Axel- och lagerhustoleransklasser för rullningslager: hur val av passning bestämmer det interna spelet

Bestäm först vilken ring roterar relativt lasten

Val av passning börjar med en fråga: roterar lastriktningen relativt ringen, eller står ringen stilla under lasten? En ring som roterar relativt lasten tenderar att krypa runt sitt säte om passningen inte håller den, så sätet behöver en press- eller övergångspassning.

En ring vars lastriktning är stillastående stannar på plats, så en spelpassning är acceptabel och ofta önskvärd eftersom den låter ringen förskjutas axialt. De två sätena tabelleras var för sig.

På axeln kräver en roterande inre ringlast övermåttsklasser som h5, js5, js6, k5, k6, m5, m6, n6, p6 eller r6 beroende på last och diameter, medan en stillastående inre ringlast använder g6 där ringen måste röra sig lätt och h6 där den inte behöver det².

I lagerhuset använder stillastående yttre ringlastar spelklasser som H7, H8, G7 eller F7, medan roterande yttre ringlastar tar M7, N7 eller P7⁵. Båda tabellerna är funktioner av lasttyp, lagertyp och storlek, så klassen kan inte väljas utifrån lastriktningen ensam²⁵.

Ett fel här kostar dubbelt. Ett löst säte låter löpbanan rotera och gnaga mot axeln eller lagerhuset, och ett säte som inte bär upp den tunna ringen ordentligt förkortar livslängden och kan tvinga fram att axel eller lagerhus åtgärdas innan ersättningslagret monteras¹¹.

Läsa axelklassen ur last- och diametertabellen

För en roterande inre ring tabelleras axelklassen mot laststorlek och axeldiameter, och passningen definieras relativt lagrets borrnings-Normaltolerans — samma bokstavsklass betyder alltså olika absolut övermått vid olika diametrar²¹².

Tabellen nedan är lastfallet lätt och normal för lager med cylindrisk borrning i klasserna 0, 6X och 6; tung eller stötlast flyttar klassen till n6, p6 eller r6 och kräver ett lager med större internt spel än standard². Två lättnader är relevanta.

Där hög noggrannhet eftersträvas ersätter js5, k5 och m5 js6, k6 och m6². För enkelsradiga koniska rullager och kullager med tryckvinkel får k5 och m5 ersättas med k6 och m6, eftersom spelminskning på grund av passningen där inte behöver beaktas².

Läsa lagerhusklassen ur last- och förskjutningstabellen

Lagerhusklassen beror på om den yttre ringen måste kunna förskjutas axialt, på lasttypen och på hur heta axeln och den inre ringen blir. En enda standardklass är därför fel vid en roterande yttre ring eller en het axel⁵.

Där lasten på den yttre ringen är stillastående och ringen måste kunna förskjutas lätt är H7 det vanliga valet; G7 kan tillämpas vid stort lager eller stor temperaturskillnad mellan yttre ring och lagerhus⁵. Blir axeln och den inre ringen heta går lagerhusklassen till G7, med F7 vid stort lager eller stor temperaturskillnad⁵.

En roterande yttre ringlast är inte förskjutbar och tar M7, N7 eller P7 beroende på last och lagerhussektion⁵.

Kontrollera att övermåttet inte äter upp det interna spelet

En presspassning vidgar den inre ringen, och den vidgningen minskar lagrets tillverkade, alltså bänk-, interna spel¹⁹. En snäv lagerhuspassning gör detsamma utifrån genom att pressa ihop den yttre ringen, så de två minskningarna adderas³.

Om minskningen inte beaktas kan det återstå för lite bänkspel för att lämna något driftspel alls, och lagret kan glida in i negativt spel, överdriven friktion och tidigt haveri³¹⁹. Minskningen är inte helt enkelt det nominella övermåttet.

Det effektiva övermåttet beräknas som två tredjedelar av det nominella övermåttet minus ett tillplattingsmått, för både inre och yttre ring, och den resulterande speländringen beror på det effektiva övermåttet, den motverkande axeldiametern och lagerhusborrningens väggtjocklek⁹. Därför måste passningsklass och spelklass väljas tillsammans i stället för i tur och ordning.

Där passningen är hård, driftstemperaturen konsekvent hög eller varvtalen överstiger standardområdet är en större spelklass som C3 rätt val; C4 är reserverat för exceptionellt höga temperaturer, betydande termisk differens mellan axel och lagerhus, tunnväggiga lagerhus eller kraftig felinriktning²⁰.

En leverantör anger C3 som standardrekommendation för många vanliga industrimotorer och växlar — det är den leverantörens ståndpunkt, inte en regel för varje tillämpning²⁰.

Temperaturdifferens och utförandet med fri lagersida

Spelet flyttas också med temperaturen. Blir den inre ringen eller axeln förväntad att bli hetare och expandera mer än den yttre ringen eller lagerhuset minskar spelet i drift, så ett högre radiellt spel är önskvärt från början; expanderar den yttre ringen mer än den inre ökar spelet i stället⁴.

Samma logik styr spelklassen: C3 när driftstemperaturen är konsekvent hög, passningarna hårda eller varvtalen över standard, och C4 när den termiska differensen mellan axel och lagerhus är betydande²⁰. Ett lager på den fria sidan är det andra sättet att ta upp den rörelsen.

Det kompenserar expansion eller krympning som orsakas av temperaturändring i drift, och där ett icke-borttagbart lager används på den fria sidan anordnas en spelpassning mellan yttre ring och lagerhus, i vissa fall även mellan axel och inre ring²¹.

Denna spelpassning är en medveten termisk anordning, inte en lösare variant av passningen på den fixerande sidan.

Begränsa övermåttet från båda håll

Passningen måste vara tillräckligt hård för att stoppa ringens krypning och tillräckligt lös för att inte överbelasta den.

Korrekta passningar förhindrar att löpbanan roterar relativt axel eller lagerhus och det fretting och galling som följer, och de bär upp de relativt tunna lagerringarna; de tillåtna axel- och lagerhustoleranserna är bara något större än de hos de tillhörande lagerkomponenterna¹¹. Att pressa på den inre ringen ökar hoopspänningen i ringen.

För ett specifikt fall — ett tryckvinkelkullager med 120 mm borrning som axiellt lager på en huvudaxel i M50-stål för en turbojetmotor — rekommenderar källan att denna presspassningskomponent av hoopspänningen inte bör överstiga cirka 140 MPa¹⁷.

Siffran kommer från en enda höghastighetsapplikation inom flygteknik och är inte en allmän industrigräns; se den som en påminnelse om att maximalt övermått begränsas av ringspänningen, och fråga lagerleverantören efter den gräns som gäller för ditt lager.

Välj en monteringsmetod som kan uppnå passningen

Övermåttet på ritningen måste gå att uppnå utan att skada löpbanan. Lager med cylindrisk borrning monteras i allmänhet genom presspassning, eller genom att värma den inre ringen så att dess borrning vidgas före montering — en krymppassning²⁶.

För större lager eller högre övermått minskar varmmontering risken för skada på löpbanan vid pressning, och där den yttre ringen behöver en presspassning kan lagret först kylas med torris, med rostskyddsbehandling förut applicerad²⁶. Verktyget väger lika mycket som temperaturen.

Lagerpressar, induktionsvärmare eller hydraulpressar bör användas enligt lagertyp och passning, och kraft får aldrig läggas direkt på de rullande elementen — endast på den ring som monteras¹³.

Vad som ska bekräftas på ritningen före beställning

Passningar skrivs som kombinationer av bokstav och siffra som m6 och H7, där en gemen är en axelytterdiameter och en versal är en lagerhusborrning, och var och en av dem definieras relativt Normaltoleransen för lagerborrningen eller ytterdiametern¹².

Eftersom dessa Normaltoleranser växer med lagerstorleken ger samma klass en annan absolut passning på ett större lager, så ritningen är ofullständig utan den lagertoleransklass den definieras mot¹². Källorna ger inga numeriska sätesgeometri- eller ytvärden, så dessa måste skrivas som verifieringspunkter i stället för kopierade tal.

• ✓Ange den lagertoleransklass passningen definieras mot, med den ISO-, DIN-, ANSI/ABEC- eller JIS-beteckning leverantören arbetar efter [S12][S14][S25]
• ✓Bekräfta axelklassen mot lastfallet och det faktiska axeldiameterintervallet, inte mot en standardklass [S2]
• ✓Bekräfta lagerhusklassen mot den yttre ringens förskjutningsbehov och axelns temperatur [S5]
• ✓Ange klassen för internt spel (CN, C3 eller C4) och den passning den valdes med [S20]
• ✓Kräv att verkstaden verifierar axelns ytterdiameter, lagerhusborrningens storlek, ytkvalitet och form före montering [S11]
• ✓Låt leverantören bekräfta den förväntade spelminskningen för den specificerade passningen [S19][S9]
• ✓Namnge monteringsmetod och verktyg så att det specificerade övermåttet går att uppnå utan skada på löpbanan [S26][S13]

Där källorna motsäger varandra eller tiger

Tabellerna ovan kommer från leverantörers passningsvalsguider, och de pekar inte alla åt samma håll. Raderna nedan håller varje position åtskild; evidensen löser inte vilken som gäller en given maskin, så inköparen verifierar mot den faktiska tillämpningen.

Vad källorna inte fastställer

• Ingen källa ger numeriska värden på Δdmp/ΔDmp-avvikelser i borrning och ytterdiameter för ett specifikt lager, så den faktiska övermäten kan inte beräknas från artikeln.
• Ingen källa ger numeriska intervall för det radiella innerspelet för CN, C3 eller C4 före montering.
• Ingen källa ger en fullständig formel för ringkvotfaktorn för spelreduktion; endast faktorn 2/3 och tillplattningsmåttet G* anges.
• Ingen källa ger numeriska beräkningar av termisk utvidgning eller den temperaturskillnad vid vilken C3 eller C4 blir nödvändig.
• Ingen källa ger en formel för minimiövermäten för att förhindra glidning eller fretting, eller en allmän gräns för maximimövermäten för sprickbildning eller tangentiell spänning.
• Ingen källa ger numeriska krav på ytjämnhet (Ra), cylindricitet, rundhet eller kragens vinkelräthet.
• Ingen källa ger uppnåeliga eller krävda övermätesvärden, eller monteringskraftvärden, för presspassning, induktionsvärme, oljeinsprutning eller hydraulisk mutter.
• Ingen källa ger numeriska geometriska toleranser för axel- eller höljes säten i förhållande till lagertoleranserna.