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モーターベアリングの選択ガイド
電動モーターの中核部品の一つとして、 モーターベアリング モーター製造の分野では常に重要な問題でした。適切なベアリングの選択は、モーターの動作安定性、耐用年数、メンテナンスコストなどのいくつかの側面に直接関係します。したがって、モーターを製造する際には、実際の使用条件や性能要件に基づいて、多数の軸受モデルの中から選択する必要があります。モーターベアリングは、シャフトからモーターに負荷を継続的に伝達し、ローターをサポートするように設計されています。これらのベアリングが故障すると、多くの場合、高額なモーター修理が必要になります。電気モーター用の普遍的な「フリーサイズ」の減摩ベアリング ソリューションはありません。各ベアリングのタイプには固有の性能特性があるため、特定の動作条件に適しています。ベアリングとモーターの用途が一致しないと、重大な問題が発生する可能性があります。このブログでは、モーターベアリングを選択する際の設計、タイプ、考慮事項などをレビューし、適切なモーターを選択するための建設的な提案を提供します。
125 馬力を超える出力、1,200 rpm を超える速度、直接ベルト接続作業用に設計された深溝ボール ベアリングを備えたモーターは、機械的過負荷や早期故障につながる可能性があります。
耐久性の高いベルト用に設計されたモーターを結合負荷に配置すると、ベアリングの転動体に十分なラジアル荷重が与えられない場合があります。軌道上で滑ったり滑ったりして高温を引き起こし、場合によっては潤滑が完全に機能しなくなる可能性があります。
ローラーベアリングの負荷が低い場合（ベルトに負荷がかかっている場合でも）、同様の滑り現象によりモーターの早期故障が発生する可能性があります。
水平ベアリングを備えたモーターを垂直用途に取り付けると、意図しない追加のアキシアル荷重が加わり、ベアリングのグリース損失が発生する可能性があります。
ベアリングを流れる迷走電流 (大型可変速モーターでよく発生します) に対処しないと、ガルバニック腐食による損傷が発生し、ベアリングの早期故障につながる可能性があります。
モーターベアリングの設計
電気モーターの転がり軸受 (ボールとローラー) は、ローターを支持して位置決めし、空隙を小さく一定に保ち、シャフトからモーター フレームに負荷を伝達するために使用されます。ベアリングは高速および低速動作をサポートし、摩擦を最小限に抑え、騒音を低減し、耐用年数を延ばし、電力を節約する必要があります。電気モーターの設計と使用は業界によって異なるため、電気モーターをサポートするために使用されるベアリングの種類も数多くあります。電動機に適した軸受の種類には、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、スラスト自動調心ころ軸受などがあります。各ベアリングには独自の構成と性能特性があります。電気モータは通常、ロータを半径方向に支持し、ステータに対してロータを軸方向に位置決めするための固定軸受構成および非固定軸受構成を含んでいる。位置決めベアリングはシャフトの位置を決めて軸方向の荷重をサポートしますが、非位置決めベアリングはシャフトを軸方向に移動させ、シャフトが熱膨張したときの過負荷状態を補償します。
ボールベアリング 最大 150 馬力のモーターの非ベルト用途で一般的に使用されます。ラジアル荷重とアキシアル荷重に耐えることができます。横型機械で使用される小型モーターの場合、最も一般的なのは、シャフトの動きを制御するために、クロス配置ベアリング構成でスタブ シャフトに取り付けられた XNUMX つの深溝ボール ベアリングです。横型機械で使用されるほとんどの中型および大型の電気モーターでは、位置決めベアリングとして深溝玉軸受が使用されますが、負荷、速度、温度、用途の環境に応じて、非位置決めベアリングは円筒ころ軸受になる場合があります。自由側ベアリングは、熱や機械の公差によって引き起こされる軸方向の膨張に対応します。
アンギュラ玉軸受 高い軸方向荷重に耐え、電気モーター内での高速でのスムーズな動作を可能にするように設計されています。これらは 1 列または 2 列として構成でき、さまざまなケージ設計で使用できます。垂直機械は通常、垂直荷重、シャフトとローターの重量、速度、温度、動作環境に応じて、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、またはスラスト自動調心ころ軸受を使用します。
円筒ころ軸受 これはまさに、極めて高いアキシアル荷重を扱うときにモーターが必要とするものです。これらは中速と高速の両方で効率的に動作し、さまざまな異なる設計構成で提供されます。ベルトまたはギア駆動の電気モーターで最もよく使用されます。
シールドベアリング
シールドベアリングは、小型モーターで一般的に使用されるベアリング設計で、ベアリングの汚染への曝露を制限するように設計されています。これらのベアリングは、一度取り付けると新しいグリースで潤滑することはできません。これは、寿命が限られており、問題が発生した場合にすぐに交換できるように注意深く監視する必要があることを意味します。
シールドベアリング
シールドベアリングは、設置からモーター動作までの転動体の汚染を制限するために使用されるもう 1 つのベアリング設計です。これらの軸受はグリースを充填して再潤滑することができますが、内圧が解放されていない場合、シールドが保持器や転動体に押し付けられ、大きな問題が発生する可能性があります。
モーターベアリングを選択する際に常に念頭に置いておかなければならない要素の 1 つは、作業に使用するモーターにどのタイプのベアリング設計が最適であるかということです。どのベアリング設計が作業環境に最適であるかわからない場合は、モーターベアリングの専門家に問い合わせて、どのベアリング設定とモーターが最適であるかを判断してください。
負荷の影響
荷重の性質は、ベアリングを選択する際の主な要素の 1 つです。転動体が適切に回転し、転がり接触領域に良好な潤滑膜を形成できるように、ベアリングには常に一定の最小荷重が必要です。そうしないと、滑りが発生し、動作温度が高くなり、潤滑剤が劣化する可能性があります。もちろん、ベアリングは、アプリケーションで満足のいく耐用年数を達成するために十分な負荷容量を提供する必要があります。関係する重量や伝達される動力によって発生する力だけでなく、駆動負荷に接続されているカップリング負荷やベルト負荷も含め、すべての負荷を考慮する必要があります。結合負荷の場合、モーターのシャフトは通常、フレキシブルカップリングを介して負荷を駆動するシャフトに接続されます。このタイプの荷重では、モーター ローターとシャフト アセンブリの重量以外に、モーター ベアリングにアキシアル荷重またはラジアル荷重が発生しません。 （ただし、誤った取り付けにより芯ズレが発生するとラジアル荷重が増加する可能性があります。）
一般的に言えば、ローラーベアリングは重い荷重に耐えることができ、ボールベアリングは軽い荷重に耐えることができます。荷重には、ラジアル荷重、アキシアル荷重、またはその両方の組み合わせが考えられます。円筒ころ軸受などの一部の軸受は、一般にラジアル荷重のみを負荷するように設計されています。アンギュラ玉軸受などの他の軸受は、主にアキシアル荷重を支えるのに適しています。円筒ころ軸受は純粋なラジアル荷重と最小限のアキシアル荷重のみに耐えることができます。他のラジアル軸受 (円すいころ軸受や自動調心ころ軸受など) は、ラジアル荷重に加えてアキシアル荷重も受けることができますが、最小荷重についても考慮する必要があります。
アンギュラ コンタクト ボール ベアリングは、比較的高速で中程度の軸方向荷重を支えることができます。一方向に作用する中程度から重い軸方向荷重には、スフェリカル ローラー スラスト ベアリングを指定します。ベアリングの軸方向荷重を支える能力は、ベアリング内部の接触角または荷重作用によって決まります (角度が大きいほど、ベアリングは軸方向荷重に適しています)。単列アンギュラ コンタクト ボール ベアリングとテーパー ローラー ベアリングは、一方向の軸方向荷重しか支えることができません。軸方向荷重が交互に作用する用途では、これらのベアリングを、軸方向荷重に耐えることができる別のベアリングと組み合わせる必要があります。ラジアル荷重と軸方向荷重が同時に作用すると、複合荷重が発生します。このような場合、最も一般的なベアリング ソリューションは、単列および複列アンギュラ コンタクト ベアリングと単列テーパー ローラー ベアリングです (ただし、軸方向荷重とラジアル荷重の比率によっては、深溝玉軸受も適している場合があります)。
速度。
回転速度は動作温度に影響し、動作温度はベアリングと潤滑剤の寿命に影響します。したがって、ケージ、潤滑剤、ベアリングの動作精度とクリアランス、システムの共振周波数、回転部品のバランスはすべて、ベアリングを選択する上で重要な要素です。高速アプリケーションの場合、ローラーベアリングよりもボールベアリングが適していることがよくあります。超高速アプリケーションでは、精密ベアリングまたはハイブリッドベアリングが利点を提供する場合があります。
温度。
モーター用途における許容軸受動作温度により、転がり軸受の動作速度が制限されます。低摩擦でベアリング内部の熱が低いベアリングタイプは、高速動作で効果を発揮します。負荷が純粋なラジアル荷重の場合、深溝玉軸受は最高速度を達成できます。荷重が複合荷重の場合、アンギュラ玉軸受は最高速度を達成できます。これは、セラミック転動体を備えたベアリングに特に当てはまります。
潤滑
通常の速度と温度条件下では、モーターのベアリングは通常グリースで潤滑されます。グリースを使用すると、ハウジングとシールの設計がシンプルでコスト効率に優れ、潤滑剤が重要な表面によく付着し、オイルよりも確実に汚れから保護されます。グリースの寿命は、ベアリングの種類、グリースの種類、モーターの方向と速度、ベアリングの動作温度など、さまざまな要因によって異なります。標準の電気モーターの小さなボール ベアリングには通常、シールまたはガードが装備されており、寿命まで潤滑されています。再グリースを塗る必要はなく、通常のモーターの保守間隔中に交換できます。サイズに関係なく、ヘビーデューティー電気モーターには通常、オープン ベアリングと再潤滑が装備されています。(グリースの寿命が予想されるベアリングの寿命よりも短い場合は、グリースが期待どおりに機能している間にベアリングを再潤滑する必要があります。)
回転速度や動作温度によっては、グリースの寿命や再潤滑時間が短すぎるため、グリースの使用が非現実的または不可能になることがあります。このような状況では、オイル潤滑が必要です。一般的に、オイルで潤滑されるのは大型の電気モーターのみです。これは、複雑なシールが必要であり、システム漏れの潜在的なリスクがあるためです。
動作環境
周囲温度、動作温度、湿度、ほこり、汚れ、金属、木材、プラスチック粒子などの汚染物質の存在などの要因はすべて、選択するベアリングのタイプと、ベアリングをシールドまたはシールする必要があるかどうかに影響を与える可能性があります。湿気は特にベアリングに悪影響を与えるため、湿気の多い環境や結露しやすい環境では、湿気の影響を軽減するための措置を常に講じる必要があります。
モーターベアリングの故障の原因
モーターが故障した場合、ベアリングが原因である可能性がありますが、ベアリング以外にも原因はたくさんあります。これらの原因には、巻線、配線、グリースまたはシールの不良が含まれ、ベアリングの故障につながる可能性があります (ただし、ベアリングが根本的な原因ではありません)。モーターの不適切な使用とメンテナンスは、問題やベアリングの早期故障の可能性を高める可能性があります。
アーク
アーク放電によって発生する迷走電流は、ベアリングの損傷を引き起こす可能性があります。一般にアークは孤立して局所化する傾向がありますが、軸受への影響は、軸受の内部表面を溶かして再調整する一連の小さな落雷に似ています。その結果、表面材料の一部が剥離してバラバラになり、ベアリング内で騒音が発生し、耐用年数が短くなる可能性があります。アーク発生の問題を回避する 1 つの方法は、ベアリングをシャフト電流から隔離することです。特殊なセラミックコーティングをベアリングの外径または内径に適用して、ベアリングを通る電流の流れを防ぐことができます。ハイブリッド ベアリング設計は、ベアリング内の金属製回転要素をセラミック ボールまたはローラーに置き換えることにより、別のソリューションを提供します。ベアリングを内部から効果的に隔離します。
水分
湿気は常に避けることはできませんが、制御することは可能です。通常、モーターの動作中は湿気は有害ではありません。ただし、モーターの電源を切り冷却すると結露が発生します。結露は完全に防ぐことはできませんが、軸受部に防錆剤を添加したグリースを使用したり、結露が疑われる場合には空転モータのシャフトを頻繁に回転させることで悪影響を防ぐことができます。良好なシールは、キャビティへの湿気の侵入を防ぎます。フラッシング時にシールに直接水をスプレーしないようにすることも重要です。
軸の芯ずれ
ベアリングの早期故障の一般的な根本原因は、モーター シャフトと駆動装置の間のミスアライメントによって、過度の振動や内部ベアリング負荷が誘発され、モーターの耐用年数が短くなる可能性があります。通常、カップリングは柔軟性があり、位置ずれに対応できます。ただし、その柔軟性を当然のことと考えないでください。理想的な軸心出しを実現するには、まず駆動機器を固定し、次にカップリングを取り付けます。カップリングを装置に接続した後でのみ、モーターを正しい位置に移動して固定する必要があります。
不適切な潤滑
効果的なベアリング潤滑には、適切な潤滑剤の種類と量、補充間隔、塗布方法が必要です。正しい注油間隔に関する一般的な規則はありません。代わりに、間隔はベアリングのサイズとタイプ、動作速度、一般的な動作環境、およびモーターの種類に基づいて決定する必要があります。 (垂直モーターは水平モーターの 2 倍の頻度で潤滑を必要とします。) 耐用年数にわたってシールまたはシールドされたベアリングは、通常、再潤滑する必要はありません。ベアリングに注油する前に、現在使用しているグリースを確認し、同じ種類のグリースまたは互換性のある製品を選択してください。すべてのグリースに互換性があるわけではありません。 (潤滑剤メーカーは互換性表を提供しています。) モーターメーカーの推奨事項を必ず考慮してください。
過剰な潤滑を避ける
指定量以上の潤滑剤を追加すると、摩擦と温度が上昇してグリースの寿命が短くなり、ベアリングが損傷したり、モーターの性能に悪影響を与える可能性があります。グリースが多すぎると、転動体が回転するためにエネルギーが必要になります。これにより、モーターに大きな負担がかかります。また、潤滑剤が多すぎると、転動体が余分なグリースを押しのけようとするため、望ましくない熱が蓄積されることもあります。熱が蓄積すると、摩擦、摩耗、グリースの寿命の短縮が発生します。
まとめ：
ベアリングの適切な選択、取り付け、メンテナンスは、電気モーターの性能と耐用年数を最適化するのに役立ちます。まず、速度、仕事量、温度、騒音などのモーターの動作条件を理解する必要があります。特に高速動作下では、モータの正常な動作を保証するために、軸受は高い動作安定性と剛性を備えていなければなりません。モータの使用条件や要求に応じて機種を決定してください。有名ブランドや高品質のベアリングモデルを選択することをお勧めします。同時にベアリングの仕様と精度にも注意してください。適切な計算とテストを実行し、ベアリングモデルを検証および調整して、モーターがさまざまな動作条件下で正常に動作できることを確認します。さらに、使用中には、ベアリングの洗浄や潤滑などの基本的なメンテナンスと維持作業が必要になります。
適切なベアリングの選択 タイプは重要ですが、唯一の基準ではありません。また、軸受の材質、精度、潤滑方法、サイズなどの影響も考慮する必要があります。大型モーターや高速で動作するモーターの場合は、技術指標とベアリングの品質に特別な注意を払う必要があります。モーターのメンテナンスや部品の交換を行う場合は、モーターが正常に動作するようにベアリングの選択、取り付け、デバッグに注意を払う必要があります。つまり、正しいモーター ベアリング モデルを選択することは、モーターの正常な動作を確保するための重要な安全策です。モーターの軸受を選択する際には、モーターの寿命と性能レベルを確保するために、実際の条件と要件に基づいて評価して選択する必要があります。関連するすべての要素を分類するのは難しい場合がありますが、一人で行う必要はありません。知識豊富なベアリングメーカーは、特定のアプリケーションのニーズに最適なソリューションを見つけるお手伝いをします。