Лагери

Сферични лагери сред нас.

Всеки знае за лагерите. Тази подробност се използва толкова широко, че е станала напълно обичайна. Лагерите се произвеждат в милиони парчета, но ние, свиквайки с тях, изобщо не мислим колко е трудно и наистина невероятно нещо.

Всяко повече или по-малко сложно механично устройство, от скейтборд до трактор, има лагери. Те осигуряват лесно въртене на частите, докато лагерът изпъква като дистанционер между, например, коляновия вал и блока на двигателя.

Устройство със сачмени лагери

Какво е обичайното сачмен лагер?

Напречно сечение на конвенционален сачмен лагер.

Това са два пръстена с различен диаметър. От вътрешната страна на външния и от външната страна на вътрешния пръстен се изрязват пътеки - жлебове. В пролуката между пръстените се поставят няколко топки или ролки, за да се осигури приплъзване на пръстените. Те се наричат подвижни тела. Топките са фиксирани в лагера с сепаратор, който също фиксира топките на местата им, като не им позволява да се търкалят в купчина. Има лагери без клетка, няма пролуки между подвижните елементи, те опират един в друг, създавайки плътен пръстен. Но такива системи са по-малко издръжливи и могат да работят само при ниски скорости. Самите подвижни елементи са изработени от различни стоманени сплави с висока якост.

Съществува два основни типа лагери - топка и ролка. Лесно е да се досетим, че вторият тип използва малки метални цилиндри вместо топчета. Тези лагери са по-трайни и могат да издържат на по-големи натоварвания поради по-голямата си контактна площ.

Изобретение на лагер кредитирани Филип Вон (Филип Вон), ковач от Уелс. Именно той през 1794 г. пръв патентова дизайна на класическия лагер. Според други източници обаче клетката за лагери е изобретена в средата на 1700-те. От Джон Харисън.

Оттогава са изобретени огромен брой типове този възел. Подвижни, плъзгащи се, геостатични, хидростатични, хидродинамични и дори магнитни лагери. Последните са много различни от своите прадеди и дори най-близките роднини, но въпреки това всички те осигуряват стабилна работа на въртящи се възли и механизми в продължение на много години.

Производители на лагери

В момента се счита за най-голямата лагерна компания в света Шведска компания SKF.

През 1905 г. шведският инженер Свен Уингквист, работещ тогава в текстилната фабрика Glywoodtadens Fabriker на западния бряг на Швейцария, доброволно решава един от основните производствени проблеми. Тъй като всички машини на централата бяха задвижвани от парна машина, беше необходимо по някакъв начин да се „предаде” въртящият момент от турбината към машините, разположени на значително разстояние от нея. Обичайната практика беше да се захранват машините от централния вал, работещ от машинното отделение през всички магазини. за него чрез ремъчно задвижване бяха свързани всички тъкачни машини. Проблемът беше, че сачмените лагери, монтирани на вала, постоянно се повредиха, не издържайки на натоварванията.

Свен доброволно разработи нов тип лагер, който би бил по-подходящ за тези условия на работа. Шефовете дадоха зелено и година по-късно Свен създаде нов тип лагери - самонастройващи се сачмени лагерида се.

И през 1907 г. е основана компанията Svenska Kullagerfabriken (SKF) - първата компания в Швейцария, която произвежда сачмени лагери. SKF е този, който притежава множество изобретения в тази област. Талантливите инженери се заеха сериозно с развитието и след няколко години SKF, от дъщерно дружество на тъкачна фабрика, се превърна в голяма компания с клонове и представителства в Германия, Франция, Финландия, Швейцария, Белгия, Австрия и Австралия, САЩ и много други други.

През 1918 г. е изобретен нов тип лагер за използване на железопътната линия. Те бяха наречени сферични ролкови лагери.

Напречно сечение на сферичен ролков лагер - конструктивните характеристики на жлебовете и ролките са ясно видими. Увеличете.

Особеността на този тип устройства е, че вътрешният пръстен, заедно в клетката на ролките, може да се завърти под значителни ъгли по време на работа. В чужбина този тип се нарича CARB лагер. Възможни са и леки изходи на централния пръстен от равнината на лагера. Това е особено важно, когато е необходимо да се осигури непрекъсната работа на устройството при големи натоварвания, както и под въздействието на топлинно разширение и вибрации. Използва валяци с форма на цев и широки канали на пръстените.

CARB лагер и самият 5M вятърен генератор

Например, един от най-известните CARB лагери се използва в най-голямата вятърна турбина в света 5M.

Гигантски CARB лагер, използван в корабостроенето.

Видове лагери

В допълнение към търкалящите лагери, които бяха обсъдени по-горе, има и плъзгащи лагери, които са много по-лесни за производство и експлоатация, но не подлежат на ремонт. Най-простият лагер на втулката също се състои от външен пръстен и вътрешен пръстен. Валът се вкарва във вътрешния пръстен. Но между тях няма топки, а грес, който трябва непрекъснато да се подава към устройството, смазвайки триещите се повърхности.

Сферичен плъзгащ лагер

Този тип лагер е по-евтин, но по-малко издръжлив. Той обаче се използва широко в двигателното строителство - преобладаващата част от коляновите валове на ICE разчитат на плъзгащи лагери. Нещо повече, там лагерите са опростени - коляновият вал служи като вътрешен плъзгащ се корпус, пряко опиращ се на външния пръстен, състоящ се от две половини - облицовки. Подобно опростяване понякога се прави за сачмени лагери - когато жлебовете на подвижния елемент са направени директно върху вала.

Плъзгащите лагери могат да издържат на големи натоварвания, температури и високи скорости. По-малко части осигуряват по-голяма точност. Ето защо те се използват в двигатели с твърд диск, където се изисква калиграфска точност на позициониране на четещите глави.

Всички лагери, независимо от техния тип, трябва да се смазват по време на работа. За оптимална работа лагерът трябва да се смазва постоянно през целия си експлоатационен живот. Има два изхода от тази ситуация - или направете затворен лагер, вече смазан в завода, или се уверете, че той непрекъснато е снабден с грес.

Уплътнени лагери, фабрично смазани. В този случай също водоустойчив.

Самосмазващите се порести лагери се считат за най-модерните в това отношение. Изработват се чрез прахово покритие. При нагряване по време на работа такъв лагер започва да отделя мазнина, която се разширява навън. Когато се охлади, смазката се връща обратно в порите.

За смазване се използват предимно класически смазочни материали като машинно масло или други на базата на петролни продукти. Има и твърда грес, направена на основата на литиев сапун, използва графит, молибден дисулфид и др. Както и газообразни, в ролята на които са различни инертни газове.

В допълнение към непосредствената си задача, смазването предотвратява ръждата на лагерите и следователно увеличава техния експлоатационен живот. Но въпреки това в някои области на механиката се изисква липса на смазване или повишена устойчивост на корозия. В такива случаи се използват пластмасови или керамични лагери.

Отгоре - керамични лагери, отдолу - пластмаса.

Магнитни лагери

Има и друг напълно отделен тип лагери - магнитни лагери.

Роторни и магнитни лагери

Принципът на действие на магнитните лагери се основава на ефекта на левитация в магнитно поле. Най-популярният тип магнитни лагери сега са активните магнитни лагери (AMB). Валът в такива лагери буквално виси в мощно магнитно поле. Сензорната система постоянно следи позицията на вала и изпраща сигнали към позициониращите магнити на статора, коригирайки силата на привличане от едната или другата страна.

Безспорното предимство на магнитните лагери е пълното отсъствие на триещи се повърхности и следователно износване, триене и най-важното отсъствие на частици, генерирани по време на работа на конвенционалните лагери, излитащи извън работната зона.

Намотките са ясно видими на тази снимка. Вътрешният пръстен е наблизо - по никакъв начин не е прикрепен към тялото.

Този тип лагер се използва за ултра прецизно и свръх чисто производство. Например в турбомолекулни помпи, използвани за създаване на вакуум.

Въпреки всички предимства на APM, те имат много голям недостатък - те са нестабилни. Това значително увеличава цената на цялата конструкция и също така увеличава вероятността от повреда на лагера.

Ето защо водещите компании активно разработват магнитни лагери, базирани на мощни постоянни магнити, например на базата на NdFeB сплав (неодим-желязо-бор).

Ако овладеете масовото производство на такива лагери, това ще предизвика революция в света на механиката.