ベアリングの寿命についてのすべて

ベアリングの寿命についてのすべて

ベアリングの寿命は機械装置の寿命を決定する重要な要素の XNUMX つです。 ベアリングの作業スペースを決定した後、特定のシャフト穴径に対して、異なる外径と幅を持つ標準ベアリングを見つけることができます。 ベアリングの外径と幅が大きくなると、それに応じて動負荷容量が増加し、ベアリングの定格寿命が長くなります。 ベアリングの負荷と速度が決まると、次の疑問は「適切に設計された機械には何時間の定格寿命が必要か?」ということになります。 場合によっては、これは、業界や顧客の所在地に基づく特定の業界標準や企業ポリシーによって決定されることがあります。 の。 ある業界では、エンド ユーザーが年に XNUMX 回、ベアリングやシールなどを交換して装置を整備することはまったく問題ありません。別の業界では、ベアリングの耐用年数は少なくとも XNUMX 年です。 最小予想定格寿命値を決定する際には、機器の使用頻度も考慮する必要があります。

AUベアリング - 大手ベアリングメーカー

AUbearing は、米国および世界中のさまざまな産業で使用される 8,000 種類を超えるベアリングを製造しています。 Aubearing が製造する工業グレードのベアリングは、転がり疲労基準に準拠した長い耐用年数を提供するだけでなく、衝撃、過負荷、および時折の高速移動を防ぐために、アプリケーションに基づいてベアリングの構造を考慮する必要があります。この目的のために、各ベアリングの設計が最適化されます。

誕生

ベアリングの動的負荷容量 – C

この場合、定格動荷重が一定方向、一定の大きさの純粋なラジアル荷重(ラジアル軸受の場合)または中心アキシアル荷重(スラスト軸受の場合)であることに基づいて、この場合の基本定格寿命は1万回転となります。 この重要な軸受パラメータ C の値は、クレーンのフック軸受を除くすべての軸受テーブルに示されています。 基本動定格荷重は、転がり疲労に耐える軸受の能力を示し、ラジアル軸受の場合は基本動ラジアル定格荷重 (< ai=3>Cr)、スラスト軸受の場合は基本動アキシアル定格荷重 (Ca) として指定されます。 これらの値は、ベアリングにかかる​​動的荷重を計算するために、米国ベアリング製造者協会 (ABMA) や国際標準化機構 (ISO) などの団体によって定義されています。 ベアリングの動的荷重は、予想される荷重と速度での各ベアリングの定格寿命を予測するために使用されます。 一般に、ベアリングはそのベアリングの動荷重容量の半分に等しい最大動作荷重にしか耐えることができません。

ベアリングの動的荷重と静荷重

静的容量 - Co

ベアリングの静的容量 Co は、その後のベアリングの動作に損傷を与えることなく、非回転ベアリングに安全に加えることができる最大荷重です。 これは、内輪と接触する最も負荷の高い転動体の中心における計算された接触応力に基づいています。 XNUMX 種類のベアリングの応力レベルは次のとおりです。

– 自動調心ボールベアリングは 4600 MPa (667,000 psi)
– 他のすべてのボールベアリングの場合は 4200 MPa (609,000 psi)
– すべてのローラーベアリングは 4000 MPa (580,000 psi)

軸受の定格寿命計算

基本定格寿命L10とは、通常使用における寿命90%の信頼性を有する高品質製造軸受の使用条件を指します。 軸受内部はJISで規定された軸受鋼材または同等の材料で標準設計されたものを使用します。 基本動定格荷重と動荷重の関係。 軸受の等価荷重と基本定格寿命は式(5-1)で表されます。 極度の高荷重条件(Pが基本静定格荷重を超える場合)による軌道や転動体接触面の塑性変形等の影響を受ける軸受C0には、本寿命計算式は適用できません(基本静荷重の項を参照)定格および静等価荷重)または0.5C)またはその逆に、極度に低い滑りにより軌道接触面や転動体の滑りなどの影響を受ける軸受荷重条件に対応します。 これは、一見同一のベアリングのセットが疲労剥離が発生する前に通過するか、それを超える時間です。 軸受 L10 の定格寿命を計算するための基本式は (1-1) です。

ベアリングの寿命 1
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軸受の基本定格寿命を計算するには、定速運転の場合は式 (1-2) を使用します。 鉄道車両や自動車に軸受を使用する場合、走行距離(km)は式(1-3)となります。

したがって、動等価荷重は P、回転速度は n となります。 ベアリング仕様表を参照して、特定の目的に最適なベアリング サイズを選択してください。 C は基本動定格荷重式 (1-4) を計算できます。 軸受の推奨寿命は、表1-5 軸受の推奨寿命(参考)のとおり、使用する機械によって異なります。

3 1

参照する
寿命係数(fh)と回転速度係数nfは式(1-2)により次のように計算されます。

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参考までに、fn、fh、L10h の値は、本カタログに添付されているノモグラムを簡易的に使用することで簡単に求めることができます。

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[参照] 速度(n)とその係数(f<ai=4>n)、寿命係数(fh)と基本定格寿命(L10h)

ラジアル荷重とスラスト荷重の合計

すべてのボールベアリングとローラーベアリングは、大きなアキシアルスラスト荷重に耐えることができます。 ラジアル荷重とアキシアル荷重の合成荷重が発生する場合、定格寿命計算式に使用する「等価軸受荷重」Pを計算する必要があります。 この計算は、ラジアル荷重とスラスト荷重の相互の相対的な大きさと、ベアリングによって生じる接触角に依存するため、多少複雑になる可能性があります。 示されているすべてのベアリング タイプの P の計算を実証するのは非常に困難です。 円すいころ軸受の場合、スラスト係数「K」が使用されます。 ラジアル荷重とスラスト荷重の組み合わせを必要とする定格寿命の計算については、Aubearing にお問い合わせください。

内輪と外輪に対向するフランジを備えたラジアル円筒ころ軸受は、ころの長さにわたるスラスト荷重に耐える能力が限られています。 許容スラスト荷重は、断続的なスラストと位置決めの目的でローラーエンドとフランジを使用した場合のスラスト荷重です。 スラスト荷重はラジアル荷重に対して垂直であり、異なるベアリング接触面が使用されるため、ローラーの長さに沿ったスラスト荷重はベアリングの寿命計算の要素ではありません。

ラジアル荷重とスラスト荷重の合計

さまざまな負荷と速度

ベアリングは多くの用途で一定の負荷や速度で動作するわけではないため、最悪の動作条件に基づいて特定の定格寿命 (時間単位) を持つベアリングを選択するのは経済的ではない可能性があります。 通常、デューティ サイクルは、さまざまな動作条件 (負荷と速度) および各動作条件下での時間の割合に対して定義できます。 関連する状況は、往復運動を生成する一部の機械でも発生します。 さらに、これら 10 つの例は、往復運動と異なるピーク負荷と速度を伴ういくつかの予想される動作条件に合わせて組み合わせることができます。 負荷と速度の変化に対する定格寿命を計算するには、まず、デューティ サイクルの各動作条件に対する L10 定格寿命を計算する必要があります。 次に、以下の式を使用して、個々の LXNUMX 寿命とデューティ サイクル全体にわたる定格寿命を組み合わせます。

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  • T1、T2、T = さまざまな条件下での時間の割合(XNUMX 進数 n で表されます)

  • T1 + T2 + … T< /span> = 1n

  • Lp1、Lp2、L = 一定の負荷および速度サイクル pn ごとの寿命 (時間)

振動負荷

ベアリングは動作中に完全に回転するわけではなく、振動振幅を持ちます。 次の式を使用して、ベアリングの下等価ラジアル荷重を計算できます。

Pe = Po x (β/ 90)1/e

  • Pe = 等価動ラジアル荷重

  • Po = 実際のラジアル振動荷重

  • β = スイング角度 (度)

  • e = 10/3 (ローラーベアリング) 3.0 (ボールベアリング)

ラジアル荷重とスラスト荷重を分離

一部の用途では、ベアリングは非常に大きなラジアル荷重とスラスト荷重にさらされます。 両方のタイプの荷重を受けるアプリケーションの場合、ラジアル荷重またはスラスト荷重に対して個別のベアリングを提供する設計がより適切です。 この場合、機械の設計者は、ラジアル軸受がラジアル荷重のみを担持し、スラスト軸受がスラスト荷重のみを担持するように注意する必要があります。 これを達成する良い方法は、「ラジアル」位置に直線レースを備えた円筒ころ軸受を使用することです。この軸受はスラスト力に耐えられないためです。 通常、一対のアンギュラコンタクトベアリングまたは大角度円すいころベアリングはスラスト荷重を支えるのに適していますが、ラジアル荷重から保護する必要があります。 これを実現する XNUMX つの方法は、外輪をハウジングに非常に緩く取り付けることです。 通常は 0.5mm/0.020 インチです。 ~ 1.0 mm/0.040 インチ

軸受寿命の調整係数

ベアリング寿命調整係数を使用すると、OEM は、選択して機器に取り付けるベアリングの実際の耐用年数と信頼性をより適切に予測できるようになります。 調整後の L10 定格寿命は、次の式を使用して計算されます。

Lna = a1 x a2 x a3 x L10

  • Lna = 調整後の定格寿命

  • a1 = 信頼性寿命調整係数

  • a2 = 特殊な軸受特性(材質など)の寿命調整係数

  • a3 = 使用条件、潤滑、清浄度などによる寿命調整係数。

寿命調整係数 a1、a2、a3 は、その評価に応じて、理論的には 1.0 より大きくなったり、小さくなったりする可能性があります。

信頼性寿命調整 - a1

機器メーカーは、より長いサービス時間を予測するために、選択したベアリングの信頼性を向上させる必要があります。 信頼性値を高めるために、以下に示す a1 係数が使用されます。 a10 係数を使用して計算された L1 値が許容できないほど低い場合は、より大きな動負荷容量を持つ軸受を選択する必要があります。(引用元) JIS B 1518:2013)

信頼性、 %Lnmα1
90L10m1
95L5m0.64
96L4m0.55
97L3m0.47
98L2m0.37
99L1m0.25
99.2L0.8m0.22
99.4L0.6m0.19
99.6L0.4m0.16
99.8L0.2m0.12
99.9L0.1m0.093
99.92L0.08m0.087
99.94L0.06m0.080
99.95L0.05m0.077

特殊軸受特性の寿命調整係数 - a2

特に近年は軸受の設計・製造の改良が進み、寿命試験でも確認されており、L10倍が向上しています。 これらの改善点の一部は次のとおりです。

  • 表面仕上げの改善

  • 材質と熱処理の改良

  • ころと軌道面

寿命補正係数:αISO

a) 体系的なアプローチ

ベアリングの寿命に対するさまざまな影響は相互に依存しています。 体系的な補正寿命計算法は、寿命補正係数αISOを決定するための実用的な方法として評価されています(図5-1参照)。 寿命補正係数αISOは次式により算出されます。 軸受の種類別(ラジアル玉軸受、ラジアルころ軸受、スラスト玉軸受、スラストころ軸受)の図表があります。 (各図(図5-2~図5-5)はJIS B 1518≦50より引用。 ISOα
実際の使用では、これは寿命修正係数 2013 に設定されることに注意してください。)

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図 1-1 システムソリューション

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1-2 寿命補正係数αISO(ラジアル玉軸受)

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1-3 寿命補正係数αISO(ラジアルころ軸受)

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1-4 寿命補正係数αISO(スラスト玉軸受)

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1-5 寿命補正係数αISO(スラストころ軸受)

b) 疲労限界荷重:Cu

同一の品質であれば、負荷条件が一定値を超えず、潤滑条件、潤滑清浄度などの使用条件が良好な環境下であれば、理論上、軸受の寿命は無限です。 一般に高品質の材料と製造品質で作られた軸受の場合、軌道と転動体の間の接触応力が約 1.5 GPa で疲労応力限界に達します。 材料品質と製造品質の一方または両方が低い場合、疲労応力限界も低くなります。 「疲労荷重限界」とは疲労荷重限界を指します。 ISO 281:2007 では、Cu は「最も重い荷重「軌道接触」下で疲労応力限界にちょうど達する軸受荷重」と定義されています。 ベアリングのタイプ、サイズ、材質などの要因によって影響されます。 本カタログに掲載されていない特殊軸受について その他の軸受の疲労荷重限界の詳細については、オーベリング社にお問い合わせください。

c) 汚染係数: ec

汚染された潤滑剤からの固体粒子が軌道と転動体の間に閉じ込められると、軌道と転動体の一方または両方に圧痕が形成されることがあります。 これらのくぼみにより局所的な圧力上昇が発生し、寿命が短くなります。 潤滑油の汚れによる寿命短縮は、汚れの程度、つまり汚れ係数ecによって計算できます。 Dpw表に示されているのは、ボールとローラーのセットのピッチ円直径であり、単純に< /span>:内径で表します) 関連特殊 潤滑条件や詳細調査などの詳細については、ジェイテクトまでお問い合わせください。 d:外径、D)/2。 (d=(D+pwD

汚染レベルec
Dpw<100mmDpw≧100mm
非常に高い清浄度: 粒子のサイズは潤滑油膜の厚さとほぼ同じであり、これは実験室レベルの環境で見られます。11
高い清浄度: オイルは非常に細かいフィルターで濾過されています。これは、標準的なグリース封入ベアリングやシールドベアリングに見られるものです。0.8〜0.60.9〜0.8
標準的な清浄度: オイルは細かいフィルターで濾過されています。これは、標準的なグリースを充填したベアリングやシールド ベアリングに見られます。0.6〜0.50.8〜0.6
最小限の汚染: 潤滑剤はわずかに汚染されています。0.5〜0.30.6〜0.4
通常の汚染:シールを使用せず、周囲からの摩耗粉や粒子が潤滑剤に浸透する環境で粗いフィルタを使用した場合に発生します。0.3〜0.10.4〜0.2
高汚染:周囲環境が著しく汚染されており、軸受のシールが不十分な場合に発生します。0.1〜00.1〜0
非常に高い汚染00

d) 粘度比:κ

潤滑剤はころ接触面に油膜を形成し、軌道と転動体を分離します。 潤滑油膜の状態は、使用温度における実際の動粘度νを基準動粘度で割った粘度比κで表されます。 グリースや極圧添加剤入り潤滑剤などの潤滑剤の詳細については、ジェイテクトまでお問い合わせください。 4 より大きい、4 に等しい、0.1 未満は適用されません。 κ A は次式で表されます。

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2 つ以上のベアリングで構成されるベアリング システムの耐用年数

ほとんどの機械は 10 つのシャフトに 10 つの or ベアリングを使用しており、多くの場合 10 つの or シャフトがあります。機械内のすべてのベアリングはベアリング システムとみなされます。ビジネス目的では、製造業者が自社の機械の信頼性やシステムの寿命を理解することが重要です。この評価プロセスでは、システム内のすべてのベアリングの L6 寿命を組み合わせて、「機械は XNUMX% の信頼性でどのくらいの期間動作しますか?」という質問に答えるという重要な要素が考慮されます。 「簡単に言えば、システム LXNUMX の信頼性は、個々の LXNUMX の最低定格寿命よりも低くなります。システム定格寿命の計算式は以下のとおりです。

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[例]
軸がそれぞれ寿命 50 時間と 000 時間の 30 つのころがり軸受で支持されている場合、軸を支持する軸受システムの定格寿命は次のように計算されます。 式 (000-1):

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この式は、システムとしてのこれらのベアリングの定格寿命が、寿命の短いベアリングよりも短いことを示しています。この事実は、2 つ以上のベアリングが使用される用途でベアリングの寿命を見積もる際に重要です。

さまざまな用途におけるベアリングの推奨耐用年数

寿命が長ければ長いほど経済的であるとは限りませんので、用途や使用条件に応じて最適な寿命を決定する必要があります。 参考までに、用途に基づいて経験的に決定された推奨耐用年数を以下の表に示します。

動作条件申し込み推奨寿命(h)
短時間または断続的な動作家庭用電化製品、電動工具、農機具、重量物昇降装置4000〜8000
持続時間は長くないが、安定した動作が必要家庭用エアコンモーター、建設機械、コンベヤ、エレベーター8000〜12000
断続的だが長時間の動作圧延機ロールネック、小型モーター、クレーン8000〜12000
工場で使用されるモーター、一般歯車12000〜20000
工作機械、シェーカースクリーン、クラッシャー20000〜30000
必需品のコンプレッサー、ポンプ、ギア40000〜60000
毎日8時間以上稼働。または連続延長運転エスカレーター12000〜20000
遠心分離機、エアコン、送風機、木工機械、客車車軸ジャーナル20000〜30000
大型モーター、鉱山ホイスト、機関車の車軸ジャーナル、鉄道車両の主電動機40000〜60000
製紙設備100000〜200000
24時間運用(失敗は許されない)水道施設、発電所、鉱山排水施設100000〜200000