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ベアリングすきま測定の究極ガイド
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。ベアリングの性能は、その設計と製造の品質だけでなく、ベアリングのクリアランスによっても左右されます。軸受すきまとは、軸受の転動体と内輪・外輪との間の隙間を指し、軸受の騒音、振動、発熱、荷重分布に大きな影響を与えます。この記事では、その概念、分類、計算方法について詳しく説明します。 ベアリングクリアランス とそれがベアリングの性能に及ぼす影響を調査し、詳細な計算式とデータのサポートを提供します。
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。
1. ラジアルすきま：無負荷状態において、軸受の内輪を固定したときの外輪のラジアル方向の移動量、すなわち軸方向と直角方向の変位量。
2. アキシアルすきま：無負荷状態において、軸受の内輪を固定したときの外輪のアキシアル方向の移動量、すなわち軸方向に平行な変位。
軸受すきま等級
軸受すきまグレードは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使用条件や用途に適しています。一般的なクリアランス グレードには、C2、CN、C3、C4、および C5 が含まれます。
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 および 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にある装置に使用され、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。
| クリアランスクラス | ラジアルすきま(μm) | アキシアルすきま（μm） | 用途例 |
|---|---|---|---|
| C2 | 通常より少ない (10-20) | 通常より少ない (10-25) | 高精度、低ノイズのアプリケーション |
| CN(ノーマル) | ノーマル (20-40) | ノーマル (25-50) | 一般的な産業用アプリケーション |
| C3 | 通常より大きい (40-70) | 通常より大きい (50-90) | 高温または重負荷の用途 |
| C4 | C3 (70-100) より大きい | C3 (90-130) より大きい | 非常に高温または非常に重い負荷 |
| C5 | C4 (100-130) より大きい | C4 (130-160) より大きい | 最大限のクリアランスを備えた極限条件 |
ベアリングすきまの測定
ベアリングすきまの測定 実際の使用条件下で軸受の安定した性能を確保するための重要なステップです。以下に、軸受の内部すきまの種類とその計算式を示します。
測定された内部軸受すきま (Δ1)
測定された軸受内部すきまは、荷重誘起弾性変形 (δfo) を含む特定の荷重下で測定されます。計算式は次のとおりです。
Δ1=Δ0+δfo
Δ1 は測定された内部ベアリングすきまです。
Δ0 は理論上のベアリング内部クリアランスです。
δfo は荷重による弾性変形です。
理論上の軸受内部すきま (Δ0)
理論軸受内部すきまは、無負荷で測定したラジアル軸受内部すきまであり、弾性変形は含まれません。転がり軸受の場合、弾性変形はゼロであるため、式は次のように単純化されます。
Δ0=Δ1
軸受内部の残りすきま (Δf)
残留内部軸受すきまは、機械が組み立てられた後、使用に入る前の軸受すきまであり、弾性変形は除外されますが、リングの膨張または圧縮が考慮されます。計算式は次のとおりです。
Δf=Δ0+δf
δf はリングの膨張または圧縮によって引き起こされる変化です。
有効内部軸受すきま (Δ)
有効内部軸受すきまは、負荷による弾性変形を除いた、動作温度によって機械によって生成される軸受すきまです。計算式は次のとおりです。
Δ=Δf−δt=Δ0−(δf+δt)
δtは内輪と外輪の温度差によって生じる変化です。
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。式は次のとおりです。
δt=αΔtDe
δtは内輪と外輪の温度差によるラジアル軸受すきまの減少量（単位：mm）です。
αは軸受鋼の線熱膨張係数で、約12.5×10⁻⁶/℃となります。
Δtは内輪と外輪の温度差（単位：℃）です。
Deは外輪溝径（単位：mm）、玉軸受の場合：De=(4D+d)、転がり軸受の場合：De=(3D+d)です。
読み込み変更
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。
まとめ
ベアリングのクリアランスはベアリングの性能にとって重要なパラメータです。ベアリングのクリアランスを正しく理解して計算することは、ベアリングの取り付け、動作、寿命にとって非常に重要です。さまざまなタイプのベアリングクリアランスとその計算方法を理解することで、エンジニアはベアリングをより適切に選択して使用し、さまざまな動作条件やアプリケーションのニーズを満たすことができます。この記事が、読者の皆様が軸受すきまの重要性を十分に理解し、その知識を実際の作業に応用して装置の稼働効率と信頼性を向上させるのに役立つことを願っています。