設計とエンジニアリング
当社は協力して、お客様の厳しい仕様に合わせて、多くの場合、XNUMX 万分の XNUMX インチ単位の公差で最適なベアリングを製造できます。 お客様のあらゆるニーズに対応するソリューションを提供するために、当社の施設を訪問する機会を歓迎します。
オーベアリングの社内テクノロジーラボ
当社の技術研究所には、軸受アプリケーションを迅速かつ効果的に評価できる高度な精密機器と高度な評価ソフトウェア（Solid Works、AutoCAD など用途に限定されません）が備えられています。独自の「オーベアリング解析システム」によりベアリングを多角的に評価します。当社の設計エンジニアは、定格荷重、速度制限、疲労寿命を最大化するために軌道プロファイルを慎重に最適化します。優れた性能を実現するために最適な軌道残留応力を確保するために、「製造のための設計」に特別な配慮が払われています。同時に、多くの用途は埃や汚染された条件下で行われるため、ベアリングシールは汚染を防ぐことも考慮されています。
製造コストを節約
軸受の製造コスト (材料費、工具費、組立費) の約 70% は設計上の決定によって決まりますが、コストの残りの 30% はプロセス計画や工作機械の選択などの生産上の決定を構成します。私たちの目標は、高品質を維持しながら、生産、組み立て、メンテナンスにおいてコスト効率が高いようにカスタム ベアリングを最適化することです。 Aubearing は、ベアリングのサイズ、転動体、硬度、ギア構成などを推奨し、荷重、サイズ、回転、ライフサイクルの要件を満たすために内径 200mm から外径 6,000mm までのベアリング サイズを製造しています。
すべての設計エンジニアが知っておくべき軸受の用語と計算
ベアリングは、機器や動力伝達用途のほぼすべての回転アセンブリに使用されています。 スムーズな回転運動を生み出し、摩擦と摩耗を軽減します。 サイズを適切に設定して使用すれば、ほとんどのベアリングは交換することなく長年にわたって動作します。
回転軸受は、すべり軸受、静圧および動圧軸受、磁気軸受、転動体軸受を含む広義の用語です。 転動体ベアリングは、転動体のタイプ (ボール、ローラー、ニードルローラー) によってさらに分類できます。 ボール ベアリングまたはローラー ベアリングをアセンブリに組み込むすべての機械設計エンジニアは、ベアリングの寿命とベアリング荷重の計算に精通している必要があります。 これらの基本的な公式を理解していれば、長寿命を実現するために最適化された堅牢な設計を確保することができます。
軸受寿命
ベアリングの寿命 (L) は、ベアリングがリングまたは転動体のいずれかの材料に疲労の最初の兆候を示す前に、ベアリングが特定の一定速度で回転できる時間数として定義されます。
ベアリングの定格寿命 (L10) は、明らかに同一のベアリングのグループの 90% が完了するか、それを超える、特定の一定速度での寿命 (時間単位) です。 定格寿命は、90% の信頼性に関連する単一のベアリングの寿命も指します。 一定速度で動作するベアリングの定格寿命は時間で表すこともでき、L10h と呼ばれます。 定格寿命の単位は数百万回転（106rev）です。
軸受定格荷重
軸受荷重はさまざまな用語で表され、それぞれに独自の定義があります。 静的荷重とは、回転していないベアリングにかかる荷重を指します。
基本定格荷重 (CB) は、ラジアルおよびアンギュラコンタクト ベアリングの計算された一定荷重です。 これは、一見同一のベアリングのグループが、外輪が静止した状態で内輪が XNUMX 万回転するのに耐えられる荷重です。 基本定格荷重の単位はポンド (lb) またはニュートン (N) です。
基本静定格荷重 (Co) は、回転しない軸受にかかるラジアル荷重で、転動体と軌道の間の最も重荷重がかかる接触点で計算された接触応力に対応し、転動体と軌道の全永久変形を生じます。転動体の直径の 0.0001 です。 基本静定格荷重の単位はポンド (lb) またはニュートン (N) です。
静等価荷重 (Po) は、計算された静的なラジアル荷重です。 これは、最も大きな応力がかかった転動体と軌道接触部で、実際の荷重条件下で発生するのと同じ総永久変形を引き起こす荷重として定義されます。 静等価定格荷重の単位はポンド (lb) またはニュートン (N) です。
基本動定格荷重 (C) は、固定外輪を備えた一見同一の軸受のグループが内輪の XNUMX 万回転に統計的に耐えることができる、計算された一定のラジアル荷重です。 基本動定格荷重の単位はポンド (lb) またはニュートン (N) です。
動等価荷重 (P) は、ベアリングの寿命計算式に使用される要素の XNUMX つです。 これは一定の仮想ラジアル荷重であり、実際の荷重条件下で発生するのと同じ影響をベアリングの寿命に及ぼします。 動等価定格荷重の単位はポンド (lb) またはニュートン (N) です。
計算
軸受寿命（L10）は次式で計算できます。 必要な変数は、基本動定格荷重 (C) と軸受の動等価荷重 (P) です。
L10 = (C/P)3
L10 = 定格寿命 (106回転); C = 基本動的定格荷重 (ポンドまたは N)。 P = 動的等価荷重 (ポンドまたは N)
回転数を時間に変換するには、速度 (rpm) で割ります。
L10hrs = (C/P)3 x [(106rev) / (N rpm x 60min/hr)] = 16667/N x (C/P)3
N = 速度 (rpm)
1.P = VFr
2.P = XVFr +YFa
P = 動的等価荷重。 V = 回転係数。 X = 動径係数; Y = 推力係数。 Fr = ラジアル荷重; Fa = アキシアル荷重
ベアリングの外径 (OD) が 0.625 インチ以下の場合、X = 0.56、Y = 2.10、および e = 0.16 の値を使用できます。 直径が 0.625 インチを超えるベアリングについては、以下の表を参照してください。 以下の表の最後の列に示されている係数「e」は、Fa/VFr の比を表します。 Fa /VFr < e の場合、式 (1) が使用されます。 Fa/VFr > e の場合、式 (2) が使用されます。
これらの式は良い出発点となりますが、他の要因もベアリングの有効寿命と定格荷重に影響を与える可能性があります。
一部のアプリケーションでは、動作中に負荷と速度が変化する場合があります。 荷重と速度の変動が既知の変数である場合、これを軸受荷重の計算に組み込むことができます。
潤滑はベアリングの寿命に大きな影響を与える可能性のあるもう XNUMX つの要因です。 シールドベアリングの場合、潤滑剤の寿命がベアリングの寿命を決定することがよくあります。
環境条件や汚染もベアリングの寿命に悪影響を与える可能性があります。
軸受の材質も性能に影響を与える可能性があります。 たとえば、440C ステンレス鋼の定格荷重は、20 ベアリング鋼と比較して約 52100% 低減する必要があります。 ベアリングの寿命は、これらの要因などにより正確な科学ではありませんが、これらの公式を使用すると、エンジニアがアセンブリの安全で信頼性の高い設計を開発するのに役立ちます。
ボールベアリング設計
ボールベアリングの優れた特性は、技術的に要求の厳しい品質特性の結果であり、最大限の性能限界を達成します。 ベアリングの予圧や複数の配置などの設計におけるさまざまな手段により、性能の制限に対抗し、ベアリングの性能能力を向上させます。
ベアリングの予圧
予圧は、ボールベアリングに常に作用する軸方向の力として定義され、ボールと軌道の接触領域に弾性変形を引き起こします。
プリロードによるパフォーマンスの最適化
硬いボールベアリングまたはスプリングプリロードを備えたボールベアリングを取り付けると、ベアリングの動作に関する多くの性能特性が最適化されます。
ばねの減少により、定義可能な半径方向および軸方向の剛性が確実に生成されます (図を参照)
負荷が変化しても高い走行精度と作業性を実現
振動と騒音の低減
高速および高加速時の転動体の接触における滑りと摩擦を回避します。
高速時の滑り摩擦部分の低減（内外輪の接触角変化の低減）
負荷容量の増加（外部負荷と回転速度による）と長寿命
剛性
剛性は、ボール ベアリングに及ぼす軸力の影響 [N] を定義します。これにより、ベアリング リングに 1 μm のずれが生じます。
適切な予圧によりベアリングの剛性が向上し、操作力に対するベアリングの耐荷重能力がサポートされます。
揚力
揚力は、ベアリングセットにかかる中心のアキシアル荷重によってベアリングが無負荷になる力です。
外部アキシアル荷重が吊り上げ力を超えると…
…負荷がかかっていないボールベアリングのボールと軌道は、常に接触していません。
… 滑り摩擦が増加すると摩耗が増加します。
スプリングプリロード
デザインの特徴:
ベアリング 1 (作動側) はハウジング内で軸方向に固定され、ベアリング 2 は軸方向に移動可能に配置されます (シャフト上の内輪の固定座)
ベアリング 2 の外輪にかかるバネ力により、両方のベアリングに一定の予圧がかかります。
必要なスプリングプリロードは、スプリングトラベル（スプリング特性曲線に従った経路力関数）によって設定されます。
完璧な予圧結果を得るには、フローティングベアリングにセットされた外輪の十分な軸方向の可動性が必要です
調整スプリングの調整は、外部アキシアル荷重の作用方向に行われます。
単一ベアリングを使用する場合: <~>、調整されていないベアリングを使用できます。
ベアリングを並べて使用する場合 (<< ~ >>)、同じタイプのベアリング (L、M、または S) を使用すると、均一な荷重分布が保証されます。
特性：プリロードは速度や温度に依存せず、スプリング力のみから生じます。
ばね力により、ベアリングとスラストベアリングの予圧が等しくなります。
シャフトとハウジングの熱膨張は予圧に影響しません
スプリング式ベアリング システムは最高速度を実現できます
リジッドプリロードベアリングセット
いわゆるベアリングセットに複数のベアリングを配置すると、耐荷重能力、剛性、吊り上げ力が向上します。
したがって、すべての配置の半径方向の剛性は次のようになります。
α = 15°の場合: Crad ~ 6 · Cax
α = 25°の場合: Crad ~ 2 · Cax
例: TBT 配列の 3 個のベアリングを備えたベアリングセット
* O または X 配置のベアリングペアの参考値 (ベアリングデータを参照)。
動作関連の影響 (RPM、負荷など) は考慮されていません。
2つのベアリングを複数配置（ベアリングペア）
剛性ベアリング予圧を備えた、O、X、またはタンデム配置の特定のベアリングペアは、多くの用途に効果的でコスト効率の高い技術的ソリューションを提供します。
Oアレンジメント(DB)
>圧力線が軸受軸方向に発散
>大きな支持台（H）と傾斜モーメントに対する高い剛性
両方向の軸力吸収
O配列のベアリングペア
Xアレンジメント(DF)
圧力線は軸受軸方向に収束します
>エスケープエラーに鈍感
>サポートベースのサイズと傾斜剛性の縮小
>両方向の軸力吸収
X配列のベアリングペア
タンデム配置(DT)
荷重方向に対して平行配置
>単一ベアリングよりも高いアキシアル荷重容量 (係数 2)
>両方のベアリングは同じ接触角を持ち、XNUMX 番目のベアリングに対して配置されます
ベアリングペアをタンデムに配置
3個以上のベアリングを複数配置（ベアリングセット）
システムの剛性または高荷重に対する最大の要件がある場合、X、O、または 3 個のベアリングを備えたタンデム配置により、優れた性能特性が得られます。
3つのベアリングを使用した配置
ベアリング4個の配置
中間リング
中間リングによるパフォーマンスの最適化
中間リング（距離リング）を取り付けることにより、対になったベアリングの個々の品質特性を差別化して最適化することができます。 中間リングの幅は少なくとも個々のベアリングの幅となります。
特性：
>支持ベース(H)を大きくしラジアル剛性を向上
>放熱の最適化
>最適化されたオイルの供給と排出によりベアリングの潤滑が向上
中間輪幅 ≧ 単体軸受幅
デザインの特徴:
>材質: 100 Cr6 または同様の硬化物 (少なくとも 45 HRC)
> 中間リング間の平面平行度が良好になるように注意する必要があります (コンポーネントの精度も参照)。
> 外側中間リングと内側中間リングの必要な平行度は、XNUMX 回のクランプ操作で両方のリングを平面研削することによって確保されます。
> 中間リングを備えたベアリングセット (例: <||<||>||>) の場合、ベアリング間のスペーサーリングは異なる圧力ライン軌道で研削されるため、プリテンションが調整されます。
異なる圧力ライン経路間の距離リング
中間リングによるプリロードの変更
中間リングは、すでに調整されているボールベアリングのプリテンションに変更を加えます。
シャフト中間輪の幅がハウジングの幅より小さい場合…
… O 配置のプリロードが増加します
… X 配列のプリロードが減少します
接触角と調整精度
接触角 ⍺0内輪軌道 - ボール - 外輪軌道の接触点間の直線の角度とラジアルレベルが接触角を定義します。
接触角は、ラジアル軸受のすきま（軸受の遊び）と軌道面の接触角によって決まります。
両方の軌道輪間の荷重伝達は、軌道とボールの接触点を介して行われます。
ベアリング配列内の個々のベアリングに均一な荷重が分布すると、荷重がかかるすべてのベアリングに同じ接触角が設定されます。
標準接触角 C (15°) および E (25°)
操作に応じて接触角が変化する…
…外部の力
…内部の力
（高速時の内輪とボールの遠心力）
…内輪はめあい
…内輪と外輪の温度差。
接触角のずれにより軸受の特性が変化し、
ベアリングの動作に影響を与えます。
ご要望に応じて、さらなる接触角もご利用いただけます。
変換部品の精度
シャフト調整および形状および位置の許容差に関する指針値 (DIN EN ISO 1101)
高回転数でのフィット感の最適化
RPM が増加すると (約 n · Dm = 1.5 . 106 mm/min から)、徐々に増加する遠心力によって内部リングが広がり、機能に影響を与える可能性があります。 例えば：
>軸との接触部および接触面における内輪の滑り
>摩擦腐食
>振動
内輪の浮き上がりを防止するために、より強いはめあいを推奨します。
オーバーサイズのベアリング設計とベアリング シリーズの修正係数:
SM 60..: 1
SM 619..: 1.10
KH60..: 1.05
KH619..: 1.15
中実シャフトに有効です。 中空シャフト（50%）の場合：補正係数 = 0.8
ベアリングセットを一緒に張力をかける
精密ナットによるパフォーマンスの最適化
精密ナットを使用してベアリング（セット）をクランプすることにより、GMN 高精度ボールベアリングの性能能力を最大限に活用することができます。
設計:
精密ナットを使用して慎重に取り付けることで、中断を防ぎます (中断、場合によってはハイフンでフォローアップします: 微小な動き)。
微小な動きにより接点腐食が発生します。
> ベアリングの傾きやシャフトの曲がりを防ぐために、ナットの側面をナットとシャフトのねじ山に対して直角に研削します (振れ許容値は最大 2 μm)。
>精密ナットをシャフトに固定します（緩み止め）
> 中間のワッシャーとブッシュは平面と平行にする必要があります (最大 2 μm)
十分に高い軸方向のクランプ力により、ベアリングが意図した位置に固定され、ベアリングに必要な予圧、精度、剛性が確保されます。
インストール：
> ネジ山に軽く潤滑します
>精密ナットを目標締め付けトルクの2～3倍でねじ込み、再度緩め、希望のトルクで締め付けます（内輪と座の温度による寸法変化を補正）
> 複数のベアリング (アキシャル) に必要なプレスバンディングと、ベアリングがシャフト (ラジアル) に押し付けられるときに必要な摩擦抵抗の克服は、2 ～ 3 倍の一次 (ブレークアウト) 締め付けトルクによって確保されます。
クランプ力と締め付けトルクの値は経験に基づいた参考値であり、用途によって異なる場合があります。
