C'è una certa confusione sulla 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 dell'esperto di cuscinetti piccoli e miniaturizzati JITO Bearings, fa luce sul motivo per cui questo mito persiste e su ciò che gli ingegneri dovrebbero cercare.
Durante la seconda guerra mondiale, in una fabbrica di munizioni in Scozia, un uomo poco conosciuto di nome Stanley Parker sviluppò il concetto di vera posizione, o ciò che oggi conosciamo come Geometric Dimensioning & Tolerancing (GD&T).Parker ha notato che anche se alcune delle parti funzionali prodotte per i siluri venivano rifiutate dopo l'ispezione, venivano comunque inviate alla produzione.
A un esame più attento, ha scoperto 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.
*Gioco interno
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 e 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 l'anello interno e quello esterno influirà sulla durata del cuscinetto.
In particolare, il gioco può influenzare il rumore, le vibrazioni, lo stress termico, la flessione, la distribuzione del carico e la durata a fatica.Un gioco radiale più elevato è desiderabile 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 maggiore è auspicabile nei sistemi in cui è presente un disallineamento tra l'albero e l'alloggiamento poiché il disallineamento può causare il rapido cedimento di un cuscinetto con un gioco interno ridotto.Un gioco maggiore può anche consentire al cuscinetto di far fronte a carichi assiali leggermente più elevati in quanto introduce un angolo di contatto più elevato.
*Accessori
È importante che gli ingegneri raggiungano il giusto equilibrio del gioco interno in un cuscinetto.Un cuscinetto troppo stretto con un gioco insufficiente genererà calore e attrito in eccesso, che faranno slittare le sfere nella 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 diversi accoppiamenti.Gli accoppiamenti tecnici si riferiscono allo spazio tra due parti accoppiate.Questo è 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 in un adattamento allentato, con gioco o in un adattamento stretto e con interferenza.
Un accoppiamento stretto tra l'anello interno e l'albero è importante per mantenerlo in posizione e per evitare dispersioni 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 espande l'anello interno.Un simile accoppiamento stretto tra l'alloggiamento e l'anello esterno in un cuscinetto con gioco radiale basso comprimerà l'anello esterno e ridurrà ulteriormente il gioco.Ciò si tradurrà in un gioco interno negativo, che renderà effettivamente l'albero più grande del foro, e porterà a un attrito eccessivo e a 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 con lo slittamento o lo scorrimento delle sfere, riducendo la rigidità e la precisione di rotazione.Questo gioco radiale iniziale può essere rimosso 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 arrotondato 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 fabbricazione.
Alcune persone pensano che un cuscinetto di alta precisione dovrebbe avere quasi nessun gioco e che dovrebbe ruotare in modo molto preciso.A loro, un gioco radiale allentato sembra meno preciso e dà l'impressione di bassa qualità, anche se potrebbe trattarsi di un cuscinetto di alta precisione progettato deliberatamente con gioco allentato.Ad esempio, in passato abbiamo chiesto ad alcuni dei nostri clienti perché desiderano un cuscinetto di maggiore precisione e 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 sono mantenute le stesse, ci saranno sempre minime differenze tra un'unità e l'altra.
Oggi, questo è arrivato a rappresentare una tolleranza ammissibile o accettabile.Le classi di tolleranza per i cuscinetti a sfera, note come valori ISO (metrico) o ABEC (pollici), regolano la deviazione consentita e le misure del coperchio, comprese le dimensioni dell'anello interno ed esterno e la rotondità di anelli e piste.Maggiore è la classe e minore è la tolleranza, 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 zero ideale e garantire una rotazione silenziosa e 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.
Tempo di pubblicazione: mar-04-2021