Zašto radijalna igra i tolerancija nisu jedno te isto

Postoji određena zabuna oko odnosa između preciznosti ležaja, njegovih proizvodnih tolerancija i nivoa unutarnjeg zazora ili 'zračnosti' između staza i lopti. Ovdje Wu Shizheng, generalni direktor stručnjaka za male i minijaturne ležajeve JITO Bearings, rasvjetljava zašto ovaj mit opstaje i na što inženjeri trebaju paziti.

Tokom Drugog svjetskog rata, u tvornici municije u Škotskoj, malo poznati čovjek po imenu Stanley Parker razvio je koncept istinskog položaja ili onog što danas znamo kao Geometric Dimensioning & Tolerancing (GD&T). Parker je primijetio da su, iako su neki funkcionalni dijelovi koji se proizvode za torpeda odbijeni nakon inspekcije, i dalje poslani u proizvodnju.

Pobližim pregledom otkrio je da je krivo mjerenje tolerancije. Tradicionalne tolerancije koordinata XY stvorile su kvadratnu zonu tolerancije, koja je isključila dio iako je zauzimala točku u zakrivljenom kružnom prostoru između uglova kvadrata. Nastavio je sa objavljivanjem svojih saznanja o tome kako utvrditi pravi položaj u knjizi Crteži i dimenzije.

* Interno odobrenje
Danas nam ovo razumijevanje pomaže da razvijemo ležajeve koji pokazuju određeni nivo zračnosti ili labavosti, inače poznatiji kao unutarnji zazor ili, preciznije, radijalni i aksijalni hod. Radijalni zračnost je zračnost izmjerena okomito na os ležaja, a osna zračnost je zračnost izmjerena paralelno s osom ležaja.

Ova zračnost je od samog početka dizajnirana za ležaj kako bi ležaj mogao podnijeti opterećenja u različitim uvjetima, uzimajući u obzir čimbenike kao što su temperaturno širenje i kako će prilagodba između unutarnjeg i vanjskog prstena utjecati na vijek trajanja ležaja.

Konkretno, zračnost može utjecati na buku, vibracije, toplotni stres, skretanje, raspodjelu opterećenja i životni vijek od zamora. Veća radijalna zračnost je poželjna u situacijama kada se očekuje da će unutarnji prsten ili osovina postati vrući i proširiti se tijekom upotrebe u odnosu na vanjski prsten ili kućište. U ovoj situaciji, zračnost u ležaju će se smanjiti. Suprotno tome, igra će se povećati ako se vanjski prsten proširi više od unutarnjeg.

Veća aksijalna zračnost je poželjna u sistemima u kojima postoji neusklađenost osovine i kućišta, jer neusklađenost može dovesti do brzog otkaza ležaja s malim unutarnjim zazorom. Veća zračnost također može omogućiti da se ležaj nosi s malo većim potisnim opterećenjima jer uvodi veći kontaktni kut.

* Oprema
Važno je da inženjeri postignu pravi balans unutarnjeg zazora u ležaju. Prekomjerno uski ležaj s nedovoljnim zrakom generirat će višak toplote i trenja, što će uzrokovati klizanje lopti na trkalištu i ubrzati trošenje. Isto tako, prevelik zazor će povećati buku i vibracije i smanjiti tačnost rotacije.

Klirens se može kontrolirati pomoću različitih ugradnji. Inženjerske pogodnosti odnose se na zazor između dva dijela za parenje. To se obično opisuje kao osovina u rupi i predstavlja stupanj nepropusnosti ili labavosti između osovine i unutarnjeg prstena te između vanjskog prstena i kućišta. Obično se manifestira u labavom, zazornom ili uskom prileganju.

Čvrst spoj između unutarnjeg prstena i osovine važan je da bi se zadržao na mjestu i spriječio neželjeno puzanje ili klizanje, koje može generirati toplinu i vibracije i izazvati degradaciju.

Međutim, prilagodba smetnja smanjit će zazor u kugličnom ležaju dok širi unutarnji prsten. Slično čvrsto prianjanje između kućišta i vanjskog prstena u ležaju s malim radijalnim zračenjem stisnut će vanjski prsten i dodatno smanjiti zazor. To će rezultirati negativnim unutarnjim zazorom - što čini vratilo većim od rupe - i dovesti do prekomjernog trenja i ranog otkaza.

Cilj je imati nultu operativnu zračnost kada ležaj radi u normalnim uvjetima. Međutim, početna radijalna zračnost koja je potrebna da bi se to postiglo može uzrokovati probleme pri klizanju ili klizanju lopti, smanjujući krutost i tačnost rotacije. Ova početna radijalna zračnost može se ukloniti pomoću predopterećenja. Predopterećenje je način vršenja trajnog aksijalnog opterećenja na ležaj, nakon što se postavi, pomoću podložnih pločica ili opruga koje su postavljene na unutarnji ili vanjski prsten.

Inženjeri također moraju uzeti u obzir činjenicu da je lakše smanjiti zazor u tankoslojnom ležaju jer su prstenovi tanji i lakše se deformiraju. Kao proizvođač malih i minijaturnih ležajeva, JITO Bearings savjetuje svojim kupcima da se mora više voditi računa o ugradnji osovine u kućište. Okruglost osovine i kućišta je također važnija kod tankih ležajeva jer će vanokružna osovina deformirati tanke prstenove i povećati buku, vibracije i obrtni moment.

* Tolerancije
Nesporazum oko uloge radijalne i aksijalne igre doveo je do toga da mnogi pobrkaju odnos između igre i preciznosti, posebno preciznosti koja proizlazi iz boljih tolerancija u proizvodnji.

Neki ljudi misle da visoko precizni ležaj ne bi trebao imati gotovo nikakvog zračenja i da bi se trebao vrlo precizno rotirati. Njima se labava radijalna zračnost čini manje preciznom i ostavlja dojam lošeg kvaliteta, iako je možda riječ o visoko preciznom ležaju namjerno dizajniranom sa labavim zračenjem. Na primjer, u prošlosti smo pitali neke od naših kupaca zašto žele ležaj veće preciznosti i rekli su nam da žele „smanjiti zazor“.

Međutim, istina je da tolerancija poboljšava preciznost. Nedugo nakon pojave masovne proizvodnje, inženjeri su shvatili da nije praktično niti ekonomski, ako je uopće moguće, proizvoditi dva potpuno slična proizvoda. Čak i kada su sve proizvodne varijable jednake, uvijek će postojati sitne razlike između jedne i druge jedinice.

Danas je ovo predstavljalo dozvoljenu ili prihvatljivu toleranciju. Klase tolerancije za kuglične ležajeve, poznate kao ISO (metričke) ili ABEC (inčne) oznake, reguliraju dopušteno odstupanje i mjere pokrivača, uključujući veličinu unutarnjeg i vanjskog prstena te zaobljenost prstenova i kliznih staza. Što je viša klasa i što je tolerancija stroža, to će ležaj biti precizniji nakon što se sklopi.

Postizanjem pravog balansa između ugradnje i radijalne i aksijalne zračnosti tokom upotrebe, inženjeri mogu postići idealnu radnu prazninu od nule i osigurati tihu buku i tačnu rotaciju. Na taj način možemo raščistiti zbrku između preciznosti i igre i, na isti način na koji je Stanley Parker revolucionirao industrijska mjerenja, iz temelja promijeniti način na koji gledamo na ležajeve.


Vrijeme objavljivanja: ožujak-04-2021