Tabla de tolerancias de ajuste a presión de rodamientos: interferencias, ajustes y reglas de montaje

Un equipo de mantenimiento presiona un rodamiento 6205 sobre un eje reconstruido mediante soldadura y torneado manual. El rodamiento se desliza con dos ligeros golpes, por lo que cierran el trabajo. Ocho semanas más tarde, el asiento del eje presenta marcas de desgaste de color marrón óxido, el anillo interior se ha deslizado unos grados alrededor de su asiento y la grasa está llena de fino polvo de hierro. No había nada incorrecto en su tabla de tolerancias de ajuste a presión de rodamientos. Leyeron la línea equivocada.

Una tabla de tolerancias de ajuste a presión hace exactamente un trabajo. Convierte una clase de tolerancia de eje o alojamiento en un rango de interferencia, generalmente expresado en micras, para un diámetro interior de rodamiento determinado. No le dirá si ese asiento sobrevive a un aumento de temperatura de 90 grados, si el anillo se desliza bajo una carga giratoria o cuánta fuerza necesitará la prensa. El orden de funcionamiento es sencillo: elija el ajuste según la dirección de carga y la rotación, busque la interferencia resultante y luego verifique la pérdida de holgura y la fuerza de presión. Todo lo que sigue sigue ese orden.

Qué convierte una tabla de tolerancia de ajuste a presión

La interferencia es una duración, no un porcentaje. Para un aro interior de rodamiento en un eje, es el diámetro exterior del eje menos el diámetro del orificio del rodamiento, y un número positivo significa que el aro debe estirarse para encajar. Los números negativos describen la holgura, no el ajuste, y de ahí provienen los anillos rastreros.

Casi todos los gráficos publicados se basan en las clases de tolerancia ISO 286. Los ejes llevan letras minúsculas como j, js, k, m, n, p y r; Las carcasas llevan letras mayúsculas como H, J, K, M, N y P. El dígito después de la letra es el grado, y el grado 6 es la opción normal para los asientos de rodamiento porque el grado 7 casi duplica la banda sin obtener ningún beneficio real.

La complicación que la mayoría de los gráficos esconden en una nota al pie es que el orificio del rodamiento no es un orificio nominal. Los rodamientos de clase normal se fabrican con un diámetro interior de tamaño nominal o menor y nunca mayor, por lo que la banda de desviación va desde cero hasta un límite negativo. Para un diámetro interior de 25 mm, esa banda es de 0 a menos 10 micrones; para un diámetro interior de 100 mm es de 0 a menos 20 micras. La consecuencia práctica es que la interferencia que realmente se obtiene es mayor de lo que sugiere la desviación del eje por sí sola, y la diferencia entre el conjunto más flojo y el más apretado es más amplia de lo que la mayoría de los diseñadores suponen.

Mira lo ancha que es esa columna de la derecha. Un asiento de 30 a 50 mm en un eje m6 puede terminar con 9 micras o 37 micras, dependiendo de dónde aterricen el eje y el anillo dentro de sus propias bandas de tolerancia. Si un diseño sólo funciona en un extremo de ese rango, el gráfico no ha resuelto el problema; sólo lo ha trasladado al taller.

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Los productos de anillos finos son los que más sufren esa propagación. Un rodamiento rígido de bolas estándar tiene una pared de aro interior lo suficientemente delgada como para que unas pocas micras adicionales de interferencia consuman un juego interno mensurable, razón por la cual una línea del gráfico que se adapta a un rodamiento de rodillos de sección pesada puede ser demasiado agresiva para un rodamiento de bolas pequeño del mismo diámetro.

La dirección de rotación y carga decide qué anillo está apretado

El gráfico le proporciona números, no decisiones. La decisión comienza con una única pregunta: ¿qué anillo gira con respecto a la dirección de la carga? Cualquiera que sea el anillo que lleve una carga giratoria en relación con el vector de carga debe ser el ajuste de interferencia, porque de lo contrario el anillo se desliza alrededor de su asiento en pequeños incrementos, desgasta el asiento y eventualmente destruye tanto el orificio como el eje.

En la entrada de un motor eléctrico o de una caja de cambios típica, el anillo interior gira con el eje mientras que la dirección de la carga permanece aproximadamente fija en el espacio. Ese anillo interior obtiene un ajuste perfecto, generalmente k6 o m6 en el eje, y el anillo exterior corre en una carcasa H7 o J7 que permite un ajuste ligero a presión o incluso una pequeña holgura. Invierta la disposición, como sucede con un cubo de rueda o una polea loca donde la carga gira con el anillo exterior, y la lógica se invierte: la carcasa se convierte en el asiento apretado y el eje en el suelto.

Cuando ambos anillos ven una carga giratoria, o donde las cargas de choque invierten la dirección, ninguno de los asientos puede estar suelto. Los rodamientos de contacto angular de dos hileras son comunes en esa situación porque aceptan cargas radiales y axiales combinadas de ambas direcciones, y sus dos hileras comparten la carga para que la presión del asiento se mantenga moderada. Los diseñadores que los especifican suelen mantener el eje en m6 y la carcasa en N7 o P7 en lugar de aflojar un lado.

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Un detalle es fácil de pasar por alto. Una disposición fija y flotante necesita un rodamiento ubicado axialmente y otro que pueda deslizarse, y el rodamiento flotante debe funcionar con un juego o ajuste de transición para que el eje pueda crecer sin cargar los elementos rodantes. Bloquear ambos extremos con ajustes ajustados convierte el crecimiento térmico en un problema de precarga.

Lectura de los números de interferencia

La interferencia no aumenta con el tamaño del orificio

Una suposición común es que al duplicar el diámetro interior se duplica la interferencia. No es así, al menos no para una clase de tolerancia fija. Las desviaciones del eje de grado 6 crecen lentamente con el diámetro porque se construyen a partir de una unidad de tolerancia que aumenta con la raíz cúbica del diámetro, mientras que la banda del orificio del rodamiento crece en pasos establecidos por el estándar. El siguiente cuadro muestra lo que eso significa en la práctica.

Lea las barras como promedios en lugar de objetivos. Pasar de un diámetro de 10 a 18 mm a uno de 80 a 120 mm aproximadamente duplica la interferencia promedio, de aproximadamente 13 micrones a aproximadamente 24 micrones, mientras que el diámetro mismo crece por un factor de seis o más. Esa brecha existe porque la unidad de tolerancia detrás de un eje de grado 6 crece mucho más lentamente que el diámetro nominal. El efecto práctico es que los rodamientos pequeños terminan proporcionalmente más apretados, en términos de tensión del anillo, que los rodamientos grandes con la misma clase de ajuste. Esto explica por qué un asiento k6 que se siente suave detrás de un rodamiento de 100 mm puede sentirse claramente firme detrás de un rodamiento de 15 mm, y también es la razón por la cual los pequeños husillos de alta velocidad a menudo se mueven un grado más sueltos. Utilice las alturas de las barras para juzgar la dirección y el tamaño del cambio, luego confirme las desviaciones límite reales en la edición actual de la norma antes de cortar metal.

El crecimiento térmico puede borrar el ajuste

La interferencia no es permanente. Cuando el aro exterior se calienta más que el alojamiento, o cuando el alojamiento se expande más rápido que el acero del rodamiento, el ajuste se afloja. El siguiente gráfico muestra cuánta interferencia del frío sobrevive a medida que aumenta la temperatura, para tres materiales de vivienda comunes.

Las carcasas de aluminio son el caso extremo en esta comparación. Su expansión térmica es aproximadamente el doble que la del acero para rodamientos, por lo que una carcasa que soporta 20 micrones de interferencia a 20 grados puede perder la mayor parte de esa sujeción cuando alcanza los 80 grados de aumento de temperatura. Una carcasa de acero combinada con un cojinete de acero es mucho más estable, porque ambas partes crecen casi al mismo ritmo y el ajuste apenas se mueve. El hierro fundido se encuentra entre los dos, razón por la cual sigue siendo popular para cajas de engranajes y carcasas de bombas. La lección es que el ajuste debe juzgarse a la temperatura de funcionamiento, no a la del banco de montaje, y que cualquier carcasa de aluminio que soporte una carga giratoria necesita una clase más pesada, como m6 o n6, simplemente para mantener el contacto cuando hace calor. Cuando una carcasa se calienta y no se le puede dar una clase más pesada, un hombro de localización axial o una abrazadera final es una respuesta más confiable que agregar más interferencia. La temperatura también explica por qué un rodamiento que estaba correcto en el banco de pruebas aún puede fallar en servicio después de una mejora en la potencia del motor.

Fuerza de montaje, pérdida de holgura y selección de ajuste

La fuerza de presión sigue la interferencia linealmente

La fuerza de la prensa decide si el trabajo se realiza con una prensa de eje, una prensa hidráulica o un martillo que nadie debería usar. Se eleva en línea recta con interferencia, lo que facilita la estimación a partir del gráfico antes de pedir una sola pieza. Los valores siguientes suponen un rodamiento de 40 mm de diámetro interior con un aro interior de 15 mm de ancho presionado sobre un eje de acero macizo.

Cada 5 micrones adicionales de interferencia agrega aproximadamente 3,6 kN de fuerza de ensamblaje, que es el tipo de relación en línea recta que puedes mantener mentalmente en el banco. La linealidad es útil porque le permite dimensionar una prensa a partir de la tabla sin ejecutar un cálculo completo de tensión de contacto y también explica por qué las acumulaciones de tolerancia son más duras durante el ensamblaje. Un asiento diseñado alrededor de 15 micrones puede exigir el doble de fuerza esperada si tanto el eje como el anillo aterrizan en el extremo apretado de sus bandas. La fuerza también es una señal de calidad que vale la pena registrar: si un rodamiento que debería necesitar 12 kN se desliza con la mano, el asiento es demasiado pequeño, y si necesita mucho más de lo estimado, el asiento es demasiado grande, cónico o está dañado. el completo Secuencia de instalación para rodamientos de contacto angular de dos hileras. Vale la pena leerlo antes de aplicar cualquiera de estos números, porque la fuerza siempre debe pasar por el anillo que se está colocando, nunca por las bolas.

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Comparando js6, k6 y m6 lado a lado

La interferencia por sí sola no constituye un ajuste. Una clase que parece ajustada en micrones aún puede ser fácil de montar si el asiento es corto y el anillo es pequeño, y una clase que parece moderada puede resultar incómoda si la carcasa tiene paredes delgadas. El siguiente cuadro de radar califica tres clases de ejes comunes según cinco criterios prácticos.

js6 es fácil de montar y desmontar, pero ofrece la menor resistencia a la fluencia, por lo que pertenece a cargas ligeras, estables y esencialmente no giratorias donde un hombro de posicionamiento ya impide el movimiento axial. k6 es la respuesta de uso general para cargas radiales normales en un anillo interior giratorio y aún permite el desmontaje con un extractor estándar. m6 cambia la comodidad de montaje por un agarre más firme, que es lo que realmente necesita una carga pesada o de impacto, una carcasa de paredes delgadas o un asiento de aluminio. Ninguno de los tres gana en todos los ejes, y ese es el punto de compararlos de esta manera en lugar de leer una única cifra de interferencia. Si la vibración y la fluencia dominan el historial de fallas de su máquina, acepte el ensamblaje más ajustado y planifique una prensa adecuada con un medidor de fuerza controlado. Si el acceso al servicio es la verdadera limitación, acepte la clase más flexible y agregue una característica de ubicación axial para que el anillo no pueda moverse.

Una lista de verificación práctica antes de cometer un ataque

1. Decida qué anillo gira en relación con la dirección de la carga. Ese anillo obtiene el ajuste de interferencia y el otro obtiene un ajuste de transición o holgura.
2. Convierta la clase de diámetro interior del rodamiento en una banda de desviación. Los taladros de clase normal nunca son demasiado grandes, por lo que la banda siempre va de cero hacia abajo.
3. Verifique la interferencia a temperatura de funcionamiento, no a temperatura ambiente, especialmente con carcasas de aluminio o magnesio.
4. Calcule la fuerza de prensa a partir de la tabla y compárela con la capacidad de prensa y la fuerza de montaje que el anillo puede soportar con seguridad.
5. Confirme que el juego consumido por la interferencia no consuma más de aproximadamente la mitad del juego interno del rodamiento.
6. Verifique que su proceso de mecanizado realmente pueda mantener la tolerancia que especificó. Ningún gráfico sobrevive a un torno que no pueda contener 10 micrones.

Nada de esto reemplaza el estándar. Un gráfico es un acceso directo a las tablas ISO, y esas tablas cambian entre ediciones. Lo que la tabla le ofrece es una forma rápida de comprobar la cordura de un diseño antes de que llegue al taller: primero el rango de interferencia, segundo la pérdida térmica, tercero la fuerza de presión y, por último, la resistencia a la fluencia. en Rodamiento Wanshun de Ningbo , construimos rodamientos de ranura profunda y de contacto angular de doble hilera en el rango de diámetro interior de 10 a 120 mm, y preferimos responder una pregunta sobre ajuste antes de encender la prensa que después de que se haya desechado el asiento del eje.