Aksel- og hustoleranceklasser for rullelejer: Sådan bestemmer valget af passning det radiale spil

Først skal det afklares: Hvilken ring roterer i forhold til belastningen?

Valget af passning begynder med ét spørgsmål: Roterer belastningsretningen i forhold til ringen, eller står ringen stille under belastningen? En ring, der roterer i forhold til belastningen, har en tendens til at kravle rundt på sit sæde, hvis passningen ikke holder den; sædet kræver derfor en presse- eller overgangspassning.

Er belastningsretningen stillestående, kan ringen blive, hvor den er — en spilpassning er da tilladt og ofte ønsket, fordi den lader ringen forskydes aksialt. De to sæder behandles i separate tabeller.

På akslen kræver en roterende inderringsbelastning overmålsklasser som h5, js5, js6, k5, k6, m5, m6, n6, p6 eller r6 afhængigt af belastning og diameter, mens en stillestående inderringsbelastning bruger g6, når ringen skal bevæge sig gnidningsfrit, og h6, når det ikke er nødvendigt².

I huset bruger stillestående yderringsbelastninger spilpassningsklasserne H7, H8, G7 eller F7, mens roterende yderringsbelastninger tager M7, N7 eller P7⁵. Begge tabeller er funktioner af belastningstype, lejetype og størrelse, så klassen kan ikke udledes af belastningsretningen alene²⁵.

En fejl her koster dobbelt. Et løst sæde lader kørebanen rotere og skride mod akslen eller huset (passningskorrosion), og et sæde, der ikke støtter den tynde ring ordentligt, forkorter levetiden og kan tvinge akslen eller huset til efterslibning, før erstatningslejet monteres¹¹.

Akselklassen læses ud fra belastnings- og diametertabellen

For en roterende indre ring tabelleres akselklassen mod belastningsstørrelse og akseldiameter, og passningen er defineret i forhold til lejeboringens normaltolerance — samme bogstavklasse betyder derfor forskelligt absolut overmål ved forskellige diametre²¹².

Tabellen nedenfor viser let- og normalbelastningstilfældet for lejer med cylindrisk boring i klasserne 0, 6X og 6; tung- eller stødbelastning flytter klassen til n6, p6 eller r6 og kræver et leje med større radialt spil end standard². To lempelser er relevante.

Hvor høj præcision ønskes, erstatter js5, k5 og m5 js6, k6 og m6². For enkeltrækkede kegleformede rullelejer og vinkelkontakt kuglelejer må k5 og m5 erstattes af k6 og m6, fordi spilreduktionen på grund af passningen ikke behøver at blive taget i betragtning der².

Husklassen læses ud fra belastnings- og forskydningstabellen

Husklassen afhænger af, om den ydre ring skal kunne forskydes aksialt, af belastningstypen og af, hvor varme akslen og den indre ring kører. Én standardklasse er derfor forkert for en roterende ydre ring eller en varm aksel⁵.

Er yderringsbelastningen stillestående, og ringen skal let kunne forskydes, er H7 det almindelige valg; ved store lejer eller stor temperaturforskel mellem ydre ring og hus kan G7 anvendes⁵. Kører akslen og den indre ring varmt, flytter husklassen sig til G7, med F7 ved store lejer eller stor temperaturforskel⁵.

En roterende yderringsbelastning kan ikke forskydes og får M7, N7 eller P7 afhængigt af belastning og hervægtykkelse⁵.

Kontrollér, om overmålet bruger det radiale spil op

En pressepassning udvider den indre ring, og den udvidelse reducerer lejets fremstillede, altså værktøjsmæssige, radiale spil¹⁹. En stram husepassning gør det samme udefra ved at trykke den ydre ring sammen; de to reduktioner lægges sammen³.

Bliver reduktionen ikke regnet med, er der muligvis ikke nok værktøjsmæssigt spil tilbage til at efterlade noget driftsspil overhovedet, og lejet kan glide ind i negativt spil, overdreven friktion og tidlig fejl³¹⁹. Reduktionen er ikke blot det nominelle overmål.

Det effektive overmål beregnes som to tredjedele af det nominelle overmål minus et afpltningsmål, både for den indre og den ydre ring, og den resulterende spilændring afhænger af det effektive overmål, den samvirkende akseldiameter og husboringens vægtykkelse⁹. Derfor skal passningsklasse og spilklasse vælges sammen og ikke i rækkefølge.

Hvor passningen er stram, hvor driftstemperaturen er vedvarende høj, eller hvor hastighederne overskrider standardområdet, er en større spilklasse som C3 det rigtige valg; C4 er forbeholdt exceptionelt høje temperaturer, betydelig termisk forskel mellem aksel og hus, tyndvæggede huse eller alvorlig fejljustering²⁰.

Én leverandør angiver C3 som standardanbefaling for mange almindelige industrielle el-motorer og gearkasser — det er leverandørens position, ikke en regel for enhver anvendelse²⁰.

Temperaturforskel og anordningen med frit lejeside

Spillet flytter sig også med temperaturen. Kører den indre ring eller akslen forventet varmere og udvider sig mere end den ydre ring eller huset, falder spillet i drift, derfor ønskes et højere radialt spil fra starten; udvider den ydre ring sig mere end den indre, stiger spillet i stedet⁴.

Samme mekanisme afspejles i spilklassen: C3, når driftstemperaturen er vedvarende høj, passningerne er stramme, eller hastighederne ligger over standard, og C4, når den termiske forskel mellem aksel og hus er betydelig²⁰. Et leje på den frie side er den anden måde at optage den bevægelse på.

Det kompenserer for udvidelse eller sammentrækning forårsaget af driftstemperaturændring, og hvor et ikke-adskilleligt leje kører på den frie side, er der indrettet en spilpassning mellem ydre ring og hus, i nogle tilfælde også mellem aksel og indre ring²¹. Denne spilpassning er en bevidst termisk foranstaltning, ikke en variant med større spil af fastsidens passning.

Begræns overmålet fra begge ender

Passningen skal være stram nok til at forhindre, at ringen kravler, og løs nok til ikke at overbelaste den.

Korrekte passninger forhindrer kørebanens rotation i forhold til aksel eller hus samt den følgende passningskorrosion og affringning, og de støtter de forholdsvis tynde lejeringe; de tilladte aksel- og hustolerancer er kun lidt større end de tilhørende lejekomponenters¹¹. Ompresningen af den indre ring øger ringens omfangsspænding.

For ét konkret tilfælde — et vinkelkontakt kugleleje med 120 mm boring som aksialleje for en hovedaksel i M50-stål til et turbojetmotor — anbefaler kilden, at denne pressningsbetingede del af omfangsspændingen ikke bør overstige ca. 140 MPa¹⁷.

Denne værdi stammer fra en enkelt højhastigheds-luftfartsanvendelse og er ingen generel industriel grænse; forstå den som en påmindelse om, at det maksimale overmål begrænses af ringspændingen, og spørg lejekleverandøren om den grænse, der gælder for Deres leje.

Vælg en monteringsmetode, der kan opnå passningen

Overmålet på tegningen skal kunne opnås uden skade på kørebanen. Lejer med cylindrisk boring monteres generelt ved ompresning eller ved at opvarme den indre ring for at udvide dens boring før montering — en krimpning²⁶.

Ved større lejer eller højere overmål reducerer varmemontering risikoen for beskadigelse af kørebanen under presningen, og hvor den ydre ring kræver pressepassning, kan lejet forinden køles med tøris, efter at rustbeskyttelse er påført²⁶. Værktøjet tæller lige så meget som temperaturen.

Lejepresser, induktionsvarmeapparater eller hydrauliske presser skal bruges efter lejetype og passning, og kraft må aldrig påføres rulleelementerne direkte — kun på den ring, der monteres¹³.

Hvad der skal bekræftes på tegningen før bestilling

Passninger skrives som kombinationer af bogstav og ciffer som m6 og H7, hvor et lille bogstav er en aksels ydre diameter og et versal er en husborring, og hver af dem er defineret i forhold til lejeboringens henholdsvis lejets ydre diameters normaltolerance¹².

Fordi disse normaltolerancer vokser med lejestørrelsen, giver samme klasse et andet absolut mål på et større leje; tegningen er derfor ufuldstændig uden den lejetoleranceklasse, den er defineret mod¹². Kilderne giver ingen numeriske sædegeometri- eller overfladeværdier, så de skal formuleres som kontrolpunkter, ikke som kopierede tal.

• ✓Angiv den lejetoleranceklasse, passningen er defineret mod, i den betegnelse, leverandøren arbejder efter: ISO, DIN, ANSI/ABEC eller JIS [S12][S14][S25]
• ✓Bekræft akselklassen mod belastningstilfældet og det faktiske akseldiameterinterval, ikke mod en standardklasse [S2]
• ✓Bekræft husklassen mod den ydre rings forskydningsbehov og akseltemperaturen [S5]
• ✓Angiv spilklassen (CN, C3 eller C4) og den passning, den er valgt sammen med [S20]
• ✓Kræv af værkstedet, at akseldiameter, husborring, overfladeruhed og form kontrolleres før montering [S11]
• ✓Få leverandøren til at bekræfte den forventede spilreduktion for den specificerede passning [S19][S9]
• ✓Navngiv monteringsmetoden samt værktøjet, så det specificerede overmål kan opnås uden beskadigelse af kørebanen [S26][S13]

Hvor kilderne modstrider eller tier

Tabellerne ovenfor stammer fra leverandørernes passningsvalgvejledninger, og de peger ikke alle i samme retning. Rækkerne nedenfor holder hver position adskilt; evidensen afklarer ikke, hvilken der gælder for en given maskine, så indkøberen verificerer mod den faktiske anvendelse.

Hvad kilderne ikke fastlægger

• Ingen kilde giver numeriske værdier for Δdmp/ΔDmp-afvigelser i hul og ydre diameter for en bestemt leje, så den faktiske overmål kan ikke beregnes ud fra artiklen.
• Ingen kilde giver numeriske intervaller for det radiale indvendige spil for CN, C3 eller C4 før montering.
• Ingen kilde giver en komplet formel for ringforholdsfaktoren til spilreduktion; kun faktoren 2/3 og afplatringsmålet G* er angivet.
• Ingen kilde giver numeriske beregninger af termisk udvidelse eller den temperaturforskel, ved hvilken C3 eller C4 bliver nødvendig.
• Ingen kilde giver en formel for mindsteovermål til at forhindre glidning eller fretting, eller en generel grænse for maksimal overmål for revnedannelse eller kringlespænding.
• Ingen kilde giver numeriske krav til overfladeruhed (Ra), cylindrisitet, rundhed eller skulders vinkelrethed.
• Ingen kilde giver opnåelige eller krævede overmålsværdier, eller monteringskraftværdier, for prespasning, induktionsopvarmning, olieindsprøjtning eller hydraulisk møtrik.
• Ingen kilde giver numeriske geometriske toleranser for aksel- eller hussæder i forhold til lejetoleranserne.