Det er en viss forvirring rundt forholdet mellom presisjonen til peiling, dens produksjonstoleranser og nivået på intern klaring eller "spill" mellom løpebaner og kuler. Her belyser Wu Shizheng, administrerende direktør for små- og miniatyrlagerekspert JITO Bearings, hvorfor denne myten vedvarer og hva ingeniører bør se etter.
Under andre verdenskrig, i en ammunisjonsfabrikk i Skottland, utviklet en lite kjent mann ved navn Stanley Parker konseptet sann posisjon, eller det vi i dag kjenner som Geometric Dimensioning & Tolerancing (GD&T). Parker la merke til at selv om noen av de funksjonelle delene som ble produsert for torpedoer ble avvist etter inspeksjon, ble de fortsatt sendt videre til produksjon.
Ved nærmere ettersyn fant han at det var toleransemålingen som hadde skylden. De tradisjonelle XY-koordinattoleransene skapte en kvadratisk toleransesone, som ekskluderte delen selv om den opptok et punkt i det buede sirkulære rommet mellom kvadratets hjørner. Han fortsatte med å publisere funnene sine om hvordan man bestemmer sann posisjon i en bok med tittelen Tegninger og dimensjoner.
*Intern klaring
I dag hjelper denne forståelsen oss til å utvikle lagre som viser et visst nivå av slark eller løshet, ellers kjent som intern klaring eller mer spesifikt radiell og aksial klaring. Radiell klaring er klaringen målt vinkelrett på lageraksen og aksial klaring er klaringen målt parallelt med lageraksen.
Dette sløret er designet inn i lageret fra begynnelsen for å tillate lageret å støtte belastninger under en rekke forhold, og tar hensyn til faktorer som temperaturutvidelse og hvordan tilpasningen mellom de indre og ytre ringene vil påvirke lagerets levetid.
Spesielt kan klaring påvirke støy, vibrasjoner, varmestress, nedbøyning, lastfordeling og utmattelseslevetid. Høyere radiell klaring er ønskelig i situasjoner der den indre ringen eller akselen forventes å bli varmere og utvide seg under bruk sammenlignet med den ytre ringen eller huset. I denne situasjonen vil klaringen i lageret reduseres. Motsatt vil spillet øke hvis den ytre ringen utvider seg mer enn den indre ringen.
Høyere aksialt slark er ønskelig i systemer der det er feiljustering mellom aksel og hus da feiljustering kan føre til at et lager med liten innvendig klaring raskt svikter. Større klaring kan også tillate lageret å takle litt høyere trykkbelastninger da det introduserer en høyere kontaktvinkel.
*Tilpasninger
Det er viktig at ingeniører finner den rette balansen mellom intern klaring i et lager. Et for stramt lager med utilstrekkelig klaring vil generere overflødig varme og friksjon, noe som vil føre til at kulene sklir i løpebanen og akselererer slitasjen. På samme måte vil for mye klaring øke støy og vibrasjoner og redusere rotasjonsnøyaktigheten.
Klaringen kan kontrolleres ved å bruke forskjellige tilpasninger. Tekniske tilpasninger refererer til klaringen mellom to sammenkoblende deler. Dette beskrives vanligvis som en aksel i et hull og representerer graden av tetthet eller løshet mellom akselen og den indre ringen og mellom den ytre ringen og huset. Det manifesterer seg vanligvis i en løs passform med klaring eller en stram interferenspasning.
En tett passform mellom den indre ringen og akselen er viktig for å holde den på plass og for å forhindre uønsket krypning eller glidning, som kan generere varme og vibrasjoner og indusere nedbrytning.
En interferenspasning vil imidlertid redusere klaringen i et kulelager når det utvider den indre ringen. En tilsvarende tett passform mellom huset og den ytre ringen i et lager med lavt radiell klaring vil komprimere den ytre ringen og redusere klaringen ytterligere. Dette vil resultere i en negativ intern klaring - som effektivt gjør akselen større enn hullet - og føre til overdreven friksjon og tidlig svikt.
Målet er å ha null operativt slark når lageret går under normale forhold. Imidlertid kan det innledende radielle spillet som kreves for å oppnå dette forårsake problemer med baller som sklir eller glir, noe som reduserer stivhet og rotasjonsnøyaktighet. Dette innledende radielle spillet kan fjernes ved å bruke forhåndsbelastning. Forspenning er et middel for å sette en permanent aksial belastning på et lager, når det er montert, ved å bruke skiver eller fjærer som er montert mot den indre eller ytre ringen.
Ingeniører må også vurdere det faktum at det er lettere å redusere klaringen i et tynnseksjonslager fordi ringene er tynnere og lettere å deformere. Som produsent av små og miniatyrlagre råder JITO Bearings sine kunder om at det må utvises mer forsiktighet med aksel-til-hus-pasninger. Aksel- og husrundhet er også viktigere med tynne lagre fordi en ut-av-rund aksel vil deformere de tynne ringene og øke støy, vibrasjoner og dreiemoment.
*Toleranser
Misforståelsen om rollen til radialt og aksialt spill har ført til at mange har forvirret forholdet mellom lek og presisjon, spesielt presisjonen som er resultatet av bedre produksjonstoleranser.
Noen mener at et høypresisjonslager nesten ikke skal ha slark og at det skal rotere veldig presist. For dem føles et løst radialspill mindre presist og gir inntrykk av lav kvalitet, selv om det kan være et høypresisjonslager som er utformet med løst slark. For eksempel har vi spurt noen av kundene våre tidligere om hvorfor de vil ha et lager med høyere presisjon, og de har fortalt oss at de vil «redusere spillet».
Det er imidlertid sant at toleranse forbedrer presisjonen. Ikke lenge etter at masseproduksjonen begynte, innså ingeniører at det verken er praktisk eller økonomisk, hvis det i det hele tatt er mulig, å produsere to produkter som er helt like. Selv når alle produksjonsvariablene holdes like, vil det alltid være små forskjeller mellom en enhet og den neste.
I dag har dette kommet til å representere en tillatt eller akseptabel toleranse. Toleranseklasser for kulelagre, kjent som ISO (metrisk) eller ABEC (tommer), regulerer det tillatte avviket og dekkmålene, inkludert indre og ytre ringstørrelse og rundheten til ringer og løpebaner. Jo høyere klasse og strammere toleranse, jo mer presist vil lageret være når det er satt sammen.
Ved å finne den rette balansen mellom montering og radiell og aksial klaring under bruk, kan ingeniører oppnå den ideelle null operasjonsklaring og sikre lav støy og nøyaktig rotasjon. Ved å gjøre det kan vi rydde opp i forvirringen mellom presisjon og lek og, på samme måte som Stanley Parker revolusjonerte industriell måling, fundamentalt endre måten vi ser på lagre.
Innleggstid: Mar-04-2021
