Lager (mekaniska)

Många lager kräver periodiskt underhåll för att förhindra att de går sönder i förtid, men många andra kräver lite underhåll. Till de senare hör olika typer av polymer-, vätske- och magnetlager samt lager med rullelement som beskrivs med termer som t.ex. förseglat lager och förseglat på livstid. Dessa innehåller tätningar för att hålla smuts ute och fett inne. De fungerar framgångsrikt i många tillämpningar och ger underhållsfri drift. I vissa tillämpningar kan de inte användas på ett effektivt sätt.

Nej förseglade lager har ofta en fettkoppling, för regelbunden smörjning med en smörjpistol, eller en oljekopp för regelbunden påfyllning av olja. Före 1970-talet förekom tätade lager inte på de flesta maskiner, och oljning och smörjning var en vanligare aktivitet än vad de är idag. Till exempel krävde bilchassier tidigare ”smörjjobb” nästan lika ofta som motoroljebyten, men dagens bilchassier är för det mesta förseglade för livet. Från slutet av 1700-talet till mitten av 1800-talet förlitade sig industrin på många arbetare som kallades oljebiträden för att smörja maskiner ofta med oljekannor.

Fabriksmaskiner i dag har vanligen smörjsystem, där en central pump serverar periodiska laddningar av olja eller fett från en reservoar genom smörjledningar till de olika smörjpunkterna i maskinens lagringsytor, lagertappningar, kuddeblock och så vidare. Tidpunkten och antalet smörjcykler styrs av maskinens datoriserade styrning, t.ex. PLC eller CNC, samt av manuella överstyrningsfunktioner när det ibland behövs. Denna automatiserade process är hur alla moderna CNC-verktygsmaskiner och många andra moderna fabriksmaskiner smörjs. Liknande smörjsystem används också på icke-automatiserade maskiner, och i dessa fall finns det en handpump som en maskinoperatör ska pumpa en gång dagligen (för maskiner som används konstant) eller en gång i veckan. Dessa kallas one-shot-system på grund av deras främsta försäljningsargument: ett drag i ett handtag för att smörja hela maskinen, i stället för ett dussin pumpar med en alemitpistol eller en oljedunk på ett dussin olika ställen runt maskinen.

Smörjningssystemet i en modern bil- eller lastbilsmotor liknar till konceptet de smörjsystem som nämnts ovan, med undantag för att oljan pumpas kontinuerligt. En stor del av oljan strömmar genom kanaler som borrats eller gjuts in i motorblocket och cylinderhuvudena och kommer ut genom öppningar direkt på lagren och sprutar på andra ställen för att skapa ett oljebad. Oljepumpen pumpar helt enkelt konstant, och eventuell överskottsolja som pumpas ut kontinuerligt går genom en avlastningsventil tillbaka till karossen.

Många lager i högcyklisk industriell verksamhet behöver regelbunden smörjning och rengöring, och många kräver tillfälliga justeringar, t.ex. justering av förspänningen, för att minimera effekterna av slitage.

Lagrets livslängd är ofta mycket bättre när lagret hålls rent och välsmort. Många tillämpningar gör dock ett bra underhåll svårt. Ett exempel är lager i transportören i en bergkross som ständigt utsätts för hårda slippartiklar. Rengöring är föga användbart eftersom rengöring är dyrt, men lagret förorenas igen så snart transportören åter tas i drift. Ett bra underhållsprogram kan därför innebära att lagren smörjs ofta men att de inte demonteras för rengöring. Den frekventa smörjningen ger till sin natur en begränsad typ av rengöring genom att äldre (grusfylld) olja eller fett ersätts med en ny laddning, som i sin tur samlar på sig grus innan den ersätts av nästa cykel. Ett annat exempel är lager i vindkraftverk, vilket försvårar underhållet eftersom nacellen är placerad högt upp i luften i områden med starka vindar. Dessutom är turbinen inte alltid igång och utsätts för olika driftsbeteende i olika väderförhållanden, vilket gör korrekt smörjning till en utmaning.

Rolling-element bearing outer race fault detectionEdit

Rullelementlager används i stor utsträckning i dagens industrier, och därför blir underhåll av dessa lager en viktig uppgift för underhållspersonal. Rullningslager slits lätt på grund av kontakt mellan metall och metall, vilket skapar fel i det yttre loppet, det inre loppet och kulan. Det är också den mest sårbara komponenten i en maskin eftersom den ofta utsätts för hög belastning och höga hastigheter. Regelbunden diagnostik av fel i rullningslager är avgörande för industrisäkerheten och maskinernas drift samt för att minska underhållskostnaderna eller undvika avstängningstider. Bland det yttre loppet, det inre loppet och kulan tenderar det yttre loppet att vara mer sårbart för fel och defekter.

Det finns fortfarande utrymme för diskussion om huruvida det rullande elementet exciterar lagerkomponentens naturliga frekvenser när det passerar felet på det yttre loppet. Därför måste vi identifiera lagrets yttre löpbanans naturliga frekvens och dess övertoner. Lagerfel skapar impulser och resulterar i starka övertoner av felfrekvenserna i vibrationssignalernas spektrum. Dessa felfrekvenser maskeras ibland av intilliggande frekvenser i spektrumet på grund av deras låga energi. Därför behövs ofta en mycket hög spektral upplösning för att identifiera dessa frekvenser under en FFT-analys. De naturliga frekvenserna för ett rullningslager med fria randvillkor är 3 kHz. För att använda metoden med lagerkomponentens resonansbandbredd för att upptäcka fel i lagret i ett inledande skede bör därför en accelerometer med högt frekvensområde användas, och data som erhållits under en lång tidsperiod måste samlas in. En karakteristisk felfrekvens kan endast identifieras när felet är allvarligt, t.ex. när det finns ett hål i det yttre lagret. Felfrekvensens övertoner är en känsligare indikator på ett fel i lagrets yttre lagerring. För en mer seriös upptäckt av defekta lagerfel kan vågforms-, spektrum- och kuvertteknik hjälpa till att avslöja dessa fel. Om en högfrekvensdemodulering används i kuvertanalysen för att upptäcka karakteristiska frekvenser för lagerfel måste underhållspersonal dock vara försiktigare i analysen på grund av resonans, eftersom den kan eller inte kan innehålla felfrekvenskomponenter.

Användning av spektralanalys som ett verktyg för att identifiera fel i lager står inför utmaningar på grund av problem som låg energi, signalutsmyckning, cyklostationäritet osv. Hög upplösning önskas ofta för att skilja felfrekvenskomponenterna från andra intilliggande frekvenser med hög amplitud. När signalen samplas för FFT-analys bör samplingslängden därför vara tillräckligt stor för att ge tillräcklig frekvensupplösning i spektrumet. Det kan också vara krävande att hålla beräkningstiden och minnet inom gränserna och undvika oönskad aliasing. En minimal frekvensupplösning som krävs kan dock erhållas genom att uppskatta lagerfelfrekvenserna och andra vibrationsfrekvenskomponenter och dess övertoner på grund av axelhastighet, feljustering, nätfrekvens, växellåda etc.

PackningEdit

Vissa lager använder ett tjockt fett för smörjning som trycks in i mellanrummen mellan lagrets ytor, även känt som packning. Fettet hålls på plats av en plast-, läder- eller gummipackning (även kallad packning) som täcker lagerbanans inner- och ytterkanter för att hindra fettet från att läcka ut.

Lager kan också packas med andra material. Historiskt sett använde hjulen på järnvägsvagnar hylsor som var packade med avfall eller lösa bitar av bomulls- eller ullfibrer som var indränkta i olja, senare användes fasta kuddar av bomull.

RingoljorRedigera

Lager kan smörjas av en metallring som sitter löst på lagrets centrala roterande axel. Ringen hänger ner i en kammare som innehåller smörjolja. När lagret roterar drar viskös vidhäftning olja uppåt i ringen och upp på axeln, där oljan vandrar in i lagret för att smörja det. Överskottsolja slungas bort och samlas i bassängen igen.

StänksmörjningRedigera

En rudimentär form av smörjning är stänksmörjning. Vissa maskiner innehåller en bassäng med smörjmedel i botten, med kugghjul som delvis är nedsänkta i vätskan, eller vevstakar som kan svänga ner i bassängen när apparaten fungerar. De snurrande hjulen slungar ut olja i luften runt omkring dem, medan vevstakarna slår mot oljans yta och stänker den slumpmässigt på motorns inre ytor. Vissa små förbränningsmotorer innehåller specifikt speciella flinghjul av plast som slumpmässigt sprider olja runt mekanismens inre.

TrycksmörjningRedigera

För maskiner med hög hastighet och hög effekt kan en förlust av smörjmedel leda till snabb upphettning av lagren och skador på grund av friktion. Även i smutsiga miljöer kan oljan förorenas av damm eller skräp som ökar friktionen. I dessa tillämpningar kan en ny tillförsel av smörjmedel ske kontinuerligt till lagret och alla andra kontaktytor, och överskottet kan samlas upp för filtrering, kylning och eventuellt återanvändning. Tryckoljering används ofta i stora och komplexa förbränningsmotorer i delar av motorn där olja som sprutas direkt inte kan nå fram, t.ex. upp i överliggande ventiler. Höghastighetsturboladdare kräver också vanligtvis ett trycksatt oljesystem för att kyla lagren och hindra dem från att brinna upp på grund av värmen från turbinen.

KompositlagerRedigera

Kompositlager är konstruerade med en självsmörjande polytetrafluroetylen (PTFE)-fodering med ett laminerat metallunderlag. PTFE-linern ger en jämn, kontrollerad friktion samt hållbarhet medan metallunderlaget säkerställer att kompositlagret är robust och klarar höga belastningar och påfrestningar under hela sin långa livslängd. Dess konstruktion gör det också lätt – en tiondel av vikten av ett traditionellt rullstenslager.