Een onderhoudsteam drukt een 6205-lager op een as die door middel van lassen en handdraaien opnieuw is opgebouwd. Met twee lichte tikken schuift het lager erop, zodat ze de klus kunnen aftekenen. Acht weken later vertoont de aszitting roestbruine wrijvingslittekens, is de binnenring een paar graden rond de zitting gekropen en zit het vet vol met fijn ijzerpoeder. Niets in hun tolerantietabel voor de lagerperspassing was verkeerd. Ze hebben de verkeerde regel gelezen.
Een perspassingstolerantiegrafiek doet precies één taak. Het zet een as- of behuizingstolerantieklasse om in een interferentiebereik, meestal uitgedrukt in microns, voor een bepaalde lagerboring. Het vertelt je niet of die stoel een temperatuurstijging van 90 graden overleeft, of de ring kruipt onder een roterende belasting, of hoeveel kracht de pers nodig heeft. De werkvolgorde is eenvoudig: kies de pasvorm op basis van de belastingsrichting en rotatie, zoek de resulterende interferentie op en controleer vervolgens het spelingsverlies en de perskracht. Alles hieronder volgt die volgorde.
Wat een Press Fit Tolerance Chart converteert
Interferentie is een lengte, geen percentage. Voor een binnenring van een lager op een as is dit de buitendiameter van de as minus de diameter van de lagerboring, en een positief getal betekent dat de ring moet worden uitgerekt om te passen. Negatieve getallen beschrijven de speling, niet de pasvorm, en daar komen kruipende ringen vandaan.
Bijna elke gepubliceerde kaart is gebaseerd op ISO 286-tolerantieklassen. Assen dragen kleine letters zoals j, js, k, m, n, p en r; behuizingen zijn voorzien van hoofdletters zoals H, J, K, M, N en P. Het cijfer na de letter is het cijfer, en klasse 6 is de normale keuze voor lagerstoelen, omdat klasse 7 de band bijna verdubbelt zonder enig echt voordeel te bieden.
De complicatie die de meeste grafieken in een voetnoot begraven, is dat een wentellagerboring geen nominaal gat is. Lagers van normale klasse worden vervaardigd met een boring van nominale grootte of kleiner en nooit groter, zodat de afwijkingsband loopt van nul tot aan een negatieve limiet. Voor een boring van 25 mm is die band 0 tot min 10 micron; voor een boring van 100 mm is dit 0 tot min 20 micron. Het praktische gevolg is dat de interferentie die je feitelijk krijgt groter is dan alleen de asafwijking doet vermoeden, en dat de spreiding tussen de meest losse en de strakste montage groter is dan de meeste ontwerpers aannemen.
De lagerboringbanden komen uit de normale tolerantieklasse en de interferentiecijfers stapelen de volledige negatieve boringband op tegen de asafwijking, dus de rechterkolom beschrijft een worstcasebereik in plaats van één vaste waarde.
Lagerboring (mm)
Boringtolerantie (micron)
Schacht past
Resulterende interferentie (micron)
10 tot 18
0 tot min 8
k6
1 tot 20
18 tot 30
0 tot min 10
k6
2 tot 25
18 tot 30
0 tot min 10
m6
8 tot 31
30 tot 50
0 tot min 12
m6
9 tot 37
50 tot 80
0 tot min 15
n6
20 tot 54
80 tot 120
0 tot min 20
n6
23 tot 65
Kijk eens hoe breed die rechterkolom is. Een zitting van 30 tot 50 mm op een m6-as kan eindigen op 9 micron of 37 micron, afhankelijk van waar de as en de ring binnen hun eigen tolerantiebanden terechtkomen. Als een ontwerp slechts aan één kant van dat bereik werkt, heeft de kaart het probleem niet opgelost; het heeft het alleen naar de werkvloer verplaatst.
Producten met dunne ringen hebben het meeste last van deze verspreiding. Een standaard diepgroefkogellager heeft een binnenringwand die zo dun is dat een paar extra microns interferentie meetbare interne speling verbruiken. Daarom kan een kaartlijn die geschikt is voor een rollager met een zwaar profiel te agressief zijn voor een klein kogellager met dezelfde boring.
Rotatie en belastingsrichting bepalen welke ring strak zit
De grafiek geeft u cijfers, geen beslissingen. De beslissing begint met een enkele vraag: welke ring draait ten opzichte van de belastingsrichting? Welke ring dan ook een roterende belasting draagt ten opzichte van de belastingsvector, moet de perspassing zijn, omdat de ring anders in kleine stappen rond zijn zitting kruipt, de zitting verslijt en uiteindelijk zowel de boring als de as vernietigt.
Bij een typische elektromotor of versnellingsbak draait de binnenring met de as mee, terwijl de belastingsrichting ongeveer vast blijft in de ruimte. Die binnenring krijgt de strakke pasvorm, meestal k6 of m6 op de as, en de buitenring loopt in een H7- of J7-behuizing die een lichte duwpassing of zelfs een kleine speling mogelijk maakt. Draai de opstelling om, zoals gebeurt bij een wielnaaf of een poelie-spanrol, waarbij de last meedraait met de buitenste ring, en de logica keert om: de behuizing wordt de strakke zitting en de as wordt de losse.
Waar beide ringen een roterende last zien, of waar schokbelastingen van richting veranderen, kan geen van beide stoelen los zitten. Hoekcontactlagers met dubbele rij zijn in die situatie gebruikelijk omdat ze gecombineerde radiale en axiale belastingen uit beide richtingen opnemen, en hun twee rijen de belasting delen, zodat de stoeldruk gematigd blijft. Ontwerpers die ze specificeren houden de as meestal op m6 en de behuizing op N7 of P7 in plaats van één kant los te maken.
Eén detail wordt gemakkelijk over het hoofd gezien. Een vaste en zwevende opstelling heeft één axiaal geplaatst lager nodig en één dat kan glijden, en het zwevende lager moet op een speling of overgangspassing lopen, zodat de as kan groeien zonder de rolelementen te belasten. Door beide uiteinden strak te vergrendelen, wordt thermische groei een voorbelastingsprobleem.
De interferentienummers lezen
Interferentie schaalt niet met de boringgrootte
Een algemene aanname is dat een verdubbeling van de boring de interferentie verdubbelt. Dat is niet het geval, althans niet voor een vaste tolerantieklasse. Graad 6 asafwijkingen groeien langzaam met de diameter, omdat ze zijn opgebouwd uit een tolerantie-eenheid die stijgt met de derdemachtswortel van de diameter, terwijl de lagerboringband groeit in stappen die door de norm zijn vastgelegd. Onderstaand schema laat zien wat dat in de praktijk betekent.
Figuur 1. Gemiddelde interferentie geproduceerd door een m6-aspassing over vijf boringgroottebereiken.
Lees de balken als gemiddelden in plaats van als streefwaarden. Door van een boring van 10 tot 18 mm naar een boring van 80 tot 120 mm te gaan, wordt de gemiddelde interferentie grofweg verdubbeld, van ongeveer 13 micron naar ongeveer 24 micron, terwijl de diameter zelf met een factor zes of meer groeit. Die kloof bestaat omdat de tolerantie-eenheid achter een as van klasse 6 veel langzamer groeit dan de nominale diameter. Het praktische effect is dat kleine lagers proportioneel strakker worden, in termen van ringspanning, dan grote lagers van dezelfde pasvormklasse. Dit verklaart waarom een K6-zitting die zacht aanvoelt achter een lager van 100 mm duidelijk stevig kan aanvoelen achter een lager van 15 mm, en het is ook de reden waarom kleine hogesnelheidsspindels vaak een graadje losser bewegen. Gebruik de staafhoogten om de richting en de grootte van de verandering te beoordelen en bevestig vervolgens de werkelijke limietafwijkingen in de huidige editie van de norm voordat u metaal gaat zagen.
Thermische groei kan de pasvorm uitwissen
Interferentie is niet permanent. Wanneer de buitenring heter wordt dan de behuizing, of wanneer de behuizing sneller uitzet dan het lagerstaal, wordt de passing losser. De volgende grafiek laat zien hoeveel van de koude interferentie overleeft als de temperatuur stijgt, voor drie veel voorkomende behuizingsmaterialen.
Figuur 2. Percentage van de oorspronkelijke interferentie dat behouden blijft naarmate de bedrijfstemperatuur stijgt, door behuizingsmateriaal.
Aluminium behuizingen zijn in deze vergelijking het extreme geval. Hun thermische uitzetting is ongeveer twee keer zo groot als die van lagerstaal, dus een behuizing die 20 micron aan interferentie vasthoudt bij 20 graden kan het grootste deel van die grip verliezen tegen de tijd dat de temperatuurstijging 80 graden bereikt. Een stalen behuizing gecombineerd met een stalen lager is veel stabieler, omdat beide onderdelen vrijwel even snel groeien en de pasvorm nauwelijks beweegt. Tussen de twee zit gietijzer, wat een van de redenen is dat het populair blijft voor versnellingsbakken en pomphuizen. De les is dat de pasvorm moet worden beoordeeld op de bedrijfstemperatuur, en niet op de montagebank, en dat elke aluminium behuizing die een roterende belasting draagt een zwaardere klasse nodig heeft, zoals m6 of n6, simpelweg om contact te houden als het warm is. Waar een behuizing heet wordt en niet in een zwaardere klasse kan worden ingedeeld, is een axiale positioneerschouder of een eindklem een betrouwbaarder antwoord dan het toevoegen van meer interferentie. Temperatuur verklaart ook waarom een lager dat op de testbank correct was, nog steeds kan kruipen na een upgrade van het motorvermogen.
Montagekracht, spelingverlies en pasvormselectie
Perskracht volgt interferentie lineair
De perskracht bepaalt of de klus wordt geklaard met een prieelpers, een hydraulische pers of een hamer die niemand mag gebruiken. Het stijgt in een rechte lijn met interferentie, waardoor het gemakkelijk is om een schatting te maken op basis van de grafiek voordat een enkel onderdeel wordt besteld. De onderstaande waarden gaan uit van een lager met een boring van 40 mm en een binnenring van 15 mm breed die op een massieve stalen as is gedrukt.
Figuur 3. Geschatte montagekracht voor een lager met een boring van 40 mm en een binnenring van 15 mm breed op een massieve stalen as.
Elke extra 5 micron interferentie voegt ruwweg 3,6 kN aan montagekracht toe, wat het soort rechte lijnrelatie is dat je op de bank in je hoofd kunt houden. De lineariteit is handig omdat je hiermee een pers op maat kunt maken vanuit de kaart zonder een volledige contactspanningsberekening uit te voeren, en het verklaart ook waarom tolerantiestapelingen het moeilijkst zijn tijdens de montage. Een zitting van ongeveer 15 micron kan twee keer zoveel kracht vergen als de as en de ring beide op het strakke uiteinde van hun banden terechtkomen. Kracht is ook een kwaliteitssignaal dat het vermelden waard is: als een lager dat 12 kN nodig heeft met de hand erop schuift, is de zitting te klein, en als er veel meer nodig is dan de schatting, is de zitting te groot, taps toelopend of beschadigd. De volledige installatievolgorde voor hoekcontactlagers met dubbele rij is de moeite waard om te lezen voordat een van deze cijfers wordt toegepast, omdat kracht altijd door de ring moet gaan die wordt gemonteerd, nooit door de kogels.
Alleen interferentie is niet voldoende. Een klasse die er in microns strak uitziet, kan nog steeds eenvoudig te monteren zijn als de zitting kort is en de ring klein, en een klasse die er middelmatig uitziet, kan onhandig zijn als de behuizing dunwandig is. Het onderstaande radardiagram scoort drie gemeenschappelijke schachtklassen op basis van vijf praktische criteria.
Figuur 4. Relatieve score van drie schachtpassingsklassen tegen vijf praktische selectiecriteria.
js6 is eenvoudig te monteren en eenvoudig te verwijderen, maar biedt de minste weerstand tegen kruip, zodat hij thuishoort op lichte, stabiele, in wezen niet-roterende belastingen waarbij een positioneringsschouder al axiale beweging verhindert. k6 is het universele antwoord voor normale radiale belastingen op een roterende binnenring, en maakt nog steeds demontage met een standaardtrekker mogelijk. m6 ruilt montagegemak in voor een stevigere grip, wat een zware of schokbelasting, een dunwandige behuizing of een aluminium zitting eigenlijk nodig hebben. Geen van de drie wint op elke as, en dat is het punt om ze op deze manier te vergelijken in plaats van één enkel interferentiecijfer te lezen. Als trillingen en kruip de storingsgeschiedenis van uw machine domineren, accepteer dan de strakkere montage en plan een goede pers met een gecontroleerde krachtmeter. Als servicetoegang de echte beperking is, accepteer dan de lossere klasse en voeg een axiale lokalisatiefunctie toe zodat de ring niet kan lopen.
Een praktische checklist voordat u een aanval uitvoert
Bepaal welke ring roteert ten opzichte van de belastingsrichting. Die ring krijgt de interferentiepassing en de andere krijgt een overgangs- of spelingspassing.
Converteer de lagerboringklasse naar een afwijkingsband. Boringen van normale klasse zijn nooit overmaats, dus de band loopt altijd van nul naar beneden.
Controleer de interferentie bij bedrijfstemperatuur, niet bij kamertemperatuur, vooral bij aluminium- of magnesiumbehuizingen.
Schat de perskracht op basis van de grafiek en vergelijk deze met de perscapaciteit en de montagekracht die de ring veilig kan verdragen.
Bevestig dat de door de interferentie verbruikte speling niet meer dan ongeveer de helft van de interne speling van het lager in beslag neemt.
Controleer of uw bewerkingsproces daadwerkelijk de door u opgegeven tolerantie kan behouden. Geen enkele kaart overleeft een draaibank die geen 10 micron kan bevatten.
Niets van dit alles vervangt de standaard. Een diagram is een snelkoppeling door de ISO-tabellen, en die tabellen veranderen tussen edities. Wat de grafiek u biedt, is een snelle manier om een ontwerp op de gezondheid te controleren voordat het de werkvloer bereikt: eerst het interferentiebereik, daarna het thermische verlies, de derde drukkracht en de kruipweerstand als laatste. Bij Ningbo Wanshun-lager , bouwen we diepgroef- en dubbelrijige hoekcontactlagers in het boringbereik van 10 tot 120 mm, en beantwoorden we veel liever een fitvraag voordat de pers wordt ingeschakeld dan nadat een aszitting is gesloopt.
