Akseli- ja laakeripesätoleranssiluokat vierintälaakereille: Miten liitoksen valinta määrää sisäisen välyksen

Päätä ensin, mikä renkas pyörii kuormaan nähden

Liitoksen valinta alkaa yhdellä kysymyksellä: pyöriikö kuormituksen suunta renkaan suhteen, vai pysyykö renkas kuorman alla paikallaan? Kuormaan nähden pyörivä renkas taipuu vaeltamaan istukassaan, ellei liitos pidä sitä paikallaan, joten istukka vaatii paine- tai väliliitoksen.

Renkas, jonka kuormitus-suunta on paikallaan, pysyy paikallaan, joten välysliitos on hyväksyttävä ja usein toivottava, koska se sallii renkaan siirtyä aksiaalisesti. Molemmat istukat käsitellään erillisissä taulukoissa.

Akselilla pyörivä sisärenkaskuorma vaatii ylipitoluokkia kuten h5, js5, js6, k5, k6, m5, m6, n6, p6 tai r6 kuormasta ja halkaisijasta riippuen, kun taas paikallaan oleva sisärenkaskuorma käyttää g6:tä, kun renkaan on liuduttava sujuvasti, ja h6:tä, kun sen ei tarvitse².

Laakeripesässä paikallaan oleva ulkorenkaskuorma käyttää välysliitosluokkia H7, H8, G7 tai F7, kun taas pyörivä ulkorenkaskuorma ottaa M7:n, N7:n tai P7:n⁵. Molemmat taulukot ovat kuormitustyypin, laakerityypin ja koon funktioita, joten luokkaa ei voi valita pelkän kuormituksen suunnan perusteella²⁵.

Virheellä tässä on kaksi hintaa. Löysä istukka päästää juoksuradan pyörimään ja hieromaan akselia tai pesää vasten (fretting-korroosio), ja istukka, joka ei tue ohutta juoksurataa kunnolla, lyhentää käyttöikää ja voi pakottaa akselin tai pesän kunnostettavaksi ennen varaosalaakerin asennusta¹¹.

Akseliluokan lukeminen kuorma- ja halkaisijataulukosta

Pyörivälle sisärenkaalle akseliluokka taulukoidaan kuorman suuruutta ja akselihalkaisijaa vastaan, ja liitos määritellään laakerin sisäreiän normaalitoleranssiin nähden — sama kirjainluokka tarkoittaa siis eri halkaisijoilla eri absoluuttista ylipitoa²¹².

Alla oleva taulukko kattaa kevyen ja normaalin kuormitustapauksen sylinterireikäisille laakereille luokissa 0, 6X ja 6; raskas tai iskukuorma siirtää luokan n6:een, p6:een tai r6:een ja vaatii laakerin, jonka sisäinen välys on suurempi kuin normaali². Kaksi lievennystä on merkityksellisiä.

Kun korkea tarkkuus vaaditaan, js5, k5 ja m5 korvaavat js6:n, k6:n ja m6:n². Yksirivisillä kartiorullalaakereilla ja kulmakontaktipallerolaakereilla k5:n ja m5:n saa korvata k6:lla ja m6:lla, koska liitoksesta aiheutuvaa sisäisen välyksen pienenemistä ei tarvitse siinä ottaa huomioon².

Pesäluokan lukeminen kuorma- ja siirtymätaulukosta

Pesäluokka riippuu siitä, onko ulkorenkaan pysyttävä aksiaalisesti siirrettävänä, kuormitustyypistä ja siitä, kuinka kuumana akseli ja sisärenkas käyvät. Yksi oletusluokka on siksi väärin pyörivälle ulkorenkaalle tai kuumalle akselille⁵.

Kun ulkorenkaskuorma on paikallaan ja renkaan on liuduttava helposti, H7 on tavallinen valinta; suurelle laakerille tai suurelle lämpötilaerolle ulkorenkaan ja pesän välillä voidaan käyttää G7:tä⁵. Kun akseli ja sisärenkas käyvät kuumana, pesäluokka siirtyy G7:ään, ja suurelle laakerille tai suurelle lämpötilaerolle F7:ään⁵.

Pyörivä ulkorenkaskuorma ei ole siirrettävissä ja ottaa M7:n, N7:n tai P7:n kuorman ja pesän seinämävahvuuden mukaan⁵.

Tarkista, syökö ylipito sisäisen välyksen

Paineliitos laajentaa sisärenkasta, ja tämä laajenema pienentää laakerin valmistettua eli penkkivälystä¹⁹. Tiukka pesäliitos tekee saman ulkoa päin puristaessaan ulkorenkasta, joten kaksi pienenemää summautuvat³.

Jos pienenemää ei huomioida, penkkivälystä ei välttämättä jää riittävästi, jotta käyttövälystä jäisi lainkaan, ja laakeri voi siirtyä negatiiviseen välykseen, liialliseen kitkaan ja ennenaikaiseen vikaantumiseen³¹⁹. Pienenemä ei ole yksinkertaisesti nimellisylipito.

Vaikuttava ylipito lasketaan kahden kolmasosan nimellisylipidosta miinus litistysmäärä, sekä sisä- että ulkorenkaalle, ja tuloksena oleva välysmuutos riippuu vaikuttavasta ylipidosta, yhteensopivasta akselihalkaisijasta ja laakeripesän reiän seinämävahvuudesta⁹. Siksi liitosluokka ja välysluokka on valittava yhdessä, ei peräkkäin.

Kun liitos on tiukka, käyttölämpötila on jatkuvasti korkea tai kierrokset ylittävät normaalin alueen, suurempi välysluokka kuten C3 on oikea valinta; C4 on varattu poikkeuksellisen korkeisiin lämpötiloihin, merkittävään lämpötilaeroon akselin ja pesän välillä, ohutseinäisiin pesiin tai vaikeaan epäkeskeisyyteen²⁰.

Yksi toimittaja ilmoittaa C3:n oletussuositukseksi monille yleisille teollisuusmoottoreille ja vaihteistoille — se on kyseisen toimittajan kanta, ei sääntö jokaiseen sovellukseen²⁰.

Lämpötilaero ja vapaan puolen järjestely

Välys liikkuu myös lämpötilan mukana. Kun sisärenkaan tai akselin odotetaan käyvän kuumempana ja laajenevan enemmän kuin ulkorenkaan tai pesän, välys laakerissa pienenee käytössä, joten suurempaa radiaalista välystä halutaan alusta alkaen; jos ulkorenkas laajenee enemmän kuin sisärenkas, välys sen sijaan kasvaa⁴.

Sama logiikka ohjaa välysluokkaa: C3, kun käyttölämpötila on jatkuvasti korkea, liitokset tiukkia tai kierrokset normaalia korkeammat, ja C4, kun lämpötilaero akselin ja pesän välillä on merkittävä²⁰. Vapaan puolen laakeri on toinen tapa ottaa se liikettä vastaan.

Se kompensoi käyttölämpötilan muutoksesta aiheutuvan laajenemisen tai kutistumisen, ja kun ei-purkautuva laakeri käytetään vapaalla puolella, välysliitos varataan ulkorenkaan ja pesän välille, joissakin tapauksissa myös akselin ja sisärenkaan välille²¹. Tuo välysliitos on tietoinen lämpötekninen varaus, ei löysempi versio paikannuspuolen liitoksesta.

Rajaa ylipito molemmin puolin

Liitoksen on oltava tarpeeksi tiukka estämään renkaan vaeltaminen ja tarpeeksi löysä, jotta sitä ei ylikuormiteta. Oikeat liitokset estävät juoksuradan pyörimisen akseliin tai pesään nähden ja niitä seuraavan fretting-korroosion ja takertumisen, ja ne tukevat suhteellisen ohuita laakerirenkaita; sallitut akseli- ja pesätoleranssit ovat vain hieman suuremmat kuin vastaavien laakerikomponenttien¹¹.

Sisärenkaan puristaminen paikalleen lisää renkaan kehäjännitystä. Yhdessä konkrethissa tapauksessa — 120 mm reiän kulmakontaktipallerolaakeri pääakselin työntölaakerina M50-teräkselle suihkuturbiinimoottorissa — lähde suosittelee, ettei tämän puristuksesta aiheutuva kehäjännityskomponentti saisi ylittää noin 140 MPa¹⁷.

Arvo tulee yhdestä yksittäisestä suurnopeussovelluksesta ilmailualalla eikä ole yleinen teollisuusraja; ymmärrä se muistutuksena siitä, että suurinta ylipitoa rajaa renkaan jännitys, ja kysy laakeritoimittajalta sinun laakerillesi voimassa oleva raja.

Valitse asennusmenetelmä, jolla liitos saavutetaan

Piirustuksessa olevan ylipidon on oltava saavutettavissa vahingoittamatta juoksurataa. Sylinterireikäiset laakerit asennetaan yleensä puristamalla tai kuumentamalla sisärenkas, jotta sen reikä laajenee ennen asennusta — kutisteliitos²⁶.

Suuremmilla laakereilla tai suuremmalla ylipidolla kuuma-asennus pienentää juoksuradan vaurioitumisen riskiä puristuksen aikana, ja kun ulkorenkas tarvitsee paineliitoksen, laakeri voidaan ensin jäähdyttää kuivajäällä, kun ruostumisenesto on tehty etukäteen²⁶. Työkalu on yhtä tärkeä kuin lämpötila.

Laakeripainia, induktiolämmittimiä tai hydraulinpainia on käytettävä laakerityypin ja liitoksen mukaan, eikä voimaa saa koskaan kohdistaa suoraan vierintäosiin — vain asennettavaan renkaaseen¹³.

Mitä vahvistetaan piirustuksesta ennen tilausta

Liitokset kirjoitetaan kirjain-plus-numero-yhdistelminä kuten m6 ja H7, jossa pieni kirjain on akselin ulkohalkaisija ja iso kirjain laakeripesän reikä, ja jokainen niistä määritellään laakerin sisä- tai ulkohalkaisijan normaalitoleranssiin nähden¹². Koska nämä normaalitoleranssit kasvavat laakerin koon mukana, sama luokka tuottaa eri absoluuttisen liitoksen suuremmalle laakerille, joten piirustus on epätäydellinen ilman sitä laakeritoleranssiluokkaa, johon se määritellään¹².

Lähteet eivät anna numeerisia istukka-geometrian tai pinta-arvoja, joten ne on kirjoitettava tarkistuskohteiksi eikä kopioitaviksi luvuiksi.

• ✓Ilmoita laakeritoleranssiluokka, johon liitos määritellään, toimittajan käyttämällä ISO-, DIN-, ANSI/ABEC- tai JIS-merkinnällä [S12][S14][S25]
• ✓Vahvista akseliluokka kuormitustapausta ja todellista akselihalkaisijaväliä vastaan, ei oletusluokkaa [S2]
• ✓Vahvista pesäluokka ulkorenkaan siirtotarpeen ja akselin lämpötilan perusteella [S5]
• ✓Ilmoita sisäisen välyksen luokka (CN, C3 tai C4) ja liitos, jonka kanssa se valittiin [S20]
• ✓Vaadi pajalta, että akselin ulkohalkaisija, laakeripesän reikä, pinnan viimeistely ja muoto tarkistetaan ennen asennusta [S11]
• ✓Pyydä toimittajaa vahvistamaan odotettu välyksen pienenemä määritellylle liitokselle [S19][S9]
• ✓Nimeä asennusmenetelmä ja työkalut, jotta määritelty ylipito on saavutettavissa vahingoittamatta juoksurataa [S26][S13]

Missä lähteet ovat eri mieltä tai vaikenevat

Yllä olevat taulukot ovat peräisin toimittajien liitosvalintaoppaista, eivätkä ne kaikki osoita samaan suuntaan. Alla olevat rivit pitävät jokaisen kannan erillään; todistusaineisto ei selvitä, kumpi pätee tietylle koneelle, joten ostaja varmistaa asian todellista sovellusta vastaan.

Mitä lähteet eivät osoita

• Mikään lähde ei anna numeerisia Δdmp/ΔDmp-reiän ja ulkomitan poikkeama-arvoja tietylle laakerille, joten todellista ylipainetta ei voi laskea tästä artikkelista.
• Mikään lähde ei anna numeerisia radiaalisen sisävälyksen alueita CN:lle, C3:lle tai C4:lle ennen asennusta.
• Mikään lähde ei anna täydellistä kaavaa renkassuhteen kertoimelle välyksen pienentämiseksi; mainitaan vain 2/3-kerroin ja litistymismitta G*.
• Mikään lähde ei anna numeerisia lämpölaajenemislaskelmia tai lämpötilaeroa, jossa C3 tai C4 muuttuu tarpeelliseksi.
• Mikään lähde ei anna kaavaa pienimmälle ylipaineelle luiston tai fretoinnin estämiseksi eikä yleistä suurimman ylipaineen rajaa halkeamalle tai kehäjännitykselle.
• Mikään lähde ei anna numeerisia vaatimuksia pintakarheudelle (Ra), sylinterimäisyydelle, pyöreydelle tai olkapään kohtisuoruudelle.
• Mikään lähde ei anna saavutettavia tai tarvittavia ylipainearvoja tai asennusvoima-arvoja puristusliitokselle, induktiolämmitykselle, öljyn ruiskutukselle tai hydraulimutterille.
• Mikään lähde ei anna numeerisia geometrisia toleransseja akselin tai kotelon istukalle laakerin toleransseihin verrattuna.