Der er en vis forvirring omkring forholdet mellem præcisionen af pejlingen, dens fremstillingstolerancer og niveauet af intern frigang eller 'spil' mellem løbebanerne og kuglerne. Her kaster Wu Shizheng, administrerende direktør for små- og miniaturelejereksperten JITO Bearings, lys over, hvorfor denne myte fortsætter, og hvad ingeniører bør se efter.
Under Anden Verdenskrig, i en ammunitionsfabrik i Skotland, udviklede en lidet kendt mand ved navn Stanley Parker begrebet sand position, eller hvad vi i dag kender som Geometric Dimensioning & Tolerancing (GD&T). Parker bemærkede, at selvom nogle af de funktionelle dele, der blev fremstillet til torpedoer, blev afvist efter inspektion, blev de stadig sendt videre til produktion.
Ved nærmere eftersyn fandt han ud af, at det var tolerancemålingen, der var skyld i. De traditionelle XY-koordinattolerancer skabte en kvadratisk tolerancezone, som udelukkede delen, selvom den optog et punkt i det buede cirkulære mellemrum mellem firkantens hjørner. Han fortsatte med at offentliggøre sine resultater om, hvordan man bestemmer sand position i en bog med titlen Tegninger og dimensioner.
* Intern godkendelse
I dag hjælper denne forståelse os med at udvikle lejer, der udviser et vist niveau af slør eller løshed, ellers kendt som intern frigang eller mere specifikt radialt og aksialt spil. Radialt slør er frigangen målt vinkelret på lejeaksen og aksial slør er spillerum målt parallelt med lejeaksen.
Dette slør er designet ind i lejet fra starten for at tillade lejet at understøtte belastninger under en række forskellige forhold, idet der tages hensyn til faktorer som temperaturudvidelse og hvordan tilpasningen mellem de indre og ydre ringe vil påvirke lejernes levetid.
Specifikt kan frigang påvirke støj, vibrationer, varmestress, afbøjning, belastningsfordeling og udmattelseslevetid. Større radialt slør er ønskeligt i situationer, hvor den indre ring eller aksel forventes at blive varmere og udvide sig under brug sammenlignet med den ydre ring eller huset. I denne situation vil sløret i lejet reduceres. Omvendt vil spillet stige, hvis den ydre ring udvider sig mere end den indre ring.
Større aksialt slør er ønskeligt i systemer, hvor der er en fejljustering mellem aksel og hus, da fejljustering kan få et leje med en lille indre spillerum til at svigte hurtigt. Større frigang kan også gøre det muligt for lejet at klare lidt højere trykbelastninger, da det introducerer en højere kontaktvinkel.
*Beslag
Det er vigtigt, at ingeniører finder den rette balance mellem intern frigang i et leje. Et for stramt leje med utilstrækkeligt slør vil generere overskydende varme og friktion, hvilket vil få kuglerne til at skride i løbebanen og fremskynde slid. Ligeledes vil for meget frigang øge støj og vibrationer og reducere rotationsnøjagtigheden.
Frigangen kan styres ved at bruge forskellige pasformer. Tekniske tilpasninger refererer til afstanden mellem to sammenkoblede dele. Dette beskrives normalt som et skaft i et hul og repræsenterer graden af tæthed eller løshed mellem skaftet og den indre ring og mellem den ydre ring og huset. Det manifesterer sig normalt i en løs pasform eller en stram interferenspasning.
En tæt pasform mellem den indvendige ring og skaftet er vigtig for at holde den på plads og for at forhindre uønsket krybning eller glidning, som kan generere varme og vibrationer og inducere nedbrydning.
En interferenspasning vil dog reducere spillerum i et kugleleje, da det udvider den indvendige ring. En tilsvarende tæt pasform mellem huset og den ydre ring i et leje med lavt radialt slør vil komprimere den ydre ring og reducere spillerum endnu mere. Dette vil resultere i en negativ intern spillerum - hvilket effektivt gør akslen større end hullet - og føre til overdreven friktion og tidligt svigt.
Målet er at have nul driftsslør, når lejet kører under normale forhold. Imidlertid kan det indledende radiale spil, der kræves for at opnå dette, forårsage problemer med, at bolde glider eller glider, hvilket reducerer stivhed og rotationsnøjagtighed. Dette indledende radiale spil kan fjernes ved hjælp af preloading. Forspænding er et middel til at lægge en permanent aksial belastning på et leje, når det først er monteret, ved at bruge skiver eller fjedre, der er monteret mod den indre eller ydre ring.
Ingeniører skal også overveje, at det er lettere at reducere spillerum i et tyndt sektionsleje, fordi ringene er tyndere og lettere at deformere. Som producent af små lejer og miniaturelejer rådgiver JITO Bearings sine kunder om, at der skal udvises mere forsigtighed med pasforme mellem aksel og hus. Aksel- og husrundhed er også vigtigere med tynde lejer, fordi en ud-af-rund aksel vil deformere de tynde ringe og øge støj, vibrationer og drejningsmoment.
*Tolerancer
Misforståelsen om rollen af radialt og aksialt spil har fået mange til at forvirre forholdet mellem spil og præcision, specielt præcisionen, der er resultatet af bedre fremstillingstolerancer.
Nogle mennesker tror, at et højpræcisionsleje næsten ikke bør have slør, og at det skal rotere meget præcist. For dem føles et løst radialspil mindre præcist og giver indtryk af lav kvalitet, selvom det kan være et højpræcisionsleje, der bevidst er designet med løst slør. For eksempel har vi tidligere spurgt nogle af vores kunder, hvorfor de ønsker et leje med højere præcision, og de har fortalt os, at de vil "reducere spillet".
Det er dog rigtigt, at tolerance forbedrer præcisionen. Ikke længe efter masseproduktionens fremkomst indså ingeniørerne, at det hverken er praktisk eller økonomisk, hvis det overhovedet er muligt, at fremstille to produkter, der er nøjagtig ens. Selv når alle produktionsvariabler holdes ens, vil der altid være små forskelle mellem en enhed og den næste.
I dag er dette kommet til at repræsentere en tilladt eller acceptabel tolerance. Toleranceklasser for kuglelejer, kendt som ISO (metrisk) eller ABEC (tommer) klassificeringer, regulerer den tilladte afvigelse og dækningsmål, herunder indre og ydre ringstørrelse og rundheden af ringe og løbebaner. Jo højere klasse og jo snævrere tolerance, jo mere præcist vil lejet være, når det er samlet.
Ved at finde den rette balance mellem montering og radial og aksial slør under brug, kan ingeniører opnå den ideelle nul operationelle spillerum og sikre lav støj og nøjagtig rotation. På den måde kan vi rydde op i forvirringen mellem præcision og spil og, på samme måde som Stanley Parker revolutionerede industriel måling, fundamentalt ændre den måde, vi ser på lejer på.
Posttid: Mar-04-2021
