Razredi toleranc gredi in ležišča za valjne ležaje: kako izbira nasada določa notranjo zračnost

Najprej se odločite, kateri obroč se vrti glede na obremenitev

Izbira nasada se začne z enim vprašanjem: ali se smer obremenitve vrti glede na obroč, ali obroč miruje pod obremenitvijo? Obroč, ki se glede na obremenitev vrti, ima težnjo k plazenju po svojem sedlu, če ga nasad ne zadrži, zato sedlo potrebuje nasad s pritiskom ali prehodni nasad.

Če smer obremenitve miruje, obroč ostane na mestu, zato je nasad z zračnostjo dopusten in pogosto zaželjen, ker obroču omogoča aksialni pomik. Obe sedli sta tabelirani ločeno.

Na gredi zahteva vrteča se obremenitev notranjega obroča razrede s presežkom, kot so h5, js5, js6, k5, k6, m5, m6, n6, p6 ali r6, odvisno od obremenitve in premera, medtem ko mirujoča obremenitev notranjega obroča uporablja g6, kjer se mora obroč gibati gladko, ali h6, kjer tega ni treba².

V ležišču mirujoče obremenitve zunanjega obroča uporabljajo razrede z zračnostjo H7, H8, G7 ali F7, vrteča se obremenitev zunanjega obroča pa M7, N7 ali P7⁵. Obi tabeli sta funkciji vrste obremenitve, vrste ležaja in velikosti, zato razreda ni mogoče izbrati le iz smeri obremenitve²⁵.

Napaka tu stane dvakrat. Ohlapno sedlo dovoli vrtenje tekalne površine in njeno fretting obrabo proti gredi ali ležišču, sedlo, ki razmeroma tanke tekalne površine ne podpira pravilno, pa krajša življenjsko dobo in lahko zahteva prerdelavo gredi ali ležišča, preden se vstavi nadomestni ležaj¹¹.

Branje razreda gredi iz tabele obremenitve in premera

Pri vrtečem se notranjem obroču je razred gredi tabeliran proti velikosti obremenitve in premeru gredi, nasad pa je definiran glede na normalno toleranco vrtine ležaja — Ena črkovni razred torej pomeni pri različnih premerih različen absolutni presežek²¹².

Naslednja tabela prikazuje primer lahke in normalne obremenitve za ležaje s cilindrično vrtino razredov 0, 6X in 6; težja ali udarna obremenitev prenese razred na n6, p6 ali r6 in zahteva ležaj z večjo notranjo zračnostjo kot standardno². Pomembni sta dve relaksaciji.

Kjer je zaželena visoka natančnost, js5, k5 in m5 nadomestijo js6, k6 in m6². Pri enovrstičnih stožčastih valjčnih ležajih in krogličnih ležajih s kotnim stikom je dovoljeno k5 in m5 nadomestiti s k6 in m6, ker tam upoštevanja redukcije notranje zračnosti zaradi nasada ni treba².

Branje razreda ležišča iz tabele obremenitve in pomikanja

Razred ležišča je odvisen od tega, ali mora biti zunanji obroč aksialno premičen, od vrste obremenitve in od tega, kako vroče tečeta gred in notranji obroč. En sam privzeti razred je zato za vrteči se zunanji obroč ali vročo gred napačen⁵.

Kjer je obremenitev zunanjega obroča mirujoča in se mora obroč zlahka premikati, je H7 običajna izbira; pri velikem ležaju ali veliki temperaturni razliki med zunanjim obročem in ležiščem pride v poštev G7⁵.

Če gred in notranji obroč tečeta vroče, se razred ležišča prestavi na G7, pri velikem ležaju ali veliki temperaturni razliki na F7⁵. Vrteča se obremenitev zunanjega obroča ni premična in vzame M7, N7 ali P7, odvisno od obremenitve in stene ležišča⁵.

Preverite, ali presežek poje notranjo zračnost

Nasad s pritiskom raztegne notranji obroč in ta razteg zmanjša izdelano, torej delavsko notranjo zračnost ležaja¹⁹. Tesen nasad v ležišču naredi enako od zunaj s stiskanjem zunanjega obroča, obe redukciji pa se seštejeta³.

Če redukcije ne upoštevamo, lahko ostane preveč malo delavske zračnosti, da sploh katera delovna zračnost ostane, ležaj pa lahko preide v negativno zračnost, preveliko trenje in zgodnjo okvaro³¹⁹. Redukcija ni enostavno nominalni presežek.

Učinkoviti presežek se izračuna kot dve tretjini nominalnega presežka minus mer za sploščenje, za notranji in za zunanji obroč, nastala sprememba zračnosti pa je odvisna od učinkovitega presežka, ustreznega premera gredi in debeline stene izvrtine ležišča⁹. Zato je treba razred nasada in razred zračnosti izbrati skupaj in ne zaporedoma.

Kjer je nasad tesen, delovna temperatura trajno visoka ali hitrosti nad standardnim obsegom, je prava izbira večji razred zračnosti, kot je C3; C4 je rezerviran za izjemno visoke temperature, znatno temperaturno razliko med gredjo in ležiščem, tenkostenska ležišča ali hudo neusklajenost²⁰.

En dobavitelj navaja C3 kot privzeto priporočilo za številne običajne industrijske motorje in reduktorje — to je stališče tega dobavitelja, ne pravilo za vsako uporabo²⁰.

Temperaturna razlika in ureditev s prosto stranjo

Zračnost se spreminja tudi s temperaturo. Če naj se notranji obroč ali gred segreva bolj in razpenja bolj kot zunanji obroč ali ležišče, zračnost v delovanju pada, zato je že na začetku zaželjena višja radialna zračnost; če se zunanji obroč razpenja bolj kot notranji, zračnost namesto tega narašča⁴.

Isti logiki sledi razred zračnosti: C3, kadar je delovna temperatura trajno visoka, nasadi tesni ali hitrosti nad standardom, in C4, kadar je temperaturna razlika med gredjo in ležiščem znatna²⁰. Ležaj na prosti strani je drugačna pot, da ta gib vsrke.

Kompenzira razpenjanje ali krčenje, ki ju povzroči sprememba delovne temperature, in kjer se na prosti strani uporabi neločljiv ležaj, je med zunanjim obročem in ležiščem predviden nasad z zračnostjo, v nekaterih primerih tudi med gredjo in notranjim obročem²¹. Ta nasad z zračnostjo je namerni termični ukrep, ne ohlapnejša različica nasada na strani pritrditve.

Omejite presežek z obeh strani

Nasad mora biti dovolj tesen, da obroč ne plazi po sedlu, in dovolj ohlapen, da ga ne preobremeni.

Pravilni nasadi preprečujejo vrtenje tekalne površine glede na gred ali ležišče in iz nje slednjo fretting obrabo ter zagozdenje in podpirajo razmeroma tanke tekalne površine; dovoljene tolerance gredi in ležišča so le malenkostno večje od toleranc ustreznih komponent ležaja¹¹. Napresovanje notranjega obroča poveča obročno napetost v obroču.

Za en konkreten primer — kroglični ležaj s kotnim stikom z vrtino 120 mm kot aksialni ležaj glavne gredi iz jekla M50 za reaktivni motor — vir priporoča, da ta od naprezanja nasada izhajajoča komponenta obročne napetosti ne preseže približno 140 MPa¹⁷.

Ta vrednost izhaja iz ene same visokohitrostne vesoljske aplikacije in ni splošna industrijska meja; razumejte jo kot opomnik, da največji presežek omejuje napetost obroča, in vprašajte dobavitelja ležajev po meji, ki velja za vaš ležaj.

Izberite montažni postopek, ki nasad res doseže

Presežek na risbi mora biti dosegljiv brez poškodbe tekalne površine. Ležaje s cilindrično vrtino se na splošno montira z nasadom s pritiskom ali z ogrevanjem notranjega obroča, da se njegova vrtina pred vgradnjo raztegne — krčni nasad²⁶.

Pri večjih ležajih ali večjem presežku toplo montaža zmanjša tveganje poškodbe tekalne površine pri pressanju, kjer pa zunanji obroč potrebuje nasad s pritiskom, se lahko ležaj najprej ohladi s suhim ledom, z vnaprej nanešeno zaščito pred korozijo²⁶. Orodje je vredno toliko kot temperatura.

Glede na vrsto ležaja in nasad se naj uporabljajo stiskalnice za ležaje, indukcijski grelniki ali hidravlične stiskalnice, sila pa se nikdar ne sme delovati neposredno na kotalne elemente — le na obroč, ki se montira¹³.

Kaj pred naročilom potrditi na risbi

Nasadi se zapišejo kot kombinacije črke in številke, kot sta m6 in H7, kjer malo črka pomeni zunanji premer gredi in velika črka vrtino ležišča, vsak od njiju pa je definiran glede na normalno toleranco vrtine ali zunanjega premera ležaja¹².

Ker te normalne tolerance rastejo z velikostjo ležaja, ista razred na večjem ležaju da drugačen absolutni nasad; risba je torej brez razreda tolerance ležaja, proti kateremu je definiran, nepopolna¹². Viri ne dajejo numeričnih vrednosti geometrije ali površine sedla, zato se te morajo zapisati kot kontrolne postavke in ne kot prekopirane številke.

• ✓Navedite razred tolerance ležaja, proti kateremu je nasad definiran, v označbi po ISO, DIN, ANSI/ABEC ali JIS, s katero deluje dobavitelj [S12][S14][S25]
• ✓Potrdite razred gredi proti primeru obremenitve in dejanskemu območju premera gredi, ne privzeti razred [S2]
• ✓Potrdite razred ležišča proti potrebi po pomikanju zunanjega obroča in temperaturi gredi [S5]
• ✓Navedite razred notranje zračnosti (CN, C3 ali C4) in nasad, s katerim je bil izbran [S20]
• ✓Zahtevajte od delavnice pregled premera gredi, vrtine ležišča, hrapavosti in oblike pred montažo [S11]
• ✓Naj dobavitelj potrdi pričakovano redukcijo zračnosti za določeni nasad [S19][S9]
• ✓Poimenujte montažni postopek in orodje, da bo določeni presežek dosegljiv brez poškodbe tekalne površine [S26][S13]

Kje se viri razhajajo ali molčijo

Zgornje tabele izhajajo iz priročnikov dobaviteljev za izbiro nasadov in ne kažejo vsi v isto smer. Spodnje vrstice vsako stališče držijo ločeno; dokazi ne razjasnijo, katero velja za posamezen stroj, zato kupec preveri glede na dejansko uporabo.

Česa viri ne ugotavljajo

• Noben vir ne navaja številskih vrednosti odstopanj luknje in zunanjega premera Δdmp/ΔDmp za določen ležaj, zato dejanskega prevleka ni mogoče izračunati iz tega članka.
• Noben vir ne navaja številskih območij radialne notranje zračnosti za CN, C3 ali C4 pred montažo.
• Noben vir ne navaja popolne formule koeficienta razmerja obročev za zmanjšanje zračnosti; navedena je le 2/3 koeficienta in merilo sploščenja G*.
• Noben vir ne navaja številskih izračunov toplotnega raztezanja ali temperaturne razlike, pri kateri se C3 ali C4 izkaže za nujnega.
• Noben vir ne navaja formule najmanjšega prevleka za preprečevanje zdrsa ali frettinga, ali splošne meje največjega prevleka za razpoke ali obodno napetost.
• Noben vir ne navaja številskih zahtev glede hrapavosti površine (Ra), cilindričnosti, okroglosti ali pravokotnosti ramena.
• Noben vir ne navaja dosegljivih ali zahtevanih vrednosti prevleka ali vrednosti montažne sile za stiskalno spoj, indukcijsko segrevanje, vbrizg olja ali hidravlično matico.
• Noben vir ne navaja številskih geometrijskih toleranc pristajalnih mest gredi ali ohišja glede na tolerance ležaja.