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ベアリングのクリアランスと公差に関する究極のガイド
機械工学および製造において、ベアリングは機械装置のスムーズな動作と長寿命を保証する重要なコンポーネントです。ただし、ベアリングの性能は、その設計と製造の品質によって決まるだけでなく、ベアリングのクリアランスや公差によっても大きく影響されます。ベアリングのクリアランスと公差は、ベアリングの取り付け、動作、全体的な性能に直接影響を与える 2 つの重要なパラメータです。さまざまな使用条件下で軸受が安定かつ効率的に動作するためには、軸受のすきまと公差を正しく理解して選択することが重要です。この記事では、ベアリングのクリアランスと公差の概念、分類、計算方法、およびそれらがベアリングの性能に及ぼす影響について詳しく説明し、適切なベアリングを選択するための詳細なガイドを提供します。
ベアリングクリアランス 外部荷重が加わっていないときの軸受の転動体と内輪・外輪との間のすきまを指します。軸受すきまは測定方向によりラジアルすきまとアキシアルすきまに分けられます。ラジアルすきまは軸受の軸に垂直なすきま、アキシャルすきまは軸受の軸に平行なすきまです。
ラジアルすきま：軸受の内輪を無負荷で固定したときの外輪のラジアル方向の移動、すなわち軸方向と直角方向の変位を指します。
アキシアルすきま：軸受の内輪を無負荷で固定したときの外輪の軸方向の移動、すなわち軸に平行な変位を指します。
ベアリングのクリアランスはベアリングの動作性能に大きな影響を与えます。具体的には、クリアランスはベアリングの騒音、振動、発熱、荷重分散に影響します。
騒音と振動：すきまが大きすぎると、軸受の動作が不安定になり、騒音や振動が大きくなり、装置の円滑な動作に影響を与えます。
発熱：すきまが小さすぎると、転動体と軌道面との摩擦が増大し、軸受が発熱し、軸受の寿命が短くなります。
負荷分散: 適切なクリアランスにより、ベアリングの荷重が均等に分散され、局所的な過負荷が回避され、ベアリングの寿命が延びます。
軸受すきま等級
軸受すきま等級 サイズに応じて分類されており、各グレードはさまざまな作業条件や用途に適しています。ベアリングすきまは小さいものから大きいものまで、C2、CN、C3、C4、C5 となります。
C2レベルクリアランス
C2級はすきまが小さく、精密機器やモーターなど、より高い軸受精度と安定性が要求される用途に適しています。すきまが小さいため運転時の騒音や振動が少なく、高精度の機械装置に適しています。
CNレベルクリアランス
グレード CN は通常のクリアランスであり、産業機械や車両などのほとんどの一般的な用途に適しています。バランスが良く、一般的な負荷や温度の変化に適応しながらベアリングの動作安定性を確保します。
C3レベルクリアランス
C3 グレードはクリアランスが大きく、モーターや大型機械など、高温または大きな負荷がかかる用途に適しています。クリアランスを大きくすると、温度上昇による熱膨張を補償し、過熱によるベアリングの故障を防ぐことができます。
グレード C4 およびグレード C5 のクリアランス
グレード C4 と C5 はそれぞれグレード C3 よりも大きいクリアランスを持ち、高温またはより大きな負荷がかかる用途に適しています。これらのレベルのクリアランスは、高温環境や過負荷の機械装置などの極端な使用条件下の装置に使用され、過酷な条件下でもベアリングが安定して動作できるようにします。
なぜベアリングにクリアランスが必要なのでしょうか?
ベアリングのクリアランスは、ベアリングの設計と用途において重要な役割を果たします。ベアリングクリアランスの主な機能と重要性は次のとおりです。
熱膨張を補償する
ベアリングは動作中に熱を発生し、ベアリングアセンブリが膨張します。クリアランスが小さすぎると、膨張によりベアリング内部がきつくなりすぎ、摩擦や摩耗が増加し、ベアリングの故障を引き起こす可能性があります。適切なクリアランスにより、この熱膨張が補償され、ベアリングが高温でも適切に動作できることが保証されます。
シャフトとハウジングのズレを吸収
実際の使用ではシャフトとハウジングに若干のズレが生じる場合があります。クリアランスはこれらのミスアライメントに対応し、ベアリングの適切な動作を保証し、取り付けエラーによって引き起こされる性能の問題を回避します。
摩擦と摩耗を軽減
適切なクリアランスにより、転動体と軌道の間の摩擦が軽減され、摩耗が軽減され、ベアリングの耐用年数が長くなります。すきまが小さすぎると摩擦や摩耗が増加し、すきまが大きすぎると動作が不安定になります。
衝撃荷重を吸収する
一部の用途では、ベアリングは衝撃荷重に耐える必要があります。クリアランスはこれらの衝撃を吸収し、ベアリングを損傷から保護し、装置の安定した動作を保証します。
軸受すきまの計算には、通常、転動体のラジアル方向およびアキシアル方向の移動量を測定することが含まれます。具体的な測定方法は以下の通りです。
ラジアルすきまの測定
無負荷状態で内輪を測定器で固定し、外輪のラジアル移動量を測定します。具体的な手順は次のとおりです。
1. ベアリングを測定テーブルに置き、内輪を固定します。
2. ダイヤルインジケータまたはノギスを使用して、外輪のラジアル方向の動きを測定します。
3. ラジアルすきまの測定値を記録します。
アキシアルすきまの測定
無負荷状態で内輪を測定器で固定し、外輪のアキシアル方向の動きを測定します。具体的な手順は次のとおりです。
1. ベアリングを測定テーブルに置き、内輪を固定します。
2. 外輪のアキシアル方向の動きをダイヤルインジケータまたはノギスを使用して測定します。
3. 軸方向すきまの測定値を記録します。
ベアリングすきまに影響を与える要因
温度変化、荷重変化、取り付け品質、動作速度など、いくつかの要因がベアリングのクリアランスに影響を与える可能性があります。
温度変化
温度が上昇すると、ベアリングのコンポーネントが膨張し、クリアランスに影響を与えます。運転中に発生する熱により軸受の内輪と外輪が膨張し、すきまが減少します。熱膨張によるベアリングの破損を回避するには、適切なクリアランスグレードを選択することが重要です。
負荷変化
荷重条件が異なると、特にアキシアル荷重においてクリアランスが変化する可能性があります。軸受にアキシアル荷重が作用すると、転動体がアキシアル方向に変位し、すきまが変化します。したがって、軸受の設計および選択時には、実際の荷重条件を考慮する必要があります。
設置品質
取り付けが不適切な場合、ベアリングのクリアランスが変化し、性能に影響を与える可能性があります。たとえば、取り付けがきつすぎると、ベアリングが圧縮され、クリアランスが減少し、摩擦と摩耗が増加する可能性があります。取り付けが緩すぎるとクリアランスが大きくなり、動作が不安定になります。
走行速度
高速運転時には遠心力により軸受組立体が変形し、すきまが変化します。高速でもベアリングの安定性を確保するには、適切なクリアランスグレードを選択することが重要です。
軸受公差とは何ですか?
ベアリングの公差とは、ベアリングの製造プロセス中に許容される寸法の偏差を指します。内径、外径、幅などの主要寸法の許容誤差や、ベアリングが回転する際の振れ量などを含みます。公差はベアリングの取り付けと動作性能に直接影響します。
1. 寸法公差：軸受の内径、外径、幅の寸法誤差の許容値を指します。寸法公差により、取り付け時にベアリングがシャフトとハウジングにしっかりとフィットすることが保証されます。
2. 回転精度許容差：軸受の回転時の振れを指し、ラジアル振れとアキシアル振れを含みます。回転精度の公差により、ベアリングは高精度で安定して動作します。
軸受公差の分類
国や地域が異なれば、軸受公差基準も異なります。一般的な規格には、ISO、ABEC、JIS、DIN などが含まれます。各規格には、低いものから高いものまで、P0、P6、P5、P4、P2 などの異なる許容差レベルがあります。
ISO規格
ISO規格は国際標準化機構によって策定された軸受公差規格であり、世界中で広く使用されています。 ISO 規格の許容レベルは、低いものから高いものまで、P0、P6、P5、P4、および P2 です。
ABEC 規格は、American Bearing Engineering Council によって制定された軸受公差規格で、主に北米で使用されています。 ABEC 標準の許容レベルは、低から高まで、ABEC 1、ABEC 3、ABEC 5、ABEC 7、および ABEC 9 です。
DIN規格
DIN規格はドイツ標準化協会が策定した軸受公差規格で、主にヨーロッパで使用されています。 DIN 規格の許容レベルは、低いものから高いものまで、PN レベル、P6 レベル、P5 レベル、P4 レベル、および P2 レベルです。
JIS規格
JIS規格は日本工業規格によって策定された軸受の公差規格で、主に日本およびアジアで使用されています。 JIS規格の公差レベルは低級から高級まで0級、6級、5級、4級、2級となります。
軸受公差表
軸受公差表 さまざまな種類のベアリングの寸法公差と回転精度公差を詳しく説明します。次の表に、一般的なベアリングの公差規格を示します。
| 公差クラス | 穴径許容差（μm） | 外径許容差（μm） | 幅公差(μm) | ラジアル振れ(μm) | アキシアル振れ (μm) |
|---|---|---|---|---|---|
| P0 (ABEC 1) | ±10 | ±15 | ±15 | 20 | 30 |
| P6 (ABEC 3) | ±7 | ±10 | ±10 | 10 | 15 |
| P5 (ABEC 5) | ±5 | ±7 | ±7 | 5 | 10 |
| P4 (ABEC 7) | ±4 | ±6 | ±6 | 4 | 8 |
| P2 (ABEC 9) | ±2 | ±4 | ±4 | 2 | 5 |
ベアリングすきまとベアリングの公差
ベアリングのクリアランスと公差はどちらもベアリングの性能に影響しますが、その効果と影響メカニズムは異なります。軸受すきまは主に軸受の内部すきまと運転時の荷重分布に影響し、公差は軸受の取り付け精度や回転精度に影響します。
クリアランスの役割
ベアリングのクリアランスは主に、熱膨張を補償し、取り付け誤差に対応し、摩擦を軽減するために使用され、さまざまな使用条件下でベアリングの安定した動作を保証します。適切なクリアランスにより、熱膨張と衝撃荷重が吸収され、ベアリングの早期故障が防止されます。
寛容の役割
ベアリングの公差は主に、ベアリングの製造精度を確保し、取り付け後のベアリングの寸法精度と回転精度を確保し、製造偏差によって引き起こされる性能上の問題を回避するために使用されます。より小さい公差レベル (P4、P2 など) は高精度アプリケーションに適しており、より大きな公差レベル (P0 など) は一般的なアプリケーションに適しています。
まとめ
軸受のすきまと公差は、軸受の設計と選択において無視できない重要な要素です。適切なベアリングのクリアランスと公差を理解し、正しく選択することで、ベアリングの性能と寿命を大幅に向上させることができます。設計と選択の際、エンジニアはアプリケーション要件、動作環境、負荷条件を総合的に考慮し、適切なクリアランスと許容レベルを選択する必要があります。
よくある質問
1. ベアリングのクリアランスと公差の違いは何ですか?
すきまとはベアリングの転動体と内輪・外輪との間の隙間を指し、公差とはベアリングの製造工程で許容される寸法の誤差を指します。
2. 適切なベアリングすきまを選択するにはどうすればよいですか?
アプリケーション要件と動作条件に基づいて、適切なクリアランス レベルを選択してください。たとえば、高精度の用途には小さいすきま (C2) を選択し、高温または重負荷の用途には大きいすきま (C3、C4) を選択します。
3. ベアリングの公差はベアリングの性能にどのような影響を与えますか?
ベアリングの公差はベアリングの取り付け精度や回転精度に影響します。小さい公差 (P4、P2 など) は高精度アプリケーションに適しており、大きい公差 (P0 など) は一般的なアプリケーションに適しています。
この記事が、ベアリングのクリアランスと公差の重要性をより深く理解し、実際の用途でベアリングを正しく選択して使用することで、装置の動作効率と寿命を向上させるのに役立つことを願っています。