Hvorfor radielt spill og toleranse ikke er det samme

Det er en viss forvirring rundt forholdet mellom presisjonen til et lager, dets produksjonstoleranser og nivået på intern klaring eller 'spill' mellom racerveiene og kulene. Her belyser Wu Shizheng, administrerende direktør for små og miniatyrlagereksperter JITO Bearings, hvorfor denne myten vedvarer og hva ingeniører bør se etter.

I løpet av andre verdenskrig, i en ammunisjonsfabrikk i Skottland, utviklet en lite kjent mann med navnet Stanley Parker konseptet med 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 ut at det var toleransemålingen som var skylden. De tradisjonelle XY-koordinat toleransene skapte en firkantet toleranse sone, som ekskluderte delen selv om den okkuperte et punkt i det buede sirkulære rommet mellom kvadratets hjørner. Han fortsatte med å publisere sine funn om hvordan man kan bestemme den virkelige posisjonen i en bok med tittelen Tegninger og dimensjoner.

* Intern klarering
I dag hjelper denne forståelsen oss med å utvikle lagre som viser noe nivå av lek eller løshet, ellers kjent som indre klaring eller, mer spesifikt, radial og aksial lek. Radielt spill er klaring målt vinkelrett på lageraksen, og aksial spill er klaring målt parallelt med lageraksen.

Dette spillet er designet inn i lageret fra begynnelsen for å la lageret støtte belastninger under en rekke forhold, med tanke på faktorer som temperaturutvidelse og hvordan tilpasningen mellom de indre og ytre ringene vil påvirke lagerets levetid.

Nærmere bestemt kan klaring påvirke støy, vibrasjoner, varmespenning, avbøyning, lastfordeling og utmattelseslevetid. Høyere radielt spill er ønskelig i situasjoner der det forventes at den indre ringen eller akselen blir varmere og utvides under bruk sammenlignet med den ytre ringen eller huset. I denne situasjonen vil spillingen i lageret reduseres. Omvendt vil spillet øke hvis den ytre ringen utvides mer enn den indre ringen.

Høyere aksialt spill er ønskelig i systemer der det er en feiljustering mellom aksel og hus, da feiljustering kan føre til at et lager med liten indre klaring mislykkes raskt. Større klaring kan også gjøre at lageret tåler litt høyere trykkbelastninger ettersom det introduserer en høyere kontaktvinkel.

* Tilbehør
Det er viktig at ingeniører finner den rette balansen mellom indre klaring i et lager. Et for tett lager med utilstrekkelig spill vil generere overflødig varme og friksjon, noe som vil føre til at kulene glir i løpsbanen og akselererer slitasje. Likeledes vil for mye klaring øke støy og vibrasjoner og redusere rotasjonsnøyaktigheten.

Klaring kan kontrolleres ved å bruke forskjellige tilpasninger. Tekniske tilpasninger refererer til klaring mellom to parringsdeler. Dette blir vanligvis beskrevet 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, klar passform eller en tett interferens.

En tett passform mellom indre ring og aksel er viktig for å holde den på plass og for å forhindre uønsket kryp eller glid, som kan generere varme og vibrasjoner og indusere nedbrytning.

En interferenstilpasning vil imidlertid redusere klaring i et kulelager når den utvider den indre ringen. En like tett passform mellom huset og den ytre ringen i et lager med lite radialt spill vil komprimere den ytre ringen og redusere klaring ytterligere. Dette vil resultere i en negativ indre klaring - effektivt gjør akselen større enn hullet - og fører til overdreven friksjon og tidlig svikt.

Målet er å ha null operasjonsspill når lageret kjører under normale forhold. Imidlertid kan det innledende radiale spillet som kreves for å oppnå dette forårsake problemer med baller som glir eller glir, noe som reduserer stivhet og rotasjonsnøyaktighet. Dette første radiale spillet kan fjernes ved hjelp av forhåndslasting. Forbelastning er et middel for å legge en permanent aksial belastning på et lager, når det er montert, ved hjelp av skiver eller fjærer som er montert mot den indre eller ytre ringen.

Ingeniører må også vurdere det faktum at det er lettere å redusere klaring i et tynt seksjonslager fordi ringene er tynnere og lettere å deformere. Som produsent av små og miniatyrlagre anbefaler JITO Bearings sine kunder at det må utvises større forsiktighet med aksel-til-hus-tilpasning. Aksel- og husrundhet er også viktigere med tynne lagre fordi en utrundelig 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 skyldes bedre produksjonstoleranser.

Noen mennesker mener at et høypresisjonslager nesten ikke skal spille, og at det skal rotere veldig presist. For dem føles et løs radialt spill mindre presist og gir inntrykk av lav kvalitet, selv om det kan være et høypresisjonslager som bevisst er designet med løst spill. For eksempel har vi tidligere spurt noen av kundene våre om hvorfor de vil ha høyere presisjonslager, og de har fortalt oss at de vil, "redusere spillet".

Imidlertid er det sant at toleranse forbedrer presisjonen. Ikke lenge etter masseproduksjonen kom ingeniørene til at det verken er praktisk eller økonomisk, om det i det hele tatt er mulig å produsere to produkter som er helt like. Selv når alle produksjonsvariabler 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 kulelager, kjent som ISO (metrisk) eller ABEC (tommer), regulerer det tillatte avviket og dekselmålingene, inkludert indre og ytre ringstørrelse og rundheten på ringene og racerbanene. Jo høyere klasse og jo strammere toleranse, desto mer presis blir lageret når det er satt sammen.

Ved å finne den rette balansen mellom montering og radialt og aksialt spill under bruk, kan ingeniører oppnå den ideelle driftsklarheten uten null og sikre lav støy og nøyaktig rotasjon. Ved å gjøre dette kan vi fjerne forvirringen mellom presisjon og spill, og på samme måte som Stanley Parker revolusjonerte industriell måling, fundamentalt endre måten vi ser på lagre.


Innleggstid: Mar-04-2021