軸受の精度、製造公差、および軌道とボールの間の内部すきままたは「遊び」のレベルの間の関係に関しては、いくつかの混乱があります。ここでは、小型およびミニチュアベアリングの専門家である JITO Bearings のマネージングディレクター、Wu Shizheng が、なぜこの通説が根強く残るのか、そしてエンジニアは何に注意すべきなのかを明らかにします。
第二次世界大戦中、スコットランドの軍需工場で、スタンリー・パーカーという名のあまり知られていない人物が、真の位置、または今日私たちが幾何学寸法および公差 (GD&T) として知っている概念を開発しました。パーカーは、魚雷用に製造されている機能部品の一部が検査後に不合格になっているにも関わらず、依然として生産に送られていることに気づきました。
さらに詳しく検査したところ、原因は公差測定にあることがわかりました。従来の XY 座標公差では正方形の公差ゾーンが作成され、たとえその部品が正方形の角の間の湾曲した円形空間内の点を占めていたとしても、その部品は除外されました。彼は続けて、真の位置を決定する方法に関する調査結果を、「Drawings and Dimensions」というタイトルの本の中で発表しました。
※内部すきま
現在、この理解は、内部すきま、またはより具体的には半径方向および軸方向の遊びとして知られる、ある程度の遊びまたは緩みを示すベアリングを開発するのに役立ちます。ラジアル遊びはベアリング軸に垂直に測定されたすきまであり、アキシャル遊びはベアリング軸に平行に測定されたすきまです。
この遊びは、温度膨張や内輪と外輪のはめあいが軸受の寿命に与える影響などの要因を考慮して、軸受がさまざまな条件で荷重を支えることができるように、最初から軸受に組み込まれています。
具体的には、クリアランスは騒音、振動、熱応力、たわみ、荷重分散、疲労寿命に影響を与える可能性があります。使用中に内輪やシャフトが外輪やハウジングに比べて熱くなって膨張することが予想される状況では、ラジアル遊びが大きいことが望ましい。この状況では、ベアリングの遊びが減少します。逆に、外輪が内輪よりも大きくなると遊びが大きくなります。
シャフトとハウジングの間に位置ずれがあるシステムでは、内部すきまが小さい軸受は位置ずれによってすぐに故障する可能性があるため、より大きな軸方向の遊びが望ましいです。クリアランスが大きいと、接触角が大きくなるため、ベアリングがわずかに高いスラスト荷重に対処できるようになります。
*装備品
エンジニアがベアリングの内部すきまの適切なバランスを取ることが重要です。ベアリングの遊びが不十分で締め付けが強すぎると、過剰な熱と摩擦が発生し、ボールが軌道内で滑って摩耗が促進されます。同様に、クリアランスが大きすぎると、騒音や振動が増加し、回転精度が低下します。
さまざまなはめあいを使用することでクリアランスを制御できます。エンジニアリングフィットとは、2 つの嵌合部品間のクリアランスを指します。これは通常、穴の中のシャフトとして説明され、シャフトと内輪の間、および外輪とハウジングの間の締め付けまたは緩みの程度を表します。通常、緩いすきまばめまたはきつい締まりばめとして現れます。
内輪とシャフトの間のしっかりとしたはめ合いは、内輪を所定の位置に保持し、熱や振動を発生させ、劣化を引き起こす可能性がある不要な沿面移動や滑りを防ぐために重要です。
ただし、しまりばめでは内輪が膨張するため、ボールベアリングのすきまが減少します。ラジアル遊びが小さい軸受のハウジングと外輪の間も同様にしっかりと嵌合すると、外輪が圧縮され、すきまがさらに減少します。これにより、内部クリアランスが負になり、実質的にシャフトが穴より大きくなり、過剰な摩擦と早期故障につながります。
目標は、ベアリングが通常の状態で動作しているときに動作上の遊びをゼロにすることです。ただし、これを達成するために必要な初期のラジアル遊びは、ボールの横滑りや滑りの問題を引き起こし、剛性と回転精度を低下させる可能性があります。この初期の半径方向の遊びは、プリロードを使用して除去できます。予圧は、内輪または外輪に取り付けられたワッシャーまたはスプリングを使用して、軸受が取り付けられた後、軸受に永久的なアキシアル荷重を加える手段です。
エンジニアは、リングが薄く変形しやすいため、薄肉ベアリングのすきまを減らすのが容易であるという事実も考慮する必要があります。小型およびミニチュアベアリングのメーカーとして、JITO ベアリングはシャフトとハウジングの嵌合にはより注意する必要があると顧客にアドバイスしています。シャフトとハウジングの真円度は、薄型ベアリングの場合により重要です。シャフトが真円ではないと薄いリングが変形し、騒音、振動、トルクが増加するためです。
*公差
ラジアル方向とアキシアル方向の遊びの役割に関する誤解により、多くの人が遊びと精度、特に製造公差の改善によってもたらされる精度の関係を混同しています。
高精度のベアリングは遊びがほとんどなく、非常に正確に回転するはずだと考える人もいます。彼らにとって、遊びが意図的に設計された高精度ベアリングであっても、ラジアル遊びが緩んでいると精度が低く、品質が低いという印象を与えます。たとえば、過去に当社のお客様に、より高精度のベアリングが必要な理由を尋ねたところ、「遊びを減らす」という答えが返ってきました。
ただし、公差によって精度が向上することは事実です。大量生産の出現から間もなく、エンジニアは、まったく同じ 2 つの製品を製造することは、たとえ可能だったとしても実用的でも経済的でもないことに気づきました。すべての製造変数が同じに保たれている場合でも、あるユニットと次のユニットの間には常にわずかな違いが生じます。
今日では、これは許容できる、許容できる許容範囲を表すようになりました。 ISO (メートル法) または ABEC (インチ) 定格として知られるボール ベアリングの公差クラスは、許容偏差を規制し、内輪と外輪のサイズ、リングと軌道の真円度などの測定値をカバーします。クラスが高く、公差が厳しくなるほど、組み立て後のベアリングの精度は高くなります。
使用中の取り付けとラジアルおよびアキシャルの遊びの間の適切なバランスをとることにより、エンジニアは理想的なゼロ操作クリアランスを達成し、低騒音と正確な回転を保証できます。そうすることで、精度と遊びの間の混乱を解消することができ、スタンレー・パーカーが工業用測定に革命をもたらしたのと同じように、ベアリングに対する見方を根本的に変えることができます。
投稿時間: 2021 年 3 月 4 日
