Класове на толеранс за вал и корпус при лагери: как изборът на припасяване определя вътрешния ход

Първо решете кой пръстен се върти спрямо натоварването

Изборът на припасяване започва с един въпрос: посоката на натоварването върти ли се спрямо пръстена, или пръстенът стои неподвижно под натоварването? Пръстен, който се върти спрямо натоварването, има склонност да пълзи по своето седало, ако припасяването не го задържи, тоест седалото се нуждае от припасяване с притискане или преходно.

При неподвижна посока на натоварването пръстенът си остава на мястото, така че припасяване с ход е допустимо и често желателно, защото позволява на пръстена осево изместване. Двете седала се табулират отделно.

На вала натоварване върху въртящ се вътрешен пръстен изисква класове с притискане като h5, js5, js6, k5, k6, m5, m6, n6, p6 или r6 в зависимост от натоварването и диаметъра, докато натоварване върху неподвижен вътрешен пръстен използва g6, когато пръстенът трябва да се движи плавно, и h6, когато не е нужно².

В корпуса натоварване върху неподвижен външен пръстен използва класове с ход H7, H8, G7 или F7, докато натоварване върху въртящ се външен пръстен — M7, N7 или P7⁵. И двете таблици са функции от вида натоварване, типа лагер и размера, така че класът не може да се избере само от посоката на натоварването²⁵.

Грешката тук струва два пъти. Свободно седало позволява на пътната канавка да се върти и да трие с фретинг по вала или корпуса, а седало, което не подпира правилно тънката канавка, скъсява експлоатационния живот и може да наложи валът или корпусът да се възстановят, преди заменящият лагер да влезе¹¹.

Четене на класа за вала от таблицата натоварване-диаметър

За въртящ се вътрешен пръстен класът за вала е табулиран спрямо големината на натоварването и диаметъра на вала, а припасяването е дефинирано спрямо нормалния толеранс на отвора на лагера — така че един и същ буквен клас означава различен абсолютен притиск при различни диаметри²¹².

Таблицата по-долу е случаят на леко и нормално натоварване за лагери с цилиндричен отвор в класове 0, 6X и 6; тежко или ударно натоварване премества класа на n6, p6 или r6 и изисква лагер с по-голям от стандартния вътрешен ход². Две облекчения имат значение.

Когато се иска висока точност, js5, k5 и m5 заместват js6, k6 и m6². При едноредови конични ролкови и ъглови лагери с топки k5 и m5 могат да се заменят с k6 и m6, защото намаляването на вътрешния ход от припасяването там не трябва да се отчита².

Четене на класа за корпуса от таблицата натоварване-изместване

Класът за корпуса зависи от това дали външният пръстен трябва да остава осево изместваем, от вида на натоварването и от това колко горещи работят валът и вътрешният пръстен. Едно-единствена стандартна стойност затова е грешна за въртящ се външен пръстен или горещ вал⁵.

Когато натоварването върху външния пръстен е неподвижно, а пръстенът трябва да се измества лесно, обичайният избор е H7; при голям лагер или голяма температурна разлика между външния пръстен и корпуса може да се приложи G7⁵.

Когато валът и вътрешният пръстен работят горещи, класът за корпуса отива на G7, при голям лагер или голяма температурна разлика — F7⁵. Натоварване върху въртящ се външен пръстен не е изместваемо и получава M7, N7 или P7 в зависимост от натоварването и напречното сечение на корпуса⁵.

Проверете дали притискът не изяжда вътрешния ход

Припасяване с притискане разширява вътрешния пръстен, а това разширяване намалява фабричния, тоест стартовия, вътрешен ход на лагера¹⁹. Плътното припасяване в корпуса прави същото отвън, като стиска външния пръстен, така че двете намаления се събират³.

Ако намалението не е отчетено, може да не остане достатъчно стартов ход, за да има изобщо работен ход, и лагерът може да премине в отрицателен ход, прекомерно триене и ранна повреда³¹⁹. Намалението не е просто номиналният притиск.

Ефективният притиск се изчислява като две трети от номиналния притиск минус размер на сплескване, за вътрешния и за външния пръстен, а полученият ход зависи от ефективния притиск, диаметъра на съединяемия вал и дебелината на стената на отвора на корпуса⁹.

Затова класът на припасяването и класът на хода трябва да се избират заедно, а не поред.

Когато припасяването е плътно, работната температура е постоянно висока или оборотите надхвърлят стандартния диапазон, правилният избор е по-голям клас на хода като C3; C4 е запазен за изключително високи температури, съществен температурен градиент между вала и корпуса, тънкостенни корпуси или силна несъосност²⁰.

Един доставчик посочва C3 като стандартна препоръка за много обикновени индустриални електродвигатели и редуктори — това е позицията на този доставчик, а не правило за всяко приложение²⁰.

Температурен градиент и схема със свободна страна

Ходът се движи и с температурата. Когато вътрешният пръстен или валът се очаква да работи по-горещ и да се разшири повече от външния пръстен или корпуса, ходът в експлоатация намалява, затова отначала е желателен по-голям радиален ход; ако външният пръстен се разширява повече от вътрешния, ходът вместо това нараства⁴.

Същата логика движи и класа на хода: C3, когато работната температура е постоянно висока, припасяванията са плътни или оборотите са над стандартните, и C4, когато температурният градиент между вала и корпуса е съществен²⁰. Лагерът на свободната страна е другият начин да се поеме това движение.

Той компенсира разширението или свиването, причинени от промяната на работната температура, и когато на свободната страна се използва неразглобяем лагер, между външния пръстен и корпуса се предвижда припасяване с ход, в някои случаи и между вала и вътрешния пръстен²¹.

Това припасяване с ход е съзнателно термично мероприятие, а не вариант с по-голям ход на припасяването на фиксиращата страна.

Ограничете притиска и от двата края

Припасяването трябва да е достатъчно плътно, за да спре пълзенето на пръстена, и достатъчно свободно, за да не го претовари.

Правилните припасявания предотвратяват въртенето на пътната канавка спрямо вала или корпуса и следващите фретинг и залепване, и подпират относително тънките лагерни пръстени; допустимите толеранси за вал и корпус са само малко по-големи от тези на свързаните лагерни детайли¹¹. Притискането на вътрешния пръстен добавя към околното напрежение в пръстена.

За един конкретен случай — ъглов лагер с топки с отвор 120 мм като аксиален лагер на главен вал от стомана M50 за турбореактивен двигател — източникът препоръчва тази съставка на околното напрежение от притискането да не надвишава около 140 MPa¹⁷.

Тази стойност идва от едно конкретно високоскоростно авиационно приложение и не е обща отраслова граница; приемете я като напомняне, че максималният притиск е ограничен от напрежението в пръстена, и питайте доставчика на лагери за границата, която важи за вашия лагер.

Изберете метод на монтаж, който постига припасяването

Притискът от чертежа трябва да е постижим без повреда на пътната канавка. Лагери с цилиндричен отвор обикновено се монтират чрез притискане или чрез нагряване на вътрешния пръстен, за да се разшири отворът му преди сглобяване — притискане със свиване²⁶.

При по-големи лагери или по-голям притиск монтажът с нагряване намалява риска от повреда на пътната канавка при пресоване, а когато външният пръстен се нуждае от припасяване с притискане, лагерът може предварително да се охлади със сух лед, с предварително нанесена защита срещу корозия²⁶. Инструментът тежи колкото температурата.

Преси за лагери, индукционни нагреватели или хидравлични преси трябва да се използват според типа лагер и припасяването, и сила никога не трябва да се прилага директно върху търкалящите се елементи — само върху монтирания пръстен¹³.

Какво да се потвърди на чертежа преди поръчката

Припасяванията се записват като комбинации буква-цифра като m6 и H7, при което малка буква е външният диаметър на вала, а главна буква — отворът на корпуса, и всяко от тях е дефинирано спрямо нормалния толеранс на отвора или външния диаметър на лагера¹².

Понеже тези нормални толеранси растат с размера на лагера, същият клас дава различно абсолютно припасяване при по-голям лагер, така че чертежът е непълен без класа на толеранс на лагера, спрямо който е дефиниран¹².

Източниците не дават числови стойности за геометрията или повърхността на седалата, така че те трябва да се запишат като точки за проверка, а не като копирани числа.

• ✓Посочете класа на толеранс на лагера, спрямо който е дефинирано припасяването, в означението по ISO, DIN, ANSI/ABEC или JIS, с което работи доставчикът [S12][S14][S25]
• ✓Потвърдете класа за вала спрямо случая на натоварване и реалния диапазон на диаметъра на вала, а не стандартна стойност [S2]
• ✓Потвърдете класа за корпуса спрямо нуждата от изместване на външния пръстен и температурата на вала [S5]
• ✓Посочете класа на вътрешния ход (CN, C3 или C4) и припасяването, с което е избран [S20]
• ✓Изисквайте от производството да провери диаметъра на вала, отвора на корпуса, чистотата на повърхнината и формата преди сглобяването [S11]
• ✓Помолете доставчика да потвърди очакваното намаляване на хода за зададеното припасяване [S19][S9]
• ✓Назовете метода на монтаж и инструментите, така че зададеният притиск да е постижим без повреда на пътната канавка [S26][S13]

Къде източниците противоречат или мълчат

Горните таблици идват от наръчници на доставчици за избор на припасявания, и те не сочат в една посока. Редовете по-долу държат всяка позиция отделно; доказателствата не изясняват коя важи за конкретна машина, така че купувачът проверява спрямо реалното приложение.

Какво източниците не установяват

• Никой източник не дава числови стойности на отклоненията на отвора и външния диаметър Δdmp/ΔDmp за конкретен лагер, така че действителният притиска не може да се изчисли от тази статия.
• Никой източник не дава числови диапазони на радиалния вътрешен луфт за CN, C3 или C4 преди монтажа.
• Никой източник не дава пълна формула на коефициента на съотношение на пръстените за намаляване на луфта; посочени са само коефициентът 2/3 и размерът на сплескването G*.
• Никой източник не дава числови изчисления на топлинното разширение или разликата в температурата, при която C3 или C4 става необходим.
• Никой източник не дава формула за минимален притиска за предотвратяване на приплъзване или фретинг, или обща граница за максимален притиска за пукнатини или обхващащо напрежение.
• Никой източник не дава числови изисквания за грапавост на повърхността (Ra), цилиндричност, кръгост или перпендикулярност на рамото.
• Никой източник не дава постижими или изисквани стойности на притиската, или стойности на монтажната сила, за пресово напасване, индукционно нагряване, впръскване на масло или хидравлична гайка.
• Никой източник не дава числови геометрични допуски за седалката на вала или корпуса спрямо допуските на лагера.