に に適切なベアリングを選択してください 減速機 では、ベアリングのタイプとサイズを、特定のラジアル荷重とアキシアル荷重、動作速度、必要な L10 疲労寿命、シャフトとハウジングの幾何学的制約に適合させる必要があります。また、ギアボックス内の潤滑剤と熱環境との互換性も確保する必要があります。このプロセスは、各シャフト (入力、中間、出力) の徹底的な負荷分析から始まります。これは、はすば歯車、平歯車、またはかさ歯車が生成する反力がベアリングのラジアル荷重とスラスト荷重に直接変換されるためです。米国歯車製造業者協会 (AGMA) の密閉型歯車駆動規格 6011 によると、ベアリングは少なくとも L10 寿命を達成するように選択する必要があります。 一般産業サービスで 25,000 時間 そして最大まで 重要な連続プロセス アプリケーションで 100,000 時間 。理解する 減速機に適切なベアリングを選択する方法 これは、機械的負荷の計算、ISO 281 によるベアリングの寿命方程式、潤滑膜の厚さの分析、取り付け、クリアランス、およびシーリングの実際的な考慮事項を統合する、複数のステップからなるエンジニアリング作業です。
1. ギアの力を分析してベアリング負荷を決定する
適切なベアリングを選択するための最初のステップは、各ベアリング位置でのラジアル反力とアキシャル反力を計算することです。これらの反力は、ギアの噛み合い力の接線方向、分離方向、およびスラスト方向の成分によって生成されます。 はすば歯車減速機では、歯車の接触により、トルクを伝達する接線力、歯車を押し離す半径方向の分離力、およびねじれ角によるシャフトに沿った軸方向のスラスト力が発生します。これらの力の大きさは、伝達される動力とギアの形状によって異なります。平歯車の場合、軸方向の推力はありませんが、ねじれ角が 15～30度 に等しいアキシアル荷重を生成します。 接線力の 25% ～ 50% 。シャフト直径、ギアのピッチ円、ベアリングのスパン距離を使用して、これらのメッシュ力は、静的平衡方程式を通じて各ベアリング位置でのラジアル反力とアキシャル反力に分解されます。入力シャフトにピニオンがオーバーハングしている一般的な単減速ヘリカル ギアボックスの場合、入力シャフトのベアリングは、ギアの力による高いラジアル荷重と、複合荷重に対応できるベアリングによって支えられなければならない大きなアキシャル荷重の両方を受けます。出力シャフトでは、負荷は外部のベルトまたはカップリングの引っ張りによって支配されることが多く、これによりベアリングがサポートしなければならないラジアル オーバーハング荷重が追加されます。結果として計算された荷重 (ニュートンまたはポンド力で表されます) は、ベアリング選択プロセスの主な入力となります。あなたが に適切なベアリングを選択してください gear reducer 、これらの荷重値は、サービス係数を適用することにより、衝撃や瞬間的な過負荷を考慮する必要があります。 1.2～2.0 AGMA 6011 で定義されている被駆動機械の特性に応じて異なります。
2. 荷重の方向と速度に基づいて適切なベアリングのタイプを選択します
ベアリングのタイプは、各シャフト位置での特定の荷重条件に適合させる必要があります。深溝玉軸受は中程度のラジアル荷重と軽いアキシアル荷重に適しており、円筒ころ軸受はアキシアル スラストなしで重いラジアル荷重に対応します。ラジアル荷重とアキシアル荷重の複合荷重が大きい場合は、円すいころ軸受またはアンギュラ玉軸受が必要です。 歯車減速機では、入力シャフトが最高速度で回転することがよくあります。 1,750 または 3,500 rpm 電気モーターで駆動する場合、ベアリングは過剰な熱を発生させずにこの速度に対応する定格でなければなりません。一般に、ボールベアリングは、同じボアサイズのローラーベアリングよりも高い速度能力を備えています。出力シャフトでは、速度は遅くなりますが、トルクとラジアル荷重が大きくなるため、ローラーベアリングが有利になります。以下の表は、減速機で最も一般的に使用されるベアリングの種類とその選択基準をまとめたものです。
| ベアリングの種類 | 耐荷重 | アキシアル荷重耐量 | 速度性能 | 一般的な減速機の位置 |
|---|---|---|---|---|
| 深溝玉軸受 | 中程度のラジアル。低から中程度の軸方向 | 双方向、ラジアル定格の最大 70% | 非常に高い | 速度が高くアキシアル荷重が軽いインプットシャフト |
| 円筒ころ軸受 | 非常に高い radial; no axial | なし (位置決めリング付きの NJ/HJ デザインを除く) | 高 | ラジアル荷重が支配的で推力が他の場所で受けられる出力シャフト |
| 円すいころ軸受 | 高 radial; high axial in one direction | 単一方向。双方向推力用にペアになっています | 中等度 | 複合負荷がかかる出力シャフトと中間シャフト |
| アンギュラ玉軸受 | 中等度 radial; high axial in one direction | 単一方向。双方向用にペアリングされている | 非常に高い | 高-speed input shafts with significant axial thrust |
3. 必要な動定格荷重と L10 疲労寿命を計算します。
ベアリングの荷重がわかったら、次のステップは、ISO 281 の寿命方程式を使用して必要な基本動定格荷重を計算し、地下材料の疲労の最初の兆候が現れる前にベアリングが希望の運転時間数に耐えられるようにすることです。 L10 寿命は、数百万回転または時間で表され、 母集団の 90% が同一のベアリングを使用 指定された負荷と速度の下で満たすか、それを超えます。 ISO 281 のボール ベアリングの公式は L10 = (C/P)³、ローラー ベアリングの場合は L10 = (C/P)^(10/3) です。ここで、C はベアリングの基本動定格荷重、P は等価動ベアリング荷重です。 P は、軸受のタイプとラジアル荷重に対するアキシアル荷重の比に依存する係数 X と Y を使用して、ラジアル荷重とアキシアル荷重から計算されます。に に適切なベアリングを選択してください gear reducer では、まず必要な基本動定格荷重 C_req = P × (L10_req)^(1/p) を計算します。ここで、p はボールの場合は 3、ローラーの場合は 10/3 です。次に、動定格荷重 C が C_req 以上のベアリングをカタログから選択します。 1,750 rpm で動作し、25,000 時間の L10 寿命を必要とする減速機の場合、数百万回転における L10 は 1,750 × 60 × 25,000 / 1,000,000 = 26億2,500万回転 。必要な C/P 比は (2,625)^(1/3) = およそ 13.8 ボールベアリング用。計算された等価荷重Pが2,000Nの場合、必要な動定格荷重は2,000×13.8=となります。 27,600N 。選定したベアリングはカタログ上のC値がこの数値を超えている必要があります。ベアリングメーカーのエンジニアリングデータによると、62 および 63 シリーズの標準深溝玉軸受は通常、次の動定格荷重を提供します。 10,000～100,000N 、産業用歯車減速機の幅広い用途をカバーします。
4. 静的耐荷重と安全率の検証
また、軸受の静荷重容量もチェックして、起動時、瞬間的なジャム、衝撃荷重などの最大ピーク荷重によって転動体や軌道に永久変形が生じないことを確認する必要があります。 基本静定格荷重 C0 は、ISO 76 で、計算上の接触応力を生成する荷重として定義されています。 4,200MPa ボールベアリング用と 4,000MPa 最も負荷のかかる転動体接触時のころ軸受の場合。静的安全係数 S0 = C0 / P0 (P0 は等価静軸受荷重) は、少なくとも次の値である必要があります。 スムーズな動作の場合は 2、衝撃負荷のかかるアプリケーションの場合は 3 以上 。破砕機や高負荷のコンベアを駆動する減速機では、ジャム時のピークトルクが公称トルクの数倍になることがあります。適切な静容量がないと、1 回の過負荷が発生するとベアリング軌道がブリネルになり、騒音や振動が発生し、急速な疲労破壊につながります。あなたが に適切なベアリングを選択してください gear reducer 特に、高トルクや潜在的な過負荷がかかる出力シャフト ベアリングの場合、静的チェックは疲労計算と同じくらい重要です。
5. 潤滑、シール、熱膨張を考慮する
ベアリングの選択では、ギア減速機内の潤滑方法 (ギヤ オイルでスプラッシュ潤滑されるか、密閉チャンバー内にグリースが充填されるか) を考慮する必要があり、ベアリングの定格速度が動作温度での潤滑剤の粘度に対して適切であることを確認する必要があります。 スプラッシュ潤滑式ギアボックスでは、ギア オイルは通常、極圧添加剤を加えた ISO VG 150 ～ VG 460 鉱物油です。実際のオイルの粘度が基準粘度よりも高い場合、オイルおよびグリース潤滑のカタログに記載されているベアリングの限界速度を下げる必要があります。減速機内部の動作温度は次の温度に達することがあります。 80°C ～ 100°C (176°F ～ 212°F) 、オイルの粘度が低下し、潤滑油の膜厚が減少します。カッパ比 (実際の潤滑剤の粘度と適切な膜形成に必要な最小粘度の比) は、少なくとも次の値である必要があります。 2～4 確実な動作のために。計算されたカッパが 1 未満の場合、境界潤滑条件が存在し、ISO 281 の a23 係数を使用してベアリング寿命を軽減する必要があり、計算された L10 寿命が 50% 以上減少する可能性があります。ベアリングシールは、一体型ゴムリップシールであっても外部ラビリンスシールであっても、ギアオイルをハウジング内に保持し、汚染物質を排除するように選択する必要があります。一体型接触シールを備えたベアリングは、シャフトがハウジングを貫通するギアボックス入力シャフトに適しており、この重要な境界面でのオイル漏れを防ぎます。
6. ベアリングの内部すきまと取り付け位置の決定
ベアリングの内部ラジアルすきまは、シャフト上の内輪とハウジング内の外輪のはめあい、動作中の内輪と外輪の温度差、およびシャフトの軸方向の熱膨張に対応する必要性に基づいて選択する必要があります。 歯車減速機では、熱が歯車からシャフトに沿って伝導するため、シャフトは通常、ハウジングよりも高温になります。の温度差 10℃～20℃ 内輪と外輪の間の内部すきまが数ミクロン減少します。初期クリアランスが小さすぎると、ベアリングに予圧がかかり、過熱します。標準クリアランス クラスは、C2 (通常より小さい)、CN (通常)、C3 (通常より大きい)、および C4 です。減速機用途では、シャフトへの内輪の圧入と熱膨張に対応するため、C3 すきまが一般的に指定されます。取り付け配置も考慮する必要があります。各シャフトの 1 つのベアリングはシャフトを軸方向に固定する位置決めベアリングにする必要があり、もう 1 つはシャフトが自由に伸縮できる非位置決めベアリングにする必要があります。自由側軸受としては、止め輪溝を備えた深溝玉軸受や内輪が分離可能な円筒ころ軸受が使用できます。対向配置で取り付けられた円すいころ軸受は、ラジアル位置と軸方向位置の両方に調整可能なクリアランスまたはプリロードを自然に提供します。これは、ギアの噛み合い精度にとって有利ですが、組み立て中にエンドプレイを慎重に設定する必要があります。
減速機ベアリングの選択に関するよくある質問
ラジアル軸受とアキシアル軸受を組み合わせた場合の等価動荷重を計算するにはどうすればよいですか?
動等価荷重 P は、P = XFr YFa を使用して計算されます。ここで、Fr はラジアル荷重、Fa はアキシアル荷重、X と Y は各ベアリング タイプのベアリング メーカーのカタログに記載されている係数です。深溝玉軸受の場合、X と Y の値は、Fa/Fr 比とラジアルすきまクラスによって異なります。 Fa/Fr が e と呼ばれるしきい値を超えると、アキシアル荷重が大きくなり、Y が増加します。正確な結果を得るには、データシートから選択したベアリングの特定の X 値と Y 値を常に使用してください。 に適切なベアリングを選択してください gear reducer .
C3 と標準クリアランスの違いは何ですか?また、なぜギアボックスでは C3 が一般的ですか?
C3すきまはCN通常すきまよりもラジアル内部すきまが大きくなります。軸に締りばめで取り付けられた内輪が膨張してすきまが減少するため、減速機軸受に指定されています。また、歯車からの熱伝導により内輪が外輪よりも高温になり、すきまがさらに小さくなります。 C3 クリアランスはこれらの減少を補い、摩擦が増加して寿命が短くなる可能性がある過度の予圧下でベアリングが動作するのを防ぎます。
オイルバス潤滑のギアボックスでシールドベアリングを使用できますか?
一体型ゴムシールを備えたシールドベアリングは、シールによりギアオイルがベアリングに侵入して潤滑されるのを妨げるため、一般にオイルバス潤滑には推奨されません。代わりに、オープンベアリングまたはシールドベアリングが使用され、スプラッシュオイルがベアリングを通って流れることができます。ただし、シャフトに沿ったオイルの漏れを防ぐために、シャフトがハウジングから出る入力シャフトの延長部分にはシールドベアリングが適しています。この場所では、シールされたベアリングには永久にグリースが封入され、内部オイルから隔離されます。
マスタリング 減速機に適切なベアリングを選択する方法 は、負荷解析、寿命計算、潤滑、クリアランス、取り付けに関する実際的な考慮事項を組み合わせた体系的なプロセスです。ギアの力を計算し、正しいベアリングの種類を選択し、必要な L10 寿命に合わせてベアリングのサイズを決定し、静的容量を確認し、潤滑条件を確認するという手順に従うことで、エンジニアは、ベアリングの早期故障が発生することなく、意図された耐用年数にわたってギア減速機が確実かつ静かに動作することを保証します。
