Svolítið um kúlulegur
Öll þekkjum við kúlulegur, þær eru allt í kring um okkur, þær eru í reiðhjólunum okkar, bílum og fullt af tækjum sem eru með snúningsöxla. En hvernig eru þær gerðar og hver er uppruni þeirra?
Í fyrsta lagi smá sögustund.
Elsta dæmið hins vegar um kúlulegur er viðarkúlulegur sem fundust í leifum rómversks skips í Nemivatni á Ítalíu. Flakið er talið vera frá 40 árum f.Kr.
Hraðspólum áfram um öld eða meira, og fyrsta stóra þróun á kúlulegu í nútíma iðnaði fékk einkaleyfi 6. júní 1907 af uppfinningamanni, Sven Wingquist, fyrsta framkvæmdastjóra Aktiebolaget Svenska Kullagerfabriken (fyrirtæki sem við þekkjum nú sem SKF).
Þetta var tveggja raða „sjálfstillandi“ kúlulega, grunnhönnun sem SKF hefur haldið áfram að þróa til dagsins í dag.
Á næstu árum, frá bækistöð sinni í Gautaborg, kynnti SKF þessa nýstárlegu hönnun á kúlulegum á alþjóðavettvangi, opnaði útibú í Þýskalandi og Frakklandi og kom sér upp umboðsmönnum, fyrst í Finnlandi, Sviss, Belgíu, Danmörku, Austurríki og Ástralíu.
Umboðsmenn í mörgum fleiri löndum áttu eftir að fylgja, þar á meðal á Íslandi þar sem skrifari Bílabloggs man eftir mörgum ferðum til að kaupa legur í þá bíla sem hann átti
En hvað er kúlulega?
Hvað er kúlulaga? Síðan þá hefur kúlulegutækni fleygt fram, með áframhaldandi rannsóknum og þróun fyrirtækja eins og SKF.
En áður en við skoðum mörg mismunandi nútímaleg afbrigði og samsetningar rúmfræði legu og byggingarefna, skulum við taka smá stund til að skilgreina nákvæmlega hvað kúlulega er, vélrænni grunnbygging hennar og kraftana sem verka á leguna þegar hún er í notkun.
Í grunnformi þeirra eru kúlulegur samsetning fjögurra hluta: stór ytri hringur, minni innri hringur, kúlurnar, passlega stórar þannig að þær geti snúist létt á milli og komast í snertingu við brautir í hringjunum og stýringar, tilgangur þeirra er að halda kúlunum á sínum stað og koma í veg fyrir að þær snerti hverja aðra.
Breytingar á þessari grunnhönnun hafa leitt til fjölda sérstakra gerða af kúlulegum sem eru hannaðr til að mæta sérstökum notkunarþörfum.
Megintilgangur kúlulaga er að draga úr núningi í snúningsöxli – til dæmis á milli fasts öxuls og íhluta (eins og hjóls) sem snýst um þann öxul. Því nákvæmari sem innri rúmfræði legunnar er, því minni verður núningurinn.
Núningur verður einnig fyrir áhrifum af snúningshraða, smurningu, álagi og öðrum þáttum.
Smurning á legunni er mjög mikilvægt efni og viðfangsefni út af fyrir sig.
Grunnkúlulegur þola bæði hliðar- og öxulálag, en þar sem snertipunkturinn við kúlurnar og brautirnar er mjög lítill skapast töluverður þrýstingur, þannig að álag verður að takmarka til að forðast skemmdir á kúlunum og brautum.
Kúlulegur henta því betur til notkunar með minna álagi. Önnur hönnun á legum, „rúllulegum“, tekur betur á meira álagi.
Útreikningur á álagi fyrir tiltekna notkun og notkunarskilyrði er mikilvægt skref, þar sem rangt mat á álagi er líklegt til að leiða til ótímabærar bilunar í legu. Það getur verið flókið verkefni að velja rétta gerð og stærð kúlulegu.
Til viðbótar við álagið sem þær eru háðar, geta verið aðrar breytur sem þarf að hafa í huga, svo sem hátt eða lágt öfgahitastig, smurefnisgerð, nærvera ætandi efna og jafnvel rafstrauma sem geta valdið skemmdum á brautunum í legunni.
Nútíma gerðir af kúlulegum
Við skulum nú kíkja á nútíma uppsetningar á kúlulegum og hvernig tiltekin rúmfræði þeirra og efni uppfylla kröfur mismunandi notkunar og vinnuumhverfis.
Kúlulegur með einni röð af kúlum í djúpri gróp eru einfaldasta og fjölhæfasta af öllum hönnunum á kúlulegum og því hafa þessar legur tilhneigingu til að vera mest notaða gerðin.
Þær eru hentugar fyrir háhraða og mjög háhraða notkun, og eru öflugar í notkun, þurfa lítið viðhald.
Þessi legugerð hefur djúpa óslitna gróp sem er með nána snertingu við kúlurnar (hámarkssnerting milli bogadregnu yfirborðanna), sem gerir þeim kleift að taka á móti álagi inni í legunni, álagi frá öxlinum og samsetningum beggja.
Afbrigði af svona legum eru mörg, sem samanstanda af keramikkúlum og stálbrautum en fjölliða legur eru fyrir notkun sem er háð snertingu við ætandi efni.
Tvöfaldar og sjálfstillandi legur
Með mjög svipaða eiginleika og eins raða útgáfur, eru þetta í meginatriðum samsett fyrirkomulag af djúpri gróp-gerðinni, þar sem einn hringur sameinar tvær legubrautir.
Þær eru hentugar til notkunar þar sem þörf er á mikilli burðargetu, sem burðargeta einnar legu gæti ekki verið nægjanleg.
Með sama miðjugati og ytra þvermál eru tvöfaldar legur, samkvæmt hönnun, aðeins breiðari en einraða legur, en hafa töluvert meiri burðargetu.
Legugerðin sem setti SKF í fararbroddi nútímalegrar hönnunar og þróunar fyrir meira en hundrað árum síðan, nútíma sjálfstillandi legan er með tvær raðir af kúlum sem liggja í tveimur innri hlaupbrautarrópum og sameiginlegri innri kúlulaga hlaupbraut í ytri hringnum.
Þessi nýstárlega hönnun gerir legunum kleift að taka við hliðarálagi (hornröskun – öxull miðað við húsið) upp að hámarki þrjár gráður.
Venjulega eru sjálfstillandi kúlulegur kjörinn kostur fyrir létta- til miðlungs-hleðslu, til dæmis á færiböndum, þar sem þær taka vel við mismunandi álagi vel með lágmarks núningi, sem gerir meiri hraða færibands mögulegan og lengri endingartíma legu.
Rúllulegur
En í tímans rás komu fram aðrar gerðir af legum til að uppfylla aðrar þarfir, þar á meðal „rúllulegur“, þar sem álagið inni í legunni er borið af rúllum í stað þess að legan sé með kúlum. Legubakkinn er hallandi og sama á við um rúlluhaldarann.
Svona legur er mikið notaðar a öxlum bíla og tækja og þar er burðargeta legunnar stillt með því að herða þær saman þannig að legan sé að snúast nógu léttilega. Rúllulegur geta borið mun meiri þunga en hefðbundnar kúlulegur.
