Esiste una certa confusione riguardo alla relazione tra la precisione del cuscinetto, le sue tolleranze di fabbricazione e il livello di gioco interno o "gioco" tra le piste e le sfere. Qui, Wu Shizheng, amministratore delegato della JITO Bearings, esperta di cuscinetti di piccole dimensioni e miniaturizzati, fa luce sul motivo per cui questo mito persiste e a cosa dovrebbero prestare attenzione gli ingegneri.
Durante la seconda guerra mondiale, in una fabbrica di munizioni in Scozia, un uomo poco conosciuto di nome Stanley Parker sviluppò il concetto di posizione reale, o quello che oggi conosciamo come dimensionamento e tolleranza geometrica (GD&T). Parker notò che, anche se alcune parti funzionali prodotte per i siluri venivano rifiutate dopo l'ispezione, venivano comunque inviate alla produzione.
Dopo un esame più attento, scoprì che la colpa era della misurazione della tolleranza. Le tradizionali tolleranze delle coordinate XY creavano una zona di tolleranza quadrata, che escludeva la parte anche se occupava un punto nello spazio circolare curvo tra gli angoli del quadrato. Ha continuato a pubblicare le sue scoperte su come determinare la vera posizione in un libro intitolato Disegni e dimensioni.
*Autorizzazione interna
Oggi, questa comprensione ci aiuta a sviluppare cuscinetti che presentano un certo livello di gioco o allentamento, altrimenti noto come gioco interno o, più specificamente, gioco radiale e assiale. Il gioco radiale è il gioco misurato perpendicolarmente all'asse del cuscinetto, mentre il gioco assiale è il gioco misurato parallelamente all'asse del cuscinetto.
Questo gioco è progettato nel cuscinetto fin dall'inizio per consentire al cuscinetto di supportare carichi in una varietà di condizioni, prendendo in considerazione fattori come l'espansione della temperatura e il modo in cui l'accoppiamento tra gli anelli interno ed esterno influirà sulla durata del cuscinetto.
Nello specifico, il gioco può influenzare il rumore, le vibrazioni, lo stress termico, la deflessione, la distribuzione del carico e la durata a fatica. Un gioco radiale più elevato è auspicabile in situazioni in cui si prevede che l'anello interno o l'albero diventi più caldo e si espanda durante l'uso rispetto all'anello esterno o all'alloggiamento. In questa situazione, il gioco nel cuscinetto si ridurrà. Al contrario, il gioco aumenterà se l'anello esterno si espande più dell'anello interno.
Un gioco assiale più elevato è auspicabile nei sistemi in cui è presente un disallineamento tra albero e alloggiamento poiché il disallineamento può causare il rapido guasto di un cuscinetto con un gioco interno ridotto. Un gioco maggiore può anche consentire al cuscinetto di far fronte a carichi di spinta leggermente più elevati poiché introduce un angolo di contatto più elevato.
*Accessori
È importante che gli ingegneri trovino il giusto equilibrio del gioco interno in un cuscinetto. Un cuscinetto eccessivamente stretto con gioco insufficiente genererà calore e attrito eccessivi, che causeranno lo slittamento delle sfere sulla pista e accelereranno l'usura. Allo stesso modo, un gioco eccessivo aumenterà il rumore e le vibrazioni e ridurrà la precisione di rotazione.
Il gioco può essere controllato utilizzando accoppiamenti diversi. Gli accoppiamenti tecnici si riferiscono allo spazio tra due parti accoppiate. Questo viene solitamente descritto come un albero in un foro e rappresenta il grado di tenuta o allentamento tra l'albero e l'anello interno e tra l'anello esterno e l'alloggiamento. Di solito si manifesta con un adattamento allentato, con gioco o con un accoppiamento stretto con interferenza.
Un accoppiamento stretto tra l'anello interno e l'albero è importante per mantenerlo in posizione e per evitare deformazioni o slittamenti indesiderati, che possono generare calore e vibrazioni e indurre il degrado.
Tuttavia, un accoppiamento con interferenza ridurrà il gioco in un cuscinetto a sfere poiché dilata l'anello interno. Un accoppiamento altrettanto stretto tra l'alloggiamento e l'anello esterno in un cuscinetto con basso gioco radiale comprimerà l'anello esterno e ridurrà ulteriormente il gioco. Ciò si tradurrà in un gioco interno negativo, rendendo di fatto l'albero più grande del foro, e porterà ad un attrito eccessivo e ad un cedimento precoce.
L'obiettivo è quello di avere un gioco operativo pari a zero quando il cuscinetto funziona in condizioni normali. Tuttavia, il gioco radiale iniziale necessario per raggiungere questo obiettivo può causare problemi di slittamento o slittamento delle sfere, riducendo la rigidità e la precisione di rotazione. Questo gioco radiale iniziale può essere eliminato utilizzando il precarico. Il precarico è un mezzo per applicare un carico assiale permanente su un cuscinetto, una volta montato, utilizzando rondelle o molle montate contro l'anello interno o esterno.
Gli ingegneri devono anche considerare il fatto che è più facile ridurre il gioco in un cuscinetto a sezione sottile perché gli anelli sono più sottili e più facili da deformare. In qualità di produttore di cuscinetti piccoli e miniaturizzati, JITO Bearings consiglia ai propri clienti di prestare maggiore attenzione agli accoppiamenti albero-alloggiamento. Anche la rotondità dell'albero e dell'alloggiamento è più importante con i cuscinetti di tipo sottile perché un albero non circolare deformerà gli anelli sottili e aumenterà il rumore, le vibrazioni e la coppia.
*Tolleranze
L'incomprensione sul ruolo del gioco radiale e assiale ha portato molti a confondere il rapporto tra gioco e precisione, in particolare la precisione che risulta da migliori tolleranze di produzione.
Alcune persone pensano che un cuscinetto ad alta precisione non dovrebbe avere quasi nessun gioco e dovrebbe ruotare in modo molto preciso. Per loro, un gioco radiale allentato sembra meno preciso e dà l'impressione di bassa qualità, anche se può trattarsi di un cuscinetto di alta precisione progettato deliberatamente con gioco allentato. Ad esempio, in passato abbiamo chiesto ad alcuni dei nostri clienti perché desideravano un cuscinetto di precisione più elevata e loro ci hanno risposto che volevano “ridurre il gioco”.
Tuttavia, è vero che la tolleranza migliora la precisione. Non molto tempo dopo l’avvento della produzione di massa, gli ingegneri si sono resi conto che non è né pratico né economico, se non addirittura possibile, fabbricare due prodotti esattamente uguali. Anche quando tutte le variabili di produzione rimangono le stesse, ci saranno sempre piccole differenze tra un'unità e quella successiva.
Oggi, questo è arrivato a rappresentare una tolleranza consentita o accettabile. Le classi di tolleranza per i cuscinetti a sfere, note come ISO (metrico) o ABEC (pollici), regolano la deviazione consentita e coprono le misurazioni, comprese le dimensioni dell'anello interno ed esterno e la rotondità degli anelli e delle piste. Quanto più alta è la classe e quanto più stretta è la tolleranza, tanto più preciso sarà il cuscinetto una volta assemblato.
Trovando il giusto equilibrio tra montaggio e gioco radiale e assiale durante l'uso, gli ingegneri possono ottenere il gioco operativo pari a zero ideale e garantire una bassa rumorosità e una rotazione precisa. In tal modo, possiamo chiarire la confusione tra precisione e gioco e, nello stesso modo in cui Stanley Parker ha rivoluzionato la misurazione industriale, cambiare radicalmente il modo in cui guardiamo ai cuscinetti.
Orario di pubblicazione: 04-marzo-2021
