Por que o xogo radial e a tolerancia non son o mesmo

Hai certa confusión en torno á relación entre a precisión dun rodamento, as súas tolerancias de fabricación e o nivel de espazo interno ou "xogo" entre as pistas de rodaxe e as bolas. Aquí, Wu Shizheng, director xeral de JITO Bearings, experto en rodamentos pequenos e miniaturas, arroxa luz sobre por que persiste este mito e que deben buscar os enxeñeiros.

Durante a Segunda Guerra Mundial, nunha fábrica de municións en Escocia, un home pouco coñecido co nome de Stanley Parker desenvolveu o concepto de verdadeira posición, ou o que hoxe coñecemos como Geometric Dimensioning & Tolerancing (GD&T). Parker notou que, aínda que algunhas das pezas funcionais fabricadas para torpedos foron rexeitadas despois da inspección, seguían sendo enviadas á produción.

Tras unha inspección máis atenta, descubriu que era a medición de tolerancia a que tiña a culpa. As tolerancias tradicionais de coordenadas XY crearon unha zona de tolerancia cadrada, que excluía a parte aínda que ocupaba un punto no espazo circular curvado entre as esquinas do cadrado. Continuou publicando as súas conclusións sobre como determinar a posición real nun libro titulado Debuxos e dimensións.

* Despacho interno
Hoxe en día, esta comprensión axúdanos a desenvolver rodamentos que presentan algún nivel de xogo ou soltura, tamén coñecido como espazo interno ou, máis concretamente, xogo radial e axial. O xogo radial é o espazo libre medido perpendicularmente ao eixe do rodamento e o xogo axial é o espazo libre medido en paralelo ao eixe do rodamento.

Este xogo está deseñado no cojinete desde o principio para permitir que o cojinete soporte cargas nunha variedade de condicións, tendo en conta factores como a expansión da temperatura e como o axuste entre os aneis interior e exterior afectará a vida do rodamento.

En concreto, a liberación pode afectar ao ruído, vibracións, estrés por calor, desvío, distribución da carga e fatiga. É desexable un xogo radial máis alto nas situacións nas que se espera que o anel interior ou o eixe se fagan máis quentes e se expandan durante o uso en comparación co anel exterior ou a carcasa. Nesta situación, o xogo no rodamento reducirase. Pola contra, o xogo aumentará se o anel exterior se expande máis que o anel interior.

É desexable un xogo axial máis alto nos sistemas onde hai unha desalineación entre o eixe e a carcasa, xa que a desalineación pode provocar un fallo rápido dun rodamento cun pequeno espazo interno. Un maior espazo tamén pode permitir que o rodamento poida facer fronte a cargas de empuxe lixeiramente máis altas xa que introduce un ángulo de contacto máis alto.

* Accesorios
É importante que os enxeñeiros logren o equilibrio xusto entre un rodamento. Un rodamento demasiado axustado e con xogo insuficiente xerará exceso de calor e fricción, o que fará que as bolas escorreguen na pista e aceleren o desgaste. Do mesmo xeito, demasiado espazo aumentará o ruído e as vibracións e reducirá a precisión de rotación.

A compensación pódese controlar usando diferentes axustes. Os axustes de enxeñaría refírense ao espazo entre dúas partes de acoplamiento. Normalmente descríbese como un eixo nun burato e representa o grao de estanquidade ou soltura entre o eixe e o anel interior e entre o anel exterior e a carcasa. Xeralmente maniféstase nun axuste frouxo ou libre ou nun axuste axustado de interferencia.

Un axuste axustado entre o anel interior e o eixo é importante para mantelo no seu lugar e para evitar escorrentías ou deslizamentos non desexados, que poden xerar calor e vibracións e inducir a degradación.

Non obstante, un axuste de interferencia reducirá o espazo nun rodamento de bolas ao expandir o anel interior. Un axuste igualmente axustado entre a carcasa e o anel exterior nun rodamento con xogo radial baixo comprimirá o anel exterior e reducirá aínda máis o espazo. Isto producirá un espazo interno negativo (facendo efectivamente o eixe máis grande que o burato) e provocará unha fricción excesiva e un fallo precoz.

O obxectivo é ter cero xogo operativo cando o rodamento funciona en condicións normais. Non obstante, o xogo radial inicial que se require para logralo pode causar problemas co deslizamento ou deslizamento das bolas, reducindo a rixidez e a precisión de rotación. Este xogo radial inicial pódese eliminar mediante a precarga. A precarga é un medio para colocar unha carga axial permanente sobre un rodamento, unha vez instalado, mediante arandelas ou resortes que se axustan ao anel interior ou exterior.

Os enxeñeiros tamén deben considerar o feito de que é máis doado reducir o espazo nun rodamento de sección delgada porque os aneis son máis finos e máis fáciles de deformar. Como fabricante de rodamentos pequenos e en miniatura, JITO Bearings aconsella aos seus clientes que hai que ter máis coidado cos axustes de eixo á carcasa. A rotundidade do eixe e da carcasa tamén é máis importante cos rodamentos de tipo fino porque un eixo fóra de rolda deformará os aneis finos e aumentará o ruído, a vibración e o par.

* Tolerancias
O malentendido sobre o papel do xogo radial e axial levou a moitos a confundir a relación entre xogo e precisión, en concreto a precisión que resulta de mellores tolerancias de fabricación.

Algunhas persoas pensan que un rodamento de alta precisión case non debería xogar e que debería xirar con moita precisión. Para eles, un xogo radial frouxo séntese menos preciso e dá a impresión de baixa calidade, aínda que poida ser un rodamento de alta precisión deseñado deliberadamente con xogo frouxo. Por exemplo, no pasado preguntamos a algúns dos nosos clientes por que queren un rodamento de maior precisión e dixéronnos que queren "reducir o xogo".

Non obstante, é certo que a tolerancia mellora a precisión. Non moito despois da chegada da produción en masa, os enxeñeiros déronse conta de que non é práctico nin económico, se é que é posible, fabricar dous produtos que son exactamente iguais. Mesmo cando todas as variables de fabricación se manteñen iguais, sempre haberá pequenas diferenzas entre unha unidade e a seguinte.

Hoxe, isto vén representando unha tolerancia permitida ou aceptable. As clases de tolerancia para os rodamentos de bolas, coñecidas como clasificacións ISO (métricas) ou ABEC (polgadas), regulan a desviación admisible e as medidas de cuberta, incluíndo o tamaño do anel interior e exterior e a redondez dos aneis e das vías de rodaxe. Canto maior sexa a clase e máis estreita sexa a tolerancia, máis preciso será o rodamento unha vez montado.

Ao alcanzar o equilibrio correcto entre o axuste e o xogo radial e axial durante o uso, os enxeñeiros poden acadar o espazo libre operativo cero ideal e garantir un baixo ruído e unha rotación precisa. Ao facelo, podemos aclarar a confusión entre a precisión e o xogo e, do mesmo xeito que Stanley Parker revolucionou a medición industrial, cambiar fundamentalmente a nosa forma de ver os rodamentos.


Hora de publicación: 04/04/2021