Tribolex    Expertise, ervaring en creativiteit

 

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

Wentellagerkenmerken

 

Wentellagers zijn min of meer uitwisselbare standaardelementen die in talloze constructies worden toegepast. De smering kan geschieden door een vloeistof, een smeervet en in een beperkt aantal gevallen door een vaste stof. Vanwege de brede inzet van wentellagers is er veel onderzoek verricht naar de eigenschappen en zijn er een aantal berekeningsmethoden ontwikkeld waarmee zowel de toe te stane belasting, de levensduur en de optimale manier van smeren kan worden berekend.

Uitvoeringsvormen

Er zijn een beperkt aantal verschillende uitvoeringsvormen,. Iedere uitvoering is verkrijgbaar in een aantal verschillende afmetingen. Voor bijzondere toepassingen kunnen op speciale bestelling uitvoeringen met hogere loopnauwkeurigheid worden geleverd. In de meeste gevallen zal echter met standaarduitvoeringen kunnen worden volstaan.

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

Naast de verschillende typen zijn er van ieder type een aantal uitvoeringen met een verschillende hoogte/breedte verhouding beschikbaar. Dat maakt het voor de constructeur mogelijk een lager te kiezen dat zowel voldoende belastbaarheid kent als in de constructie kan worden ondergebracht.

Van een aantal uitvoeringen worden min of meer afgedichte uitvoeringen geleverd.

Voor- en nadelen wentellagers

Door lagerfabrikanten worden de voordelen van wentellagers sterk onder de aandacht gebracht. Die voordelen zijn er ook, maar het is niet zo dat wentellagers onder alle omstandigheden het meest aantrekkelijk zijn. Er zijn vele toepassingen waarbij glijlagers de voorkeur genieten.

Een voorbeeld van een toepassing waar glijlagers de voorkeur hebben boven wentellagers vormen lagers van verbrandingsmotoren. Wentellagers zijn niet bestand tegen de daar optredende stotende belasting en zijn evenmin in staat de bij dergelijke toepassingen met de oliestroom meegevoerde slijtagedeeltjes in te bedden.

In de tabel worden een aantal verschillende eigenschappen van de lagertypen met elkaar vergeleken.


eigenschap
glijlager
wentellager
aanloopweerstand
hoog
laag
wrijving bij normaal bedrijf
voorbij het uitklinkpunt laag, oplopend met het toerental
over het gehele toerenbereik zeer laag
betrouwbaarheid
groot, bij juiste constructie
groot
levensduur
bij draaien in het juiste toerengebied in principe oneindig
bij normale belasting zal het lager een eindige levensduur hebben
inbouwbreedte
breed
smal
inbouwdiameter
klein
groot
gevoeligheid voor stof en vuil
relatief weinig gevoelig
zeer gevoelig
inbeddiingsvermogen lageroppervlak
goed
geen
geschiktheid voor stotende belasting
ja
nee
standaardafmetingen
ja, maar niet zonder meer uitwisselbaar met producten van andere leveranciers
ja, eenvoudig uitwisselbaar met vergelijkbare producten van andere leveranciers
montage
accepteert kleine uitlijnfouten
zorgvuldig montage en uitlijnen meestal noodzakelijk
deelbaar?
ja
nee
kosten
relatief duur
goedkoop bij gangbare afmetingen
grote diameters mogelijk?
geen beperkingen
(zeer) grote diameters beperkt verkrijgbaar en duur
warmteontwikkeling in het lager
hoog
relatief weinig
vetsmering mogelijk?
alleen bij lage toerentallen wanneer geen warmteafvoer nodig is
bij juiste vetkeuze weinig beperkingen
nevelsmering mogelijk?
nee
ja, bij zorgvuldig ontwerp

 

Levensduur

Wentellagers kennen een punt- of lijncontact en zullen daardoor uiteindelijk door vermoeiing bezwijken, tenzij de belasting extreem laag is. Om voor een gegeven toepassing de levensduur te berekenen zijn er standaardformules.

In principe geldt: L10 = (C/P)p.106 omwentelingen, waarbij L10 het aantal omwentelingen is waarbij 10% uitval kan optreden, C het dynamisch draaggetal van het lager, P de belasting op het lager en p een coëfficient die voor een kogellager 3 bedraagt en 10/3 voor een rollenlager. De berekening gaat uit van een goed gesmeerd, niet-overbelast lager, werkend in een schone omgeving.

Wanneer er minder dan ideale omstandigheden heersen, wordt door lagerfabrikanten een aantal correctiefactoren vooor de berekening geadviseerd. Zo wordt bijvoorbeeld gerekend met een correctiefactor voor een te lage viscositeit en voor een bepaalde mate van vervuiling. Beide leveren dan een kortere levensduur op.

De berekeningen berusten op veel in de loop der tijden verzamelde statistische gegevens en zijn behoorlijk betrouwbaar. Het blijft echter een statistische berekening: bij L10 is er 10% uitval, 90% van de lagers haalt dus een aanmerkelijk langere levensduur. In een individueel geval kan een lager dus ook eerder kapot gaan.

 

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

Smeerfilmdikte

Door het punt- of lijncontact treedt er elasto-hydrodynamische smering op. De smeerfilmdikte kan met formules worden berekend waarin de materiaaleigen-schappen, afmetingen van het lager, viscositeit van het smeermiddel en de gevoeligheid van de viscositeit voor drukverandering zijn opgenomen. Voor een concrete situatie (waarbij lagerafmetingen en materiaaleigenschappen een constante zijn), ziet een dergelijke ormule er als volgt uit:

h = ƒ(ή0.68 . a 0.49 ).C1 (puntcontact), en
h = ƒ(ή0.7 . a 0.54 ). C2 (lijncontact)

waarin h de smeerfilmdikte voorstelt, ή de dynamische viscositeit van het smeermiddel en a de drukgevoeligheidscoëfficient van het smeermiddel. De smeerfilmdikte hangt dus zowel samen met de viscositeit als met de drukgevoeligheid van het smeermiddel.

Om de berekende levensduur te halen dient de smeerfilmdikte een zekere minimumwaarde te hebben, zodanig dat de ruwheidstoppen van rollichaam en loopbanen elkaar niet raken. Omdat het om zeer nauwkeurig afgewerkte materialen gaat,kan die smeerfilm echter buitengewoon dun zijn. Een waarde > 1 μm is doorgaans meer dan voldoende. Ter vergelijking: een menselijke haar is ongeveer 70 μm dik, dus ca. 70 keer zo dik als de smeerfilm in een wentellager!





smeermiddel
snelheidskental, n.dm
opmerkingen
vaste stof
< 1.500
-
smeervet
<500.000
bij speciaal voor levensduurvulling ontworpen vetten en lagers tot dm < 1.800.000
vloeistof
< 500.000 (spatsmering)
bij circulatiesmering tot dm < 1.000.000, bij zorgvuldig ontworpen toevoer tot dm < 4.000.000
nevelsmering
< 2.000.000


Smeermiddelen

De meeste wentellagers worden gesmeerd met een smeervet (meer dan 90%). In gevallen waar warmteafvoer belangrijk is of waar de lagers onderdeel zijn van een constructie waar andere onderdelen door vloeistof gesmeerd zijn, wordt vloeistofsmering toegepast. In een enkel geval wordt bij laagbelaste lagers nevelsmering toegepast. Smering met vaste stoffen komt alleen in speciale situaties voor bij relatief langzaam draaiende lagers.

Welk smeermiddel kan worden ingezet is afhankelijk van de omtrekssnelheid van de lagers. Gebruikelijk is om de inzetbaarheid van een bepaald type smeermiddel te koppelen aan het snelheidskental van het lager. Dat snelheidkental wordt gedefinieerd als n.dm waarbij n het toerental en dm de gemiddelde lagerdiameter voorstelt.

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

Water en vocht

Zowel vocht als vuildeeltjes hebben een zeer negatieve invloed op de levensduur van een wentellager. De invloed van water op de levensduur is desastreus. Geschat wordt dat corrosie als gevolg van water de belangrijkste oorzaak is van voortjdige uitval van wentellagers.

In de afbeelding is te zien dat de levensduur van een wentellager sterk afneemt bij watergehaltes boven 0,03%. Omgekeerd kan een aanzienlijk hogere levensduur worden verwacht als men er in slaagt het lager "droog" te houden.

Waterbestendigheid en corrosiebescherming vormen dan ook een belangrijk element in diverse smeerverspeciicaties.

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

Reinheid

Vuildeeltjes kunnen eveneens de levensduur van wentellagers zeer sterk bekorten.Vanwege de constructie is het lager niet in staat vuildeeltjes in te bedden. Door de geringe spelingen kunnen zelfs zeer kleine deeltjes een forse vermindering van de te verwachten levensduur bewerkstelligen. Lagerfabrikanten geven adviezen ten aanzien van de te hanteren reingeid van het smeermiddel. De praktische waarde daarvan is beperkt.

In circulatiesystemen bijvoorbeeld, waar tandwielen en wentellagers in een gemeenschappelijke behuizing zijn ondergebracht, zal niet te voorkomen zijn dat slijtagemateriaal afkomstig van de tandwielen de levensduur van de lagering sterk negatief kan beinvloeden. Het zal niet altijd mogelijk zijn de gewenste reinheid te bereiken In dat geval zal het lager dus voortijdig uitvallen als gevolg van abrasieve slijtage en niet door materiaalvermoeing. Te korte levensduur door abrasieve slijtage kan niet aan de lagerfabrikant worden verweten: de constructeur dient een zodanig ontwerp te maken dat vuil zo mogelijk niet bij het lager kan komen en de gebruiker zal moeten zorgen voor de nodige reinheid.

De mate van levensduurreductie hangt samen met zowel de afmetingen van slijtagedeeltjes als de hardheid daarvan. Zand en metaaldeeltjes met een hoge hardheid hebben aanzienlijk meer invloed dan relatief zacht vezelig materiaal. De invloed verschilt per lager: grotere lagers hebben een hogere "vuiltolerantie" dan kleinere, lagers met lijncontact zijn minder gevoelig dan lagers met puntcontact.

Het loont om een zo schoon mogelijk smeermiddel toe te passen. Vetsmering heeft daarbij voordelen: door de vetkraag om het lager wordt een effectieve barriere opgeworpen tegen het binnendringen van vuil. Het vet zelf moet dan wel "schoon" zijn: het vullen van wentellagers met vet uit een niet goed gesloten verpakking kost vele lagers voortijdig het leven.

Meer informatie