Understanding Bearing Clearance
Bearing clearance — உள் கிளியரன்ஸ் அல்லது பேரிங் ப்ளே என்றும் அழைக்கப்படுவது — உருளும் கூறுகள் இரண்டு ரேஸ்வேக்களையும் ஒரே நேரத்தில் தொடுவதற்கு முன், ஒரு பேரிங் வளையம் மற்றொன்றை ஒப்பிட்டு நகரக்கூடிய மொத்த தூரம் ஆகும். இது இரண்டு திசைகளில் உள்ளது: radial clearance (அச்சுக்கு குறுக்காக) மற்றும் axial clearance (அதன் வழியே). எளிமையாகச் சொன்னால், இது ஒரு பேரிங்கில் வேண்டுமென்றே வடிவமைக்கப்பட்ட “தளர்வு” ஆகும்; இதன் மூலம் அது வெப்ப விரிவாக்கம், சுமை விலகல் மற்றும் இடைஞ்சல் பொருத்தத்தின் அழுத்தத்தை உள்வாங்கிக்கொள்ள முடியும், அதே நேரத்தில் கூறுகள் சரியாக அமர்ந்த நிலையில் இயங்கும். இதை சரியாகச் செய்தால் பேரிங் குளிராக, அமைதியாக, சரியாக இயங்கும்; தவறாகச் செய்தால் அதே பேரிங் அதிக வெப்பமடைந்து அல்லது அதிர்ந்து சீக்கிரமாகவே செயலிழக்கும், பெரும்பாலும் இந்தப் பிரச்சினையை இயந்திர அதிர்வு வடிவில் வெளிப்படுத்தும் vibration.
1. வரையறை: பேரிங் கிளியரன்ஸ் என்றால் என்ன?
ஒரு பேரிங் நன்றாகவோ அல்லது மோசமாகவோ செய்யும் கிட்டத்தட்ட அனைத்தையும் கிளியரன்ஸ் ஆட்சி செய்கிறது: உருளும் கூறுகளுக்கிடையே சுமை விநியோகம், உள் உராய்வு மற்றும் வெப்பம், இரைச்சல், இயங்கும் துல்லியம், விறைப்புத்தன்மை, இறுதியில் சோர்வு ஆயுள். மிகக் குறைந்த கிளியரன்ஸ் கூறுகளை நெருக்கி, தொடர்பு அழுத்தங்களை உயர்த்தி, அதிக வெப்பம் மற்றும் முன்கூட்டிய செயலிழப்பை ஏற்படுத்துகிறது. மிக அதிக கிளியரன்ஸ் அச்சு மிதக்க அனுமதிக்கிறது, இரைச்சல், தாக்க சுமை மற்றும் தவறான நிலைப்படுத்தலை உருவாக்கி, ஆற்றலை vibration ஸ்பெக்ட்ரத்திற்குள் செலுத்துகிறது. கிளியரன்ஸ் தேர்வின் முழு கலையும், பேரிங் அதன் உண்மையான இயக்க நிலையை அடைந்தவுடன் ஒரு சிறிய positive இடைவெளியை விட்டுவைப்பதே ஆகும் — அதன் அனுப்பப்பட்ட நிலையில் அல்ல.
Radial Internal Clearance
இது மிகவும் பொதுவாகக் குறிப்பிடப்படும் வகை மற்றும் பொதுவான சுழலும் இயந்திரங்களுக்கு மிகவும் முக்கியமான ஒன்று.
- Definition: வெளி வளையத்தை ஒப்பிட்டு உள் வளையம் ஆரத்திசையில் நகரக்கூடிய தூரம்.
- Measurement: ஒரு வளையத்தை நிலையாக வைத்து, மற்றொன்றின் அதிகபட்ச ஆர இடப்பெயர்ச்சியை அளவிடவும்.
- Typical values: சிறிய முதல் நடுத்தர பேரிங்குகளுக்கு தோராயமாக 5–50 மைக்ரோமீட்டர் (0.0002–0.002 in).
- Affects: ஆர விறைப்புத்தன்மை, கூறுகளுக்கிடையே சுமை பகிர்வு மற்றும் ஆர இயங்கும் துல்லியம்.
Axial Internal Clearance
த்ரஸ்ட் சுமையையும் தாங்கும் பேரிங் வகைகளுக்கு முக்கியம்.
- Definition: வெளி வளையத்தை ஒப்பிட்டு உள் வளையம் அச்சுத்திசையில் நகரக்கூடிய தூரம்.
- இவற்றிற்குப் பொருந்தும்: angular-contact மற்றும் டேப்பர்டு ரோலர் பேரிங்குகள்.
- Adjustment: பெரும்பாலும் அசெம்பிளி நேரத்தில் ஷிம்மிங் மூலமாக அல்லது லாக் நட்டை இறுக்குவதன் மூலம் அமைக்கப்படுகிறது — இதையே செயல்பாட்டில் பயன்படுத்துவது bearing preload.
- Affects: அச்ச விறைப்புத்தன்மை, ப்ரீலோடு மற்றும் த்ரஸ்ட் கொள்ளளவு.
2. Clearance Classifications (ISO Groups)
வடிவமைப்பாளர் ஒரு குறிப்பிட்ட இடைவெளி வரம்பை தயாராக ஆர்டர் செய்ய முடியும் வகையில், பேரிங்குகள் தரப்படுத்தப்பட்ட கிளியரன்ஸ் வகுப்புகளில் தயாரிக்கப்படுகின்றன. மிகவும் இறுக்கமானது முதல் மிகவும் தளர்வானது வரை, ISO குழுக்கள்:
- C2: clearance less than Normal (tighter).
- CN (சாதாரணம்): பெரும்பாலான பயன்பாடுகளுக்கான தரநிலை கிளியரன்ஸ்.
- C3: clearance greater than Normal (looser).
- C4: greater than C3 (looser still).
- C5: greater than C4 (maximum standard clearance).
சரியான குழுவைத் தேர்ந்தெடுப்பது ஒரு பயன்பாட்டுத் தீர்மானம்:
- C2 (tight): low-noise duty, minimal shaft runout, low operating temperatures.
- CN (சாதாரணம்): பொதுவான தொழில்துறை சேவைக்கான தரநிலை.
- C3 (loose): heavy interference fits, high operating temperatures, heavy loads, spherical roller bearings.
- C4, C5: மிக அதிக வெப்பநிலைகள், மிக இறுக்கமான இடைஞ்சல் பொருத்தங்கள் மற்றும் கணிசமான வெப்ப விரிவாக்கம் கொண்ட பெரிய பேரிங்குகள்.
3. Initial vs. Operating Clearance
ஒரு பேரிங் கிட்டத்தட்ட ஒருபோதும் அது அலமாரியில் இருந்த கிளியரன்ஸில் இயங்குவதில்லை. செயல்திறனை உண்மையில் ஆட்சி செய்யும் எண் operating clearance — பேரிங் பொருத்தப்பட்டு, சுமை ஏற்றப்பட்டு, வெப்பமடைந்தவுடன் மீதம் இருப்பது. பல விளைவுகள் இடைவெளியை மூடுகின்றன, சில அதை மீண்டும் திறக்கின்றன.
Factors that reduce clearance
- Interference fit (shaft): ஒரு இறுக்கமான பொருத்தம் உள் வளையத்தை விரிவடையச் செய்து கிளியரன்ஸை செலவழிக்கிறது — பொதுவாக விட்டத்திசை இடைஞ்சலின் சுமார் 70–80% இழந்த கிளியரன்ஸாக வெளிப்படுகிறது.
- Interference fit (housing): ஒரு இறுக்கமான ஹவுசிங் பொருத்தம் வெளி வளையத்தை அழுத்துகிறது, இடைஞ்சலின் சுமார் 10–20% கிளியரன்ஸாக நீக்குகிறது.
- இயக்க வெப்பநிலை: உள் வளையம் வழக்கமாக வெளி வளையத்தை விட அதிக வெப்பத்தில் இயங்குகிறது; இந்த வேறுபட்ட விரிவாக்கம் இடைவெளியைக் (clearance) குறைக்கிறது.
- Load: செலுத்தப்படும் சுமை வளையங்களையும் உருளும் கூறுகளையும் மீள்தன்மையுடன் சிதைத்து, பயனுள்ள இடைவெளியைக் குறைக்கிறது.
Factors that increase clearance
- Bearing wear: ரேஸ்வேக்கள் (raceways) மற்றும் உருளும் கூறுகளில் இருந்து இழக்கப்படும் பொருள் காலப்போக்கில் இடைவெளியை அதிகரிக்கிறது.
- Plastic deformation: ரேஸ்வேக்களில் ஏற்படும் பிரினெல்லிங் (brinelling) அல்லது பள்ளங்கள் இடைவெளியைக் கூட்டுகின்றன.
- Race creep: போதுமான இடையீட்டுப் பொருத்தம் இல்லாதது ஒரு வளையம் அதன் பொருத்தத்திற்குள் சுழல அனுமதித்து, ஒரு பள்ளத்தைத் தேய்த்து அனைத்தையும் தளர்த்துகிறது.
இயக்க இடைவெளி = தொடக்க இடைவெளி − பொருத்தக் குறைப்பு − வெப்பக் குறைப்பு + தேய்மானம்
நல்ல வடிவமைப்பு இதை ஒரு சிறிய நேர்மறை மதிப்பில் நிறுத்துகிறது. பூஜ்ஜியம் அல்லது எதிர்மறை இயக்க இடைவெளி என்பது பேரிங் முன்சுமை செய்யப்பட்டிருப்பதைக் குறிக்கிறது — சில நேரங்களில் இது வேண்டுமென்றே செய்யப்படுகிறது, ஆனால் தற்செயலாக நிகழ்ந்தால் அது உராய்வையும் வெப்பத்தையும் அதிகரிக்கிறது. இந்தக் கணக்கீடு பல விளைவுகளை ஒன்றாகச் சேர்ப்பதால், தவறு ஏற்படுவது எளிது; எங்களின் Bearing Internal Clearance Calculator (ISO 5753) போன்ற கட்டமைக்கப்பட்ட கருவி, C2–C5 க்கான பொருத்தம், வெப்பம் மற்றும் வகுப்பு அனுமதிகள் வழியாகச் செல்ல உங்களை அனுமதித்து, ஒரு பேரிங்கைத் தேர்ந்தெடுப்பதற்கு முன் எஞ்சிய இடைவெளியைச் சரிபார்க்க உதவுகிறது.
4. தவறான இடைவெளியின் விளைவுகள்
மிகக் குறைந்த இடைவெளி (இறுக்கமான பேரிங்)
- Excessive friction: அதிக தொடர்பு சுமைகள் உராய்வையும் வெப்ப உருவாக்கத்தையும் அதிகரிக்கின்றன.
- Overheating: வெப்பநிலைகள் அழிவுகரமான அளவுகளுக்கு (சுமார் 120 °C க்கு மேல்) உயரக்கூடும்.
- முன்கூட்டிய சோர்வு: உயர்ந்த சுமைகள் சோர்வு ஆயுளை வேகமாக எரித்துத் தீர்க்கின்றன.
- Noise: tight bearings may emit a high-pitched squeal.
- Seizure risk: தீவிர சந்தர்ப்பங்களில் பேரிங் முழுவதுமாக பூட்டிக்கொள்ளக்கூடும்.
Too much clearance (loose bearing)
- தாக்கு சுமையேற்றல் (Impact loading): ஒவ்வொரு சுமை மாற்றத்திலும் உருளும் கூறுகள் ரேஸ்வேக்களில் மோதுகின்றன.
- Noise: audible rattling or knocking.
- Vibration: இந்த மோதல்களும் சமமற்ற சுமைப் பகிர்வும் அதிர்வை உயர்த்தி, இயந்திரத் தளர்ச்சியின் (mechanical looseness) அடையாளத்துடன் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைகின்றன looseness.
- Reduced accuracy: excessive shaft runout and positioning errors.
- Accelerated wear: மோதல்களும் உருளும் கூறுகளின் சறுக்கலும் மேற்பரப்புச் சிதைவை விரைவுபடுத்துகின்றன.
- கூண்டு (cage) சேதம்: அதிகப்படியான விளையாட்டு (play) கூண்டை உடைக்கக்கூடும்.
5. இடைவெளி எவ்வாறு அளவிடப்படுகிறது
Before installation (unmounted)
Radial clearance measurement: வெளி வளையத்தை ஆதரித்து, உள் வளையத்தில் ஒரு சிறிய ஆரச் சுமையைச் செலுத்தி, இடப்பெயர்ச்சியை டயல் இண்டிகேட்டர் மூலம் வாசிக்கவும் — நடுத்தர பேரிங்குகளுக்கு பொதுவாக 10–30 µm — பின்னர் உற்பத்தியாளரின்’ அட்டவணையுடன் ஒப்பிடவும். உணர்வு முறை (தரமதிப்பு): ஒரு வளையத்தைப் பிடித்து மற்றதைக் கையால் ஆட்டவும்; அனுபவம் வாய்ந்த பொருத்துநர் விளையாட்டு (play) தோராயமாகச் சரியாக உள்ளதா என்பதை மதிப்பிடலாம். இது துல்லியமற்றது ஆனால் விரைவான சரிபார்ப்புக்கு வேகமானது.
After installation
Axial displacement method: பொருத்தப்பட்ட பேரிங்கில், ஒரு அச்சு விசையைச் செலுத்தி அச்சுப் பயணத்தை அளவிடவும், இது ஆர இடைவெளியுடன் தொடர்புடையது — இருப்பினும் இதற்கு தண்டின் (shaft) முனைக்கு அணுகல் தேவை. Vibration analysis: இயந்திரம் இயங்கத் தொடங்கியதும், அதிகப்படியான இடைவெளி உயர்ந்த உயர்-அதிர்வெண் ஆற்றலாகவும், மோதல் அடையாளங்களாகவும் வெளிப்படுகிறது time waveform, மற்றும் பேரிங்கின்’ இயற்கை அதிர்வெண்களில் மாற்றங்களாகவும் வெளிப்படுகிறது.
6. Clearance Selection Guidelines
Allow for temperature rise. சுற்றுப்புற வெப்பநிலையை விட பேரிங்கின்’ உயர்வை மதிப்பிடவும் (பொதுவாக 20–60 °C), உள் மற்றும் வெளி வளையங்களுக்கு இடையேயான வேறுபட்ட விரிவாக்கத்தைக் கணக்கிடவும், விரும்பிய இயக்க இடைவெளியில் நிற்கும் தொடக்க வகுப்பைத் தேர்ந்தெடுக்கவும். ஒரு பயனுள்ள கட்டைவிரல் விதி: 100 mm துளை கொண்ட பேரிங்கிற்கு, உள்-வெளி வெப்பநிலை வேறுபாட்டின் ஒவ்வொரு °C க்கும் தோராயமாக 1 µm இடைவெளி இழக்கப்படுகிறது.
Compensate for the fit. இறுக்கமான தண்டுப் பொருத்தம் (shaft fit), உள்-வளைய விரிவாக்கத்தை ஈடுசெய்ய C3 அல்லது C4 ஐக் கோருகிறது; தளர்வான தண்டுப் பொருத்தம் CN அல்லது C2 க்குப் பொருந்தக்கூடும். ஹவுசிங்-பொருத்த விளைவுகள் வழக்கமாக தண்டு-பொருத்த விளைவுகளை விட குறைவான முக்கியத்துவம் வாய்ந்தவை.
Match the application.
- Precision applications: குறைந்தபட்ச ரன்அவுட்டிற்கு (runout) C2 அல்லது CN.
- Electric motors: இறுக்கமான தண்டுப் பொருத்தங்கள் மற்றும் குறிப்பிடத்தக்க வெப்பநிலை உயர்வு காரணமாக C3 பொதுவானது.
- High-temperature service: வெப்ப விரிவாக்கத்தை உள்வாங்க C4 அல்லது C5.
- Heavy loads: C3 or C4, accepting some clearance reduction under load.
7. அதிர்வு மற்றும் கண்டறிதலுடனான தொடர்பு
இடைவெளி (clearance) என்பது வெறும் பொருத்துதல் விவரம் மட்டுமல்ல — அது இயந்திரம் உருவாக்கும் அதிர்வை வடிவமைக்கிறது, அதனால் அதை நோயறிய (diagnose) முடிகிறது. அதிகப்படியான இடைவெளி ஒரு non-linear பதிலை அளிக்கிறது: உருளும் உறுப்புகள் தொடர்பை இழந்து ஒவ்வொரு சுழற்சியிலும் மீண்டும் மோதுகின்றன, இதனால் பல harmonics, அகலப்பட்ட (broadband) உயர்-அதிர்வெண் இரைச்சல், மற்றும் வேகத்துடன் சீராக விகிதப்படாத ஒழுங்கற்ற நிலை ஆகியவை உருவாகின்றன. பல மாதங்களாக மொத்த அதிர்வில் ஏற்படும் நிலையான உயர்வு, தேய்மானம் இடைவெளியை விரிவாக்குகிறது என்பதற்கான ஒரு செந்தரமான அறிகுறியாகும்; அதே நேரத்தில் பேரிங்கின் (bearing) பயனுள்ள விறைப்புத்தன்மையில் (stiffness) ஏற்படும் மாற்றங்கள் ரோட்டரின் முக்கிய வேகங்கள். வெப்பநிலை மற்ற பாதியை சொல்கிறது: சூடான பேரிங் இறுக்கமான பொருத்துதலைச் சுட்டிக்காட்டுகிறது, அதே நேரத்தில் சுற்றுச்சூழல் வெப்பநிலைக்கு அருகில் ஏற்படும் கறகற சத்தம் தளர்வை (slop) சுட்டிக்காட்டுகிறது.
களத்தில் இந்த அறிகுறிகளைப் பிடிக்கவே ஒரு கையடக்க இரு-சேனல் பகுப்பாய்வி (two-channel analyser) வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. பொறியாளர்கள் Balanset-1A to record the running spectrum மற்றும் ஒரு காலத்தொடர் அலைவடிவத்தை (time waveform) ஓர் accelerometer இலிருந்து பேரிங் வீட்டின் (bearing housing) மீது, மொத்த நிலையை முந்தைய ஒன்றுடன் baseline, மற்றும் உண்மையான இடைவெளி-தூண்டப்பட்ட தளர்வை தாங்கு குறைபாடுகள் போன்ற, ரேஸ்வே ஸ்பாலிங் (raceway spalling) போன்றவற்றிலிருந்து பிரித்தறிகின்றனர். இடைவெளி வளர்ச்சி அகலப்பட்ட தளத்தை உயர்த்துகையில் ஒரு தனித்த குறைபாடு கோளாறு அதிர்வெண்களில் தொனிகளைச் சேர்க்கிறது என்பதால், இந்த இரண்டும் அதே கருவியில் வேறுபட்டுத் தெரிகின்றன — மேலும் நீங்கள் மொத்த தீவிரத்தை மொத்த அதிர்வ நிலை கணக்கீட்டி மூலம் அளவிட்டு, தலையீடு தேவையா என்பதை இந்தப் போக்கு (trend) நியாயப்படுத்துகிறதா எனத் தீர்மானிக்கலாம்.
எனவே பேரிங் இடைவெளி என்பது தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டு, சரிபார்க்கப்பட்டு, பின்னர் கண்காணிக்கப்பட வேண்டிய ஒரு விவரக்குறிப்பாகும். அது பெஞ்சிலிருந்து இயங்கும் இயந்திரத்திற்கு எவ்வாறு மாறுகிறது — மேலும் அது அதிர்வுக் கையொப்பத்தை (vibration signature) எவ்வாறு நிறமாக்குகிறது — என்பதைப் புரிந்துகொள்வதே ஓர் இடைவெளி எண்ணை, சிறந்த பேரிங் தேர்வு, ஆரோக்கியமான நிறுவல் நடைமுறை, மற்றும் நம்பிக்கையான நோயறி விளக்கத்திற்கான ஒரு கருவியாக மாற்றுகிறது. சிறப்பு வீடுகளுக்கு (housings), அதே கொள்கைகள் இருக்கை தாங்கிவரை நீட்டிக்கப்படுகின்றன, அங்கு எண்ணெய்-படல இடைவெளி ஒரு ஒத்த பங்கை வகிக்கிறது.
