Prečo radiálna hra a tolerancia nie sú jedno a to isté

Vzťah medzi presnosťou ložiska, jeho výrobnými toleranciami a úrovňou vnútornej vôle alebo „vôle“ medzi obežnými dráhami a loptičkami je nejasný. Wu Shizheng, výkonný riaditeľ odborníka na malé a miniatúrne ložiská JITO Bearings, tu objasňuje, prečo tento mýtus pretrváva a na čo by si mali inžinieri dávať pozor.

Počas druhej svetovej vojny vyvinul v muničnej továrni v Škótsku málo známy muž menom Stanley Parker koncept skutočnej polohy alebo toho, čo dnes poznáme ako Geometric Dimensioning & Tolerancing (GD&T). Parker si všimol, že aj keď niektoré funkčné časti vyrábané pre torpéda boli po kontrole zamietnuté, stále sa odosielali do výroby.

Pri bližšom skúmaní zistil, že na vine je meranie tolerancie. Tradičné tolerancie súradníc XY vytvorili štvorcovú tolerančnú zónu, ktorá vylúčila časť, aj keď zaberala bod v zakrivenom kruhovom priestore medzi rohmi štvorca. Ďalej vydal svoje zistenia o tom, ako určiť skutočnú pozíciu, v knihe s názvom Kresby a rozmery.

* Vnútorná vôľa
Dnes nám toto porozumenie 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 navrhnutá do ložiska od samého začiatku, aby umožnila ložisku uniesť zaťaženie v rôznych podmienkach, berúc do úvahy faktory, ako je teplotná rozťažnosť a to, ako bude spojenie medzi vnútorným a vonkajším krúžkom ovplyvňovať životnosť ložiska.

Svetlá výška môže konkrétne ovplyvniť hluk, vibrácie, tepelné namáhanie, priehyb, rozloženie zaťaženia a únavovú životnosť. Vyššia radiálna vôľa je žiaduca v situáciách, keď sa predpokladá, že sa vnútorný krúžok alebo hriadeľ počas používania zahrejú a rozšíria v porovnaní s vonkajším krúžkom alebo krytom. V tejto situácii sa vôľa v ložisku zníži. Naopak, hra sa zvýši, ak sa vonkajší krúžok roztiahne viac ako vnútorný krúžok.

Vyššia axiálna vôľa je žiaduca v systémoch, kde dochádza k vychýleniu medzi hriadeľom a krytom, pretože vychýlenie môže spôsobiť rýchle zlyhanie ložiska s malou vnútornou vôľou. Väčšia vôľa môže tiež umožniť ložisku vyrovnať sa s mierne vyššími axiálnymi zaťaženiami, pretože predstavuje vyšší kontaktný uhol.

* Príslušenstvo
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. Rovnako tak príliš veľká vôľa zvýši hluk a vibrácie a zníži presnosť otáčania.

Svetlá výška sa dá regulovať použitím rôznych tvarov. Konštrukčné prispôsobenia sa týkajú medzery medzi dvoma spojenými časťami. Toto sa zvyčajne označuje ako hriadeľ v otvore a predstavuje stupeň tesnosti alebo vôle medzi hriadeľom a vnútorným krúžkom a medzi vonkajším krúžkom a krytom. Zvyčajne sa to prejaví uvoľneným vôľovým uložením alebo tesným interferenčným uložením.

Tesné uloženie medzi vnútorným krúžkom a hriadeľom je dôležité, aby ste ho udržali na mieste a zabránili nežiaducemu plazeniu alebo pošmyknutiu, ktoré môže vytvárať teplo a vibrácie a vyvolávať degradáciu.

Narušené uloženie však zníži vôľu v guľôčkovom ložisku, pretože rozširuje vnútorný krúžok. Podobne tesné uloženie medzi puzdrom a vonkajším krúžkom v ložisku s malou radiálnou vôľou stlačí vonkajší krúžok a ešte viac zníži vôľu. To bude mať za následok negatívnu vnútornú vôľu - účinne to 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 na to potrebná, však môže spôsobiť problémy s kĺzaním alebo kĺzaním guľôčok, čo znižuje tuhosť a presnosť otáčania. Túto počiatočnú radiálnu vôľu je možné odstrániť pomocou predbežného načítania. Predpätie je prostriedok na vyvodenie stáleho axiálneho zaťaženia na ložisko, keď je namontované, pomocou podložiek alebo pružín, ktoré sú pripevnené k vnútornému alebo vonkajšiemu krúžku.

Inžinieri musia tiež vziať do úvahy skutočnosť, že je ľahšie znížiť vôľu v ložisku s tenkým profilom, pretože krúžky sú tenšie a ľahšie sa deformujú. Ako výrobca malých a miniatúrnych ložísk spoločnosť JITO Bearings radí svojim zákazníkom, že je potrebné venovať väčšiu pozornosť uloženiu medzi hriadeľom a krytom. Zaokrúhlenie hriadeľa a puzdra je tiež dôležitejšie pri tenkých ložiskách, pretože hriadeľ mimo guľky deformuje tenké krúžky a zvyšuje hluk, vibrácie a krútiaci moment.

* Tolerancie
Nedorozumenie týkajúce sa úlohy radiálnej a axiálnej vôle viedlo mnohých k zámene vzťahu medzi vôľou a presnosťou, konkrétne presnosťou, 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 sa im zdá menej presná a budí dojem nízkej kvality, aj keď môže ísť o vysoko presné ložisko, ktoré je zámerne navrhnuté s voľnou vôľou. Napríklad sme sa v minulosti pýtali niektorých našich zákazníkov, prečo chcú ložisko s vyššou presnosťou, a povedali nám, že chcú „znížiť vôľu“.

Je však pravda, že tolerancia zlepšuje presnosť. Nie dlho po nástupe masovej výroby si inžinieri uvedomili, že nie je ani praktické, ani ekonomické, ak je to vôbec možné, vyrábať dva výrobky, ktoré sú si úplne podobné. Aj keď sa všetky výrobné premenné zachovajú rovnaké, medzi jednou a ďalšou jednotkou budú vždy malé rozdiely.

Dnes to predstavuje prípustnú alebo prijateľnú toleranciu. Triedy tolerancie pre guľkové ložiská, známe ako ISO (metrické) alebo ABEC (palcové) hodnoty, regulujú prípustné odchýlky a rozmery krytu vrátane veľkosti vnútorného a vonkajšieho krúžku a guľatosti krúžkov a obežných dráh. Čím vyššia je trieda a prísnejšia tolerancia, tým presnejšie bude ložisko po zostavení.

Dosiahnutím správnej rovnováhy medzi uložením a radiálnou a axiálnou vôľou počas používania môžu inžinieri dosiahnuť ideálnu nulovú prevádzkovú vôľu a zabezpečiť nízku hlučnosť a presnú rotáciu. Týmto spôsobom dokážeme objasniť zmätok medzi presnosťou a hrou a rovnakým spôsobom, akým Stanley Parker priniesol revolúciu v priemyselnom meraní, zásadne zmení pohľad na ložiská.


Čas uverejnenia: Mar-04-2021