Hi ha certa confusió al voltant de la relació entre la precisió del suport, les seves toleràncies de fabricació i el nivell de joc intern o "joc" entre les pistes i les boles. Aquí, Wu Shizheng, director general de l'expert en coixinets petits i en miniatura JITO Bearings, fa llum sobre per què persisteix aquest mite i què haurien de tenir en compte els enginyers.
Durant la Segona Guerra Mundial, en una fàbrica de municions d'Escòcia, un home poc conegut amb el nom de Stanley Parker va desenvolupar el concepte de posició real, o el que avui coneixem com a dimensionament i tolerància geomètrica (GD&T). Parker es va adonar que, tot i que algunes de les peces funcionals que es fabricaven per als torpedes estaven sent rebutjades després de la inspecció, encara s'estaven enviant a la producció.
Després d'una inspecció més detinguda, va trobar que la culpa era la mesura de tolerància. Les toleràncies de coordenades XY tradicionals van crear una zona de tolerància quadrada, que excloïa la peça tot i que ocupava un punt de l'espai circular corbat entre les cantonades del quadrat. Va continuar publicant les seves troballes sobre com determinar la posició real en un llibre titulat Dibuixos i dimensions.
*Autorització interna
Avui en dia, aquesta comprensió ens ajuda a desenvolupar coixinets que presenten algun nivell de joc o soltura, també conegut com joc intern o, més concretament, joc radial i axial. El joc radial és el joc mesurat perpendicularment a l'eix del coixinet i el joc axial és el joc mesurat en paral·lel a l'eix del coixinet.
Aquest joc està dissenyat al coixinet des del principi per permetre que el coixinet suporti càrregues en una varietat de condicions, tenint en compte factors com l'expansió de la temperatura i com afectarà la vida del coixinet l'ajust entre els anells interior i exterior.
Concretament, l'espai lliure pot afectar el soroll, la vibració, l'estrès tèrmic, la deflexió, la distribució de la càrrega i la vida a la fatiga. És desitjable un joc radial més elevat en situacions en què s'espera que l'anell interior o l'eix s'escalfi i s'expandeixi durant l'ús en comparació amb l'anell o la carcassa exterior. En aquesta situació, el joc del coixinet es reduirà. Per contra, el joc augmentarà si l'anell exterior s'expandeix més que l'anell interior.
Un joc axial més elevat és desitjable en sistemes on hi ha una desalineació entre l'eix i la carcassa, ja que la desalineació pot provocar que un coixinet amb un petit joc intern falli ràpidament. Un major joc també pot permetre que el coixinet faci front a càrregues d'empenta lleugerament més altes, ja que introdueix un angle de contacte més elevat.
*Encaixats
És important que els enginyers assoleixin l'equilibri correcte del joc intern en un coixinet. Un coixinet massa ajustat amb un joc insuficient generarà un excés de calor i fricció, cosa que farà que les boles patinin a la pista i acceleri el desgast. De la mateixa manera, una massa lliure augmentarà el soroll i la vibració i reduirà la precisió de rotació.
La separació es pot controlar mitjançant diferents ajustaments. Els ajustaments d'enginyeria es refereixen a la distància entre dues parts d'acoblament. Normalment es descriu com un eix en un forat i representa el grau d'estanquitat o soltura entre l'eix i l'anell interior i entre l'anell exterior i la carcassa. En general, es manifesta en un ajust fluix, lliure o ajustat, d'interferència.
Un ajustament ajustat entre l'anell interior i l'eix és important per mantenir-lo en el seu lloc i per evitar lliscaments o lliscaments no desitjats, que poden generar calor i vibracions i induir la degradació.
Tanmateix, un ajustament per interferència reduirà el joc en un coixinet de boles a mesura que expandeix l'anell interior. Un ajustament igualment ajustat entre la carcassa i l'anell exterior en un coixinet amb un joc radial baix comprimirà l'anell exterior i reduirà encara més el joc. Això donarà lloc a un espai lliure intern negatiu, fent que l'eix sigui més gran que el forat, i provocarà una fricció excessiva i una fallada primerenca.
L'objectiu és tenir un joc operatiu zero quan el coixinet funciona en condicions normals. No obstant això, el joc radial inicial que es requereix per aconseguir-ho pot provocar problemes amb el patinatge o lliscament de les boles, reduint la rigidesa i la precisió de rotació. Aquest joc radial inicial es pot eliminar mitjançant la càrrega prèvia. La precàrrega és un mitjà per posar una càrrega axial permanent sobre un coixinet, un cop muntat, mitjançant l'ús de volanderes o molles que es col·loquen contra l'anell interior o exterior.
Els enginyers també han de tenir en compte el fet que és més fàcil reduir el joc en un coixinet de secció prima perquè els anells són més prims i més fàcils de deformar. Com a fabricant de coixinets petits i en miniatura, JITO Bearings aconsella als seus clients que s'ha de tenir més cura amb l'ajust de l'eix a la carcassa. La rotonditat de l'eix i la carcassa també és més important amb els coixinets de tipus prim perquè un eix fora de rodó deformarà els anells prims i augmentarà el soroll, la vibració i el parell.
*Toleràncies
El malentès sobre el paper del joc radial i axial ha portat a molts a confondre la relació entre joc i precisió, concretament la precisió que resulta de millors toleràncies de fabricació.
Algunes persones pensen que un coixinet d'alta precisió gairebé no hauria de tenir joc i que hauria de girar amb molta precisió. Per a ells, un joc radial solt se sent menys precís i dóna la impressió de baixa qualitat, tot i que pot ser un coixinet d'alta precisió dissenyat deliberadament amb joc solt. Per exemple, en el passat hem preguntat a alguns dels nostres clients per què volen un coixinet de major precisió i ens han dit que volen "reduir el joc".
Tanmateix, és cert que la tolerància millora la precisió. Poc després de l'arribada de la producció en massa, els enginyers es van adonar que no és ni pràctic ni econòmic, si és possible, fabricar dos productes exactament iguals. Fins i tot quan totes les variables de fabricació es mantenen iguals, sempre hi haurà minúscules diferències entre una unitat i la següent.
Avui, això ha arribat a representar una tolerància admissible o acceptable. Les classes de tolerància per als coixinets de boles, conegudes com a classificacions ISO (mètriques) o ABEC (polzades), regulen la desviació permesa i les mesures de coberta, inclosa la mida de l'anell interior i exterior i la rodonesa dels anells i les pistes. Com més alta sigui la classe i més estreta sigui la tolerància, més precís serà el coixinet un cop muntat.
Aconseguint l'equilibri adequat entre l'ajustament i el joc radial i axial durant l'ús, els enginyers poden aconseguir l'espai operatiu zero ideal i garantir un baix soroll i una rotació precisa. En fer-ho, podem aclarir la confusió entre precisió i joc i, de la mateixa manera que Stanley Parker va revolucionar el mesurament industrial, canviar fonamentalment la manera de mirar els coixinets.
Hora de publicació: 04-mar-2021
