Postoji određena zabuna oko odnosa između preciznosti ležaja, njegovih proizvodnih tolerancija i razine unutarnjeg zazora ili 'luge' između klizačkih staza i kuglica. Ovdje Wu Shizheng, generalni direktor stručnjaka za male i minijaturne ležajeve JITO Bearings, baca svjetlo na to zašto ovaj mit i dalje postoji i na što inženjeri trebaju paziti.
Tijekom Drugog svjetskog rata, u tvornici streljiva u Škotskoj, malo poznati čovjek po imenu Stanley Parker razvio je koncept prave pozicije ili ono što danas poznajemo kao Geometric Dimensioning & Tolerancing (GD&T). Parker je primijetio da iako su neki od funkcionalnih dijelova koji su se proizvodili za torpeda bili odbijeni nakon inspekcije, oni su i dalje bili poslati u proizvodnju.
Nakon detaljnijeg pregleda, otkrio je da je za to krivo mjerenje tolerancije. Tradicionalne tolerancije XY koordinata stvorile su kvadratnu zonu tolerancije, koja je isključila dio iako je zauzimao točku u zakrivljenom kružnom prostoru između kutova kvadrata. Zatim je objavio svoja otkrića o tome kako odrediti pravi položaj u knjizi pod naslovom Crteži i dimenzije.
*Unutarnji zazor
Danas nam to razumijevanje pomaže da razvijemo ležajeve koji pokazuju određenu razinu zračnosti ili labavosti, inače poznatu kao unutarnji zazor ili, točnije, radijalnu i aksijalnu zračnost. Radijalna zračnost je zračnost izmjerena okomito na os ležaja, a aksijalna zračnost je zračnost izmjerena paralelno s osi ležaja.
Ova je zračnost osmišljena u ležaju od samog početka kako bi ležaj mogao podnijeti opterećenja u različitim uvjetima, uzimajući u obzir čimbenike kao što je temperaturno širenje i način na koji će spoj između unutarnjeg i vanjskog prstena utjecati na vijek trajanja ležaja.
Točnije, razmak može utjecati na buku, vibracije, toplinski stres, deformaciju, raspodjelu opterećenja i vijek trajanja od zamora. Veća radijalna zračnost je poželjna u situacijama kada se očekuje da će unutarnji prsten ili osovina postati topliji i proširiti se tijekom upotrebe u usporedbi s vanjskim prstenom ili kućištem. U ovoj situaciji, zračnost u ležaju će se smanjiti. Nasuprot tome, zračnost će se povećati ako se vanjski prsten više proširi od unutarnjeg.
Veći aksijalni zazor je poželjan u sustavima gdje postoji neusklađenost između osovine i kućišta jer neusklađenost može uzrokovati brzi kvar ležaja s malim unutarnjim zazorom. Veći zazor također može omogućiti ležaju da se nosi s malo većim potisnim opterećenjima jer uvodi veći kontaktni kut.
*Oprema
Važno je da inženjeri postignu pravu ravnotežu unutarnjeg zazora u ležaju. Pretjerano tijesan ležaj s nedovoljnom zračnošću stvarat će prekomjernu toplinu i trenje, što će uzrokovati klizanje kuglica u stazi i ubrzati trošenje. Isto tako, preveliki razmak će povećati buku i vibracije i smanjiti točnost rotacije.
Razmak se može kontrolirati korištenjem različitih dosjeda. Tehnički spojevi odnose se na razmak između dva spojena dijela. 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 očituje u labavom, slobodnom ili uskom, smetnjama.
Čvrsto prianjanje između unutarnjeg prstena i osovine važno je kako bi se zadržao na mjestu i kako bi se spriječilo neželjeno puzanje ili klizanje, što može generirati toplinu i vibracije i potaknuti degradaciju.
Međutim, interferencija će smanjiti zazor u kugličnom ležaju jer širi unutarnji prsten. Slično čvrsto prianjanje između kućišta i vanjskog prstena u ležaju s malom radijalnom zračnošću će stisnuti vanjski prsten i još više smanjiti zazor. To će rezultirati negativnim unutarnjim zazorom — učinkovito čineći osovinu većom od rupe — i dovesti do prekomjernog trenja i ranog kvara.
Cilj je imati nulti operativni zazor kada ležaj radi u normalnim uvjetima. Međutim, početna radijalna igra koja je potrebna da bi se to postiglo može uzrokovati probleme s klizećim ili klizanjem kuglica, smanjujući krutost i točnost rotacije. Ovaj početni radijalni zazor može se ukloniti korištenjem prednaprezanja. Predopterećenje je način stavljanja trajnog aksijalnog opterećenja na ležaj, nakon što je postavljen, pomoću podložaka ili opruga koje su pričvršćene na unutarnji ili vanjski prsten.
Inženjeri također moraju uzeti u obzir činjenicu da je lakše smanjiti zazor u ležaju tankog presjeka jer su prstenovi tanji i lakše se deformiraju. Kao proizvođač malih i minijaturnih ležajeva, JITO Bearings savjetuje svojim kupcima da moraju biti pažljiviji pri pristajanju osovine na kućište. Okruglost osovine i kućišta također je važnija s ležajevima tankog tipa jer će osovina izvan okruglog oblika deformirati tanke prstenove i povećati buku, vibracije i okretni moment.
*Tolerancije
Nesporazum o ulozi radijalne i aksijalne zračnosti doveo je mnoge do brkanja odnosa između zračnosti i preciznosti, posebno preciznosti koja proizlazi iz boljih proizvodnih tolerancija.
Neki ljudi misle da ležaj visoke preciznosti ne bi trebao imati gotovo nikakvu zračnost i da bi se trebao okretati vrlo precizno. Njima se labavi radijalni zazor čini manje preciznim i daje dojam niske kvalitete, iako se može raditi o visokopreciznom ležaju koji je namjerno dizajniran s labavim zazorom. Na primjer, pitali smo neke od naših kupaca u prošlosti zašto žele ležaj veće preciznosti, a oni su nam rekli da žele "smanjiti zračnost".
Međutim, istina je da tolerancija poboljšava preciznost. Nedugo nakon pojave masovne proizvodnje, inženjeri su shvatili da nije ni praktično ni ekonomično, ako je uopće moguće, proizvoditi dva potpuno ista proizvoda. Čak i kada su sve proizvodne varijable iste, uvijek će postojati male razlike između jedne i druge jedinice.
Danas je to postalo dopuštena ili prihvatljiva tolerancija. Klase tolerancije za kuglične ležajeve, poznate kao ISO (metričke) ili ABEC (inčne) ocjene, reguliraju dopušteno odstupanje i mjere pokrova, uključujući unutarnju i vanjsku veličinu prstena i zaobljenost prstenova i staza za klizanje. Što je viša klasa i stroža tolerancija, to će ležaj biti precizniji nakon sastavljanja.
Postizanjem prave ravnoteže između ugradnje i radijalne i aksijalne zračnosti tijekom uporabe, inženjeri mogu postići idealan nulti radni razmak i osigurati nisku buku i točnu rotaciju. Čineći to, možemo razjasniti zbrku između preciznosti i zračnosti i, na isti način na koji je Stanley Parker revolucionirao industrijsko mjerenje, iz temelja promijeniti način na koji gledamo na ležajeve.
Vrijeme objave: 4. ožujka 2021
