Існує деяка плутанина навколо зв’язку між точністю підшипника, його виробничими допусками та рівнем внутрішнього зазору або «люфту» між доріжками кочення та кульками. Тут Ву Шичжен, керуючий директор експерта з малих і мініатюрних підшипників JITO Bearings, проливає світло на те, чому цей міф зберігається та на що інженерам слід звернути увагу.
Під час Другої світової війни на фабриці боєприпасів у Шотландії маловідомий чоловік на ім’я Стенлі Паркер розробив концепцію справжньої позиції, або те, що ми сьогодні знаємо як визначення геометричних розмірів і допусків (GD&T). Паркер помітив, що навіть незважаючи на те, що деякі функціональні частини, які виготовлялися для торпед, були відбраковані після перевірки, їх все одно відправляли у виробництво.
При ближчому огляді він виявив, що виною тому вимірювання толерантності. Традиційні допуски на координати XY створювали квадратну зону допуску, яка виключала деталь, навіть якщо вона займала точку в вигнутому круговому просторі між кутами квадрата. Далі він опублікував свої відкриття про те, як визначити справжнє положення, у книзі під назвою «Креслення та розміри».
*Внутрішній зазор
Сьогодні це розуміння допомагає нам розробляти підшипники, які демонструють певний рівень люфту або розхитаності, інакше відомий як внутрішній зазор або, точніше, радіальний та осьовий люфт. Радіальний люфт – це зазор, виміряний перпендикулярно до осі підшипника, а осьовий – це зазор, виміряний паралельно осі підшипника.
Цей люфт розроблений у підшипнику з самого початку, щоб дозволити підшипнику витримувати навантаження в різних умовах, беручи до уваги такі фактори, як температурне розширення та те, як кріплення між внутрішнім і зовнішнім кільцями вплине на термін служби підшипника.
Зокрема, зазор може впливати на шум, вібрацію, теплове навантаження, прогин, розподіл навантаження та довговічність. Більший радіальний люфт бажаний у ситуаціях, коли очікується, що внутрішнє кільце або вал нагріваються та розширюються під час використання порівняно із зовнішнім кільцем або корпусом. У цій ситуації люфт підшипника зменшиться. І навпаки, люфт збільшиться, якщо зовнішнє кільце розшириться більше, ніж внутрішнє.
Більший осьовий зазор бажаний у системах, де є зміщення між валом і корпусом, оскільки зміщення може призвести до швидкого виходу з ладу підшипника з малим внутрішнім зазором. Більший зазор може також дозволити підшипнику справлятися з дещо вищими навантаженнями тяги, оскільки це вводить більший кут контакту.
*Функції
Важливо, щоб інженери досягли правильного балансу внутрішнього зазору в підшипнику. Надто тугий підшипник із недостатнім люфтом створюватиме надлишок тепла та тертя, що призведе до ковзання кульок на доріжці кочення та прискорить знос. Так само занадто великий зазор збільшить шум і вібрацію та знизить точність обертання.
Зазор можна контролювати за допомогою різних посадок. Інженерні посадки стосуються зазору між двома сполученими частинами. Зазвичай це описується як вал у отворі та являє собою ступінь щільності або нещільності між валом і внутрішнім кільцем, а також між зовнішнім кільцем і корпусом. Зазвичай це проявляється у нещільному приляганні з зазором або щільному приляганні з натягом.
Щільне прилягання між внутрішнім кільцем і валом є важливим, щоб утримати його на місці та запобігти небажаній повзучості або ковзанню, які можуть генерувати тепло та вібрацію та викликати погіршення якості.
Однак посадка з натягом зменшує зазор у кульковому підшипнику, оскільки розширює внутрішнє кільце. Така ж щільна посадка між корпусом і зовнішнім кільцем у підшипнику з низьким радіальним люфтом стисне зовнішнє кільце та ще більше зменшить зазор. Це призведе до від'ємного внутрішнього зазору, що фактично зробить вал більшим за отвір, і призведе до надмірного тертя та раннього виходу з ладу.
Мета полягає в тому, щоб мати нульовий робочий люфт, коли підшипник працює в нормальних умовах. Однак початковий радіальний люфт, необхідний для досягнення цього, може спричинити проблеми зі ковзанням або ковзанням м’ячів, що знижує жорсткість і точність обертання. Цей початковий радіальний люфт можна усунути за допомогою попереднього навантаження. Попереднє натягування – це засіб докладання постійного осьового навантаження на підшипник після його встановлення за допомогою шайб або пружин, які прилягають до внутрішнього чи зовнішнього кільця.
Інженери також повинні враховувати той факт, що легше зменшити зазор у підшипнику з тонким перерізом, оскільки кільця тонші й їх легше деформувати. Як виробник малих і мініатюрних підшипників, JITO Bearings радить своїм клієнтам, що потрібно бути більш обережними з посадкою вала на корпус. Округлість вала та корпусу також більш важлива для підшипників тонкого типу, тому що некруглий вал деформує тонкі кільця та збільшує шум, вібрацію та крутний момент.
*Допуски
Непорозуміння щодо ролі радіального та осьового люфту призвело до того, що багато хто плутає зв’язок між люфтом і точністю, зокрема точністю, яка є результатом кращих виробничих допусків.
Деякі люди вважають, що високоточний підшипник майже не повинен мати люфту і повинен обертатися дуже точно. Для них нещільний радіальний люфт здається менш точним і створює враження низької якості, навіть якщо це може бути високоточний підшипник, навмисно розроблений із слабим люфтом. Наприклад, ми запитували деяких наших клієнтів у минулому, чому вони хочуть мати більш точний підшипник, і вони сказали нам, що хочуть «зменшити люфт».
Однак це правда, що толерантність покращує точність. Невдовзі після появи масового виробництва інженери зрозуміли, що непрактично та неекономно, якщо це взагалі можливо, виготовляти два абсолютно однакові продукти. Навіть якщо всі виробничі параметри зберігаються незмінними, завжди будуть невеликі відмінності між одним агрегатом і наступним.
Сьогодні це означає допустиму або прийнятну толерантність. Класи допуску для кулькових підшипників, відомі як ISO (метричний) або ABEC (дюймовий), регулюють допустимі відхилення та розміри покриття, включаючи розміри внутрішнього та зовнішнього кілець, а також округлість кілець і доріжок кочення. Що вищий клас і точніший допуск, то точнішим буде підшипник після складання.
Дотримуючись правильного балансу між підгонкою та радіальним і осьовим люфтом під час використання, інженери можуть досягти ідеального нульового робочого зазору та забезпечити низький рівень шуму та точне обертання. Роблячи це, ми можемо усунути плутанину між точністю та люфтом і, подібно до того, як Стенлі Паркер зробив революцію в промислових вимірюваннях, докорінно змінити наш погляд на підшипники.
Час публікації: 04.03.2021
