Υπάρχει κάποια σύγχυση γύρω από τη σχέση μεταξύ της ακρίβειας αντοχής, των κατασκευαστικών ανοχών της και του επιπέδου εσωτερικής απόστασης ή «παιχνιδιού» μεταξύ των ιπποδρομιών και των σφαιρών. Εδώ, ο Wu Shizheng, διευθύνων σύμβουλος των ρουλεμάν μικρών και μικροσκοπικών ρουλεμάν JITO Bearings, ρίχνει φως στο γιατί επιμένει αυτός ο μύθος και τι πρέπει να προσέχουν οι μηχανικοί.
Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, σε ένα εργοστάσιο πυρομαχικών στη Σκωτία, ένας ελάχιστα γνωστός άνδρας με το όνομα Stanley Parker ανέπτυξε την έννοια της αληθινής θέσης ή αυτό που γνωρίζουμε σήμερα ως Geometric Dimensioning & Tolerancing (GD&T). Ο Parker παρατήρησε ότι παρόλο που ορισμένα από τα λειτουργικά μέρη που κατασκευάζονταν για τορπίλες απορρίπτονταν μετά από επιθεώρηση, εξακολουθούσαν να στέλνονται στην παραγωγή.
Μετά από προσεκτικότερη εξέταση, διαπίστωσε ότι έφταιγε η μέτρηση ανοχής. Οι παραδοσιακές ανοχές συντεταγμένων XY δημιούργησαν μια ζώνη ανοχής τετραγώνου, η οποία απέκλειε το τμήμα παρόλο που καταλάμβανε ένα σημείο στον καμπύλο κυκλικό χώρο μεταξύ των γωνιών του τετραγώνου. Συνέχισε να δημοσιεύει τα ευρήματά του σχετικά με τον τρόπο προσδιορισμού της πραγματικής θέσης σε ένα βιβλίο με τίτλο Σχέδια και Διαστάσεις.
*Εσωτερική εκκαθάριση
Σήμερα, αυτή η κατανόηση μας βοηθά να αναπτύξουμε ρουλεμάν που παρουσιάζουν κάποιο επίπεδο παιχνιδιού ή χαλαρότητας, αλλιώς γνωστό ως εσωτερικό διάκενο ή, πιο συγκεκριμένα, ακτινικό και αξονικό παιχνίδι. Το ακτινωτό παιχνίδι είναι το διάκενο που μετράται κάθετα στον άξονα ρουλεμάν και το αξονικό παιχνίδι είναι το διάκενο που μετράται παράλληλα με τον άξονα έδρασης.
Αυτό το παιχνίδι έχει σχεδιαστεί στο ρουλεμάν από την αρχή για να επιτρέπει στο ρουλεμάν να υποστηρίζει φορτία σε διάφορες συνθήκες, λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες όπως η διαστολή της θερμοκρασίας και πώς η προσαρμογή μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού δακτυλίου θα επηρεάσει τη διάρκεια ζωής του ρουλεμάν.
Συγκεκριμένα, το διάκενο μπορεί να επηρεάσει τον θόρυβο, τους κραδασμούς, τη θερμική καταπόνηση, την εκτροπή, την κατανομή του φορτίου και τη διάρκεια ζωής της κόπωσης. Υψηλότερο ακτινωτό παιχνίδι είναι επιθυμητό σε καταστάσεις όπου ο εσωτερικός δακτύλιος ή άξονας αναμένεται να γίνει θερμότερος και να επεκταθεί κατά τη χρήση σε σύγκριση με τον εξωτερικό δακτύλιο ή περίβλημα. Σε αυτήν την κατάσταση, το παιχνίδι στο ρουλεμάν θα μειωθεί. Αντίθετα, το παιχνίδι θα αυξηθεί εάν ο εξωτερικός δακτύλιος διαστέλλεται περισσότερο από τον εσωτερικό δακτύλιο.
Υψηλότερο αξονικό παιχνίδι είναι επιθυμητό σε συστήματα όπου υπάρχει κακή ευθυγράμμιση μεταξύ του άξονα και του περιβλήματος, καθώς η κακή ευθυγράμμιση μπορεί να προκαλέσει τη γρήγορη βλάβη ενός ρουλεμάν με μικρό εσωτερικό διάκενο. Το μεγαλύτερο διάκενο μπορεί επίσης να επιτρέψει στο ρουλεμάν να αντιμετωπίσει ελαφρώς υψηλότερα φορτία ώσης, καθώς εισάγει μεγαλύτερη γωνία επαφής.
*Εξαρτήματα
Είναι σημαντικό οι μηχανικοί να επιτυγχάνουν τη σωστή ισορροπία της εσωτερικής απόστασης σε ένα ρουλεμάν. Ένα υπερβολικά σφιχτό ρουλεμάν με ανεπαρκές παιχνίδι θα δημιουργήσει υπερβολική θερμότητα και τριβή, η οποία θα προκαλέσει την ολίσθηση των σφαιρών στον αυτοκινητόδρομο και την επιτάχυνση της φθοράς. Ομοίως, το πολύ μεγάλο διάκενο θα αυξήσει τον θόρυβο και τους κραδασμούς και θα μειώσει την ακρίβεια περιστροφής.
Η κάθαρση μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας διαφορετικές προσαρμογές. Οι μηχανικές προσαρμογές αναφέρονται στο διάκενο μεταξύ δύο τμημάτων ζευγαρώματος. Αυτό περιγράφεται συνήθως ως άξονας σε μια οπή και αντιπροσωπεύει το βαθμό στεγανότητας ή χαλαρότητας μεταξύ του άξονα και του εσωτερικού δακτυλίου και μεταξύ του εξωτερικού δακτυλίου και του περιβλήματος. Συνήθως εκδηλώνεται με χαλαρή εφαρμογή ή με σφιχτή εφαρμογή παρεμβολής.
Η στενή εφαρμογή μεταξύ του εσωτερικού δακτυλίου και του άξονα είναι σημαντική για να διατηρηθεί στη θέση του και να αποτραπεί η ανεπιθύμητη ερπυστικότητα ή ολίσθηση, η οποία μπορεί να προκαλέσει θερμότητα και κραδασμούς και να προκαλέσει υποβάθμιση.
Ωστόσο, μια εφαρμογή παρεμβολής θα μειώσει το διάκενο σε ένα ρουλεμάν καθώς διευρύνει τον εσωτερικό δακτύλιο. Μια παρόμοια σφιχτή εφαρμογή μεταξύ του περιβλήματος και του εξωτερικού δακτυλίου σε ένα ρουλεμάν με χαμηλό ακτινωτό παιχνίδι θα συμπιέσει τον εξωτερικό δακτύλιο και θα μειώσει ακόμη περισσότερο το διάκενο. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα αρνητικό εσωτερικό διάκενο —καθιστώντας αποτελεσματικά τον άξονα μεγαλύτερο από την οπή— και θα οδηγήσει σε υπερβολική τριβή και πρόωρη αστοχία.
Ο στόχος είναι να έχουμε μηδενικό λειτουργικό παιχνίδι όταν το ρουλεμάν λειτουργεί υπό κανονικές συνθήκες. Ωστόσο, το αρχικό ακτινωτό παιχνίδι που απαιτείται για να επιτευχθεί αυτό μπορεί να προκαλέσει προβλήματα με την ολίσθηση ή την ολίσθηση των σφαιρών, μειώνοντας την ακαμψία και την ακρίβεια περιστροφής. Αυτό το αρχικό ακτινωτό παιχνίδι μπορεί να αφαιρεθεί χρησιμοποιώντας προφόρτωση. Η προφόρτιση είναι ένα μέσο για την τοποθέτηση μόνιμου αξονικού φορτίου σε ένα ρουλεμάν, αφού τοποθετηθεί, χρησιμοποιώντας ροδέλες ή ελατήρια που είναι προσαρμοσμένα στον εσωτερικό ή τον εξωτερικό δακτύλιο.
Οι μηχανικοί πρέπει επίσης να λάβουν υπόψη το γεγονός ότι είναι ευκολότερο να μειωθεί το διάκενο σε ένα ρουλεμάν λεπτής διατομής επειδή οι δακτύλιοι είναι λεπτότεροι και παραμορφώνονται ευκολότερα. Ως κατασκευαστής μικρών και μικροσκοπικών ρουλεμάν, η JITO Bearings συμβουλεύει τους πελάτες της ότι πρέπει να δίνουν μεγαλύτερη προσοχή στις προσαρμογές από άξονα σε περίβλημα. Η στρογγυλότητα του άξονα και του περιβλήματος είναι επίσης πιο σημαντική με ρουλεμάν λεπτού τύπου, επειδή ένας άξονας που δεν είναι στρογγυλός θα παραμορφώσει τους λεπτούς δακτυλίους και θα αυξήσει τον θόρυβο, τους κραδασμούς και τη ροπή.
*Ανοχές
Η παρανόηση σχετικά με τον ρόλο του ακτινικού και του αξονικού παιχνιδιού έχει οδηγήσει πολλούς να μπερδέψουν τη σχέση μεταξύ παιχνιδιού και ακρίβειας, συγκεκριμένα την ακρίβεια που προκύπτει από καλύτερες ανοχές κατασκευής.
Μερικοί άνθρωποι πιστεύουν ότι ένα ρουλεμάν υψηλής ακρίβειας δεν πρέπει να παίζει σχεδόν καθόλου και ότι πρέπει να περιστρέφεται με μεγάλη ακρίβεια. Για αυτούς, ένα χαλαρό ακτινωτό παιχνίδι είναι λιγότερο ακριβές και δίνει την εντύπωση χαμηλής ποιότητας, παρόλο που μπορεί να είναι ένα ρουλεμάν υψηλής ακρίβειας που έχει σχεδιαστεί εσκεμμένα με χαλαρό παιχνίδι. Για παράδειγμα, έχουμε ρωτήσει μερικούς από τους πελάτες μας στο παρελθόν γιατί θέλουν ένα ρουλεμάν υψηλότερης ακρίβειας και μας είπαν ότι θέλουν να «μειώσουν το παιχνίδι».
Ωστόσο, είναι αλήθεια ότι η ανοχή βελτιώνει την ακρίβεια. Λίγο καιρό μετά την εμφάνιση της μαζικής παραγωγής, οι μηχανικοί συνειδητοποίησαν ότι δεν είναι ούτε πρακτικό ούτε οικονομικό, αν είναι καθόλου δυνατό, να κατασκευάζονται δύο προϊόντα που να είναι ακριβώς όμοια. Ακόμη και όταν όλες οι μεταβλητές παραγωγής διατηρούνται ίδιες, θα υπάρχουν πάντα ελάχιστες διαφορές μεταξύ μιας μονάδας και της επόμενης.
Σήμερα, αυτό έχει καταλήξει να αντιπροσωπεύει μια επιτρεπτή ή αποδεκτή ανοχή. Οι κατηγορίες ανοχής για ρουλεμάν, γνωστές ως ονομασίες ISO (μετρικές) ή ABEC (ίντσες), ρυθμίζουν την επιτρεπόμενη απόκλιση και τις μετρήσεις κάλυψης, συμπεριλαμβανομένου του μεγέθους του εσωτερικού και του εξωτερικού δακτυλίου και της στρογγυλότητας των δακτυλίων και των διαδρόμων. Όσο υψηλότερη είναι η κατηγορία και όσο πιο σφιχτή η ανοχή, τόσο πιο ακριβές θα είναι το ρουλεμάν μόλις συναρμολογηθεί.
Επιτυγχάνοντας τη σωστή ισορροπία μεταξύ τοποθέτησης και ακτινικού και αξονικού παιχνιδιού κατά τη χρήση, οι μηχανικοί μπορούν να επιτύχουν το ιδανικό μηδενικό λειτουργικό διάκενο και να εξασφαλίσουν χαμηλό θόρυβο και ακριβή περιστροφή. Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε να ξεκαθαρίσουμε τη σύγχυση μεταξύ ακρίβειας και παιχνιδιού και, με τον ίδιο τρόπο που ο Stanley Parker έφερε επανάσταση στη βιομηχανική μέτρηση, να αλλάξουμε ριζικά τον τρόπο με τον οποίο βλέπουμε τα ρουλεμάν.
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-04-2021
