Mekanisk leje

I mekanik er et leje en enhed beregnet til at styre en enhed i rotation, det vil sige at lade en del rotere i forhold til en anden langs en defineret rotationsakse. Lejet er derfor et leje . Sammenlignet med glidelejer giver lejet mulighed for at have en meget lav modstand mod svingning, mens den understøtter betydelige kræfter. Vi kan finde det i kaffemaskiner, skateboards, scootere, biler ...

Den første rullende-element bærende kendes dateret jeg st  århundrede . Det blev brugt til funktionen af cenatio rotunda .

Designprincipper for en drejetilslutning med lejer

Den betragtede mekanisme omfatter to underenheder, som skal rotere i forhold til hinanden; vi er derfor i nærværelse af et pivotlink . Forbindelsen er lavet mellem to cylindriske dele:

Lejerne er anbragt mellem akslen og navet.

Mekanismens kræfter har tendens til at bevæge akslen i forhold til navet. Vi skelner mellem:

Lejer er lavet til at modstå radiale kræfter, med undtagelse af trykkuglelejer. For at lejerne ikke glider under påvirkning af aksiale kræfter, skal de blokeres af forhindringer som skuldre eller afstandsstykker.

De forskellige typer lejer er kendetegnet ved deres evne til at:

såvel som ved deres effektivitet, deres kompakthed og selvfølgelig de samlede omkostninger til implementering (omkostninger til lejer, omkostninger ved bearbejdningsdele, montageomkostninger, nem udskiftning).

Kugleleje

Konkret præsentation

Et kugleleje er i form af to koaksiale ringe, mellem hvilke kugler placeres, let smurt og holdes adskilt af et bur.

De anvendte materialer afhænger af den anvendelse, som lejet er designet til, men det skal generelt være meget modstandsdygtigt over for kompression. Derfor vælger vi ofte stål eller keramik (Si 3 N 4, SiCeller ZrO 2).

I modsætning til almindelig opfattelse er hovedformålet med smøring ikke at reducere friktionen mellem kuglerne og ringene; smøremidlet bruges her frem for alt til at forhindre beslaglæggelse af de forskellige komponenter. Desuden gør et overskud af smøremiddel bevægelse vanskeligere og forårsager opvarmning, hvilket er meget skadeligt for komponentens levetid.

Da lejet i princippet ikke er forseglet , skal det udvises forsigtighed for at beskytte det mod støv og andre fremmedlegemer, der kan blive fastgjort deri, hvilket øger dets slid og reducerer dets effektivitet. Lejerne er imidlertid ofte udstyret med flanger for at undgå at skulle tætne. Til et konventionelt leje opnås tætningen ved læbetætninger.

Der er en populær ABEC- standard til måling af lejekvaliteten, den erstattes gradvist med en ISO- standard .

Den ækvivalente mekaniske forbindelse mellem de to ringe af et leje afhænger af typen af ​​rullende elementer og arrangementet af disse elementers kontakter med ringene. Den lokale forbindelse, der opnås mellem akslen og dens hus, afhænger desuden af, hvordan lejet er fastgjort til akslen og til boringen . For at opnå en drejetilslutning er det ofte nødvendigt at bruge to lejer, hvor den ene isostatiske løsning er kombinationen af ​​et kugleled og en ringformet lineær .

Rullende elementer

Ved misbrug af sprog bruger vi den samme betegnelse "kugleleje" for at navngive alle slags lejer. De skal dog skelnes ved rullende elementers form:

Montering af et kugleleje

Samlingen af ​​elementerne i et kugleleje synes ikke åbenlyst for objektets syn. Det er en delikat handling (du må ikke beskadige delene), men ikke vanskelig. Derudover er en leje en komponent, der ikke kan serviceres. Elementerne er parret (valgt for at passe sammen så godt som muligt). Nedenstående tabel beskriver derfor samleprocessen under fremstilling af denne komponent, som på ingen måde svarer til et hjælpemiddel til implementering af denne komponent.

Til koniske rullelejer og tryklejer er det muligt at adskille ringene og buret. Derfor opstår dette monteringsproblem ikke.

Trin Tegning Beskrivelse
1 omgang Kugleleje trin 1.jpg Kuglerne er anbragt sammenhængende på den ydre rings kørebane. Deres endelige afstand garanteres af buret (halvbur i baggrunden)
2. nd Kugleleje trin 2.jpg Den indre ring kan derefter tilkobles. Antallet af rullende elementer er delvist begrænset af denne monteringsbegrænsning. For mange kan ringen ikke komme ind, montering er derfor ikke mulig, selvom delene i den teoretiske slutposition ser ud til at have plads nok!
3. rd Kugleleje trin 3.jpg Den indre ring er naturligt centreret ved at trykke på kuglerne, mens de griber ind radialt i den bue, de danner. Dette bør derfor ikke overstige 180 ° (endnu en gang begrænsning af antallet af bolde).
4 th Kugleleje trin 4.jpg Kuglerne adskilles endelig for at tage den endelige cirkulære fordeling svarende til det rullende bur.
5. th Kugleleje trin 5.jpg De to dele af buret er fastgjort på begge sider og derefter samlet ved nitning, limning eller svejsning afhængigt af størrelser, kvaliteter eller producenter.

Bærer familier

Lejer er kendetegnet ved formen og arrangementet af rullende elementer. Hver model har sin egen specifikke ydeevne og derfor en bestemt anvendelse.

For eksempel bærer rullelejer højere belastninger sammenlignet med kuglelejer (af ækvivalent størrelse), fordi rulleelementernes kontakt med ringene er lineær. De accepterer dog lavere rotationsfrekvenser. Nålebure er mindre omfangsrige, men kræver forberedelse af strøelse (slukning).

Radial kontakt kugleleje (eller lige kontakter)

Radiale kontaktkuglelejer, også kaldet dybe rillekuglelejer, er de mest almindelige lejer: de er både billigere og mere kompakte. De kan tillade en kugleled mellem 2 og 16 ' , men tåler kun moderate aksiale belastninger.

I aggressive miljøer (fugtighed, støv) anvendes forseglede lejer: de er forseglet med polymer- eller metalflanger. De smøres derefter hele livet.

RBTC-kugleleje (forstærket lejesporekomponent)

RBTC-kuglelejer er kuglelejer, der anvendes inden for cykling.

Faktisk er de radiale kontaktlejer, som kan være: kugle, rulle eller nål. Disse lejer har i modsætning til ringformede lejer ikke en beskyttende forsegling eller tætning. Imidlertid forbliver de meget populære i banecyklingens verden på grund af deres lette vedligeholdelse.

Selvjusterende kugleleje

Det er et dobbelt række kugleleje, hvis ydre løb er sfærisk. Dette leje accepterer betydelig drejning fra 2 til 4 ° .

Vinkelkontaktkugleleje

For denne type leje finder kontakten mellem kuglen og sporene sted langs en akse, der er skråtstillet i forhold til det plan, der er normalt i forhold til akselens rotationsakse. Således er kuglernes rotationsakse skråtstillet i forhold til akselens rotationsakse. Denne skrå kontakt gør det muligt at gennemgå betydelige aksiale kræfter, men kun i en retning; de monteres derfor parvis i modsætning (i O eller X, se nedenfor Koniske rullelejer ). På den anden side accepterer de kun en let drejning i størrelsesordenen 1 til 2 ' , hvilket indebærer stor omhu med hensyn til bearbejdning eller justering (justering).

Typiske kontaktvinkler er 15 ° , 25 ° og 40 ° .

Dobbelt række vinkelkontaktkuglelejer, der accepterer store aksiale belastninger i begge retninger, kan bruges alene, for eksempel til en kort aksel. De accepterer ikke nogen drejning.

Konisk rulleleje

De understøtter betydelige aksiale og radiale kræfter. På grund af arrangementet af de rullende kontakter kan ringene løsnes ved aksial translation. De udgør derfor ikke de samme monteringsproblemer som kuglelejer.

De udgør en ækvivalent kugleled (ensidig) mellem ringene. Med stor stivhed er denne type komponenter ideel til højpræcisionsstyr, der skal gennemgå store kræfter (køretøjets hjuldrejning, maskinspindler).

Til styring af en aksel, som vinkelkontaktkuglelejer, er de normalt forbundet parvis i opposition. Afhængig af arrangementet af komponenterne opnår vi en såkaldt O- eller X- samling :

Hvert leje, der udgør et kugleled, giver de to sammenkobling en drejning , hvis stivhed er desto større, da trykcentre er fjernt. Da denne forsamling i opposition ikke tillader oprettelse af en isostatisk forbindelse, er der behov for justering under samling for korrekt drift. Deres implementering er derfor dyrere.

Af teknologiske grunde (justering af ringene og deres siddepladser og justering af afstanden) bruges X-monteringen normalt i tilfælde af en roterende aksel i forhold til den radiale belastning, som forbindelsen gennemgår. O-beslaget bruges i tilfælde af et roterende hus.

Cylindrisk rulleleje

De støtter en lille forskydning. Der er to typer rullelejer:

Sfærisk rulleleje

På grund af rullernes form og placering accepterer disse lejer en stor relativ bøjning af de to ringe (flere grader). De er derfor ideel til styring af meget lange aksler, for hvilke det er umuligt at justere spændene, når de produceres, såsom at styre propelakslen på en båd.

Nåleleje

Det ligner et rulleleje, men dets rullende elementer har en meget mindre diameter (sammenlignet med deres længde). Det har derfor den fordel, at det er mindre omfangsrigt, hvilket er fordelagtigt, når det radiale rum er lille: det er den løsning, der er valgt til at forbinde tværelementerne i en Cardan-samling med de to nav.

Der er komplette lejer med begge ringe, men også modeller med kun den ydre ring eller kun buret, der holder rullende elementer. I dette tilfælde skal stavene være af tilstrækkelig hårdhed. Lejet er derfor ikke den eneste slidkomponent.

Burstypen er mere modstandsdygtig, især ved høje hastigheder. Det bruges for eksempel på stempelstifter i totaktsmotorer , den lave smøring tillader ikke brug af lejer .

Stopper

Denne type leje understøtter kun aksiale kræfter. De bruges ud over andre lejer, der understøtter forbindelsens radiale belastning.

Der skelnes mellem enkeltvirkende stop, som kun understøtter kræfter i en retning, og dobbeltvirkende stop, der bærer belastninger i begge retninger.

Som med konventionelle lejer kan rullende elementer være kugler, ruller eller nåle. Stødkuglelejer understøtter kun lave omdrejningshastigheder. Kuglelejer med nåle eller rulle understøtter tungere belastninger end kuglelejer.

Den slingreskiven af en helikopter er afhængig af denne type af komponent i styringen af elevatoren af bladene.

Implementering

Brug af lejer til realisering af en drejetilslutning kræver overholdelse af regler, der garanterer en sund opførsel af forsamlingen. Valget dikteres udelukkende af driftsforholdene for mekanismen: størrelse, transmitterede kræfter, rotationsfrekvenser, levetid.

Repræsentation og skematisering

At være af en temmelig almindelig anvendelse, og dens former, der kræver et vigtigt arbejde, hvis man ønsker at respektere konventionerne i den tekniske tegning , repræsenterer lejerne, som for skruen , bestemte konventioner på diagrammerne og på planerne. Derudover gør denne skematiske gengivelse det lettere at læse planen (hurtig identifikation af delen) og montere asymmetriske lejer.

Ringenes konturer er tegnet som om lejet var i ét stykke, og et symbol identificerer typen af ​​rullende elementer, placeringen af ​​styrekontakterne og eventuelle muligheder (tætning). Generelt huskes komponentens egenskaber i nomenklaturen.

Fra kinematiske forbindelsers synspunkt  :

Nålelejer tillader meget lidt drejning (i størrelsesordenen to minutters vinkel), og intet forhindrer ringene i at bevæge sig radialt i forhold til hinanden. de modelleres således med hensyn til studiet af isostatisk ved ringformede lineære forbindelser.

Montering af lejer

Under påvirkning af den radiale belastning har ringene på et roterende leje tendens til at rotere på deres sæde eller i deres hus, hvilket forårsager for tidligt slid på sædet. Det er derfor nødvendigt at binde ringene til elementerne i samlingen (skaft, hus), så de bliver en integreret del deraf.

Regel 1 Ringen, der roterer i forhold til den radiale belastnings retning, skal monteres tæt . Ringen, der er fastgjort i forhold til lastens retning, skal være fri.

Så i rammen på maskinrammen:

Regel 2 Lejer monteres normalt parvis.

At have to lejer gør det muligt at modstå radiale drejningsmomenter (moment, der har en tendens til at bøje akslen). Derudover tillader de fleste lejer en frigang kaldet "drejelig" (undtagen nålelejer); for at være i stand til at guide i oversættelse, det vil sige for effektivt at pålægge retningen af ​​forbindelsesaksen, kræves der derfor mindst to lejer.

Ved korte samlinger er det valgfrit muligt at anvende et enkelt nåleleje, forudsat at den radiale belastning er centreret på lejet eller et vinkelkontaktleje med dobbelt række kugler.

I meget lange samlinger, der understøtter store radiale belastninger, kan der monteres mere end to lejer.

Regel 3 Hvis systemet ikke udsættes for en aksial belastning (eller en svag aksial belastning), så er en af ​​lejerne fuldstændig immobiliseret i translation ved forhindring (skuldre eller afstandsstykker); den glidende monterede ring på det andet leje har ingen hindring i oversættelse, men den tæt monterede ring immobiliseres ved forhindring.

Dette gør det muligt at have en isostatisk samling. Dette tillader især en vis fleksibilitet i samlingen (bearbejdningstolerancerne behøver ikke være for stramme) og gør det muligt at tolerere ekspansionen (systemet opvarmes under drift). Den fuldstændigt immobiliserede samling er modelleret af en kugleled, hvor lejet, hvis ring glider i translation, er modelleret af en ringformet lineær forbindelse.

Regel 4 Hvis systemet udsættes for betydelige aksiale belastninger , anvendes lejer monteret i modsætning typisk; det drejer sig så om vinkelkontaktkuglelejer eller til koniske rullelejer (de to lejer modelleres derefter af en kugleled). Hvis belastningen er meget stor og i en retning, er det også muligt at kombinere et kugleleje og en trykkugle.

Tilpas tolerancer

Roterende akselenhed

Belastningen roterer i forhold til den indre ring.

Belastningen er fastgjort i forhold til den ydre ring.

Eksempel: kører hjulleje på en bil (lasten er lodret til jorden og den indre ring drives af kardan)

I dette tilfælde skal den indre ring monteres tæt (eller limes) på akslen.

Justeringen kan være af k6-typen på akslen (se producentens anbefalinger, idet akselens tolerance er afhængig af lejetypen og lastkassen).

Den ydre ring er forskydeligt monteret i huset.

Justeringen kan være af typen H7 i huset (se producentens anbefalinger).

Roterende navsamling

Belastningen roterer i forhold til den ydre ring.

Belastningen er fastgjort i forhold til den indre ring.

Eksempel: rullende vaskemaskine, når tøjet ikke er godt fordelt i tromlen. (den indre ring roterer med tromlen)

I dette tilfælde skal den indre ring monteres forskydeligt, pasformen kan være af typen g6 på akslen. (Se producentens anbefalinger)

Den ydre ring er monteret tæt (eller limet).

Justeringen kan være af N7-typen (se producentens anbefalinger).

Livstid

Variationen af ​​spændingerne i kontakt med de rullende elementer på ringene forårsager træthedsslitage . Hertz's teori giver et ret nøjagtigt skøn over denne effekt. Lejets levetid er antallet af omdrejninger, det kan foretage, inden de første tegn på flisning vises, dvs. forringelsen af ​​racervejens overfladetilstand eller selve rullende elementer. Denne flisning kan føre til netbeslag af forbindelsen eller endda ødelæggelse af lejet og derfor af de dele, det styrer.

Vi bestemmer antallet af lejer (i%), der kan forventes at nå en bestemt levetid. Denne procentdel er pålideligheden, vi kan også nærme os den med sandsynligheden for at se en pejling nå denne levetid. Disse målinger fastlægges af producenterne selv eller af standardiseringsorganer. Fra disse statistiske optegnelser kan man vurdere pålideligheden af en omsætningsmodel.

Denne pålidelighed R er givet ved en Weibull-lov  :

hvor L er den installerede levetid, R den andel af lejer, der kan nå L og L 10 den nominelle levetid udtrykt i millioner af omdrejninger.

Denne lov indebærer, at 90% af lejerne når mindst L 10 .

For en pålidelighed, der er større end 96%, er denne lov ikke længere gyldig, fordi en pålidelighed på 100% i det ekstreme giver en levetid på nul (det er cirka 0,025⋅L 10 ), og vi bruger derefter denne lov:

hvor α ≃ 0,025 <.

For at beregne L 10 bruger vi

L 10 = (C / P) 3 for et kugleleje

eller

L 10 = (C / P) 10/3 for et rulleleje

hvor C er den grundlæggende dynamiske belastning (angivet af producenten) og P den tilsvarende understøttede radiale belastning.

Til beregning af P efter en bold leje , må vi opnå de radiale og aksiale belastninger, henholdsvis F r og F a . Vi har også brug for producentdata e , X og Y:

hvis F a ≤ e × F r, så er P = F r  ; hvis F a ≥ e × F r, så er P = X × F r + Y × F a .

Nedbrydning af træthed er den "normale" nedlukningsmetode; det gælder kun lejer, der er installeret i overensstemmelse med de anbefalede regler for montering, smøring og miljø. Når et leje er dårligt tilpasset, kan dets slid være meget hurtigere: smøringsfejl, dårligt justerede afstand, et aggressivt miljø, drift med stød er alle skærpende faktorer.
Den faktiske levetid kan være meget mindre end den, der beregnes i særlige brugstilfælde, såsom
- en meget hurtig opsætning (meget høj acceleration), hvis kugleburet er af nittet stemplet type, fordi buret derefter kan adskilles i flere stykker, og stykkerne vil ødelægge de rullende elementer: et bearbejdet monoblok-bur kan løse problemet på trods af et lavere antal bolde;
- passage af en betydelig elektrisk strøm mellem de indre og ydre ringe, for eksempel i tilfælde af elektrisk svejsning, hvis jordklemmen til svejsning ikke er placeret på det rigtige sted
- korrosion af ringene ved kondens efter transport med fly på grund af den meget lave temperatur i lastrummet
- anisotropien af det materiale, der anvendes til ringene: hvis de f.eks. af omkostningsårsager bearbejdes af fladt ark i stedet for cylindrisk stang, kan de forskellige karakteristika i henhold til retningen være årsagen til for tidlig driftsfejl
...

Nogle producenter

SKF (verdens førende), Schaeffler (INA og FAG mærker, nr .  2 på verdensplan), Timken Company , NSK Ltd. , NTN (som købte SNR ) og JTEKT udgør tilsammen 60% af det globale lejemarked i 2016. Andre producenter: Minebea (miniature-lejer), KRX Engineering (ROULTEX-lejer), WIB (præcisionskuglelejer), Jesa (made-to- mål kuglelejer + plastindsprøjtning).

Bibliografi

Noter og referencer

  1. "  Nérons revolverende spisestue  " , på Info-Histoire.com ,26. juni 2015(adgang til 22. september 2020 ) .
  2. http://www.lyc-vernant-sevres.ac-versailles.fr/wp-content/uploads/sites/382/2020/07/La-salle-a%CC%80-manger-tournante-de-la -Domus-Aurea-Copy-copy.pdf
  3. Se Wikibook afsat til tribologi , som især beskæftiger sig med de former for beskadigelse af lejer .
  4. http://forums.futura-sciences.com/technologies/224292-montage-roulements-xo.html
  5. Teixido 2000 , s.  129–134
  6. Teixido 2000 , s.  71
  7. Kilde: Tekniske baser Lejer Design af lejer, INA FAG, http://medias.schaeffler.de/medias/fr!hp.tg.cat/tg_hr*ST4_1652155275;bxkmWfuvXPN9#ST4_1652157963
  8. "  Lejer  "SKF (adgang til 9. oktober 2017 ).

Se også

Relaterede artikler

eksterne links

Videografi

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">