Почему радиальный люфт и допуск - не одно и то же

Существует некоторая путаница в отношении взаимосвязи между точностью подшипника, его производственными допусками и уровнем внутреннего зазора или «люфта» между дорожками качения и шариками. Здесь У Шичжэн, управляющий директор компании JITO Bearings, специализирующейся на малых и миниатюрных подшипниках, проливает свет на то, почему этот миф существует и на что следует обратить внимание инженерам.

Во время Второй мировой войны на заводе по производству боеприпасов 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 даже несмотря на то, что некоторые функциональные детали, производимые для торпед, были отклонены после проверки, они все еще отправлялись в производство.

При более внимательном рассмотрении он обнаружил, что виновата была мера допуска. Традиционные допуски по координате XY создавали зону допуска квадрата, которая исключала деталь, даже если она занимала точку в изогнутом круговом 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 некоторый уровень люфта или люфта, также известного как внутренний зазор или, более конкретно, радиальный и осевой люфт. Радиальный люфт - это зазор, измеренный перпендикулярно оси подшипника, а осевой люфт - это зазор, измеренный параллельно оси подшипника.

Этот зазор с самого начала разработан в подшипнике, чтобы позволить подшипнику выдерживать нагрузки в различных условиях, принимая во внимание такие факторы, как температурное расширение и то, как посадка между внутренним и внешним 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 во время использования нагреваются и расширяются по сравнению с наружным кольцом или корпусом. В этой ситуации люфт подшипника уменьшится. И наоборот, люфт увеличится, если внешнее кольцо расширяется больше, чем внутреннее кольцо.

Более высокий осевой зазор желателен в системах, в которых имеется несоосность между валом и корпусом, поскольку несоосность может привести к быстрой поломке подшипника с небольшим внутренним зазором. Больший зазор также может позволить подшипнику выдерживать несколько более высокие осевые нагрузки, поскольку он обеспечивает больший угол контакта.

* Оборудование
Важно, чтобы инженеры установили правильный баланс внутреннего зазора в подшипнике. Чрезмерно плотный подшипник с недостаточным зазором приведет к избыточному нагреву и трению, что приведет к скольжению шариков по дорожке качения и ускорению износа. Аналогичным образом, слишком большой зазор приведет к увеличению шума и вибрации и уменьшит точность вращения.

Зазор можно контролировать с помощью различных посадок. Технические посадки относятся к зазору между двумя сопрягаемыми частями. Это обычно описывается как вал в отверстии и представляет собой степень натяжения или ослабления между валом и внутренним кольцом, а также между внешним кольцом и корпусом. Обычно это проявляется в свободной посадке с зазором или тугой посадке с натягом.

Плотная посадка между внутренним кольцом и валом важна для удержания его на месте и предотвращения нежелательного проскальзывания или проскальзывания, которое может вызывать нагрев и вибрацию и вызывать ухудшение характеристик.

Однако посадка с натягом уменьшит зазор в шарикоподшипнике, поскольку он расширяет внутреннее кольцо. Аналогичная плотная посадка между корпусом и наружным кольцом в подшипнике с низким радиальным зазором сожмет наружное кольцо и еще больше уменьшит зазор. Это приведет к отрицательному внутреннему зазору - фактически делая вал больше, чем отверстие - и приведет к чрезмерному трению и преждевременному выходу из строя.

Цель состоит в том, чтобы иметь нулевой рабочий люфт, когда подшипник работает в нормальных условиях. Однако начальный радиальный люфт, который требуется для достижения этого, может вызвать проблемы со скольжением или скольжением шариков, что снижает жесткость и точность вращения. Этот первоначальный радиальный зазор можно устранить с помощью предварительного натяга. Предварительная нагрузка - это способ приложения постоянной осевой нагрузки к подшипнику после его установки с помощью шайб или пружин, которые устанавливаются на внутреннем или внешнем кольце.

Инженеры также должны учитывать тот факт, что в тонком подшипнике легче уменьшить зазор, поскольку кольца тоньше и легче деформируются. Как производитель малых и миниатюрных подшипников, JITO Bearings советует своим клиентам уделять больше внимания посадке вала к корпусу. Круглость вала и корпуса также более важна для подшипников тонкого типа, потому что вал неправильной формы будет деформировать тонкие кольца и увеличивать шум, вибрацию и крутящий момент.

* Допуски
Непонимание роли радиального и осевого люфта привело к тому, что многие запутались в соотношении между люфтом и точностью, особенно с точностью, которая является результатом более высоких производственных допусков.

Некоторые думают, что у высокоточного подшипника не должно быть люфта и он должен вращаться очень точно. Для них свободный радиальный люфт кажется менее точным и производит впечатление низкого качества, даже если это может быть высокоточный подшипник, специально сконструированный с небольшим люфтом. Например, в прошлом мы спрашивали некоторых наших клиентов, почему они хотят более точные подшипники, и они сказали нам, что хотят «уменьшить люфт».

Однако верно, что допуск улучшает точность. Вскоре после появления массового производства инженеры поняли, что производить два абсолютно одинаковых продукта непрактично и экономично, если вообще возможно. Даже когда все производственные переменные сохраняются одинаковыми, всегда будут незначительные различия между одним агрегатом и другим.

Сегодня это стало допустимым или приемлемым допуском. Классы допусков для шарикоподшипников, известные как рейтинги ISO (метрические) или ABEC (дюймовые), регулируют допустимые отклонения и размеры покрытия, включая размер внутреннего и внешнего кольца, а также круглость колец и дорожек качения. Чем выше класс и жестче допуск, тем точнее будет подшипник после сборки.

Соблюдая правильный баланс между установкой и радиальным и осевым люфтом во время использования, инженеры могут достичь идеального нулевого рабочего зазора и обеспечить низкий уровень шума и точное вращение. Поступая таким образом, мы можем устранить путаницу между точностью и люфтом и, подобно тому, как Стэнли Паркер произвел революцию в промышленных измерениях, коренным образом изменили наше отношение к подшипникам.


Время публикации: март-04-2021