Существует некоторая путаница, связанная с взаимосвязью между точностью подшипника, его производственными допусками и уровнем внутреннего зазора или «люфта» между дорожками качения и шариками.Здесь Ву Шичжэн, управляющий директор компании JITO Bearings, эксперта в области малых и миниатюрных подшипников, проливает свет на то, почему этот миф сохраняется и на что инженерам следует обращать внимание.
Во время Второй мировой войны на военном заводе в Шотландии малоизвестный человек по имени Стэнли Паркер разработал концепцию истинного положения, или то, что мы сегодня знаем как определение геометрических размеров и допусков (GD&T).Паркер заметил, что, несмотря на то, что некоторые функциональные детали, изготавливаемые для торпед, отбраковывались после проверки, они все еще отправлялись в производство.
При ближайшем рассмотрении он обнаружил, что виновато измерение допуска.Традиционные допуски координат XY создали квадратную зону допуска, которая исключала деталь, даже если она занимала точку в искривленном круглом пространстве между углами квадрата.Затем он опубликовал свои выводы о том, как определить истинное положение в книге под названием «Чертежи и размеры».
*Внутренний зазор
Сегодня это понимание помогает нам разрабатывать подшипники, которые демонстрируют определенный уровень люфта или люфта, иначе известный как внутренний зазор или, точнее, радиальный и осевой люфт.Радиальный люфт — это зазор, измеренный перпендикулярно оси подшипника, а осевой люфт — это зазор, измеренный параллельно оси подшипника.
Этот зазор заложен в подшипнике с самого начала, чтобы подшипник мог выдерживать нагрузки в различных условиях с учетом таких факторов, как температурное расширение и то, как посадка между внутренним и наружным кольцами повлияет на срок службы подшипника.
В частности, зазор может влиять на шум, вибрацию, тепловую нагрузку, прогиб, распределение нагрузки и усталостную долговечность.Более высокий радиальный зазор желателен в ситуациях, когда ожидается, что внутреннее кольцо или вал будут нагреваться и расширяться во время использования по сравнению с наружным кольцом или корпусом.В этой ситуации люфт в подшипнике уменьшится.И наоборот, люфт увеличится, если внешнее кольцо расширится больше, чем внутреннее кольцо.
Более высокий осевой зазор желателен в системах, где существует несоосность между валом и корпусом, поскольку несоосность может привести к быстрому выходу из строя подшипника с малым внутренним зазором.Больший зазор также может позволить подшипнику справляться с немного более высокими осевыми нагрузками, поскольку он обеспечивает более высокий угол контакта.
* Фитинги
Важно, чтобы инженеры нашли правильный баланс внутреннего зазора в подшипнике.Слишком тугой подшипник с недостаточным зазором будет генерировать избыточное тепло и трение, что приведет к проскальзыванию шариков в дорожке качения и ускорению износа.Точно так же слишком большой зазор увеличит шум и вибрацию и снизит точность вращения.
Зазор можно регулировать с помощью различных посадок.Технические посадки относятся к зазору между двумя сопрягаемыми деталями.Это обычно описывается как вал в отверстии и представляет собой степень натяга или ослабления между валом и внутренним кольцом, а также между наружным кольцом и корпусом.Обычно это проявляется в свободной посадке с зазором или в плотной посадке с натягом.
Плотная посадка между внутренним кольцом и валом важна, чтобы удерживать его на месте и предотвращать нежелательную утечку или проскальзывание, которые могут вызывать нагрев и вибрацию и вызывать износ.
Однако посадка с натягом уменьшает зазор в шарикоподшипнике, так как расширяет внутреннее кольцо.Столь же плотная посадка между корпусом и наружным кольцом в подшипнике с малым радиальным зазором приведет к сжатию наружного кольца и еще больше уменьшит зазор.Это приведет к отрицательному внутреннему зазору, что фактически сделает вал больше, чем отверстие, и приведет к чрезмерному трению и преждевременному выходу из строя.
Цель состоит в том, чтобы добиться нулевого рабочего зазора, когда подшипник работает в нормальных условиях.Однако первоначальный радиальный люфт, необходимый для достижения этого, может вызвать проблемы с проскальзыванием или скольжением шариков, снижая жесткость и точность вращения.Этот первоначальный радиальный люфт можно устранить с помощью предварительного натяга.Предварительный натяг — это средство приложения постоянной осевой нагрузки к подшипнику после его установки с помощью шайб или пружин, которые устанавливаются на внутреннее или наружное кольцо.
Инженеры также должны учитывать тот факт, что легче уменьшить зазор в тонколистовом подшипнике, потому что кольца тоньше и легче деформируются.Как производитель малых и миниатюрных подшипников, компания JITO Bearings советует своим клиентам проявлять большую осторожность при посадке вала на корпус.Округлость вала и корпуса также более важна для подшипников тонкого типа, потому что некруглый вал деформирует тонкие кольца и увеличивает шум, вибрацию и крутящий момент.
* Допуски
Неправильное понимание роли радиального и осевого люфта привело к тому, что многие путают взаимосвязь между люфтом и точностью, особенно точностью, которая является результатом более точных производственных допусков.
Некоторые люди думают, что высокоточный подшипник должен почти не иметь люфта и вращаться очень точно.Для них свободный радиальный люфт кажется менее точным и производит впечатление низкого качества, даже если это может быть высокоточный подшипник, преднамеренно сконструированный с люфтом.Например, в прошлом мы спрашивали некоторых наших клиентов, почему им нужен более точный подшипник, и они говорили нам, что хотят «уменьшить люфт».
Однако верно то, что толерантность улучшает точность.Вскоре после появления массового производства инженеры осознали, что нецелесообразно и экономически невыгодно, если вообще возможно, производить два совершенно одинаковых продукта.Даже когда все производственные переменные остаются неизменными, всегда будут незначительные различия между одной единицей продукции и другой.
Сегодня это стало представлять допустимый или приемлемый допуск.Классы допуска для шарикоподшипников, известные как рейтинги ISO (метрические) или ABEC (дюймовые), регулируют допустимое отклонение и размеры покрытия, включая размер внутреннего и наружного кольца, а также круглость колец и дорожек качения.Чем выше класс и жестче допуск, тем точнее будет подшипник после сборки.
Достигнув правильного баланса между посадкой и радиальным и осевым зазором во время использования, инженеры могут добиться идеального нулевого рабочего зазора и обеспечить низкий уровень шума и точное вращение.Поступая так, мы можем устранить путаницу между точностью и люфтом и так же, как Стэнли Паркер произвел революцию в промышленных измерениях, коренным образом изменить наш взгляд на подшипники.
Время публикации: 04 марта 2021 г.