Er bestaat enige verwarring over de relatie tussen de nauwkeurigheid van het lager, de productietoleranties en de mate van interne speling of 'speling' tussen de loopbanen en kogels. Hier werpt Wu Shizheng, directeur van JITO Bearings, expert op het gebied van kleine en miniatuurlagers, licht op waarom deze mythe voortduurt en waar ingenieurs op moeten letten.
Tijdens de Tweede Wereldoorlog ontwikkelde een weinig bekende man met de naam Stanley Parker in een munitiefabriek in Schotland het concept van ware positie, of wat we tegenwoordig kennen als Geometrische Dimensionering & Tolerancing (GD&T). Parker merkte op dat, hoewel sommige functionele onderdelen die voor torpedo's werden vervaardigd, na inspectie werden afgewezen, ze nog steeds naar productie werden gestuurd.
Bij nadere inspectie ontdekte hij dat de tolerantiemeting de oorzaak was. De traditionele XY-coördinaattoleranties creëerden een vierkante tolerantiezone, waardoor het onderdeel werd uitgesloten, ook al bezette het een punt in de gebogen cirkelvormige ruimte tussen de hoeken van het vierkant. Vervolgens publiceerde hij zijn bevindingen over het bepalen van de ware positie in een boek met de titel Drawings and Dimensions.
*Interne speling
Tegenwoordig helpt dit inzicht ons bij het ontwikkelen van lagers die een bepaalde mate van speling of losheid vertonen, ook wel bekend als interne speling of, meer specifiek, radiale en axiale speling. De radiale speling is de speling gemeten loodrecht op de lageras en de axiale speling is de speling gemeten parallel aan de lageras.
Deze speling is vanaf het begin in het lager ontworpen om het lager in staat te stellen belastingen te dragen onder verschillende omstandigheden, waarbij rekening wordt gehouden met factoren zoals temperatuuruitzetting en hoe de montage tussen de binnen- en buitenringen de levensduur van het lager zal beïnvloeden.
In het bijzonder kan de speling invloed hebben op geluid, trillingen, hittestress, doorbuiging, belastingverdeling en levensduur tegen vermoeidheid. Een grotere radiale speling is wenselijk in situaties waarin verwacht wordt dat de binnenring of as tijdens gebruik heter wordt en uitzet in vergelijking met de buitenring of behuizing. In deze situatie zal de speling in het lager afnemen. Omgekeerd zal de speling toenemen als de buitenring meer uitzet dan de binnenring.
Een grotere axiale speling is wenselijk in systemen waarbij er sprake is van een verkeerde uitlijning tussen de as en de behuizing, omdat een verkeerde uitlijning ertoe kan leiden dat een lager met een kleine interne speling snel kapot gaat. Door een grotere speling kan het lager ook iets hogere drukbelastingen aan, omdat het een grotere contacthoek introduceert.
*Uitrustingen
Het is belangrijk dat ingenieurs de juiste balans vinden tussen de interne speling in een lager. Een te strak lager met onvoldoende speling zal overtollige warmte en wrijving genereren, waardoor de kogels in de loopbaan gaan slippen en de slijtage wordt versneld. Op dezelfde manier zal een te grote speling het geluid en de trillingen vergroten en de rotatienauwkeurigheid verminderen.
De speling kan worden gecontroleerd door verschillende passingen te gebruiken. Technische passingen verwijzen naar de speling tussen twee bijpassende delen. Dit wordt meestal omschreven als een as in een gat en vertegenwoordigt de mate van strakheid of losheid tussen de as en de binnenring en tussen de buitenring en de behuizing. Het manifesteert zich meestal in een losse, vrije passing of een strakke, interferentiepassing.
Een goede pasvorm tussen de binnenring en de as is belangrijk om deze op zijn plaats te houden en om ongewenst kruipen of wegglijden te voorkomen, wat hitte en trillingen kan veroorzaken en degradatie kan veroorzaken.
Een perspassing vermindert echter de speling in een kogellager omdat de binnenring hierdoor uitzet. Een soortgelijke strakke passing tussen het huis en de buitenring in een lager met lage radiale speling zal de buitenring samendrukken en de speling nog verder verkleinen. Dit zal resulteren in een negatieve interne speling – waardoor de as feitelijk groter wordt dan het gat – en zal leiden tot overmatige wrijving en vroegtijdig falen.
Het doel is om nul operationele speling te hebben wanneer het lager onder normale omstandigheden draait. De initiële radiale speling die nodig is om dit te bereiken kan echter problemen veroorzaken met het slippen of glijden van de bal, waardoor de stijfheid en rotatienauwkeurigheid afnemen. Deze initiële radiale speling kan worden opgeheven door voorspanning. Voorspanning is een manier om een permanente axiale belasting op een lager uit te oefenen, zodra het is gemonteerd, door gebruik te maken van ringen of veren die tegen de binnen- of buitenring worden gemonteerd.
Ingenieurs moeten ook rekening houden met het feit dat het gemakkelijker is om de speling in een lager met dunne doorsnede te verkleinen, omdat de ringen dunner zijn en gemakkelijker te vervormen. Als fabrikant van kleine en miniatuurlagers adviseert JITO Bearings zijn klanten dat er meer zorg moet worden besteed aan de passing van de as op het huis. De rondheid van de as en de behuizing is ook belangrijker bij lagers van het dunne type, omdat een niet-ronde as de dunne ringen zal vervormen en het geluid, de trillingen en het koppel zal verhogen.
*Toleranties
Het misverstand over de rol van radiale en axiale speling heeft ertoe geleid dat velen de relatie tussen speling en precisie verwarren, met name de precisie die voortvloeit uit betere productietoleranties.
Sommige mensen denken dat een precisielager vrijwel geen speling mag hebben en heel precies moet draaien. Voor hen voelt een losse radiale speling minder precies aan en wekt de indruk van lage kwaliteit, ook al is het misschien een uiterst nauwkeurig lager dat opzettelijk is ontworpen met losse speling. We hebben bijvoorbeeld een aantal van onze klanten in het verleden gevraagd waarom ze een lager met hogere precisie willen, en ze hebben ons verteld dat ze “de speling willen verminderen”.
Het is echter waar dat tolerantie de nauwkeurigheid verbetert. Niet lang na de opkomst van de massaproductie realiseerden ingenieurs zich dat het noch praktisch noch economisch is, als het überhaupt mogelijk is, om twee producten te vervaardigen die precies op elkaar lijken. Zelfs als alle productievariabelen hetzelfde blijven, zullen er altijd minieme verschillen zijn tussen de ene eenheid en de volgende.
Tegenwoordig is dit een toegestane of aanvaardbare tolerantie gaan vertegenwoordigen. Tolerantieklassen voor kogellagers, bekend als ISO (metrische) of ABEC (inch) beoordelingen, regelen de toegestane afwijking en dekkingsmetingen, inclusief de binnen- en buitenringmaat en de rondheid van ringen en loopvlakken. Hoe hoger de klasse en hoe nauwer de tolerantie, hoe nauwkeuriger het lager zal zijn als het eenmaal is gemonteerd.
Door tijdens gebruik de juiste balans te vinden tussen montage en radiale en axiale speling, kunnen ingenieurs de ideale operationele speling van nul bereiken en een laag geluidsniveau en nauwkeurige rotatie garanderen. Door dit te doen kunnen we de verwarring tussen precisie en speling ophelderen en, net zoals Stanley Parker een revolutie teweegbracht in industriële metingen, de manier waarop we naar lagers kijken fundamenteel veranderen.
Posttijd: mrt-04-2021
