Осевой зазор в шарнире: осевое перемещение, регулировка осевого усилия и измерение

Шарнир может свободно вращаться, пройти проверку на соответствие диаметру штифта и при этом перемещаться в направлении, которое не предусмотрено чертежом. Если сдвинуть одну из створок вдоль оси штифта, а затем оттянуть её назад, в узле может раздаться лёгкий щелчок или произойти заметное смещение. Это движение — люфт шарнира.

В традиционном шарнире с штифтом и шарнирным узлом обычно имеется небольшой осевой зазор, позволяющий соседним шарнирным узлам и упорным поверхностям вращаться без заклинивания. В конструкциях прецизионных или предварительно нагруженных шарниров это движение может регулироваться иначе, поэтому допустимый осевой зазор следует определять исходя из конкретной конструкции, а не руководствоваться универсальным правилом об отсутствии зазора.

Слишком большое осевое перемещение может привести к смещению двери, повторяющимся ударам между упорными поверхностями, нарушению зацепления фиксатора, увеличению шума или созданию ощущения, что иначе жесткая панель стала рыхлой. Попытка устранить любой признак перемещения приводит к противоположной проблеме. Производственные допуски, наслоение покрытия, отклонения при формовке, тепловое расширение, толщина упорной шайбы или смещение фиксирующего элемента могут сократить предусмотренный зазор и превратить шарнир в осевой зажим.

Осевой зазор, а не радиальный

Поперечный люфт часто объединяют с другими видами люфта шарниров, поскольку оператор может обозначить все эти явления одним словом “люфт”. Такая формулировка является слишком широкой для использования в чертежах или требованиях к осмотру.

Зазор между штифтом и отверстием и боковой люфт взаимосвязаны, но не являются одним и тем же параметром. Зазор между штифтом и отверстием — это размерное условие внутри шарнира. Боковой люфт — это результирующее поперечное перемещение, наблюдаемое между собранными деталями шарнира. Длина шарнирного узла, пролет подшипника, локальный износ, выравнивание и положение приложенной силы могут изменять измеренный боковой люфт даже при неизменных размерах штифта и отверстия.

Таким образом, шарнир может иметь допустимый радиальный рабочий зазор, в то время как в сборе шарнир по-прежнему будет иметь чрезмерный осевой люфт. Может иметь место и обратная ситуация: осевое перемещение может быть строго ограничено, в то время как чрезмерный радиальный зазор или изношенные контактные поверхности подшипников допускают боковое смещение створок.

Для обеспечения точного прилегания по размерам внутри шарнира используйте Руководство по зазору шарнирного штифта. На этой странице рассматриваются предельные значения размеров штифтов и отверстий, наслоение материала при финишной обработке, рабочий зазор, свободный ход и риск заклинивания. Для бокового зазора шарнира необходимо установить отдельное требование к осевому зазору.

Откуда возникает осевое смещение

Видимый зазор между двумя соседними шарнирными звеньями может способствовать появлению осевого зазора, но редко является причиной всего зазора в цепочке.

Промышленная петля может содержать несколько осевых соединительных элементов, соединенных последовательно. Когда подвижный узел сдвигается от одного конца штифта к другому, каждый соединительный элемент может обеспечивать часть общего перемещения.

• зазор между торцевыми поверхностями соседних шарниров;
• толщина и степень сжатия упорной шайбы;
• зазор между шайбой и удерживающим буртиком;
• осевое перемещение штифта внутри его фиксирующего элемента;
• свободно перемещается между втулкой и её корпусом;
• вариант прокладки или подкладки;
• изменения, связанные с формовкой, ковкой на осадке, обжимом или штамповкой;
• положение канавки для стопорного кольца;
• износ на нагруженной упорной поверхности;
• упругое перемещение тонкой скобы или опорного элемента.

Это имеет значение в тех случаях, когда на чертеже указан только один очевидный размер. Номинальный зазор на конце шарнира не доказывает, что в собранном шарнире зазор в этом месте будет таким же. Шайба, плавающая втулка, фиксатор штифта, прокладка или формованный элемент могут создавать зазор в других местах осевого узела.

Возможен и обратный случай. Несколько номинальных зазоров могут казаться достаточно большими на чертеже, однако одна деформированная шайба или наклонная торцевая поверхность могут соприкоснуться раньше времени и помешать перемещению всего узла. Анализ размеров позволяет определить допустимую осевую зону. Готовый шарнир подтверждает, какая часть этой зоны фактически является функциональной.

Для осевой нагрузки необходим упорный механизм

Боковой люфт характеризует перемещение. Осевая нагрузка определяет, какая поверхность останавливает это перемещение.

В случае вертикальной двери с боковым креплением петли под действием силы тяжести и в зависимости от геометрии установки часть петлевого узла может упираться в нижний конец шарнирного сустава, шайбу, буртик, фланец или опорную поверхность. При горизонтальной или наклонной оси петли направление действующей осевой силы может быть иным. Транспортное ускорение, вибрация, усилие пружины, нагрузка со стороны оператора, натяжение троса или действие защелки также могут вызывать временные осевые реакции.

Поэтому шарнир должен иметь четко обозначенную линию передачи осевой нагрузки. Не следует полагать, что торцевая часть втулки автоматически выполняет функцию упорного подшипника. Втулка, которая хорошо выдерживает радиальное давление, может быть не рассчитана на повторяющуюся осевую нагрузку на свою торцевую поверхность.

То же предупреждение относится и к штампованным шарнирам. Тонкий прокатный выступ может служить приемлемым геометрическим упором при небольших нагрузках, но станет некачественной поверхностью для восприятия осевых нагрузок в долгосрочной перспективе, если более тяжелый подвижный узел будет многократно упираться в него.

Для шарниров с подшипниками скольжения Руководство по промышленным втулкам для петель Здесь рассматриваются радиальное давление, материалы втулок, смазка, посадка корпуса, а также причины, по которым при осевой нагрузке может потребоваться фланец, упорная шайба, буртик или отдельная опора. На этой странице мы продолжим рассмотрение, отталкиваясь от этих границ, и сосредоточимся на возникающем осевом перемещении.

Слишком малый и слишком большой осевой зазор

“Минимально допустимый осевой зазор” — это звучит точно. На самом деле это может быть неполным требованием.

Если вращающийся стек практически зажат между двумя осевыми поверхностями, обычные производственные отклонения могут привести к тому, что шарнир из свободно вращающегося превратится в предварительно нагруженный. Толщина готового изделия, отклонения в размерах шайб, положение формовки, заусенцы, деформация при заклепывании или температура могут полностью исчерпать оставшийся запас прочности.

Шарнир может по-прежнему перемещаться при ручной проверке, но при этом демонстрировать более высокое усилие отрыва, температурно-зависимое трение или локальные царапины, поскольку одна из опорных поверхностей уже подвергается постоянному сжатию.

Чрезмерный осевой зазор приводит к возникновению противоположного механизма отказа. Подвижный узел перемещается по имеющемуся осевому зазору, прежде чем достигнет противоположной упорной поверхности. Если направление осевой нагрузки неоднократно меняется на противоположное, контакт может приобретать ударный характер, а не представлять собой стабильную реакцию подшипника.

Универсального правильного значения осевого зазора для промышленных петель не существует. Компактная крышка прибора, массивная дверца корпуса, панель доступа к рельсам и прецизионный фиксирующий механизм могут требовать совершенно разных предельных значений, даже если их шарнирные штифты выглядят одинаково.

Сумма осевых допусков

В случае жесткого осевого стека без предварительной нагрузки в рамках полезного расчета первого этапа проводится разграничение между доступным расстоянием между ограничивающими опорами и элементами, занимающими это расстояние.

Это расчетные значения, а не гарантия того, что готовая петля будет перемещаться ровно на рассчитанное расстояние. При этом предполагается, что выбранные опорные поверхности действительно будут выполнять функцию осевых упоров, а предварительная нагрузка, пружинные элементы, упругие шайбы, деформация, трение, движение фиксатора, заусенцы и усилие измерения не повлияют на характер работы.

В случае шарнира, в котором намеренно используется осевое предварительное натяжение или предусмотрена возможность регулировки осевого усилия, геометрическая сумма по-прежнему имеет значение, однако измеренный осевой зазор необходимо определять на основе фактического механизма и условий испытания, а не исходя исключительно из значений A − S.

В наборе должны использоваться окончательные функциональные размеры, а не только номинальные значения отдельных компонентов. В зависимости от архитектуры это может включать:

• длина суставов;
• толщина шайбы и прокладки;
• положение установленной втулки;
• расположение на плече;
• толщина воротника;
• положение канавки для стопорного кольца;
• местоположение сформированного или загнутого конца штифта;
• покрытие на осевых контактных поверхностях;
• размеры в сборе после разметки, прессования, обжима или формовки.

Важны комбинации, приводящие к наихудшему исходу. Каждый компонент в отдельности может пройти проверку, но готовая сборка может выйти за пределы предусмотренного диапазона перемещения.

Основные функции, управляющие движением

Существует несколько типов конструкций шарниров, позволяющих регулировать осевое перемещение. Они отличаются по износостойкости, удобству обслуживания и чувствительности к условиям производства.

• Торцевые поверхности суставов: Компактная и простая конструкция, однако формованный конец служит одновременно осевым упором и потенциальной поверхностью износа.
• Упорные шайбы: создают специально спроектированный соединительный элемент между вращающимися торцевыми поверхностями и позволяют изолировать износ от шарнирных узлов.
• Втулки с фланцами: может сочетать радиальную опору и осевой контакт, если конкретная конструкция рассчитана на восприятие осевой нагрузки.
• Плечи и воротники: создать более чётко определённую осевую базовую точку и перенести осевую нагрузку подальше от тонких краёв формованных шарниров.
• Распорки и прокладки: позволяют регулировать высоту стопки, но требуют контроля толщины и удержания.
• Стопорные кольца и зажимы: положение установочного штифта при определении расположения канавки, осевого зазора, доступа и направления монтажа.
• Концы штифтов с заклепками, закрученными, формованными или с головками: обеспечивают плотное закрепление, хотя окончательное осевое положение может в значительной степени зависеть от процесса формовки.

Не следует выбирать упорную деталь, ориентируясь исключительно на её название. Шайба может соответствовать требуемым размерам, но при этом быстро изнашиваться, если она слишком мягкая для действующей нагрузки, плохо закреплена, загрязнена или работает в контакте с шероховатой кромкой. Пара из твердого металла может сохранять геометрию, но при этом вызывать повышенное трение, появление царапин, шум или зависимость от смазки.

Требование к поперечному зазору не обязательно должно становиться полноценной статьей, посвященной материалам. Однако в ней необходимо указать, какой элемент воспринимает осевую нагрузку и способен ли он сохранять предусмотренное осевое перемещение в течение всего требуемого срока службы.

Измеряйте сборку в целом, а не отдельный зазор

С помощью щупа можно измерить доступный зазор между двумя поверхностями. Такое измерение полезно в тех случаях, когда чертеж предписывает именно такой зазор. Однако этот зазор не всегда соответствует функциональному люфту шарнира.

При проведении полного испытания на осевой люфт одна часть узла фиксируется, на подвижную сторону действует нагрузка в обоих осевых направлениях, после чего регистрируется возникающее смещение вдоль оси шарнирного штифта.

1. Установите фиксированную систему отсчёта. В качестве заданной базовой плоскости для монтажа следует использовать створку шарнира, монтажную пластину, корпус или поверхность крепления.
2. Выберите движущуюся цель. Укажите, следует ли индикатор за противоположным створкой, блоком шарниров, штифтом или другой контролируемой поверхностью.
3. Совместите ось измерения с осью шарнирного штифта. Если датчик расположен не параллельно оси штифта, отображаемое смещение не является прямым показанием по оси и может также зависеть от поперечных или вращательных перемещений.
4. Установите узел в одном осевом направлении. Приложите заданное усилие без удара и зафиксируйте положение.
5. Измените направление осевой нагрузки. Сдвигайте узел до тех пор, пока противоположная упорная поверхность не встанет на место.
6. Запишите общее смещение. Разница между этими двумя контролируемыми положениями заключается в величине измеренного осевого зазора при данных условиях испытания.

В качестве измерительного прибора можно использовать часовой индикатор, цифровой датчик перемещения, компаратор, высотомер или специальное производственное приспособление. Важными факторами являются базовая точка, усилие, направление, выравнивание датчика, разрешение прибора, жесткость приспособления и повторяемость.

Условия нагрузки и считывания приборов

Показатель бокового зазора без учета способа загрузки может ввести в заблуждение. Фиксирующий зажим, полимерная шайба, тонкий кронштейн или дверца в сборе могут прогибаться по-разному в зависимости от изменения приложенного осевого усилия.

Усилие щупа должно быть достаточным для того, чтобы надежно прижать предусмотренные опорные поверхности, не превращая проверку в испытание на деформацию. Усилие, подходящее для компактного шарнира, может привести к изгибу створки или кронштейна другой конструкции. Поэтому значение этого усилия следует определять на основе реальной сборки и исследования повторяемости результатов, а не исходить из какого-либо универсального правила.

Важное значение имеет также ориентация. Тяжелая дверь, подвешенная на вертикальной петле, может уже упираться в одну из опорных поверхностей еще до приложения испытательной нагрузки. Небольшая настольная петля, испытываемая в горизонтальном положении, может «плавать» между обеими поверхностями. Результаты, полученные в этих двух условиях, не поддаются прямому сравнению, если только методика испытаний не учитывает данное различие.

Движение булавки и движение листьев — это разные вещи

Показания осевого индикатора не позволяют автоматически определить, какая именно часть шарнира сместилась.

Штифт, который намеренно или непреднамеренно может свободно перемещаться внутри фиксирующего элемента, может смещаться, в то время как обе створки остаются прижатыми к одной и той же упорной поверхности. Поэтому измерение только штифта может показать смещение, которое не соответствует зазору между створками, регистрируемому оборудованием.

Может произойти и обратное. Надежно зафиксированный штифт может оставаться неподвижным, в то время как подвижный узел шарниров перемещается между двумя буртиками или шайбами.

Если обе функции важны, управляйте ими по отдельности:

• Ограничение осевого перемещения штифта: перемещение штифта относительно створки или корпуса, предназначенного для его удержания.
• Осевой зазор шарнира: перемещение подвижного шарнирного узла относительно неподвижного узла вдоль оси шарнирного штифта.

Объединение обоих факторов в одно неопределенное значение “осевого зазора” может скрыть истинный механизм отказа. Ослабленное фиксирующее устройство и изношенная упорная шайба могут приводить к одинаковому суммарному ходу индикатора, но требуют принятия разных корректирующих мер.

Износ, температура и замена в процессе эксплуатации

Смещение в конце первого дня является лишь исходным состоянием в случае, когда шарнир подвергается повторяющимся осевым нагрузкам.

Торцевые поверхности шарнирных звеньев могут подвергаться полировке или износу. Опорные шайбы могут терять толщину. Полимерные элементы могут подвергаться ползучести под постоянной нагрузкой в зависимости от материала и состояния. Фиксирующие кольца могут оставаться на месте, но при этом изменяться их положение в гнезде. Распорная втулка может подвергаться трению о соседнюю поверхность. Каждое из этих изменений влияет на осевую компоновку.

Температура вносит ещё одну переменную. Различные температуры материалов и деталей могут изменять фактическое расстояние между буртиками, шайбами, втулками и фиксирующими элементами. В результате осевое смещение может увеличиваться или уменьшаться.

Различие в размерах — это не единственная проблема, связанная с температурой. При низких температурах может сохраняться положительный осевой зазор, в то время как поведение смазочного материала или полимера приводит к увеличению рабочего трения. При более высоких температурах расширение материала, ползучесть или миграция смазочного материала могут изменить как посадку деталей, так и характер износа.

Таким образом, в требовании к осевому зазору необходимо указать условия, при которых применяется данное ограничение. Для некоторых видов оборудования достаточно входного контроля при комнатной температуре. Для других конструкций может потребоваться проведение такого же измерения после циклических нагрузок, температурной стабилизации, вибрационных испытаний, очистки, воздействия коррозии или других типичных условий эксплуатации.

Если после технического обслуживания боковой зазор увеличился, зафиксируйте не только окончательное значение смещения. Осмотрите упорные поверхности, толщину шайбы, концы штифтов, положение стопорного кольца, посадку втулки, прокладки, схему контакта и наличие посторонних частиц. Результаты измерений показывают, что конструкция изменилась. Физические признаки помогают определить, в каком месте произошло изменение.

Укажите осевой зазор на чертеже

Такие термины, как “минимальный люфт”, “плотное прилегание шарнира” и “отсутствие заметного осевого перемещения”, не являются полезными критериями приемки.

Размеры деталей должны определять геометрию, используемую при изготовлении шарнира. Если осевой зазор влияет на работу готового оборудования, необходимо добавить отдельное требование к сборке, регулирующее величину возникающего перемещения.

Текст в скобках не является окончательной отраслевой спецификацией. Ответственный инженер должен определить значения исходя из фактических требований к оборудованию, архитектуры шарниров, результатов анализа допусков и данных валидации.

Если на чертеже поставщика не указано, какие размеры, допуски и примечания относятся к этой петле, используйте Технические характеристики петель и руководство по использованию конструкторских чертежей отделить номинальную геометрию от функциональных требований и требований, зависящих от испытаний.

Сопоставление данных производственного контроля

В конструкторской лаборатории зазор в шарнире можно определить с помощью жесткого приспособления, контролируемой осевой нагрузки и датчика смещения с высоким разрешением. Для производственного контроля не обязательно использовать такое же оборудование.

Использование более простого измерительного прибора или специального приспособления может быть целесообразным, если в ходе фактических корреляционных испытаний будет показано, что оно позволяет надежно отличать соответствующие требованиям петли от несоответствующих. При этом по-прежнему необходимо обеспечить контролируемое усилие прижатия, опорные точки, ориентацию, а также известную соотносяемость с проектными измерениями.

Не следует заменять проверку осевого зазора в собранном узле проверкой одной шайбы или прокладки, если только данные исследований не показывают, что размер данного элемента достоверно определяет окончательный зазор. Результат сборки могут повлиять такие факторы, как формовка, фиксация штифтом, монтаж, отклонения в укладке деталей и локальные зазоры.

Проверка вручную полезна для выявления значительного люфта. Она не заменяет точного измерения осевого зазора в тех случаях, когда допустимый люфт достаточно велик, чтобы повлиять на выравнивание, положение фиксатора, шум, герметичность или ощущения при работе с оборудованием.

Отправить осевой стек на проверку

Часто задаваемые вопросы о осевом зазоре шарнира