ทำไมการเล่นแนวรัศมีและความอดทนจึงไม่เหมือนกัน

มีความสับสนเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างความแม่นยำของตลับลูกปืน ความคลาดเคลื่อนในการผลิต และระดับของระยะห่างภายในหรือ 'การเล่น' ระหว่างร่องน้ำกับลูกบอลWu Shizheng กรรมการผู้จัดการของ JITO Bearings ผู้เชี่ยวชาญด้านตลับลูกปืนขนาดเล็กและจิ๋วจะมาอธิบายว่าทำไมความเชื่อผิดๆ นี้จึงยังคงอยู่ และสิ่งที่วิศวกรควรระวัง

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ในโรงงานผลิตอาวุธยุทโธปกรณ์ในสกอตแลนด์ ชายที่ไม่ค่อยมีใครรู้จักชื่อ Stanley Parker ได้พัฒนาแนวคิดของตำแหน่งที่แท้จริง หรือที่เรารู้จักกันในปัจจุบันว่า Geo Dimensioning & Tolerancing (GD&T)Parker สังเกตเห็นว่าแม้ว่าชิ้นส่วนที่ใช้งานได้จริงบางส่วนที่ผลิตสำหรับตอร์ปิโดจะถูกปฏิเสธหลังจากการตรวจสอบ แต่ก็ยังถูกส่งไปยังการผลิต

เมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิด เขาพบว่าเป็นความผิดของการวัดความอดทนค่าพิกัดความเผื่อของพิกัด XY แบบดั้งเดิมสร้างเขตพิกัดความเผื่อของสี่เหลี่ยมจัตุรัส ซึ่งแยกส่วนออกแม้ว่าจะครอบครองจุดในพื้นที่วงกลมโค้งระหว่างมุมของสี่เหลี่ยมจัตุรัสก็ตามเขาได้เผยแพร่การค้นพบของเขาเกี่ยวกับวิธีกำหนดตำแหน่งที่แท้จริงในหนังสือชื่อ Drawings and Dimensions

* การกวาดล้างภายใน
ปัจจุบัน ความเข้าใจนี้ช่วยให้เราพัฒนาตลับลูกปืนที่แสดงระยะการเล่นหรือระยะหลวมในระดับหนึ่ง หรือที่เรียกว่าระยะหลบภายใน หรือโดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเล่นในแนวรัศมีและแนวแกนการเล่นแนวรัศมีคือการกวาดล้างที่วัดในแนวตั้งฉากกับแกนตลับลูกปืน และการเล่นตามแนวแกนคือระยะห่างที่วัดในแนวขนานกับแกนตลับลูกปืน

การเล่นนี้ได้รับการออกแบบในตลับลูกปืนตั้งแต่เริ่มแรกเพื่อให้ตลับลูกปืนรองรับน้ำหนักในสภาวะต่างๆ โดยคำนึงถึงปัจจัยต่างๆ เช่น การขยายตัวของอุณหภูมิ และการประกอบระหว่างวงแหวนด้านในและด้านนอกจะส่งผลต่ออายุการใช้งานของตลับลูกปืนอย่างไร

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ระยะห่างอาจส่งผลต่อเสียง การสั่นสะเทือน ความเครียดจากความร้อน การโก่งตัว การกระจายโหลด และความเมื่อยล้าการเล่นในแนวรัศมีที่สูงขึ้นเป็นสิ่งที่พึงปรารถนาในสถานการณ์ที่คาดว่าวงแหวนในหรือเพลาจะร้อนขึ้นและขยายตัวระหว่างการใช้งานเมื่อเทียบกับวงแหวนรอบนอกหรือตัวเรือนในสถานการณ์นี้ การเล่นในตลับลูกปืนจะลดลงในทางกลับกัน การเล่นจะเพิ่มขึ้นหากวงแหวนรอบนอกขยายมากกว่าวงแหวนใน

การเล่นในแนวแกนที่สูงขึ้นเป็นสิ่งที่พึงปรารถนาในระบบที่มีการเยื้องศูนย์ระหว่างเพลาและตัวเรือน เนื่องจากการเยื้องศูนย์อาจทำให้ตลับลูกปืนที่มีระยะห่างภายในเล็กน้อยล้มเหลวอย่างรวดเร็วระยะห่างที่มากขึ้นยังช่วยให้ตลับลูกปืนสามารถรับมือกับแรงขับดันที่สูงขึ้นเล็กน้อยได้เนื่องจากมีมุมสัมผัสที่สูงขึ้น

*ฟิตติ้ง
เป็นสิ่งสำคัญที่วิศวกรจะต้องสร้างสมดุลที่เหมาะสมของระยะห่างภายในตลับลูกปืนตลับลูกปืนแน่นเกินไปและระยะการเล่นไม่เพียงพอจะทำให้เกิดความร้อนและแรงเสียดทานมากเกินไป ซึ่งจะทำให้ลูกลื่นไถลในสนามแข่งและเร่งการสึกหรอในทำนองเดียวกัน ระยะห่างมากเกินไปจะเพิ่มเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือน และลดความแม่นยำในการหมุน

ระยะห่างสามารถควบคุมได้โดยใช้ความพอดีที่แตกต่างกันความพอดีทางวิศวกรรมหมายถึงระยะห่างระหว่างส่วนการผสมพันธุ์สองส่วนโดยปกติจะอธิบายว่าเป็นเพลาในรู และแสดงถึงระดับความแน่นหรือหลวมระหว่างเพลากับวงแหวนใน และระหว่างวงแหวนรอบนอกกับตัวเรือนมันมักจะแสดงออกมาในแบบหลวมๆ แบบกวาดล้าง หรือแบบแน่นๆ แบบสอดแทรกเข้ามา

การยึดให้แน่นระหว่างวงแหวนในและเพลาเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้เข้าที่และป้องกันการคืบคลานหรือการลื่นไถลที่ไม่พึงประสงค์ ซึ่งสามารถสร้างความร้อนและการสั่นสะเทือนและทำให้เกิดการเสื่อมสภาพได้

อย่างไรก็ตาม ความพอดีของการรบกวนจะลดระยะห่างในตลับลูกปืนเนื่องจากมันขยายวงแหวนในความแน่นที่ใกล้เคียงกันระหว่างตัวเรือนและวงแหวนรอบนอกในตลับลูกปืนที่มีระยะรัศมีต่ำจะบีบอัดวงแหวนรอบนอกและลดระยะห่างลงไปอีกซึ่งจะส่งผลให้เกิดการกวาดล้างภายในที่เป็นลบ — ทำให้เพลามีขนาดใหญ่กว่ารูได้อย่างมีประสิทธิภาพ — และนำไปสู่แรงเสียดทานที่มากเกินไปและความล้มเหลวในช่วงต้น

จุดมุ่งหมายคือการไม่มีระยะการทำงานเป็นศูนย์เมื่อตลับลูกปืนทำงานภายใต้สภาวะปกติอย่างไรก็ตาม การเล่นในแนวรัศมีเริ่มต้นที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้อาจทำให้เกิดปัญหากับการลื่นไถลหรือเลื่อนของลูกกอล์ฟ ทำให้ความแข็งแกร่งและความแม่นยำในการหมุนลดลงการเล่นแนวรัศมีเริ่มต้นนี้สามารถลบออกได้โดยใช้การโหลดล่วงหน้าการโหลดล่วงหน้าเป็นวิธีการวางโหลดตามแนวแกนอย่างถาวรบนตลับลูกปืน เมื่อติดตั้งแล้ว โดยใช้แหวนรองหรือสปริงที่ติดตั้งเข้ากับวงแหวนด้านในหรือด้านนอก

วิศวกรยังต้องคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่าการลดระยะห่างในตลับลูกปืนแบบบางทำได้ง่ายกว่า เนื่องจากวงแหวนบางกว่าและทำให้เสียรูปได้ง่ายกว่าในฐานะผู้ผลิตตลับลูกปืนขนาดเล็กและขนาดจิ๋ว ตลับลูกปืน JITO ให้คำแนะนำแก่ลูกค้าว่าต้องระมัดระวังมากขึ้นในการใส่ตลับลูกปืนแบบเพลาถึงตัวเรือนความกลมของเพลาและตัวเรือนมีความสำคัญมากกว่าสำหรับตลับลูกปืนแบบบาง เนื่องจากเพลาที่ไม่กลมจะทำให้วงแหวนบางเสียรูป และเพิ่มเสียง การสั่นสะเทือน และแรงบิด

* ความคลาดเคลื่อน
ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับบทบาทของการเล่นในแนวรัศมีและแนวแกนทำให้หลายคนสับสนระหว่างความสัมพันธ์ระหว่างการเล่นกับความแม่นยำ โดยเฉพาะความแม่นยำที่เป็นผลมาจากค่าความคลาดเคลื่อนในการผลิตที่ดีขึ้น

บางคนคิดว่าตลับลูกปืนที่มีความเที่ยงตรงสูงควรแทบไม่มีการเล่นและควรหมุนอย่างแม่นยำมากสำหรับพวกเขาแล้ว การเล่นแนวรัศมีหลวมให้ความรู้สึกแม่นยำน้อยกว่าและให้ความรู้สึกถึงคุณภาพต่ำ แม้ว่ามันจะเป็นตลับลูกปืนความแม่นยำสูงที่ออกแบบโดยเจตนาให้เล่นหลวมก็ตามตัวอย่างเช่น เราเคยถามลูกค้าของเราบางรายในอดีตว่าเหตุใดพวกเขาจึงต้องการตลับลูกปืนที่มีความแม่นยำสูงกว่า และพวกเขาได้บอกเราว่าต้องการ “ลดการเล่น”

อย่างไรก็ตาม เป็นความจริงที่ความอดทนช่วยเพิ่มความแม่นยำไม่นานหลังจากการกำเนิดของการผลิตจำนวนมาก วิศวกรตระหนักว่าการผลิตสองผลิตภัณฑ์ที่เหมือนกันทุกประการนั้นไม่เป็นประโยชน์หรือประหยัดเลยแม้แต่น้อย หากเป็นไปได้เลยแม้แต่น้อยแม้ว่าตัวแปรการผลิตทั้งหมดจะยังคงเหมือนเดิม แต่ก็ยังมีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างหน่วยหนึ่งกับหน่วยถัดไปเสมอ

วันนี้สิ่งนี้ได้แสดงถึงความอดทนที่อนุญาตหรือยอมรับได้ระดับความคลาดเคลื่อนสำหรับตลับลูกปืนเม็ดกลมที่เรียกว่าเรต ISO (เมตริก) หรือ ABEC (นิ้ว) จะควบคุมค่าเบี่ยงเบนที่อนุญาตและการวัดค่าครอบคลุม รวมถึงขนาดวงแหวนด้านในและด้านนอก และความกลมของวงแหวนและร่องน้ำระดับที่สูงขึ้นและความอดทนที่เข้มงวดมากขึ้น ตลับลูกปืนจะแม่นยำยิ่งขึ้นเมื่อประกอบเข้าด้วยกัน

ด้วยความสมดุลที่เหมาะสมระหว่างการประกอบและการเล่นในแนวรัศมีและแนวแกนระหว่างการใช้งาน วิศวกรสามารถบรรลุการกวาดล้างการดำเนินงานเป็นศูนย์ในอุดมคติ และรับประกันเสียงรบกวนต่ำและการหมุนที่แม่นยำในการทำเช่นนั้น เราสามารถขจัดความสับสนระหว่างความเที่ยงตรงและการเล่น และในลักษณะเดียวกับที่ Stanley Parker ปฏิวัติการวัดทางอุตสาหกรรม โดยพื้นฐานแล้วจะเปลี่ยนวิธีที่เรามองตลับลูกปืน