Dlaczego luz radialny i tolerancja to nie to samo

Istnieje pewne zamieszanie wokół związku między precyzją łożyska, jego tolerancjami produkcyjnymi a poziomem luzu wewnętrznego lub „luzu” między bieżniami a kulkami. Tutaj Wu Shizheng, dyrektor zarządzający JITO Bearings, eksperta od małych i miniaturowych łożysk, wyjaśnia, dlaczego ten mit się utrzymuje i na co powinni zwrócić uwagę inżynierowie.

Podczas drugiej wojny światowej, w fabryce amunicji w Szkocji, mało znany człowiek imieniem Stanley Parker opracował koncepcję prawdziwego położenia, czyli to, co dziś znamy jako wymiarowanie i tolerowanie geometryczne (GD&T). Parker zauważył, że chociaż niektóre części funkcjonalne produkowane dla torped były odrzucane po inspekcji, nadal były wysyłane do produkcji.

Po bliższej inspekcji stwierdził, że winny był pomiar tolerancji. Tradycyjne tolerancje współrzędnych XY tworzyły kwadratową strefę tolerancji, która wykluczała część, mimo że zajmowała punkt w zakrzywionej okrągłej przestrzeni między rogami kwadratu. Następnie opublikował swoje ustalenia dotyczące tego, jak określić prawdziwą pozycję w książce zatytułowanej Rysunki i wymiary.

* Luz wewnętrzny
Dziś to zrozumienie pomaga nam opracowywać łożyska, które wykazują pewien poziom luzu lub luzu, zwany 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 samego początku zaprojektowany w łożysku, aby umożliwić łożysku przenoszenie obciążeń w różnych warunkach, biorąc pod uwagę takie czynniki, jak rozszerzalność temperaturowa oraz wpływ dopasowania między pierścieniem wewnętrznym i zewnętrznym na żywotność łożyska.

W szczególności prześwit może wpływać na hałas, wibracje, naprężenia cieplne, ugięcie, rozkład obciążenia i trwałość zmęczeniową. Większy luz promieniowy jest pożądany w sytuacjach, w których oczekuje się, że pierścień wewnętrzny lub wałek nagrzewają się i rozszerzają 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 między wałem a oprawą, ponieważ niewspółosiowość może spowodować szybkie uszkodzenie łożyska z małym luzem wewnętrznym. Większy luz może również pozwolić łożysku poradzić sobie z nieco większymi obciążeniami wzdłużnymi, ponieważ wprowadza większy kąt działania.

* Wyposażenie
Ważne jest, aby inżynierowie znaleźli właściwą równowagę luzu wewnętrznego w łożysku. Zbyt ciasne łożysko z niewystarczającym luzem będzie generować nadmierne ciepło i tarcie, co spowoduje poślizg kulek na bieżni i przyspieszy zużycie. Podobnie, zbyt duży prześwit zwiększy hałas i wibracje oraz zmniejszy dokładność obrotów.

Luz można kontrolować za pomocą różnych pasowań. Pasowania techniczne odnoszą się do luzu między dwiema współpracującymi częściami. Jest to zwykle opisywane jako wałek w otworze i przedstawia stopień szczelności lub luzu między wałem a pierścieniem wewnętrznym oraz między pierścieniem zewnętrznym a obudową. Zwykle objawia się luźnym pasowaniem luźnym lub ciasnym pasowaniem ciasnym.

Ścisłe pasowanie między pierścieniem wewnętrznym a wałem jest ważne, aby utrzymać go na miejscu i zapobiec niepożądanemu pełzaniu lub poślizgowi, które może generować ciepło i wibracje oraz powodować degradację.

Jednak pasowanie ciasne zmniejszy luz w łożysku kulkowym, ponieważ rozszerza pierścień wewnętrzny. Podobnie ciasne pasowanie pomiędzy oprawą a pierścieniem zewnętrznym w łożysku z małym luzem promieniowym spowoduje ściśnięcie pierścienia zewnętrznego i jeszcze bardziej zmniejszenie luzu. Spowoduje to ujemny luz wewnętrzny - skutecznie sprawiając, że wał będzie większy niż otwór - i doprowadzi do nadmiernego tarcia i wczesnej awarii.

Celem jest uzyskanie zerowego luzu operacyjnego, gdy łożysko pracuje w normalnych warunkach. Jednak początkowy luz promieniowy wymagany do osiągnięcia tego może powodować problemy z poślizgiem lub ślizganiem się kulek, zmniejszając sztywność i dokładność obrotu. Ten początkowy luz promieniowy można usunąć za pomocą wstępnego obciążenia. Naprężenie wstępne to sposób na wprowadzenie stałego obciążenia osiowego na łożysko po jego zamontowaniu za pomocą podkładek lub sprężyn, które są osadzone na pierścieniu wewnętrznym lub zewnętrznym.

Inżynierowie muszą również wziąć pod uwagę fakt, że łatwiej jest zmniejszyć luz w łożysku o cienkich przekrojach, ponieważ pierścienie są cieńsze i łatwiejsze do odkształcenia. Jako producent małych i miniaturowych łożysk, JITO Bearings radzi swoim klientom, że należy zwracać większą uwagę na pasowania wału do obudowy. Okrągłość wału i oprawy jest również ważniejsza w przypadku cienkich łożysk, ponieważ nieokrągły wał zdeformuje cienkie pierścienie i zwiększy hałas, wibracje i moment obrotowy.

* Tolerancje
Nieporozumienie co do roli luzu promieniowego i osiowego doprowadziło wielu do pomieszania związku między 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 wydaje się mniej precyzyjny i sprawia wrażenie niskiej jakości, nawet jeśli może to być łożysko o wysokiej precyzji, celowo zaprojektowane z luźnym luzem. Na przykład w przeszłości pytaliśmy niektórych naszych klientów, dlaczego chcą łożysk o wyższej precyzji, a oni powiedzieli nam, że chcą „zmniejszyć luz”.

Jednak prawdą jest, że tolerancja poprawia precyzję. Wkrótce po pojawieniu się masowej produkcji inżynierowie zdali sobie sprawę, że nie jest ani praktyczne, ani ekonomiczne, jeśli w ogóle możliwe, wytwarzanie dwóch produktów, które są dokładnie takie same. Nawet jeśli wszystkie zmienne dotyczące produkcji są takie same, zawsze będą istnieć drobne różnice między jedną jednostką a drugą.

Dziś jest to dopuszczalna lub akceptowalna tolerancja. Klasy tolerancji dla łożysk kulkowych, znane jako wartości ISO (metryczne) lub ABEC (cale), regulują dopuszczalne odchylenia i pomiary pokrycia, 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.

Poprzez uzyskanie właściwej równowagi między dopasowaniem a luzem promieniowym i osiowym podczas użytkowania, inżynierowie mogą osiągnąć idealny zerowy luz roboczy oraz zapewnić niski poziom hałasu i dokładny obrót. W ten sposób możemy wyjaśnić nieporozumienie między precyzją a zabawą i - w ten sam sposób, w jaki Stanley Parker zrewolucjonizował pomiary przemysłowe - zasadniczo zmienić sposób, w jaki patrzymy na łożyska.


Czas postu: Mar-04-2021