Assen en lagers: De juiste passing begrijpen en kiezen

Een aspassing legt via ISO-tolerantievelden (bijv. H7/k6) volgens DIN ISO 286 vast of lager en as met speling, overgang of interferentie worden gevoegd. Passingen vormen de basis van betrouwbare machinesystemen: of het nu gaat om assen in lagers, naven op assen of behuizingscomponenten – de juiste passing bepaalt de assembleerbaarheid, levensduur en bedrijfszekerheid.

In deze handleiding wordt het ISO-tolerantiesysteem (DIN ISO 286) uitgelegd, worden de verschillende pasvormen besproken en worden praktische aanbevelingen gegeven voor assen, lagers en naafverbindingen. Met deze kennis kunt u productietekeningen correct specificeren en kostbare fouten voorkomen.

Het ISO-tolerantiesysteem volgens DIN ISO 286

Elke ISO-tolerantieaanduiding bestaat uit een letter (tolerantieveld, de positie boven of onder de nominale maat – hoofdletters voor gaten, kleine letters voor assen) en een cijfer (tolerantieklasse, de breedte van het tolerantiebereik). Bij Ø 20 H7/h6 leidt dit tot duidelijk vastgelegde grensmaten en een reproduceerbare spelingpassing.

De volledige systematiek van de basisafwijkingen en tolerantieklassen met µm-waarden valt buiten het bestek van deze montagehandleiding. Een uitvoerige uitleg van de tolerantievelden inclusief tabellen vindt u in het referentieartikel ISO-passingen H7/h6: het tolerantiesysteem.

Drie soorten passingen

ISO 286 kent drie soorten passingen: de spelingpassing (gat altijd groter dan de as, bijv. H7/h6 – voor roterende buitenringen en geleidingsassen), de overgangspassing (speling of lichte interferentie afhankelijk van de fabricage, bijv. H7/k6 – voor wentellager-binnenringen) en de perspassing (as altijd groter dan het gat, bijv. H7/p6 – voor tandwielen en riemschijven onder hoog koppel). Welke combinatie u in deze handleiding concreet kiest, leest u in de volgende paragrafen over as-naaf- en wentellagerzittingen.

Een uitvoerige afleiding van de soorten passingen met alle genormde tolerantieveld-combinaties leest u in ISO-passingen H7/h6: het tolerantiesysteem.

As-naafverbindingen

Parallelle spie volgens DIN 6885

De parallelle spie is een eenvoudige, kosteneffectieve verbindingsmethode. Hij wordt in een gleuf in zowel de as als de naaf gefreesd en voorkomt relatieve rotatie door vormpassing. DIN 6885 standaardiseert maten: breedte b, hoogte h en diepte t. Voor asdiameters 12-17 mm is meestal 5×5 mm nodig; voor 20-25 mm is 6×6 mm standaard.

Voordelen: Eenvoudig, kosteneffectief, standaard. Nadelen: De gleuf in de as verzwakt deze tot 20%; parallelle spieën kunnen niet axiaal glijden.

Vertande as (spline) volgens DIN 5480

Vertande assen zijn een robuuster alternatief voor parallelle spieën. De as heeft meerdere tanden (4, 6 of 10) die in overeenkomstige groeven in de naaf grijpen. Het koppel wordt verdeeld over meerdere contactflanken, niet over één spie.

Voordelen: Hogere draagkracht, meerdere contactflanken, maken axiaal glijden mogelijk (belangrijk voor schakelversnellingsbakken). Nadelen: Duurder om te vervaardigen; verzwakken de as eveneens, maar minder dan parallelle spieën.

Klemset

Een klemset (of snelklemnaaf) is een axiaal verschuifbare naaf met interferentiepassing. Door axiale beweging wordt de naaf op de as geklemd. Hierdoor is snelle montage en demontage mogelijk zonder persen of verwarmen. Klemsets zijn duur, maar waardevol voor naven die vaak worden vervangen.

Typische passingen voor wentellagers

Wentellagers (volgens DIN 625 / ISO 15) hebben gestandaardiseerde pasaanbevelingen in hun technische documentatie. Hier zijn de belangrijkste combinaties:

Binnenring op de as

• j5 / j6: Lichte overgangspasvorm. De binnenring zit licht en kan onder zware belasting speling ontwikkelen. Standaard voor stationaire assen of puntbelasting op de binnenring.
• k5 / k6: Overgangspassing met lichte interferentie. De stevigere zitting voorkomt kruip van de binnenring onder omtrekbelasting. Standaard voor roterende assen (roterende binnenringbelasting).
• m6: Matige interferentiepasvorm. Vereist voor hoge belastingen en hoge snelheden.

Buitenring in de behuizing

• H7 / H8: Spelingpassing. De buitenring zit los in de behuizing en kan gemakkelijk worden vervangen. Standaard voor stationaire ringen.
• G7: Spelingpassing met meer speling dan H7. Standaard voor zwevende lagers, waarbij de buitenring iets axiaal verschuifbaar moet zijn om thermische uitzetting te compenseren.
• J7 / K7: Overgangspassing. Vereist voor hoge radiale belastingen of roterende belasting.

Vuistregel: Roterende ring = interferentiepassing (j/k/m), stationaire ring = spelingpassing (H/G). De exacte waarden worden gedefinieerd in DIN 625 tabellen en zijn afhankelijk van de grootte, belasting en snelheid.

Passingen referentietabel met aanbevelingen

Voor tandwielen en rondwielen op tekening legt TEA de passingspecificaties direct in de productiedocumentatie vast — zie speciale vertanding op tekening.

Getalswaarden: grensafmetingen volgens ISO 286

De volgende grensafmetingen (onder-/bovenafwijking in µm ten opzichte van de nominale diameter) gelden voor de gangbare wentellagerpassingen volgens ISO 286:

k6 geeft aan de wentellager-binnenring een lichte overgangspassing/perspassing tegen kruipbeweging; n6 geeft een stevigere perspassing voor stotende of hoge omtrekbelastingen. De tolerantie van de lagerboring zelf volgt ISO 492 (nauwer dan een standaardboring volgens ISO 286) — daardoor valt de effectieve passing k6/lagerboring strakker uit dan k6/H7. Alle waarden zijn richtwaarden uit ISO 286; de bindende norm en de aanbevelingen van de lagerfabrikant zijn leidend.

Kerfwerking van de spiebaan: sterkte volgens DIN 743

De uitspraak „een spiebaan verzwakt de as“ laat zich kwantificeren. DIN 743 („Draagkrachtberekening van assen en aslichamen“) legt de plaatselijke spanningsverhoging bij kerven vast via het kerfwerkingsgetal β. De spiebaan behoort daarbij tot de meest kritische dwarsdoorsneden van een as, omdat hij een scherpkantige langsgleuf juist daar aanbrengt waar het koppel wordt overgebracht.

Vormgetal, kerfwerkingsgetal en kerfgevoeligheid

Het vormgetal α beschrijft de zuiver geometrische spanningsverhoging (maximale spanning in de kerfbodem ten opzichte van de nominale spanning) bij zuiver elastisch gedrag. Het voor de vermoeiingssterkte bepalende kerfwerkingsgetal β is volgens DIN 743 steeds kleiner dan α, omdat reële materialen de spanningspiek slechts gedeeltelijk „voelen“:

Het steungetal n (ook steunfactor) houdt rekening met het betrokken spanningsverloop in de kerfbodem: bij een scherpe kerf daalt de spanning steil, zodat slechts een klein materiaalvolume hoog belast wordt – het materiaal „steunt“ zichzelf. n neemt toe bij een scherpere kerf en bij een lagere materiaalsterkte. Het verlaagde kerfwerkingsgetal β van de spiebaan vermindert de wisselsterkte van het onderdeel ten opzichte van de gladde proef:

Voor de spiebaan volgens DIN 6885 ligt het kerfwerkingsgetal voor buiging doorgaans in het bereik β​_b ≈ 1,6 … 2,4 en voor torsie bij β​_t ≈ 1,3 … 1,8 – afhankelijk van asdiameter, gleufvorm (schijffrees- versus vingerfreesgleuf) en treksterkte R​_m van het materiaal. Hogersterke staalsoorten reageren gevoeliger (hogere β), omdat hun steunwerking geringer is.

Richtwaarden kerfwerkingsgetal spiebaan

De waarden zijn oriëntatiegrootheden in de orde van grootte van de diagrammen uit DIN 743-2 respectievelijk Roloff/Matek en de omgeving van de FKM-richtlijn; bindend is de normconforme afzonderlijke berekening met de daarin opgenomen diagrammen voor vormgetal en steungetal.

Rekenvoorbeeld: toelaatbaar koppel van een as met spiebaan

Een as ⌀ 40 mm van veredelingsstaal (bijv. C45E, wisselsterkte torsie van de gladde proef τ​_tW ≈ 150 N/mm²) draagt een spiebaan volgens DIN 6885 met β​_t = 1,6. Gevraagd is de verdraagbare schuif-wisselspanning in de gleufdoorsnede (vereenvoudigd, zonder verdere invloedsfactoren zoals oppervlak of grootefactor):

Met het polaire weerstandsmoment van de massieve as W​_t ≈ 12 566 mm³ volgt het vermoeiingsvast verdraagbare wissel-torsiekoppel (zonder veiligheidsfactor):

Zonder kerf (β​_t = 1) zou dezelfde doorsnede bij τ​_tW = 150 N/mm² liggen en daarmee T ≈ 1 885 Nm. De spiebaan verlaagt de verdraagbare torsie-wisselbelasting dus tot ongeveer 1 / 1,6 ≈ 62,5 % – een vermindering met circa 37 %. Dat laat zien: bij dynamisch hoog belaste assen loont de stap naar de spie- of tandasverbinding of naar de perspassing, die het koppel zonder scherpe langsgleuf overbrengt.

Opmerking over het geldigheidsbereik: de berekening is bewust vereenvoudigd en dient ter bepaling van de orde van grootte. Een volledige uitlegging volgens DIN 743 houdt daarnaast rekening met de grootte-invloedsfactor, de oppervlakte- en randlaagfactor, de middenspanning alsmede de vereiste veiligheid tegen vermoeiingsbreuk.

Assemblagerichtlijnen en beste praktijken

Montage van persp­assingen

Koude stalen persp­assingen kunnen persk­rachten tot ca. 50 kN weerstaan. Voor hogere koppels: hydraulische of thermische montage. Thermische montage: verwarm de naaf tot 100–150 °C, schuif hem op de koude as – terwijl hij afkoelt vormt de perspassing zich automatisch. Dit is schonender en betrouwbaarder.

Spelingpassingen instellen

Spelingpassingen (bijv. H7/h6) dienen vóór inbedrijfstelling te worden ingesteld. Radiale speling in lagers kan worden afgeregeld met borgmoeren of borgschijven. Dit optimaliseert de levensduur en vermindert geluidsvorming.

Oppervlakteafwerking in acht nemen

Ruwe oppervlakken kunnen persp­assingen verzwakken. Na fijnbewerking moeten de oppervlakken Ra < 0,8 µm hebben. Speciale coatings (bijv. nikkel, chroom) kunnen de passing veranderen – stem dit altijd af met de fabrikant.

Inspectie en testen

Na montage dient de passing te worden gecontroleerd met kaliberpinnen of schuifmaten. Voor kritieke toepassingen: röntgen- of ultrasoontests om inwendige spanningen op te sporen.