Per què el joc radial i la tolerància no són el mateix

Hi ha certa confusió al voltant de la relació entre la precisió d’un coixinet, les seves toleràncies de fabricació i el nivell de joc intern o “joc” entre els carrers i les boles. Aquí, Wu Shizheng, director general de JITO Bearings, expert en coixinets petits i miniatures, dóna llum sobre per què persisteix aquest mite i què han de tenir en compte els enginyers.

Durant la Segona Guerra Mundial, en una fàbrica de municions a 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 Geometric Dimensioning & Tolerancing (GD&T). Parker es va adonar que, tot i que algunes de les parts funcionals que es fabricaven per a torpedes eren rebutjades després de la inspecció, seguien sent enviades a la producció.

Després d’una inspecció més detallada, va trobar que la culpa era la mesura de tolerància. Les tradicionals toleràncies de coordenades XY van crear una zona de tolerància quadrada, que excloïa la part tot i que ocupava un punt a l'espai circular corbat entre les cantonades del quadrat. Va publicar les seves troballes sobre com determinar la posició real en un llibre titulat Dibuixos i dimensions.

* Liquidació interna
Avui, aquesta comprensió ens ajuda a desenvolupar coixinets que presentin un cert nivell de joc o soltura, també conegut com a 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 per al rodament des del principi per permetre que el rodament suporti càrregues en diverses condicions, tenint en compte factors com l'expansió de la temperatura i com l'ajust entre els anells interior i exterior afectarà la vida del rodament.

Concretament, l’espai lliure pot afectar el soroll, les vibracions, l’estrès per calor, la deflexió, la distribució de la càrrega i la vida útil per fatiga. Es recomana un joc radial superior en situacions en què s’espera que l’anell o l’eix interior s’escalfin i s’expandeixin durant l’ús en comparació amb l’anell o la carcassa exteriors. En aquesta situació, el joc al rodament es reduirà. Per contra, el joc augmentarà si l'anell exterior s'expandeix més que l'anell interior.

Es recomana un joc axial més alt en sistemes on hi hagi una desalineació entre l’eix i la carcassa, ja que la desalineació pot fer que un coixinet amb un petit joc intern falli ràpidament. Un major joc també pot permetre que el rodament pugui fer front a càrregues d’empenta lleugerament més altes ja que introdueix un angle de contacte més alt.

* Accessoris
És important que els enginyers assoleixin un equilibri adequat entre el rodament. Un coixinet massa estret amb un joc insuficient generarà excés de calor i fricció, cosa que farà que les boles lliscin a la pista i accelerin el desgast. De la mateixa manera, un excés de joc augmentarà el soroll i les vibracions i reduirà la precisió de rotació.

Es pot controlar el joc mitjançant diferents ajustaments. Els ajustaments d'enginyeria es refereixen a l'espai lliure entre dues parts d'aparellament. Normalment es descriu com un eix en un forat i representa el grau de tensió o soltura entre l’eix i l’anell interior i entre l’anell exterior i la carcassa. Normalment es manifesta en un ajust lliure o lliure o en un ajust ajustat per interferències.

Un ajust ajustat entre l’anell interior i l’eix és important per mantenir-lo al seu lloc i evitar l’escapament o relliscades no desitjats, que poden generar calor i vibracions i induir la degradació.

No obstant això, un ajust d'interferència reduirà el joc en un coixinet de boles a mesura que amplia l'anell interior. Un ajustament similar 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 es traduirà en un joc intern negatiu (fent efectivament l’eix més gran que el forat) i provocarà una fricció excessiva i un fracàs precoç.

L’objectiu és tenir un joc operatiu nul quan el rodament funciona en condicions normals. No obstant això, el joc radial inicial que es requereix per aconseguir-ho pot causar problemes amb el lliscament o el lliscament de les boles, reduint la rigidesa i la precisió de rotació. Aquest joc radial inicial es pot eliminar mitjançant la precàrrega. La precàrrega és un mitjà per col·locar una càrrega axial permanent sobre un coixinet, un cop instal·lat, mitjançant arandeles o molls que s’ajusten a 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 els ajustaments de l’eix a la carcassa. L’arrodoniment de l’eix i de la carcassa també és més important amb els coixinets de tipus prim, perquè un eix fora de rodona 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 el joc i la precisió, específicament la precisió que resulta de millors toleràncies de fabricació.

Algunes persones pensen que un coixinet d'alta precisió no hauria de tenir gairebé cap joc i que hauria de girar amb molta precisió. Per a ells, un joc radial fluix se sent menys precís i dóna la impressió de baixa qualitat, tot i que pot ser un rodament d'alta precisió dissenyat deliberadament amb un joc fluix. 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".

No obstant això, és cert que la tolerància millora la precisió. Poc després de l’aparició de la producció en massa, els enginyers es van adonar que no és ni pràctic ni econòmic, encara que sigui possible, fabricar dos productes exactament iguals. Fins i tot quan totes les variables de fabricació es mantenen iguals, sempre hi haurà diferències mínimes entre una unitat i la següent.

Avui, això ha arribat a representar una tolerància permesa o acceptable. Les classes de tolerància per a coixinets de boles, conegudes com a valors ISO (mètrica) o ABEC (polzades), regulen la desviació admissible i les mesures de coberta, incloses la mida de l'anell interior i exterior i la rodonesa dels anells i les vies de rodament. Com més alta sigui la classe i més ajustada sigui la tolerància, més precís serà el coixinet un cop muntat.

Assolint l’equilibri adequat entre l’equipament i el joc radial i axial durant l’ús, els enginyers poden assolir 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 la mesura industrial, canviar fonamentalment la nostra manera de veure els rodaments.


Hora de publicació: 04/04/2021