Toleranceční třídy hřídele a pouzdra u valivých ložisek: Jak volba uložení určuje vnitřní vůli

Nejprve rozhodněte, který kroužek se otáčí relativně k zatížení

Výběr uložení začíná jednou otázkou: otáčí se směr zatížení relativně ke kroužku, nebo kroužek zůstává pod zatížením? Kroužek, který se otáčí relativně k zatížení, má tendenci plazit se po svém sedle, pokud ho uložení nedrží, takže sedlo potřebuje uložení s přesahem nebo přechodové uložení.

Kroužek, jehož směr zatížení je stacionární, zůstává na místě, takže uložení s vůlí je přijatelné a často žádoucí, protože umožňuje kroužku axiální posun. Obě sedla jsou tabulkována odděleně.

Na hřídeli vyžaduje rotující zatížení vnitřního kroužku třídy s přesahem jako h5, js5, js6, k5, k6, m5, m6, n6, p6 nebo r6 podle zatížení a průměru, zatímco stacionární zatížení vnitřního kroužku používá g6, kde se kroužek musí pohybovat plynule, nebo h6, kde nemusí².

V pouzdru používají stacionární zatížení vnějšího kroužku třídy s vůlí H7, H8, G7 nebo F7, zatímco rotující zatížení vnějšího kroužku používá M7, N7 nebo P7⁵. Obě tabulky jsou funkcemi typu zatížení, typu ložiska a velikosti, takže třídu nelze vybrat pouze ze směru zatížení²⁵.

Chyba zde stojí dvakrát. Volné sedlo umožňuje otáčení dráhy a otěr proti hřídeli nebo pouzdru a sedlo, které tenkou dráhu řádně nepodpírá, zkracuje životnost a může vynutit opravu hřídele nebo pouzdra před vložením náhradního ložiska¹¹.

Čtení třídy hřídele z tabulky zatížení a průměru

Pro rotující vnitřní kroužek je třída hřídele tabulkována proti velikosti zatížení a průměru hřídele a uložení je definováno relativně k normální toleranci otvoru ložiska — stejná písmenná třída tedy znamená při různých průměrech jiný absolutní přesah²¹².

Následující tabulka ukazuje případ lehkého a normálního zatížení pro ložiska s válcovým otvorem ve třídách 0, 6X a 6; těžké nebo rázové zatížení posouvá třídu na n6, p6 nebo r6 a vyžaduje ložisko s větší vnitřní vůlí než standardní². Dvě úlevy jsou relevantní.

Tam, kde je požadována vysoká přesnost, nahrazují js5, k5 a m5 třídy js6, k6 a m6². U jednéřadých kuželových válečkových ložisek a úhlových kuličkových ložisek mohou být k5 a m5 nahrazeny k6 a m6, protože redukce vnitřní vůle způsobená uložením tam nemusí být zohledněna².

Čtení třídy pouzdra z tabulky zatížení a posuvu

Třída pouzdra závisí na tom, zda musí být vnější kroužek axiálně posuvný, na typu zatížení a na tom, jak horko hřídel a vnitřní kroužek běží. Jedna výchozí třída je proto pro rotující vnější kroužek nebo horkou hřídel chybná⁵.

Kde je zatížení vnějšího kroužku stacionární a kroužek se musí posouvat snadno, H7 je obvyklá volba; G7 může být použito pro velké ložisko nebo velký teplotní rozdíl mezi vnějším kroužkem a pouzdrem⁵.

Kde hřídel a vnitřní kroužek běží horké, posouvá se třída pouzdra na G7, s F7 pro velké ložisko nebo velký teplotní rozdíl⁵. Rotující zatížení vnějšího kroužku není posuvné a dostává M7, N7 nebo P7 podle zatížení a průřezu pouzdra⁵.

Prověřte, zda přesah nespotřebuje vnitřní vůli

Uložení s přesahem roztahuje vnitřní kroužek a toto roztažení redukuje vyrobenou, tedy montážní vnitřní vůli ložiska¹⁹. Těsné uložení v pouzdru dělá totéž zvenčí kompresí vnějšího kroužku, takže obě redukce se sčítají³.

Není-li redukce zohledněna, nemusí zůstat dost montážní vůle na jakoukoli provozní vůli a ložisko může sklouznout do záporné vůle, nadměrného tření a předčasného selhání³¹⁹. Redukce není pouhý nominální přesah.

Účinný přesah se počítá jako dvě třetiny nominálního přesahu mínus slisovací rozměr, pro vnitřní i vnější kroužek, a výsledná změna vůle závisí na účinném přesahu, na průměru hřídele v uložení a na tloušťce stěny dírky pouzdra⁹. Proto musí být třída uložení a třída vůle voleny společně, nikoli postupně.

Kde je uložení těsné, provozní teplota trvale vysoká nebo otáčky překračují standardní rozsah, je vhodnou volbou větší třída vůle jako C3; C4 je vyhrazeno výjimečně vysokým teplotám, významnému teplotnímu rozdílu mezi hřídelí a pouzdrem, tenkostěnným pouzdry nebo závažné nepřesnosti uložení²⁰.

Jeden dodavatel uvádí C3 jako výchozí doporučení pro mnoho běžných průmyslových motorů a převodovek — to je pozice tohoto dodavatele, nikoli pravidlo pro každou aplikaci²⁰.

Teplotní rozdíl a uspořádání s volnou stranou

Vůle se také mění s teplotou. Bude-li vnitřní kroužek nebo hřídel běžet očekávaně horkěji a rozpínat se více než vnější kroužek nebo pouzdro, klesá vůle v provozu, proto je od začátku žádoucí vyšší radiální vůle; rozpíná-li se vnější kroužek více než vnitřní, vůle naopak roste⁴.

Stejnou logikou se řídí i třída vůle: C3, je-li provozní teplota trvale vysoká, uložení těsná nebo otáčky nad standardem, a C4, je-li teplotní rozdíl mezi hřídelí a pouzdrem významný²⁰. Ložisko na volné straně je druhý způsob, jak tento pohyb pojmout.

Kompenzuje roztažení nebo smrštění způsobené změnou provozní teploty a kde je na volné straně použito nerozebíratelné ložisko, je mezi vnějším kroužkem a pouzdrem předvídáno uložení s vůlí, v některých případech i mezi hřídelí a vnitřním kroužkem²¹. Tohle uložení s vůlí je záměrné termické opatření, nikoli volnější varianta uložení na straně vedení.

Omezte přesah z obou stran

Uložení musí být dost těsné, aby zabránilo plazení kroužku, a dost volné, aby ho nepřetížilo. Správná uložení brání rotaci dráhy relativně k hřídeli nebo pouzdru a následnému otěru a zadření a podpírají relativně tenké kroužky ložiska; přípustné tolerance hřídele a pouzdra jsou jen nepatrně větší než tolerance přidružených součástí ložiska¹¹.

Nasazení vnitřního kroužku s přesahem zvyšuje tangenciální napětí v kroužku. Pro jeden konkrétní případ — úhlové kuličkové ložisko s 120 mm otvorem jako axiální ložisko hlavní hřídele z oceli M50 pro proudový motor — doporučuje zdroj, aby tato složka tangenciálního napětí z přesahu nepřekročila zhruba 140 MPa¹⁷.

Tato hodnota pochází z jediné vysokorychlostní letecké aplikace a není obecným průmyslovým limitem; chápejte ji jako připomínku, že maximální přesah je omezen napětím v kroužku, a zeptejte se dodavatele ložisek na limit platný pro vaše ložisko.

Zvolte montážní postup, který uložení dosáhne

Přesah na výkresu musí být dosažitelný bez poškození dráhy. Ložiska s válcovým otvorem se obecně montují nasazením s presou nebo zahřátím vnitřního kroužku k roztžení otvoru před montáží — smršťovacím uložením²⁶.

U větších ložisek nebo většího přesahu redukuje teplá montáž riziko poškození dráhy při lisování a kde vnější kroužek potřebuje uložení s přesahem, může být ložisko nejprve ochlazeno suchým ledem, s předem nanesenou ochranou proti korozi²⁶. Nástroj je stejně důležitý jako teplota.

Podle typu ložiska a uložení mají být použity lisy na ložiska, indukční ohřívače nebo hydraulické lisy a síla nesmí nikdy působit přímo na valivá tělesa — pouze na kroužek, který se montuje¹³.

Co potvrdit na výkresu před objednáním

Uložení se zapisují jako kombinace písmene a číslice jako m6 a H7, kde malé písmeno je vnější průměr hřídele a velké písmeno je dírka pouzdra, a každé z nich je definováno relativně k normální toleranci otvoru nebo vnějšího průměru ložiska¹².

Protože tyto normální tolerance rostou s velikostí ložiska, vytváří stejná třída na větším ložisku jiné absolutní uložení; výkres je tedy neúplný bez toleranceční třídy ložiska, vůči které je definován¹². Zdroje neudávají žádné číselné hodnoty geometrie sedla ani povrchu, proto je třeba je formulovat jako body ověření, nikoli kopírovaná čísla.

• ✓Uveďte toleranceční třídu ložiska, vůči které je uložení definováno, v označení podle ISO, DIN, ANSI/ABEC nebo JIS, jaké dodavatel používá [S12][S14][S25]
• ✓Potvrďte třídu hřídele proti případu zatížení a skutečnému pásmu průměru hřídele, nikoli výchozí třídu [S2]
• ✓Potvrďte třídu pouzdra proti potřebě posuvu vnějšího kroužku a teplotě hřídele [S5]
• ✓Uveďte třídu vnitřní vůle (CN, C3 nebo C4) a uložení, se kterým byla zvolena [S20]
• ✓Vyžádejte si od výroby ověření průměru hřídele, dírky pouzdra, povrchové úpravy a tvaru před montáží [S11]
• ✓Nechte od dodavatele potvrdit očekávanou redukci vůle pro specifikované uložení [S19][S9]
• ✓Pojmenujte montážní postup včetně nástrojů, aby specifikovaný přesah byl dosažitelný bez poškození dráhy [S26][S13]

Kde se zdroje rozcházejí nebo mlčí

Výše uvedené tabulky pocházejí z dodavatelských příruček pro výběr uložení a neukazují všichni stejným směrem. Následující řádky udržují každou pozici odděleně; důkazy neřeší, která platí pro konkrétní stroj, proto kupující ověřuje proti skutečné aplikaci.

Co zdroje nezjišťují

• Žádný zdroj neuvádí číselné hodnoty odchylek otvoru a vnějšího průměru Δdmp/ΔDmp pro konkrétní ložisko, takže skutečné přepasování nelze z tohoto článku vypočítat.
• Žádný zdroj neuvádí číselné rozsahy radiální vnitřní vůle pro CN, C3 ani C4 před montáží.
• Žádný zdroj neuvádí úplný vzorec koeficientu poměru kroužků pro snížení vůle; uveden je pouze koeficient 2/3 a rozměr zploštění G*.
• Žádný zdroj neuvádí číselné výpočty tepelné roztažnosti ani teplotní rozdíl, při kterém se C3 nebo C4 stane nezbytným.
• Žádný zdroj neuvádí vzorec minimálního přepasování pro prevenci skluzu nebo frettingu, ani obecnou hranici maximálního přepasování pro trhliny nebo obvodové napětí.
• Žádný zdroj neuvádí číselné požadavky na drsnost povrchu (Ra), válcovost, kruhovost ani kolmost ramene.
• Žádný zdroj neuvádí dosažitelné nebo požadované hodnoty přepasování ani hodnoty montážní síly pro lisování, indukční ohřev, vstřikování oleje nebo hydraulickou matici.
• Žádný zdroj neuvádí číselné geometrické tolerance dosedacích ploch hřídele nebo skříně vůči tolerancím ložiska.