van INA (nu The Schaeffler Group), Dr. Georg Schaeffler en zijn broer Wilhelm, een nieuw type naaldlager uit, het INA gekooide naaldlager.

Het was tijdens het fabriceren van lagers voor het Amerikaanse leger dat Georg Schaeffler eerst overwoog hoe de nadelen van naaldlagers met volledig complement overwonnen konden worden. Destijds hadden lagerdesigns met rolelementen de neiging om scheef te trekken, vooral bij hoge loopsnelheden, en leden ze dus aan een toename van de wrijvingsweerstand (hitte). Bovendien vergrendelde het lager gemakkelijk waar de speling klein was. De oplossing van Dr. Georg Schaeffler in 1949 was de naalden axiaal in een kooi te geleiden.

Het gekooide naaldlager overwon deze nadelen en bood ook hoge snelheden en lage wrijving. In samenwerking met een team van ingenieurs bij INA ontwikkelde Georg het idee totdat het klaar was voor massaproductie en ging hij vervolgens met zijn broer op weg met een koffer met monsters om klanten te overtuigen van de voordelen van zijn nieuwe naaldlager.

In de beginjaren was de ontwikkeling van INA nauw verbonden met de auto-industrie. Inderdaad, het eerste doelwit voor het gekooide naaldlager was de auto-industrie en enkele van de eerste klanten die converters naar de nieuwe technologie werden, waren Mercedes Benz en Adler Motorcycles. INA's wentellagersbedrijf was echt begonnen. Al snel was het gekooide naaldlager van dr. Schaeffler een essentieel element geworden in veel auto- en industriële installaties en machines.

Het is opmerkelijk dat het ingenieuze genie van dr. Schaeffler's gekooide naaldlager nog steeds in zijn oorspronkelijke ontwerp wordt gebruikt. Het oorspronkelijke ontwerp heeft echter niet stilgestaan door de jaren heen, maar is continu verbeterd en aangepast om aan steeds diversere eisen te voldoen.

Het gekooide naaldlager heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van kleinere, efficiëntere en kosteneffectievere voertuigen. Zelfs vandaag zou het moeilijk zijn om een automobieltransmissiesysteem voor te stellen dat geen naaldlagers gebruikte.

Tegenwoordig worden naaldlagers in meer dan 15.000 varianten vervaardigd, met nieuwe ontwerpen die zijn aangepast aan de speciale vereisten van klantentoepassingen.

Gefreesde naaldlagers vormen de kern van het assortiment, vooral met de recente introductie van Schaeffler's X-life premium kwaliteitsstandaard. Naaldlagers geproduceerd met X-life kwaliteit bieden nu een toename van 13% in dynamische belasting in vergelijking met conventionele lagers, wat overeenkomt met een 50% langere levensduur.

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

In het onwaarschijnlijke geval dat de toepassingsvereisten zelfs X-life lagers overtreffen, kunnen verdere technische prestatieverbeteringen worden bereikt door het gebruik van nieuwe lagercoatings en materialen.

Een project dat momenteel bij Schaeffler's Automotive Division wordt uitgevoerd, betreft het herontwerp van een planetaire versnellingsset met hoge snelheid voor een automatische versnellingsbak op een nieuw hybride elektrisch personenvoertuig.

"Autofabrikanten hebben nu lagers en andere motoronderdelen nodig die betere wrijvingseigenschappen bieden, en dit is waar de voordelen van het gekooide naaldlager van pas komen."

Davies zegt dat een speciaal ontwerp van de kooi voor het naaldlager en verbeterde functies die de smeerstroomeigenschappen van het lager verbeteren, hebben geleid tot een lager wrijvingsontwerp van het lager, waardoor de planetaire tandwielset van de klant voor de elektrische differentiëlen is gereduceerd formaat, met een gewicht van 17 procent minder dan het originele systeem. De lagers, in combinatie met geoptimaliseerde oliestroom door de drager, hebben 20 procent hogere rijsnelheden mogelijk gemaakt (tot 8.000 tpm).

“De kooi is speciaal ontworpen voor de toepassing. Vanwege een beperkte ontwerpomhulling moest de kooi kleiner zijn om de as op te nemen en is de boring van het huis afgewerkt om een lagerloopbaan te ondersteunen. Als dat niet het geval was, zou een buitenste of binnenste ring nodig zijn geweest, ”legt Davies uit.

Verbeterde oliestroom

Gelaagde naaldlagers kunnen voor de klant in vele varianten worden geassembleerd. Deze omvatten single split-ontwerpen, half shell types en single split met diagonale veerstangverbindingen.

In de late jaren tachtig tot de vroege jaren negentig waren verbeteringen in het ontwerp van de kooi gericht op dunnere ontwerpen met minder massa. Andere verbeteringen waren nieuwe ontwerpkenmerken die hielpen het smeermiddel effectiever rond alle delen van het lager te verplaatsen, wat leidde tot een verbeterde oliestroom.

Oorspronkelijk werden kooien eenvoudig ontworpen om de rollende elementen te geleiden. Meer recent worden naaldlagers echter voorzien van sterk verbeterde kooiontwerpen, met inbegrip van bijvoorbeeld speciale voorgeconstrueerde kooien.

Precessie helpt niet alleen de slijtage onder alle rollen te verspreiden, maar verdeelt ook smeermiddel over het lager. 'False brinelling' is een typische foutmodus voor lagers met gekooide naaldrollen, met name in krachtoverbrengingstoepassingen. Deze faalwijzen worden meestal veroorzaakt door microtrillingen en bewegingen tussen de rollende elementen en de loopbaanjournalen, waardoor metaal-op-metaal contactomstandigheden worden gecreëerd.

Het resultaat van verbeteringen zoals beschreven, heeft ertoe geleid dat de nieuwste lagerkooirolontwerpen tot 25 procent hogere statische belastingscapaciteiten kunnen bieden voor een lager van vergelijkbare grootte, wat overeenkomt met meer dan het dubbele van de dynamische belastingswaarde. Voor toepassingen met meerdere kleine bewegingen neemt de levensduur meestal toe van drie tot vijf keer.

Meer informatie over onze producten, pls e-mail naar: info@jxtcbearing.com