Existuje určitý zmatek ohledně vztahu mezi přesností uložení, jeho výrobními tolerancemi a úrovní vnitřní vůle nebo „vůle“ mezi oběžnými drahami a kuličkami. Zde Wu Shizheng, výkonný ředitel experta na malá a miniaturní ložiska JITO Bearings, osvětluje, proč tento mýtus přetrvává a na co by si inženýři měli dát pozor.
Během druhé světové války v továrně na munici ve Skotsku vyvinul málo známý muž jménem Stanley Parker koncept skutečné pozice, nebo toho, co dnes známe jako geometrické dimenzování a tolerance (GD&T). Parker si všiml, že i když některé z vyráběných funkčních dílů pro torpéda byly po kontrole vyřazeny, byly stále posílány do výroby.
Při bližším ohledání zjistil, že za to může měření tolerance. Tradiční tolerance souřadnic XY vytvořily čtvercovou zónu tolerance, která vylučovala součást, i když zabírala bod v zakřiveném kruhovém prostoru mezi rohy čtverce. Své poznatky o tom, jak určit skutečnou polohu, publikoval v knize s názvem Kresby a rozměry.
* Vnitřní vůle
Dnes nám toto porozumění pomáhá vyvíjet ložiska, která vykazují určitou úroveň vůle nebo vůle, jinak známé jako vnitřní vůle nebo přesněji radiální a axiální vůle. Radiální vůle je vůle měřená kolmo k ose ložiska a axiální vůle je vůle měřená rovnoběžně s osou ložiska.
Tato vůle je v ložisku od počátku navržena tak, aby ložisku umožňovala nést zatížení v různých podmínkách, přičemž se berou v úvahu faktory, jako je teplotní roztažnost a jak uložení mezi vnitřním a vnějším kroužkem ovlivní životnost ložiska.
Konkrétně může vůle ovlivnit hluk, vibrace, tepelné namáhání, průhyb, rozložení zatížení a únavovou životnost. Vyšší radiální vůle je žádoucí v situacích, kdy se očekává, že se vnitřní kroužek nebo hřídel během používání zahřeje a roztáhne se ve srovnání s vnějším kroužkem nebo pouzdrem. V této situaci se vůle v ložisku zmenší. Naopak vůle se zvýší, pokud se vnější kroužek roztáhne více než vnitřní kroužek.
Vyšší axiální vůle je žádoucí v systémech, kde dochází k nesouososti mezi hřídelí a pouzdrem, protože nesouosost může způsobit rychlé selhání ložiska s malou vnitřní vůlí. Větší vůle může také umožnit ložisku vyrovnat se s mírně vyšším axiálním zatížením, protože přináší vyšší kontaktní úhel.
* Vybavení
Je důležité, aby inženýři dosáhli správné rovnováhy vnitřní vůle v ložisku. Příliš těsné ložisko s nedostatečnou vůlí bude generovat nadměrné teplo a tření, což způsobí skluz kuliček v oběžné dráze a urychlí opotřebení. Podobně příliš velká vůle zvýší hluk a vibrace a sníží přesnost otáčení.
Vůli lze ovládat pomocí různých uložení. Technické lícování se vztahuje k vůli mezi dvěma protilehlými díly. To se obvykle popisuje jako hřídel v díře a představuje stupeň těsnosti nebo vůle mezi hřídelem a vnitřním kroužkem a mezi vnějším kroužkem a pouzdrem. Obvykle se projevuje volným uložením s vůlí nebo těsným uložením s přesahem.
Těsné uchycení mezi vnitřním kroužkem a hřídelí je důležité pro jeho udržení na místě a pro zabránění nežádoucímu tečení nebo prokluzování, které může vytvářet teplo a vibrace a způsobovat degradaci.
Avšak uložení s přesahem sníží vůli v kuličkovém ložisku, protože roztáhne vnitřní kroužek. Podobně těsné uložení mezi pouzdrem a vnějším kroužkem v ložisku s nízkou radiální vůlí stlačí vnější kroužek a ještě více zmenší vůli. To bude mít za následek zápornou vnitřní vůli – účinně způsobí, že hřídel bude větší než otvor – a povede k nadměrnému tření a předčasnému selhání.
Cílem je mít nulovou provozní vůli, když ložisko běží za normálních podmínek. Počáteční radiální vůle, která je nutná k dosažení tohoto cíle, však může způsobit problémy se smykem nebo klouzáním kuliček, což snižuje tuhost a přesnost otáčení. Tuto počáteční radiální vůli lze odstranit pomocí předpětí. Předpětí je způsob trvalého axiálního zatížení ložiska, jakmile je namontováno, pomocí podložek nebo pružin, které jsou připevněny k vnitřnímu nebo vnějšímu kroužku.
Inženýři musí také vzít v úvahu skutečnost, že je snazší zmenšit vůli u tenkého ložiska, protože kroužky jsou tenčí a snadněji se deformují. Jako výrobce malých a miniaturních ložisek JITO Bearings radí svým zákazníkům, že je třeba věnovat větší pozornost uložení hřídele k pouzdru. Kulatost hřídele a pouzdra je také důležitější u ložisek tenkého typu, protože nekulatý hřídel deformuje tenké kroužky a zvyšuje hluk, vibrace a krouticí moment.
*Tolerance
Nepochopení role radiální a axiální vůle vedlo mnohé k záměně vztahu mezi vůlí a přesností, konkrétně přesnosti, která je výsledkem lepších výrobních tolerancí.
Někteří lidé si myslí, že vysoce přesné ložisko by nemělo mít téměř žádnou vůli a že by se mělo otáčet velmi přesně. Volná radiální vůle jim připadá méně přesná a působí dojmem nízké kvality, i když se může jednat o vysoce přesné ložisko záměrně navržené s volnou vůlí. V minulosti jsme se například ptali některých našich zákazníků, proč chtějí přesnější ložisko, a oni nám řekli, že chtějí „zmenšit vůli“.
Je však pravda, že tolerance zlepšuje přesnost. Nedlouho po nástupu hromadné výroby si inženýři uvědomili, že není ani praktické, ani ekonomické, pokud je to vůbec možné, vyrábět dva naprosto stejné produkty. I když jsou všechny výrobní proměnné zachovány stejné, mezi jednou a druhou jednotkou budou vždy nepatrné rozdíly.
Dnes to představuje přípustnou nebo přijatelnou toleranci. Toleranční třídy pro kuličková ložiska, známé jako ISO (metrické) nebo ABEC (palcové) hodnocení, regulují povolené odchylky a pokrývají měření včetně velikosti vnitřního a vnějšího kroužku a kruhovitosti kroužků a oběžných drah. Čím vyšší je třída a čím těsnější tolerance, tím přesnější bude ložisko po sestavení.
Dosažením správné rovnováhy mezi uložením a radiální a axiální vůlí během používání mohou inženýři dosáhnout ideální nulové provozní vůle a zajistit nízkou hlučnost a přesné otáčení. Tímto způsobem můžeme vyjasnit zmatek mezi přesností a hrou a stejným způsobem, jakým Stanley Parker způsobil revoluci v průmyslovém měření, zásadně změnit pohled na ložiska.
Čas odeslání: březen-04-2021
