Κλάσεις ανοχής άξονα και περιβλήματος για ρουλεμάν κύλισης: Πώς η επιλογή εφαρμογής καθορίζει την εσωτερική ανοχή

Πρώτα αποφασίστε ποιος δακτύλιος περιστρέφεται σε σχέση με το φορτίο

Η επιλογή εφαρμογής ξεκινά με μία ερώτηση: περιστρέφεται η διεύθυνση του φορτίου σε σχέση με τον δακτύλιο, ή μένει ο δακτύλιος κάτω από το φορτίο; Ένας δακτύλιος που περιστρέφεται σε σχέση με το φορτίο τείνει να ολισθαίνει γύρω από την έδρα του, αν η εφαρμογή δεν τον συγκρατεί, οπότε η έδρα χρειάζεται εφαρμογή με περίσσεια ή μεταβατική εφαρμογή.

Ένας δακτύλιος του οποίου η διεύθυνση φορτίου είναι ακίνητη μένει στη θέση του, οπότε μια εφαρμογή με κλήρο είναι αποδεκτή και συχνά επιθυμητή, επειδή επιτρέπει στον δακτύλιο αξονική μετατόπιση. Οι δύο έδρες καταγράφονται ξεχωριστά.

Στον άξονα, φορτίο περιστρεφόμενου εσωτερικού δακτυλίου απαιτεί κλάσεις με περίσσεια όπως h5, js5, js6, k5, k6, m5, m6, n6, p6 ή r6 ανάλογα με το φορτίο και τη διάμετρο, ενώ φορτίο ακίνητου εσωτερικού δακτυλίου χρησιμοποιεί g6 όπου ο δακτύλιος πρέπει να κινείται ομαλά ή h6 όπου δεν χρειάζεται².

Στο περίβλημα, φορτίο ακίνητου εξωτερικού δακτυλίου χρησιμοποιεί κλάσεις με κλήρο H7, H8, G7 ή F7, ενώ φορτίο περιστρεφόμενου εξωτερικού δακτυλίου παίρνει M7, N7 ή P7⁵. Και οι δύο πίνακες είναι συναρτήσεις τύπου φορτίου, τύπου ρουλεμάν και μεγέθους, οπότε η κλάση δεν μπορεί να επιλεγεί μόνο από τη διεύθυνση του φορτίου²⁵.

Το λάθος εδώ κοστίζει διπλά. Μια χαλαρή έδρα επιτρέπει στο αυλάκι κύλισης να περιστρέφεται και να τρίβεται στον άξονα ή στο περίβλημα (fretting), και μια έδρα που δεν στηρίζει σωστά το λεπτό αυλάκι συντομεύει τη διάρκεια ζωής και μπορεί να επιβάλει την επανεπεξεργασία του άξονα ή του περιβλήματος πριν τοποθετηθεί το ρουλεμάν αντικατάστασης¹¹.

Ανάγνωση της κλάσης άξονα από τον πίνακα φορτίου και διαμέτρου

Για περιστρεφόμενο εσωτερικό δακτύλιο, η κλάση άξονα καταγράφεται έναντι του μεγέθους φορτίου και της διαμέτρου άξονα, και η εφαρμογή ορίζεται σε σχέση με την κανονική ανοχή της οπής του ρουλεμάν — δηλαδή η ίδια κλάση γραμμάτων σημαίνει διαφορετική απόλυτη περίσσεια σε διαφορετικές διαμέτρους²¹².

Ο παρακάτω πίνακας καλύπτει την περίπτωση ελαφρού και κανονικού φορτίου για ρουλεμάν με κυλινδρική οπή στις κλάσεις 0, 6X και 6. Βαρύ ή κρουστικό φορτίο μεταφέρει την κλάση σε n6, p6 ή r6 και απαιτεί ρουλεμάν με μεγαλύτερη εσωτερική ανοχή από τη συνηθισμένη².

Δύο χαλαρώσεις έχουν σημασία. Όπου απαιτείται υψηλή ακρίβεια, οι js5, k5 και m5 αντικαθιστούν τις js6, k6 και m6².

Σε μονοσειδία ρουλεμάν κώνων κυλίνδρων και ρουλεμάν βαλλίδων επαφής γωνίας, οι k5 και m5 μπορούν να αντικατασταθούν από k6 και m6, επειδή η μείωση της εσωτερικής ανοχής λόγω εφαρμογής δεν χρειάζεται να ληφθεί υπόψη εκεί².

Ανάγνωση της κλάσης περιβλήματος από τον πίνακα φορτίου και μετατόπισης

Η κλάση περιβλήματος εξαρτάται από το αν ο εξωτερικός δακτύλιος πρέπει να παραμείνει αξονικά μετατοπίσιμος, από τον τύπο φορτίου και από το πόσο ζεστά τρέχουν ο άξονας και ο εσωτερικός δακτύλιος. Μία μόνη κλάση προεπιλογής είναι επομένως λάθος για περιστρεφόμενο εξωτερικό δακτύλιο ή ζεστό άξονα⁵.

Όπου το φορτίο του εξωτερικού δακτυλίου είναι ακίνητο και ο δακτύλιος πρέπει να μετατοπίζεται εύκολα, το H7 είναι η συνηθισμένη επιλογή· για μεγάλο ρουλεμάν ή μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ εξωτερικού δακτυλίου και περιβλήματος μπορεί να εφαρμοστεί το G7⁵.

Όπου ο άξονας και ο εσωτερικός δακτύλιος τρέχουν ζεστοί, η κλάση περιβλήματος μεταβαίνει στο G7, και για μεγάλο ρουλεμάν ή μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας στο F7⁵. Φορτίο περιστρεφόμενου εξωτερικού δακτυλίου δεν είναι μετατοπίσιμο και παίρνει M7, N7 ή P7 ανάλογα με το φορτίο και το πάχος του περιβλήματος⁵.

Ελέγξτε αν η περίσσεια τρώει την εσωτερική ανοχή

Μια εφαρμογή με περίσσεια διαστέλλει τον εσωτερικό δακτύλιο, και αυτή η διαστολή μειώνει την κατασκευασμένη, δηλαδή τον πάγκου, εσωτερική ανοχή του ρουλεμάν¹⁹. Μια στενή εφαρμογή περιβλήματος κάνει το ίδιο από έξω, συμπιέζοντας τον εξωτερικό δακτύλιο, οπότε οι δύο μειώσεις αθροίζονται³.

Αν η μείωση δεν ληφθεί υπόψη, μπορεί να μην απομείνει αρκετή ανοχή πάγκου για να μείνει καθόλου κλήρος λειτουργίας, και το ρουλεμάν μπορεί να οδηγηθεί σε αρνητική ανοχή, υπερβολική τριβή και πρόωρη αστοχία³¹⁹. Η μείωση δεν είναι απλώς η ονομαστική περίσσεια.

Η ενεργός περίσσεια υπολογίζεται ως τα δύο τρίτα της ονομαστικής περίσσειας μείον μια διάσταση ισοπέδωσης, τόσο για τον εσωτερικό όσο και για τον εξωτερικό δακτύλιο, και η προκύπτουσα μεταβολή ανοχής εξαρτάται από την ενεργό περίσσεια, τη διάμετρο του συνεργαζόμενου άξονα και το πάχος του τοιχώματος της οπής περιβλήματος⁹.

Γι' αυτό η κλάση εφαρμογής και η κλάση ανοχής πρέπει να επιλέγονται μαζί και όχι στη σειρά.

Όπου η εφαρμογή είναι βαριά, η θερμοκρασία λειτουργίας είναι σταθερά υψηλή ή οι στροφές υπερβαίνουν το συνήθη εύρος, μια μεγαλύτερη κλάση ανοχής όπως η C3 είναι η κατάλληλη επιλογή· η C4 προορίζεται για εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες, σημαντική θερμική διαφορά μεταξύ άξονα και περιβλήματος, λεπτότοιχα περιβλήματα ή σοβαρή παρεκτροπή ευθυγράμμισης²⁰.

Ένας προμηθευτής αναφέρει την C3 ως προεπιλεγμένη σύσταση για πολλούς συνηθισμένους βιομηχανικούς κινητήρες και κιβώτια ταχυτήτων — αυτή είναι η θέση του συγκεκριμένου προμηθευτή, όχι κανόνας για κάθε εφαρμογή²⁰.

Θερμική διαφορά και η διάταξη με ελεύθερη πλευρά

Ο κλήρος μετακινείται και με τη θερμοκρασία.

Όταν ο εσωτερικός δακτύλιος ή ο άξονας αναμένεται να τρέξει πιο ζεστός και να διασταλεί περισσότερο από τον εξωτερικό δακτύλιο ή το περίβλημα, ο κλήρος στο ρουλεμάν μειώνεται σε λειτουργία, οπότε μεγαλύτερος ακτινικός κλήρος είναι επιθυμητός εξαρχής· αν ο εξωτερικός δακτύλιος διασταλεί περισσότερο από τον εσωτερικό, ο κλήρος αντιθέτως αυξάνεται⁴.

Η ίδια λογική καθοδηγεί και την κλάση ανοχής: C3 όταν η θερμοκρασία λειτουργίας είναι σταθερά υψηλή, οι εφαρμογές βαριές ή οι στροφές πάνω από το συνηθισμένο, και C4 όταν η θερμική διαφορά μεταξύ άξονα και περιβλήματος είναι σημαντική²⁰. Ένα ρουλεμάν στην ελεύθερη πλευρά είναι ο άλλος τρόπος απορρόφησης αυτής της κίνησης.

Αντισταθμίζει τη διαστολή ή τη συστολή που προκαλεί η μεταβολή της θερμοκρασίας λειτουργίας, και όπου χρησιμοποιείται μη αποσπώμενο ρουλεμάν στην ελεύθερη πλευρά, προβλέπεται εφαρμογή με κλήρο μεταξύ εξωτερικού δακτυλίου και περιβλήματος, ή σε ορισμένες περιπτώσεις μεταξύ άξονα και εσωτερικού δακτυλίου²¹.

Αυτή η εφαρμογή με κλήρο είναι σκόπιμη θερμική διάταξη, όχι πιο χαλαρή παραλλαγή της εφαρμογής της πλευράς στήριξης.

Περιορίστε την περίσσεια και από τα δύο άκρα

Η εφαρμογή πρέπει να είναι αρκετά στενή για να σταματήσει την ολίσθηση του δακτυλίου και αρκετά χαλαρή ώστε να μην τον υπερφορτώνει.

Οι σωστές εφαρμογές αποτρέπουν την περιστροφή του αυλακιού κύλισης σε σχέση με τον άξονα ή το περίβλημα και το fretting και το γκάλισμα που ακολουθούν, και στηρίζουν τους σχετικά λεπτούς δακτυλίους του ρουλεμάν· οι επιτρεπτές ανοχές άξονα και περιβλήματος είναι ελαφρώς μεγαλύτερες μόνο από αυτές των συνεργαζόμενων εξαρτημάτων του ρουλεμάν¹¹.

Η συμπίεση του εσωτερικού δακτυλίου στη θέση του προσθέτει στην περιφερειακή τάση του δακτυλίου.

Για μία συγκεκριμένη περίπτωση — ρουλεμάν βαλλίδων επαφής γωνίας οπής 120 mm ως αξονικό ρουλεμάν κύριου άξονα σε χάλυβα M50 για στροβιλοκινητήρα — η πηγή συστήνει αυτή η συνιστώσα της περιφερειακής τάσης από την συμπίεση να μην υπερβαίνει περίπου τα 140 MPa¹⁷.

Η τιμή προέρχεται από μία μεμονωμένη εφαρμογή υψηλών ταχυτήτων της αεροπορίας και δεν είναι γενικό βιομηχανικό όριο· θεωρήστε την υπενθύμιση ότι η μέγιστη περίσσεια οριοθετείται από την τάση του δακτυλίου, και ρωτήστε τον προμηθευτή ρουλεμάν για το όριο που ισχύει για το δικό σας ρουλεμάν.

Επιλέξτε μέθοδο συναρμολόγησης που μπορεί να πετύχει την εφαρμογή

Η περίσσεια στο σχέδιο πρέπει να είναι επιτεύξιμη χωρίς ζημιά στο αυλάκι κύλισης. Ρουλεμάν με κυλινδρική οπή συναρμολογούνται γενικά με συμπίεση ή με θέρμανση του εσωτερικού δακτυλίου για να διασταλεί η οπή του πριν την τοποθέτηση — εφαρμογή συστολής²⁶.

Για μεγαλύτερα ρουλεμάν ή μεγαλύτερη περίσσεια, η θερμή συναρμολόγηση μειώνει τον κίνδυνο ζημιάς στο αυλάκι κατά τη συμπίεση, και όπου ο εξωτερικός δακτύλιος χρειάζεται εφαρμογή με περίσσεια, το ρουλεμάν μπορεί πρώτα να ψυχθεί με ξηρό πάγο, με προηγούμενη εφαρμογή προστασίας από σκουριά²⁶. Το εργαλείο μετράει όσο και η θερμοκρασία.

Πρέσες ρουλεμάν, επαγωγικοί θερμαντήρες ή υδραυλικές πρέσες πρέπει να χρησιμοποιούνται ανάλογα με τον τύπο και την εφαρμογή του ρουλεμάν, και δύναμη δεν πρέπει ποτέ να εφαρμόζεται απευθείας στα στοιχεία κύλισης — μόνο στον δακτύλιο που τοποθετείται¹³.

Τι επιβεβαιώνεται στο σχέδιο πριν την παραγγελία

Οι εφαρμογές γράφονται ως συνδυασμοί γράμματος-ψηφίου όπως m6 και H7, όπου πεζό γράμμα σημαίνει εξωτερική διάμετρο άξονα και κεφαλαίο οπή περιβλήματος, και κάθε μία από αυτές ορίζεται σε σχέση με την κανονική ανοχή της οπής ή της εξωτερικής διαμέτρου του ρουλεμάν¹².

Επειδή αυτές οι κανονικές ανοχές μεγαλώνουν με το μέγεθος του ρουλεμάν, η ίδια κλάση δίνει διαφορετική απόλυτη εφαρμογή σε μεγαλύτερο ρουλεμάν, οπότε το σχέδιο είναι ελλιπές χωρίς την κλάση ανοχής του ρουλεμάν την οποία παίρνει ως βάση¹².

Οι πηγές δεν δίνουν αριθμητικές τιμές γεωμετρίας ή επιφάνειας έδρας, οπότε αυτές πρέπει να διατυπωθούν ως σημεία επαλήθευσης και όχι ως αντιγραμμένοι αριθμοί.

• ✓Δηλώστε την κλάση ανοχής του ρουλεμάν την οποία παίρνει η εφαρμογή ως βάση, με την ονομασία ISO, DIN, ANSI/ABEC ή JIS που χρησιμοποιεί ο προμηθευτής [S12][S14][S25]
• ✓Επιβεβαιώστε την κλάση άξονα έναντι της περίπτωσης φορτίου και του πραγματικού εύρους διαμέτρου άξονα, όχι μιας κλάσης προεπιλογής [S2]
• ✓Επιβεβαιώστε την κλάση περιβλήματος έναντι της ανάγκης μετατόπισης του εξωτερικού δακτυλίου και της θερμοκρασίας άξονα [S5]
• ✓Δηλώστε την κλάση εσωτερικής ανοχής (CN, C3 ή C4) και την εφαρμογή με την οποία επιλέχθηκε [S20]
• ✓Απαιτήστε από το συνεργείο να επαληθεύσει εξωτερική διάμετρο άξονα και οπή περιβλήματος, φινίρισμα επιφάνειας και μορφή πριν τη συναρμολόγηση [S11]
• ✓Ζητήστε από τον προμηθευτή να επιβεβαιώσει την αναμενόμενη μείωση ανοχής για την καθορισμένη εφαρμογή [S19][S9]
• ✓Ονομάστε τη μέθοδο συναρμολόγησης και τον εξοπλισμό ώστε η καθορισμένη περίσσεια να είναι επιτεύξιμη χωρίς ζημιά στο αυλάκι [S26][S13]

Πού οι πηγές διαφωνούν ή σιωπούν

Οι παραπάνω πίνακες προέρχονται από οδηγούς επιλογής εφαρμογής προμηθευτών, και δεν δείχνουν όλοι προς την ίδια κατεύθυνση. Οι παρακάτω γραμμές κρατούν κάθε θέση ξεχωριστά· τα τεκμήρια δεν διευκρινίζουν ποια ισχύει για μια συγκεκριμένη μηχανή, οπότε ο αγοραστής επαληθεύει έναντι της πραγματικής εφαρμογής.

Τι δεν τεκμηριώνουν οι πηγές

• Καμία πηγή δεν δίνει αριθμητικές τιμές αποκλίσεων οπής και εξωτερικής διαμέτρου Δdmp/ΔDmp για συγκεκριμένο ρουλεμάν, ώστε η πραγματική παρέμβαση να μην μπορεί να υπολογιστεί από το άρθρο.
• Καμία πηγή δεν δίνει αριθμητικά εύρη εσωτερικής ακτινικής ανοχής για CN, C3 ή C4 πριν την τοποθέτηση.
• Καμία πηγή δεν δίνει πλήρη τύπο του συντελεστή αναλογίας δακτυλίων για μείωση της ανοχής· αναφέρονται μόνο ο συντελεστής 2/3 και η διάσταση ισοπέδωσης G*.
• Καμία πηγή δεν δίνει αριθμητικούς υπολογισμούς θερμικής διαστολής ή τη διαφορά θερμοκρασίας στην οποία το C3 ή το C4 καθίσταται αναγκαίο.
• Καμία πηγή δεν δίνει τύπο ελάχιστης παρέμβασης για πρόληψη ολίσθησης ή fretting, ή γενικό όριο μέγιστης παρέμβασης για ρωγμές ή περιφερειακή τάση.
• Καμία πηγή δεν δίνει αριθμητικές απαιτήσεις τραχύτητας επιφάνειας (Ra), κυλινδρικότητας, στρογγυλότητας ή καθετότητας ώμου.
• Καμία πηγή δεν δίνει επιτεύξιμες ή απαιτούμενες τιμές παρέμβασης, ή τιμές δύναμης τοποθέτησης, για συναρμολόγηση με πίεση, επαγωγική θέρμανση, έγχυση λαδιού ή υδραυλικό παξιμάδι.
• Καμία πηγή δεν δίνει αριθμητικές γεωμετρικές ανοχές εδρών άξονα ή περιβλήματος σε σχέση με τις ανοχές του ρουλεμάν.