Toleranztabelle für Lagerpresspassungen: Übermaß, Passungen und Montageregeln

Ein Wartungsteam presst ein 6205-Lager auf eine Welle, die durch Schweißen und Handdrehen wieder aufgebaut wurde. Das Lager lässt sich mit zwei leichten Schlägen aufschieben, sodass die Arbeit beendet ist. Acht Wochen später weist der Wellensitz rostbraune Reibnarben auf, der Innenring ist ein paar Grad um seinen Sitz herumgerutscht und das Fett ist voller feinem Eisenpulver. In der Toleranztabelle für die Lagerpresspassung stimmte nichts. Sie haben die falsche Zeile gelesen.

Eine Presspassungs-Toleranztabelle erledigt genau eine Aufgabe. Es wandelt eine Wellen- oder Gehäusetoleranzklasse in einen Übermaßbereich um, der normalerweise in Mikrometern für eine bestimmte Lagerbohrung angegeben wird. Es sagt Ihnen nicht, ob dieser Sitz einen Temperaturanstieg von 90 Grad übersteht, ob der Ring unter einer rotierenden Last kriecht oder wie viel Kraft die Presse benötigt. Die Arbeitsabfolge ist unkompliziert: Wählen Sie die Passung anhand der Lastrichtung und Drehung aus, prüfen Sie das resultierende Übermaß und überprüfen Sie dann den Spielverlust und die Presskraft. Alles Folgende folgt dieser Reihenfolge.

Was eine Presspassungstoleranztabelle umrechnet

Interferenz ist eine Länge, kein Prozentsatz. Bei einem Lagerinnenring auf einer Welle ist es der Wellenaußendurchmesser minus dem Lagerbohrungsdurchmesser, und eine positive Zahl bedeutet, dass der Ring gedehnt werden muss, damit er passt. Negative Zahlen beschreiben das Spiel, nicht die Passung, und sie sind der Ursprung der Kriechringe.

Fast jedes veröffentlichte Diagramm basiert auf ISO 286-Toleranzklassen. Wellen tragen Kleinbuchstaben wie j, js, k, m, n, p und r; Gehäuse tragen Großbuchstaben wie H, J, K, M, N und P. Die Ziffer nach dem Buchstaben gibt den Grad an, und Grad 6 ist die normale Wahl für Lagersitze, weil Grad 7 das Band fast verdoppelt, ohne einen echten Vorteil zu bringen.

Die Komplikation, die die meisten Diagramme in einer Fußnote verheimlichen, besteht darin, dass eine Wälzlagerbohrung keine Nennbohrung ist. Lager der Normalklasse werden mit einer Bohrung in Nenngröße oder kleiner und niemals größer hergestellt, sodass das Abweichungsband von Null bis zu einem negativen Grenzwert reicht. Bei einer 25-mm-Bohrung beträgt dieses Band 0 bis minus 10 Mikrometer; bei einer Bohrung von 100 mm beträgt sie 0 bis minus 20 Mikrometer. Die praktische Konsequenz ist, dass die tatsächlich auftretende Interferenz größer ist, als die Wellenabweichung allein vermuten lässt, und dass die Spanne zwischen der lockersten und der engsten Baugruppe größer ist, als die meisten Konstrukteure annehmen.

Schauen Sie sich an, wie breit die rechte Spalte ist. Ein Sitz von 30 bis 50 mm auf einer M6-Welle kann 9 Mikrometer oder 37 Mikrometer ergeben, je nachdem, wo die Welle und der Ring innerhalb ihrer eigenen Toleranzbänder landen. Wenn ein Design nur an einem Ende dieses Bereichs funktioniert, hat das Diagramm das Problem nicht gelöst; es wurde lediglich in die Werkstatt verlegt.

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Produkte mit dünnen Ringen leiden am meisten unter dieser Ausbreitung. Ein Standard-Rillenkugellager hat eine Innenringwand, die dünn genug ist, dass ein paar zusätzliche Mikrometer Übermaß messbares Innenspiel verbrauchen, weshalb eine Diagrammlinie, die für ein Rollenlager mit schwerem Querschnitt geeignet ist, für ein kleines Kugellager mit derselben Bohrung zu aggressiv sein kann.

Rotation und Lastrichtung entscheiden darüber, welcher Ring fest sitzt

Das Diagramm liefert Ihnen Zahlen, keine Entscheidungen. Die Entscheidung beginnt mit einer einzigen Frage: Welcher Ring dreht sich relativ zur Lastrichtung? Welcher Ring eine rotierende Last relativ zum Lastvektor trägt, muss eine Presspassung sein, da der Ring sonst in kleinen Schritten um seinen Sitz kriecht, den Sitz verschleißt und schließlich sowohl die Bohrung als auch die Welle zerstört.

Bei einem typischen Elektromotor- oder Getriebeeingang dreht sich der Innenring mit der Welle, während die Lastrichtung im Raum ungefähr konstant bleibt. Dieser Innenring erhält die feste Passung, normalerweise k6 oder m6, auf der Welle, und der Außenring läuft in einem H7- oder J7-Gehäuse, das eine leichte Presspassung oder sogar ein kleines Spiel ermöglicht. Drehen Sie die Anordnung um, wie es bei einer Radnabe oder einer Riemenspannrolle der Fall ist, bei der sich die Last mit dem Außenring dreht, und die Logik kehrt sich um: Das Gehäuse wird zum festen Sitz und die Welle zum lockeren Sitz.

Wenn beide Ringe einer rotierenden Last ausgesetzt sind oder Stoßbelastungen ihre Richtung umkehren, kann keiner der Sitze locker sein. Zweireihige Schrägkugellager sind in dieser Situation üblich, da sie kombinierte radiale und axiale Belastungen aus beiden Richtungen aufnehmen und ihre beiden Reihen die Belastung teilen, sodass der Sitzdruck moderat bleibt. Konstrukteure, die sie spezifizieren, belassen normalerweise die Welle bei M6 und das Gehäuse bei N7 oder P7, anstatt eine Seite zu lockern.

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Ein Detail kann leicht übersehen werden. Eine Fest-Los-Anordnung erfordert ein axial angeordnetes und ein verschiebbares Lager, und das Loslager muss mit einem Spiel oder einer Übergangspassung laufen, damit die Welle wachsen kann, ohne die Wälzkörper zu belasten. Durch die enge Verbindung beider Enden wird die Wärmeausdehnung zu einem Vorspannungsproblem.

Auslesen der Interferenzzahlen

Die Interferenz passt sich nicht der Bohrungsgröße an

Eine verbreitete Annahme ist, dass eine Verdoppelung der Bohrung das Übermaß verdoppelt. Dies ist nicht der Fall, zumindest nicht für eine feste Toleranzklasse. Wellenabweichungen der Klasse 6 wachsen langsam mit dem Durchmesser, da sie auf einer Toleranzeinheit basieren, die mit der Kubikwurzel des Durchmessers ansteigt, während das Lagerbohrungsband in durch die Norm festgelegten Schritten wächst. Die folgende Grafik zeigt, was das in der Praxis bedeutet.

Lesen Sie die Balken als Durchschnittswerte und nicht als Ziele. Beim Übergang von einer 10- bis 18-mm-Bohrung zu einer 80- bis 120-mm-Bohrung verdoppelt sich das durchschnittliche Übermaß etwa von etwa 13 Mikrometer auf etwa 24 Mikrometer, während der Durchmesser selbst um den Faktor sechs oder mehr zunimmt. Diese Lücke besteht, weil die Toleranzeinheit hinter einer Welle der Güteklasse 6 viel langsamer wächst als der Nenndurchmesser. Der praktische Effekt besteht darin, dass kleine Lager im Hinblick auf die Ringspannung proportional fester sind als große Lager derselben Passungsklasse. Dies erklärt, warum sich ein k6-Sitz, der sich hinter einem 100-mm-Lager sanft anfühlt, hinter einem 15-mm-Lager deutlich fester anfühlen kann, und es ist auch der Grund, warum sich kleine Hochgeschwindigkeitsspindeln oft eine Stufe lockerer bewegen. Beurteilen Sie anhand der Balkenhöhen die Richtung und das Ausmaß der Änderung und überprüfen Sie dann die tatsächlichen Grenzabweichungen in der aktuellen Ausgabe der Norm, bevor Sie mit dem Schneiden von Metall beginnen.

Durch thermisches Wachstum kann die Passform verloren gehen

Störungen sind nicht dauerhaft. Wenn der Außenring heißer wird als das Gehäuse oder wenn sich das Gehäuse schneller ausdehnt als der Lagerstahl, lockert sich die Passung. Das nächste Diagramm zeigt für drei gängige Gehäusematerialien, wie viel der Kälteinterferenz bei steigender Temperatur überlebt.

Aluminiumgehäuse stellen in diesem Vergleich den Extremfall dar. Ihre Wärmeausdehnung ist ungefähr doppelt so hoch wie die von Lagerstahl, sodass ein Gehäuse, das bei 20 Grad 20 Mikrometer Interferenz aushält, den größten Teil dieses Halts verlieren kann, wenn es einen Temperaturanstieg von 80 Grad erreicht. Ein Stahlgehäuse gepaart mit einem Stahllager ist weitaus stabiler, da beide Teile nahezu gleich schnell wachsen und sich die Passung kaum bewegt. Gusseisen liegt dazwischen, was einer der Gründe dafür ist, dass es nach wie vor für Getriebe- und Pumpengehäuse beliebt ist. Die Lehre daraus ist, dass die Passung bei Betriebstemperatur und nicht am Montagetisch beurteilt werden muss und dass jedes Aluminiumgehäuse, das eine rotierende Last trägt, eine schwerere Klasse wie M6 oder N6 benötigt, einfach um den Kontakt zu halten, wenn es heiß ist. Wenn ein Gehäuse heiß läuft und nicht in eine höhere Klasse eingestuft werden kann, ist eine axiale Fixierschulter oder eine Endklemme eine zuverlässigere Lösung als das Hinzufügen von mehr Übermaß. Die Temperatur erklärt auch, warum ein Lager, das auf dem Prüfstand in Ordnung war, nach einer Leistungssteigerung des Motors immer noch im Betrieb kriechen kann.

Montagekraft, Spielverlust und Passungsauswahl

Die Presskraft folgt linear der Interferenz

Die Presskraft entscheidet darüber, ob die Arbeit mit einer Dornpresse, einer hydraulischen Presse oder einem Hammer erledigt wird, den niemand benutzen sollte. Sie steigt geradlinig mit Interferenz an, was eine Schätzung anhand der Tabelle erleichtert, bevor ein einzelnes Teil bestellt wird. Die folgenden Werte gehen von einem Lager mit 40 mm Bohrung und einem 15 mm breiten Innenring aus, der auf eine massive Stahlwelle gepresst ist.

Jede zusätzliche Interferenz von 5 Mikrometern erhöht die Montagekraft um etwa 3,6 kN. Dies ist die Art von geradlinigem Verhältnis, das Sie an der Werkbank im Kopf behalten können. Die Linearität ist nützlich, weil sie es Ihnen ermöglicht, eine Presse anhand der Tabelle zu dimensionieren, ohne eine vollständige Kontaktspannungsberechnung durchführen zu müssen, und sie erklärt auch, warum sich Toleranzstapel bei der Montage am stärksten auswirken. Ein Sitz mit einer Dicke von etwa 15 Mikrometern kann die doppelte erwartete Kraft erfordern, wenn sowohl die Welle als auch der Ring am straffen Ende ihrer Bänder landen. Auch Kraft ist ein Qualitätssignal, das es wert ist, aufgezeichnet zu werden: Wenn ein Lager, das 12 kN benötigen sollte, von Hand aufgeschoben wird, ist der Sitz unterdimensioniert, und wenn weit mehr als die Schätzung benötigt wird, ist der Sitz überdimensioniert, verjüngt oder beschädigt. Das volle Einbaureihenfolge für zweireihige Schrägkugellager Es lohnt sich zu lesen, bevor eine dieser Zahlen angewendet wird, da die Kraft immer durch den Ring wirken sollte, der montiert wird, niemals durch die Kugeln.

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Vergleich von js6, k6 und m6 nebeneinander

Einmischung allein reicht nicht aus, um eine Passform zu bewerten. Eine Klasse, die in Mikrometern eng aussieht, kann dennoch einfach zu montieren sein, wenn der Sitz kurz und der Ring klein ist, und eine Klasse, die gemäßigt aussieht, kann schwierig sein, wenn das Gehäuse dünnwandig ist. Das folgende Radardiagramm bewertet drei gängige Schaftklassen anhand von fünf praktischen Kriterien.

js6 ist leicht zu montieren und zu entfernen, bietet jedoch den geringsten Kriechwiderstand und eignet sich daher für leichte, stabile, im Wesentlichen nicht rotierende Lasten, bei denen eine Positionierungsschulter bereits eine axiale Bewegung verhindert. k6 ist die Allzwecklösung für normale Radiallasten auf einen rotierenden Innenring und ermöglicht dennoch die Demontage mit einem Standard-Abzieher. Beim m6 geht der Montagekomfort gegen einen festeren Halt, den eine hohe Belastung oder Stoßbelastung, ein dünnwandiges Gehäuse oder ein Aluminiumsitz tatsächlich benötigen. Keiner der drei gewinnt auf jeder Achse, und das ist der Sinn, sie auf diese Weise zu vergleichen, anstatt eine einzelne Interferenzzahl abzulesen. Wenn Vibrationen und Kriechen die Ausfallhistorie Ihrer Maschine dominieren, akzeptieren Sie die engere Baugruppe und planen Sie eine ordnungsgemäße Presse mit einem kontrollierten Kraftmessgerät ein. Wenn der Wartungszugang die eigentliche Einschränkung darstellt, akzeptieren Sie die lockerere Klasse und fügen Sie eine axiale Positionierungsfunktion hinzu, damit der Ring nicht laufen kann.

Eine praktische Checkliste, bevor Sie eine Anpassung vornehmen

1. Entscheiden Sie, welcher Ring sich relativ zur Lastrichtung dreht. Dieser Ring erhält die Presspassung und der andere Ring erhält eine Übergangs- oder Spielpassung.
2. Wandeln Sie die Lagerbohrungsklasse in ein Abweichungsband um. Bohrungen normaler Klasse sind nie überdimensioniert, daher verläuft das Band immer von Null nach unten.
3. Überprüfen Sie die Störungen bei Betriebstemperatur, nicht bei Raumtemperatur, insbesondere bei Aluminium- oder Magnesiumgehäusen.
4. Schätzen Sie die Presskraft anhand der Tabelle ab und vergleichen Sie sie mit der Presskapazität und der Montagekraft, die der Ring sicher aushalten kann.
5. Stellen Sie sicher, dass das durch die Überschneidung verbrauchte Spiel nicht mehr als etwa die Hälfte des Lagerinnenspiels verschlingt.
6. Stellen Sie sicher, dass Ihr Bearbeitungsprozess tatsächlich die von Ihnen angegebene Toleranz einhalten kann. Kein Diagramm überlebt eine Drehmaschine, die nicht 10 Mikrometer aufnehmen kann.

Nichts davon ersetzt den Standard. Ein Diagramm ist eine Abkürzung durch die ISO-Tabellen, und diese Tabellen ändern sich zwischen den Editionen. Das Diagramm bietet Ihnen eine schnelle Möglichkeit zur Plausibilitätsprüfung eines Designs, bevor es in die Fertigung gelangt: zuerst der Interferenzbereich, dann der Wärmeverlust, drittens die Presskraft und zuletzt die Kriechfestigkeit. Bei Ningbo Wanshun-Lager Wir bauen Rillen- und zweireihige Schrägkugellager im Bohrungsbereich von 10 bis 120 mm und beantworten eine Passungsfrage viel lieber vor dem Einschalten der Presse als nach der Verschrottung eines Wellensitzes.