Perché il gioco radiale e la tolleranza non sono la stessa cosa

C'è una certa confusione intorno alla relazione tra la precisione di un 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 cosa 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 quella che oggi conosciamo come Geometric Dimensioning & Tolerancing (GD&T). Parker notò 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 era la misurazione della tolleranza che era da biasimare. 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 Drawings and Dimensions.

* Gioco interno
Oggi, questa comprensione ci aiuta a sviluppare cuscinetti che mostrano 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 perpendicolare 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 il montaggio tra gli anelli interno ed esterno influirà sulla durata del cuscinetto.

In particolare, il gioco può influenzare il rumore, le vibrazioni, lo stress da calore, la flessione, la distribuzione del carico e la vita a fatica. Un gioco radiale più elevato è desiderabile in situazioni in cui ci si aspetta 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 vi è un disallineamento tra albero e alloggiamento poiché il disallineamento può causare il rapido guasto di un cuscinetto con un piccolo gioco interno. 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.

* Montaggi
È importante che gli ingegneri trovino il giusto equilibrio di gioco interno in un cuscinetto. Un cuscinetto troppo stretto con 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.

Lo spazio può essere controllato utilizzando adattamenti diversi. Gli accoppiamenti tecnici si riferiscono alla distanza tra due parti di accoppiamento. 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 accoppiamento libero, con gioco o in un accoppiamento stretto con interferenza.

Un accoppiamento stretto tra l'anello interno e l'albero è importante per mantenerlo in posizione e per prevenire la dispersione o lo slittamento indesiderato, che può generare calore e vibrazioni e indurre il degrado.

Tuttavia, un accoppiamento con interferenza ridurrà il gioco in un cuscinetto a sfere mentre espande l'anello interno. Un accoppiamento altrettanto stretto tra l'alloggiamento e l'anello esterno in un cuscinetto con un gioco radiale ridotto comprimerà l'anello esterno e ridurrà ulteriormente il gioco. Ciò si tradurrà in un gioco interno negativo - rendendo effettivamente l'albero più grande del foro - e porterà a un attrito eccessivo e un guasto precoce.

L'obiettivo è quello di avere zero giochi operativi quando il cuscinetto funziona in condizioni normali. Tuttavia, il gioco radiale iniziale necessario per ottenere ciò può causare problemi con lo slittamento o lo slittamento 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. La rotondità dell'albero e dell'alloggiamento è anche più importante con i cuscinetti di tipo sottile perché un albero fuori circonferenza 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 che dovrebbe ruotare in modo molto preciso. Per loro, un gioco radiale sciolto sembra meno preciso e dà l'impressione di bassa qualità, anche se può essere un cuscinetto di alta precisione progettato deliberatamente con gioco lento. Ad esempio, in passato abbiamo chiesto ad alcuni dei nostri clienti perché desiderano un cuscinetto di maggiore precisione e ci hanno detto che vogliono "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 è addirittura possibile, produrre due prodotti esattamente uguali. Anche quando tutte le variabili di produzione vengono mantenute uguali, ci saranno sempre differenze minime tra un'unità e l'altra.

Oggi, questo rappresenta una tolleranza ammissibile o accettabile. Le classi di tolleranza per i cuscinetti a sfere, note come valutazioni ISO (metriche) o ABEC (pollici), regolano la deviazione ammissibile e le misurazioni del coperchio, comprese le dimensioni dell'anello interno ed esterno e la rotondità di anelli e piste. Più alta è la classe e più stretta è la tolleranza, più preciso sarà il cuscinetto una volta assemblato.

Raggiungendo 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 accurata e silenziosa. 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 post: Mar-04-2021