Okolo vzťahu medzi presnosťou ložiska, jeho výrobnými toleranciami a úrovňou vnútornej vôle alebo „vôle“ medzi obežnými dráhami a guľôčkami existuje určitý zmätok. Tu Wu Shizheng, výkonný riaditeľ odborníka na malé a miniatúrne ložiská JITO Bearings, objasňuje, prečo tento mýtus pretrváva a na čo by si mali inžinieri dávať pozor.
Počas druhej svetovej vojny, v továrni na muníciu v Škótsku, vyvinul málo známy muž menom Stanley Parker koncept skutočnej polohy alebo toho, čo dnes poznáme ako geometrické dimenzovanie a tolerancia (GD&T). Parker si všimol, že aj keď niektoré z vyrábaných funkčných dielov pre torpéda boli po kontrole odmietnuté, stále sa posielali do výroby.
Po bližšom skúmaní zistil, že za to môže meranie tolerancie. Tradičné tolerancie súradníc XY vytvorili štvorcovú tolerančnú zónu, ktorá vylučovala súčiastku, aj keď zaberala bod v zakrivenom kruhovom priestore medzi rohmi štvorca. Svoje zistenia o tom, ako určiť skutočnú polohu, publikoval v knihe s názvom Kresby a rozmery.
*Vnútorná vôľa
Dnes nám toto pochopenie pomáha vyvíjať ložiská, ktoré vykazujú určitú úroveň vôle alebo vôle, inak známe ako vnútorná vôľa alebo presnejšie radiálna a axiálna vôľa. Radiálna vôľa je vôľa meraná kolmo na os ložiska a axiálna vôľa je vôľa meraná rovnobežne s osou ložiska.
Táto vôľa je od začiatku navrhnutá v ložisku, aby umožnila ložisku znášať zaťaženie v rôznych podmienkach, pričom sa berú do úvahy faktory, ako je teplotná rozťažnosť a to, ako uloženie medzi vnútorným a vonkajším krúžkom ovplyvní životnosť ložiska.
Vôľa môže konkrétne ovplyvniť hluk, vibrácie, tepelné namáhanie, deformáciu, rozloženie zaťaženia a únavovú životnosť. Vyššia radiálna vôľa je žiaduca v situáciách, kde sa očakáva, že vnútorný krúžok alebo hriadeľ sa počas používania zahrievajú a rozťahujú v porovnaní s vonkajším krúžkom alebo puzdrom. V tejto situácii sa vôľa v ložisku zníži. Naopak, vôľa sa zvýši, ak sa vonkajší krúžok roztiahne viac ako vnútorný krúžok.
Vyššia axiálna vôľa je žiaduca v systémoch, kde je nesúososť medzi hriadeľom a puzdrom, pretože nesúososť môže spôsobiť rýchle zlyhanie ložiska s malou vnútornou vôľou. Väčšia vôľa môže tiež umožniť ložisku vyrovnať sa s mierne vyšším axiálnym zaťažením, pretože prináša vyšší kontaktný uhol.
* Vybavenie
Je dôležité, aby inžinieri dosiahli správnu rovnováhu vnútornej vôle v ložisku. Príliš tesné ložisko s nedostatočnou vôľou bude generovať nadmerné teplo a trenie, čo spôsobí šmyk guľôčok v obežnej dráhe a urýchli opotrebenie. Podobne príliš veľa vôle zvýši hluk a vibrácie a zníži presnosť otáčania.
Vôľu je možné ovládať pomocou rôznych lícovaní. Inžinierske lícovanie sa vzťahuje na vôľu medzi dvoma protiľahlými časťami. Zvyčajne sa to opisuje ako hriadeľ v diere a predstavuje stupeň tesnosti alebo vôle medzi hriadeľom a vnútorným krúžkom a medzi vonkajším krúžkom a puzdrom. Zvyčajne sa prejavuje voľným uložením s vôľou alebo tesným uložením s presahom.
Tesné uloženie medzi vnútorným krúžkom a hriadeľom je dôležité, aby sa udržal na mieste a aby sa zabránilo nežiaducemu tečeniu alebo skĺznutiu, ktoré môže vytvárať teplo a vibrácie a spôsobiť degradáciu.
Avšak uloženie s presahom zníži vôľu v guľôčkovom ložisku, pretože rozširuje vnútorný krúžok. Podobne tesné uloženie medzi puzdrom a vonkajším krúžkom v ložisku s nízkou radiálnou vôľou stlačí vonkajší krúžok a ešte viac zníži vôľu. To bude mať za následok negatívnu vnútornú vôľu – v skutočnosti spôsobí, že hriadeľ bude väčší ako otvor – a povedie to k nadmernému treniu a skorému zlyhaniu.
Cieľom je dosiahnuť nulovú prevádzkovú vôľu, keď ložisko beží za normálnych podmienok. Počiatočná radiálna vôľa, ktorá je potrebná na dosiahnutie tohto cieľa, však môže spôsobiť problémy s kĺzaním alebo kĺzaním guľôčok, čo znižuje tuhosť a presnosť otáčania. Táto počiatočná radiálna vôľa sa dá odstrániť pomocou predpätia. Predpätie je spôsob trvalého axiálneho zaťaženia ložiska, keď je namontované, pomocou podložiek alebo pružín, ktoré sú pripevnené k vnútornému alebo vonkajšiemu krúžku.
Inžinieri musia tiež vziať do úvahy skutočnosť, že je jednoduchšie znížiť vôľu v ložisku s tenkým prierezom, pretože krúžky sú tenšie a ľahšie sa deformujú. Ako výrobca malých a miniatúrnych ložísk JITO Bearings radí svojim zákazníkom, že je potrebné venovať väčšiu pozornosť uloženiu hriadeľa k puzdru. Pri tenkých typoch ložísk je dôležitejšia aj okrúhlosť hriadeľa a puzdra, pretože neguľatý hriadeľ deformuje tenké krúžky a zvyšuje hluk, vibrácie a krútiaci moment.
*Tolerancie
Nedorozumenie o úlohe radiálnej a axiálnej vôle viedlo mnohých k zámene vzťahu medzi vôľou a presnosťou, konkrétne presnosť, ktorá je výsledkom lepších výrobných tolerancií.
Niektorí ľudia si myslia, že vysoko presné ložisko by nemalo mať takmer žiadnu vôľu a že by sa malo otáčať veľmi presne. Voľná radiálna vôľa im pripadá menej presná a vyvoláva dojem nízkej kvality, aj keď môže ísť o vysoko presné ložisko zámerne navrhnuté s voľnou vôľou. V minulosti sme sa napríklad spýtali niektorých našich zákazníkov, prečo chcú ložisko s vyššou presnosťou a oni nám povedali, že chcú „zmenšiť vôľu“.
Je však pravda, že tolerancia zlepšuje presnosť. Krátko po nástupe sériovej výroby si inžinieri uvedomili, že nie je praktické ani ekonomické, ak je to vôbec možné, vyrábať dva úplne rovnaké produkty. Aj keď sú všetky výrobné premenné zachované rovnaké, medzi jednou a druhou jednotkou budú vždy nepatrné rozdiely.
Dnes to predstavuje prípustnú alebo prijateľnú toleranciu. Triedy tolerancie pre guľkové ložiská, známe ako ISO (metrické) alebo ABEC (palce) hodnotenia, regulujú prípustnú odchýlku a pokrývajú merania vrátane veľkosti vnútorného a vonkajšieho krúžku a kruhovitosti krúžkov a obežných dráh. Čím vyššia trieda a prísnejšia tolerancia, tým presnejšie bude ložisko po zmontovaní.
Dosiahnutím správnej rovnováhy medzi montážou a radiálnou a axiálnou vôľou počas používania môžu inžinieri dosiahnuť ideálnu nulovú prevádzkovú vôľu a zabezpečiť nízku hlučnosť a presné otáčanie. Týmto spôsobom môžeme objasniť zmätok medzi presnosťou a hrou a rovnakým spôsobom, akým Stanley Parker spôsobil revolúciu v priemyselnom meraní, zásadne zmeniť spôsob, akým sa pozeráme na ložiská.
Čas odoslania: Mar-04-2021
