Istnieje pewne zamieszanie wokół związku pomiędzy precyzją łożyska, jego tolerancjami produkcyjnymi a poziomem luzu wewnętrznego lub „luzu” pomiędzy bieżniami i kulkami. Tutaj Wu Shizheng, dyrektor zarządzający firmy JITO Bearings, eksperta w dziedzinie łożysk małych i miniaturowych, rzuca światło na to, dlaczego ten mit wciąż istnieje i na co inżynierowie powinni zwracać uwagę.
Podczas drugiej wojny światowej w fabryce amunicji w Szkocji mało znany człowiek o nazwisku Stanley Parker opracował koncepcję prawdziwego położenia, czyli tego, co znamy dzisiaj jako wymiarowanie i tolerancja geometryczna (GD&T). Parker zauważył, że chociaż niektóre funkcjonalne części produkowane do torped były odrzucane po kontroli, nadal były wysyłane do produkcji.
Po bliższym przyjrzeniu się stwierdził, że winny był pomiar tolerancji. Tradycyjne tolerancje współrzędnych XY utworzyły kwadratową strefę tolerancji, która wykluczała część, mimo że zajmowała ona punkt w zakrzywionej okrągłej przestrzeni pomiędzy narożnikami kwadratu. Następnie opublikował swoje ustalenia dotyczące określania prawdziwej pozycji w książce zatytułowanej Rysunki i wymiary.
*Prześwit wewnętrzny
Obecnie to zrozumienie pomaga nam opracowywać łożyska wykazujące pewien poziom luzu lub luzu, zwanego inaczej luzem wewnętrznym, lub, dokładniej, luzem promieniowym i osiowym. Luz promieniowy to luz mierzony prostopadle do osi łożyska, a luz osiowy to luz mierzony równolegle do osi łożyska.
Luz ten jest od początku projektowany w łożysku, aby umożliwić łożysku przenoszenie obciążeń w różnych warunkach, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak rozszerzalność temperaturowa oraz wpływ dopasowania pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego na trwałość łożyska.
W szczególności luz może wpływać na hałas, wibracje, naprężenia cieplne, ugięcie, rozkład obciążenia i trwałość zmęczeniową. Większy luz promieniowy jest pożądany w sytuacjach, gdy oczekuje się, że pierścień wewnętrzny lub wał nagrzeje się i rozszerzy podczas użytkowania w porównaniu z pierścieniem zewnętrznym lub obudową. W tej sytuacji luz w łożysku zmniejszy się. I odwrotnie, luz wzrośnie, jeśli pierścień zewnętrzny rozszerzy się bardziej niż pierścień wewnętrzny.
Większy luz osiowy jest pożądany w układach, w których występuje niewspółosiowość pomiędzy wałem a obudową, ponieważ niewspółosiowość może spowodować szybkie uszkodzenie łożyska z małym luzem wewnętrznym. Większy luz może również pozwolić łożysku wytrzymać nieco większe obciążenia wzdłużne, ponieważ wprowadza większy kąt działania.
*Wyposażenie
Ważne jest, aby inżynierowie uzyskali właściwą równowagę luzu wewnętrznego w łożysku. Zbyt ciasne łożysko z niewystarczającym luzem będzie generować nadmierne ciepło i tarcie, co spowoduje ślizganie się kulek na bieżni i przyspieszy zużycie. Podobnie zbyt duży luz zwiększy hałas i wibracje oraz zmniejszy dokładność obrotu.
Luz można kontrolować za pomocą różnych pasowań. Pasowania inżynieryjne odnoszą się do luzu pomiędzy dwiema współpracującymi częściami. Jest to zwykle opisywane jako wał w otworze i przedstawia stopień dokręcenia lub luzu pomiędzy wałem a pierścieniem wewnętrznym oraz pomiędzy pierścieniem zewnętrznym a obudową. Zwykle objawia się luźnym, luźnym dopasowaniem lub ciasnym dopasowaniem wciskanym.
Ciasne pasowanie pomiędzy pierścieniem wewnętrznym a wałem jest ważne, aby utrzymać go na miejscu i zapobiec niepożądanemu pełzaniu lub poślizgowi, które mogą generować ciepło i wibracje oraz powodować degradację.
Jednakże pasowanie z wciskiem zmniejsza luz w łożysku kulkowym w miarę rozszerzania się pierścienia wewnętrznego. Podobnie ciasne pasowanie pomiędzy oprawą a pierścieniem zewnętrznym w łożysku z małym luzem promieniowym spowoduje ściśnięcie pierścienia zewnętrznego i jeszcze większe zmniejszenie luzu. Spowoduje to ujemny luz wewnętrzny, co w efekcie sprawi, że wał będzie większy niż otwór, i doprowadzi do nadmiernego tarcia i przedwczesnej awarii.
Celem jest uzyskanie zerowego luzu operacyjnego, gdy łożysko pracuje w normalnych warunkach. Jednakże początkowy luz promieniowy wymagany do osiągnięcia tego celu może powodować problemy z poślizgiem lub ślizganiem się piłek, zmniejszając sztywność i dokładność obrotu. Ten początkowy luz promieniowy można usunąć za pomocą wstępnego naprężenia. Naprężanie wstępne oznacza wywieranie stałego obciążenia osiowego na łożysko po jego zamontowaniu za pomocą podkładek lub sprężyn dopasowywanych do pierścienia wewnętrznego lub zewnętrznego.
Inżynierowie muszą również wziąć pod uwagę fakt, że łatwiej jest zmniejszyć luz w łożysku o cienkim przekroju, ponieważ pierścienie są cieńsze i łatwiej je odkształcać. Jako producent małych i miniaturowych łożysk, JITO Bearings radzi swoim klientom, aby zwracali większą uwagę na pasowanie wału do obudowy. Okrągłość wału i obudowy jest również ważniejsza w przypadku cienkich łożysk, ponieważ nieokrągły wał odkształci cienkie pierścienie i zwiększy hałas, wibracje i moment obrotowy.
*Tolerancje
Nieporozumienie dotyczące roli luzu promieniowego i osiowego doprowadziło wielu do mylenia związku pomiędzy luzem a precyzją, w szczególności precyzją wynikającą z lepszych tolerancji produkcyjnych.
Niektórzy uważają, że łożysko o wysokiej precyzji nie powinno mieć prawie żadnego luzu i powinno obracać się bardzo precyzyjnie. Dla nich luźny luz promieniowy jest mniej precyzyjny i sprawia wrażenie niskiej jakości, mimo że może to być łożysko o wysokiej precyzji, celowo zaprojektowane z luźnym luzem. Na przykład w przeszłości pytaliśmy niektórych naszych klientów, dlaczego chcą łożyska o większej precyzji, i odpowiedzieli nam, że chcą „zmniejszyć luz”.
Prawdą jest jednak, że tolerancja poprawia precyzję. Niedługo po nadejściu masowej produkcji inżynierowie zdali sobie sprawę, że nie jest ani praktyczne, ani ekonomiczne, jeśli w ogóle możliwe, wytwarzanie dwóch dokładnie takich samych produktów. Nawet jeśli wszystkie zmienne produkcyjne pozostaną takie same, zawsze będą występować drobne różnice między jedną jednostką a drugą.
Dziś oznacza to dopuszczalną lub akceptowalną tolerancję. Klasy tolerancji łożysk kulkowych, znane jako oceny ISO (metryczne) lub ABEC (calowe), regulują dopuszczalne odchylenia i obejmują pomiary, w tym rozmiar pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego oraz okrągłość pierścieni i bieżni. Im wyższa klasa i im węższa tolerancja, tym dokładniejsze będzie łożysko po zmontowaniu.
Utrzymując właściwą równowagę pomiędzy dopasowaniem a luzem promieniowym i osiowym podczas użytkowania, inżynierowie mogą osiągnąć idealny zerowy luz operacyjny oraz zapewnić niski poziom hałasu i dokładny obrót. W ten sposób możemy wyjaśnić mylenie precyzji z luzem i w taki sam sposób, w jaki Stanley Parker zrewolucjonizował pomiary przemysłowe, zasadniczo zmienić sposób, w jaki patrzymy na łożyska.
Czas publikacji: 04 marca 2021 r
