軸受荷重に関するガイダンス

軸受荷重に関するガイダンス

ベアリング荷重 容量は耐用年数とパフォーマンスにとって非常に重要です。ベアリングの耐荷重が不十分だと早期の摩耗が発生する可能性があります。 過熱 そのため、新しいアプリケーションを設計するとき、または既存のアプリケーションを変更するとき、特にベアリングが故障した後は、ベアリングの負荷を考慮することが重要です。このブログは、ベアリングの荷重に関する情報を紹介し、適切なベアリングを選択するための建設的な提案を提供することを目的としています。

軸受荷重とは何ですか?

ベアリング荷重は、ベアリングにかかる​​力または圧力の量です。詳細には、力は一部またはすべての転動体を介して一方の軌道輪から他方の軌道輪に伝達されます。通常、加えられた荷重はシャフトに伝達され、次にベアリングの内輪に伝達され、最後に外輪に伝達されます。軸受は、ラジアル荷重、アキシアル荷重、遠心荷重などのさまざまな荷重に耐えることができます。軸受の荷重の大きさと方向は、機器の重量、動作速度、加速度、減速度、衝撃、振動、温度、潤滑などのさまざまな要因に依存します。不適切な位置合わせ、設置、メンテナンスもベアリングの負荷に影響を与える可能性があります。

軸受荷重

軸受荷重形式

ベアリング荷重 従来の意味では、アキシアル荷重、ラジアル荷重、転倒モーメントが含まれます。ベアリングはさまざまな種類の荷重に耐えます。運転中、停止中を問わず、使用荷重、自重荷重、傾斜荷重、衝突荷重、温度荷重などがかかります。以下では、ベアリング荷重の発現について詳しく紹介します。

軸受ラジアル荷重

ラジアルベアリング荷重はシャフトの軸に対して垂直であり、ベアリングの外輪に作用します。それらは機器の重量または回転部品の力によって発生します。ラジアル容量を計算するには、サポートされるコンポーネントの重量とそれらに作用する力を決定し、ベアリング間で荷重を分散し、メーカーの仕様を使用して計算された荷重が選択したベアリングの最大容量内にあることを確認します。ラジアル荷重に耐えるベアリングが必要な用途の場合は、ラジアルボールベアリングまたは低接触角アンギュラコンタクトベアリングが良い選択となります。

軸受ラジアル荷重

軸受アキシアル荷重

スラスト荷重とも呼ばれるアキシアル荷重は、シャフトの軸と平行に作用し、ベアリングの内輪または外輪に作用します。これらは推力または張力によって発生し、一方向または双方向の場合があります。力を均等に伝達し、バランスの取れた荷重分散を実現します。接触角が大きい(約 25°)アンギュラコンタクトベアリングは、アキシアル荷重の用途には適していますが、オフセットアキシアル荷重の場合は内輪にモーメントが作用し、ベアリングの転動体に荷重が不均一に分散されます。アキシアル荷重容量を計算するには、ベアリングのサイズ、材質、形状、荷重の方向と大きさを考慮します。メーカーは標準化された公式と試験に基づいてベアリングを評価しており、ポンプ、自動車のトランスミッション、コンプレッサーなど、高いアキシアル荷重がかかる用途が挙げられます。

ベアリングの耐荷重は、ベアリング メーカーのカタログ、オンライン計算機、有限要素解析 (FEA) シミュレーションなど、さまざまな式やソフトウェア プログラムを使用して計算できます。ラジアル荷重とアキシアル荷重に関して最も一般的に使用される式は次のとおりです。 

ラジアル荷重容量=(C/P)^(1/3)×Fr、アキシャル荷重容量=(C0/P)^(1/2)×Faとなります。

このうちCは基本動定格荷重、Pは等価軸受動荷重、C0は基本動定格荷重です。 静的負荷 定格、Fr はラジアル荷重、Fa はアキシアル荷重です。ベアリングの耐荷重を計算する際に正確な結果を得るには、専門家の推奨を求めるか、ベアリングのメーカーが提供するソフトウェア プログラムを使用してください。

軸受遠心荷重

ベアリングの遠心荷重は、アプリケーション、特にタービンや遠心分離機などの高速アプリケーションの回転速度によって生成されます。内輪が転動体を回転させると、転動体は直線経路で接線方向に移動しますが、外輪は転動体をベアリングの円弧に従わせる必要があります。この相互作用により遠心ラジアル荷重が発生し、アプリケーションの最大速度は発生する力によって制限されることがあります。遠心荷重の制限。

軸受遠心荷重

静的負荷

ベアリングの静荷重とは、ベアリングが回転していないときにベアリングがラジアル方向、アキシアル方向、その他の方向に受ける最大の力または最大モーメントを指します。静荷重はベアリング設計における重要なパラメータです。軸受の基本定格荷重の一部であり、軸受の寿命を決める重要な参考データの一つでもあります。

動的負荷

ベアリングの動荷重とは、ベアリングが回転中に受ける最大荷重を指します。通常は動等価荷重の計算式を用いて計算されます。ベアリングにかかる​​動的荷重の大きさは、ベアリングの耐用年数と性能に直接影響します。したがって、軸受メーカーは軸受を設計および製造する際に動荷重の影響を考慮する必要があります。動軸受荷重の計算方法は、 ベアリングの種類 そして使用条件。通常は動等価荷重の計算式が使用され、計算方法は次のようになります。

P = (Fr^2 + Fa^2)^0.5

このうち、P は動等価荷重です。 Fr はラジアル荷重です。 Faはアキシアル荷重です。ラジアル荷重とアキシアル荷重は使用条件に応じて計算する必要がありますが、動等価荷重は軸受の形状、材質、偏差、軸受の個数などから総合的に計算されます。

軸受静定格荷重

転がり軸受の基本静定格荷重(ラジアルCor、アキシアルCoa)とは、軸受の転動体と軌道面との接触中心に一定の接触応力を生じさせたときの等価仮想ラジアル荷重または中心アキシアル静荷重を指します。最大荷重の適用。 。静定格荷重は想定される荷重条件のもとで決定されます。ラジアルベアリングの場合、静定格荷重はラジアル荷重を指します。ラジアルスラスト軸受(アンギュラ玉軸受)の場合、軸受内の半円軌道にかかる荷重のラジアル成分を指します。スラストベアリングの場合、中心アキシアル荷重を指します。つまり、軸受のラジアル基本静定格荷重とアキシアル基本静定格荷重は、軸受が静止時または回転時に耐えることができる最大荷重を指します。深溝玉軸受の静止時または低速回転時(回転速度n≦10r/min)の負荷能力は定格静荷重となります。

軸受の動定格荷重

軸受の定格動荷重は、転がり軸受が理論的に耐えることのできる一定のラジアル荷重(一定のアキシアル荷重)です。この負荷における基本定格寿命は100W回転です。ベアリングの基本動定格荷重は、転がり疲労に耐えるベアリングの能力を反映します。 。ラジアル軸受、スラスト軸受の基本動定格荷重はそれぞれラジアル基本動定格荷重、アキシアル基本動定格荷重と呼ばれ、Cr、Caで表されます。深溝玉軸受の回転時(回転速度n>10r/mim)の耐荷重が基本動定格荷重となります。

固定負荷

結果として軌道輪に作用するラジアル荷重は、軌道輪の局所領域で負担され、シャフトまたは軸受座の反対側の領域に伝達されます。この荷重を固定荷重といいます。固定荷重の特性は、結果として生じるラジアル荷重ベクトルがフェルールに対して比較的静止していることです。フェルールも結果として生じるラジアル荷重も回転しないか、または同じ速度で回転するため、固定荷重とみなされます。固定荷重に耐えるフェルールは、より緩い嵌合を使用できます。

回転負荷

軌道輪に作用する合成ラジアル荷重は軌道周方向に沿って回転し、各部品に順番にかかる荷重を回転荷重といいます。回転荷重は、フェルールに対する合成ラジアル荷重ベクトルの回転によって特徴付けられます。回転負荷には 3 つの状況があります。
a.荷重方向は固定されており、フェルールは回転します。
b.荷重ベクトルは回転し、フェルールは静止します。
c.荷重ベクトルとフェルールは異なる速度で回転します。

振動負荷と不定負荷

荷重の方向と大きさを正確に判断できない場合があります。例えば、高速回転機械では、ロータウエイトの一定方向の荷重に加えて、アンバランス質量による回転荷重も発生します。この回転荷重が固定荷重より大きい場合、それがはるかに大きい場合でも、合成荷重は回転荷重となります。また、回転負荷が固定負荷よりもはるかに小さい場合、合成負荷は振動負荷となります。回転荷重、揺動荷重に関わらず、その大きさと方向は常に変化します。変動する作業条件下では、一部のフェルールにかかる負荷は、回転負荷、固定負荷、または揺動負荷となる場合があります。このタイプの負荷は無期限負荷と呼ばれます。

振動荷重および不定荷重は、はめあいの観点から回転荷重と同様に扱う必要があります。緩すぎるフィット感は 損傷を与えます 合わせ面に。荷重方向に対して回転するフェルールとシャフトまたはシート穴は、中間ばめまたはしまりばめを選択してください。しめしろサイズは、ベアリングが負荷を受けて動作しているときに、リングがシャフトの合わせ面やシート穴内で「クリープ」しないという原理に基づいています。重荷重の用途では、一般に、軽荷重および通常の荷重の用途よりもフィット感を厳しくする必要があります。荷重が重いほど、はめ代を大きくする必要があります。

作業荷重

ベアリングが作動すると、機械自体の重量と重量物の重量の合計がベアリングに加わり、その総重量がゆっくりとベアリングに伝わります。

温度負荷

機械装置は動作中に一定の温度を発生しますが、ベアリングがあらゆる温度に耐えられるように、これらの温度はベアリングによって吸収される必要があります。

風荷重

機械が屋外で動作する場合、風向、雨、雷雨などの風荷重の影響を考慮する必要があります。上記は旋回軸受装置が負担する荷重の一部にすぎません。実際、旋回ベアリング アセンブリは、動作中の機械のすべての重量と負荷に対応する荷重に耐える必要があります。通常の状況では、スループレートベアリング自体には取り付け穴、潤滑油、およびシール装置があり、さまざまな作業条件で動作するさまざまなタイプのホストのさまざまなニーズを満たすことができます。

リスク負荷

回転ベアリングが負担する予期せぬ予測不可能な荷重、横方向の力、危険な力、偶発的な暴力など。したがって、ベアリングの選択には、確実に確実に行えるように安全係数が必要です。

軸受最小荷重

転がり軸受は、より低い摩擦係数の転がり摩擦を利用してシステムから可能な限り多くの滑り摩擦を除去し、回転機械の摩擦を低減するために使用されます。ただし、転動体ベアリングがシステム内の総摩擦を低減しようとしても、ベアリング内の個々の転動体は、滑りではなく回転するために一定量の摩擦を必要とします。この内部摩擦は、ベアリングに荷重を加えることで発生します。この荷重は、プリロードを通じて内部的に生成することも、外部から適用される荷重を通じて生成することもできます。

多くのラジアル軸受では、熱膨張を許容して軸受の焼き付きを防止するために、転動体と軌道面の間に一定の隙間が設けられているのが一般的です。 「この内部の クリアランス ベアリング内にいわゆるロードゾーンとアンロードゾーンを作成します。シャフトが回転すると、転動体が外輪の耐荷重領域に出入りします。転動体が荷重ゾーンに出入りすると、転動体の速度が変化します。転動体に最小荷重が存在しない場合、荷重ゾーンへの出入りの加速は非常に有害となる可能性があります。

ベアリングにとって荷重はなぜ重要ですか?

転がり軸受が最小荷重を満たさない場合、軸受の耐用年数を大幅に短縮するさまざまな状況が発生する可能性があります。転動体と軌道面の間を滑る滑りにより、潤滑油膜が破壊され、スメア損傷が発生する可能性があります。スミアは転動面にダメージを与えるだけでなく、温度上昇の原因にもなります。荷重はベアリング内の保持器にかかります。通常、保持器は転動体が互いに接触しないように設計されています。ただし、最小荷重が満たされていない場合、つまり牽引力がない場合、保持器は軌道の牽引力の代わりに転動体を駆動する必要があります。これにより、ケージに原因不明の負荷が生じ、ケージの早期故障につながる可能性があります。

ベアリングの負荷に影響を与える要因

材料、構造、製造プロセス、使用荷重、回転速度、温度、潤滑条件は、ベアリングの内部荷重分布に影響を与える主な要因です。軸受の使用およびメンテナンスの際には、軸受の正常な動作を確保するために、これらの要因の変化と軸受の寿命および動作安定性への影響に注意を払う必要があります。

構造的要因

ベアリングの構造もベアリング能力に一定の影響を与えます。軸受の構造は主に内輪、外輪、転動体で構成されています。球面転動体を備えた軸受は、ころ形転動体を備えた軸受よりも高いラジアル荷重容量を持っています。

製造プロセス

製造プロセスは支持力に影響を与える重要な要素の 1 つです。製造プロセスには以下が含まれます 熱処理これらはベアリングの外観品質と本質的な品質に直接影響し、さらにベアリング能力にも影響します。

ワークロード

ベアリングの使用荷重とは、ベアリングが受ける力とモーメントを指します。これは、ベアリング内部の荷重分散に影響を与える最も重要な要素の 1 つです。作動荷重のサイズと方向は、ベアリング内部のさまざまな部品の応力と荷重分布を直接決定します。軸受の使用荷重が不均一であると、それに応じて軸受内部の荷重分布も不均一になり、軸受の局所的な損傷や疲労破壊が発生します。

回転速度

軸受の回転速度とは、軸受内部の転動体の回転速度を指します。ベアリング内部の荷重分布に影響を与える重要な要素の 1 つです。回転速度の増加により、軸受内部の転動体の慣性力が増加し、軸受アセンブリにかかる負荷が増加します。さらに、回転速度が高すぎると、軸受の材質が疲労や過熱を起こしやすくなり、軸受内部の荷重分布にも影響を及ぼします。

温度

温度もベアリング内部の荷重分布に影響を与える重要な要素です。ベアリングが作動すると、摩擦や発熱によりベアリング内部の温度が上昇します。温度が上昇すると、軸受内部のさまざまな部品の材質が変化し、軸受内部の荷重分布に影響を与えます。温度が比較的高い場合は、ベアリング内のポリマーケージ、鋼、シールなどの熱的に安定した温度が影響します。ベアリングの内部クリアランスとその温度による変化は、ベアリング内の負荷ゾーンのサイズに大きな影響を与える可能性があります。ベアリング。ベアリングの両端(つまり、高温のシャフトと低温のハウジング)の間に大きな温度差がある場合、ベアリングの内部クリアランスが減少します。これにより、ベアリング内の負荷と転がり摩擦が増加します。

潤滑条件

潤滑条件は、ベアリング内の荷重分布に影響を与えるもう 1 つの重要な要素です。軸受が作動する際には、潤滑状態を維持するために潤滑油またはグリースが必要であり、これにより軸受内部の摩擦や摩耗が軽減されます。潤滑条件が悪いと軸受内部に局所的な乾摩擦や熱の蓄積が発生し、軸受内部の荷重分布が不均一となり軸受の故障が発生しやすくなります。

軸受と荷重方向

通常の状況では、純粋なラジアル荷重の要件に対しては、深溝玉軸受または円筒ころ軸受を選択できます。そして、それが スラストボールベアリング、適度な量の純粋なアキシアル荷重を運ぶのにのみ適しています。さらに、ワンウェイスラストボールベアリングは一方向からのベアリング荷重のみに耐えることができます。双方向スラスト玉軸受または双方向スラストアンギュラコンタクト軸受であれば、両方向のアキシアル荷重を負荷することができます。たとえば、ベアリングにラジアル荷重とアキシアル荷重の組み合わせがかかる場合、 アンギュラ玉軸受 または円すいころ軸受が通常使用されます。また、4点接触玉軸受と双方向スラストアンギュラ玉軸受であれば、両方向の合成荷重に耐えることができます。

軸受の中心から離れた方向に荷重が作用すると、転倒モーメントが発生する可能性があります。ステンレスベアリングメーカーによれば、複列玉軸受は転倒モーメントに耐えられるとされていますが、アンギュラ玉軸受または円すいころ軸受の組み合わせを選択することをお勧めします。対面タイプもありますが、背面タイプの方が良いです。もちろんクロス円すいころ軸受等もお選びいただけます。

まとめ

ベアリングを選択するときは、用途要件、負荷の種類、速度、環境、温度を考慮する必要があります。ボールベアリングは低荷重から中荷重に適しており、ローラーベアリングは高荷重に適しています。滑り軸受は低速、高負荷の機械に適しています。ベアリングの検査、洗浄、潤滑を定期的に行ってメンテナンスを行い、最適な性能と耐用年数を確保します。 Aubearing は、さまざまな条件や用途に合わせた幅広いベアリングを提供し、高品質の製品と専門家のアドバイスを提供します。詳細については、お問い合わせください。