ベアリングに予圧をかける方法: エンジニアおよびメンテナンス専門家のための実践ガイド

ベアリングの予圧は、多くの場合、予測可能な長期的なパフォーマンスを備えた機械と、騒音、振動、または早期故障を発生させる機械とを分けるステップです。予圧のないベアリングでは、軽荷重または変動荷重の下で転動体が滑り、騒音が増加する可能性があります。適切な軸力を加えることで内部すきまがなくなり、剛性が向上し、転動体が軌道と常に接触した状態が維持されます。ベアリングに正しく予圧をかける方法を理解するには、適切な方法を選択し、適切な予圧量を計算し、熱膨張と動作条件を考慮する必要があります。位置予圧と定圧予圧という 2 つの主要な方法を理解すると、特定の用途に合わせて情報に基づいた選択を行うことができます。

ベアリングのプリロードとは何ですか?なぜ重要ですか?

ベアリングの予圧は、ベアリングに加えられる所定の軸方向の力であり、内部すきまを除去し、転動体と軌道に一貫した軽い圧縮荷重を加えます。ベアリングに予圧をかける主な理由は、回転精度と剛性を向上させることです。工作機械のスピンドルや精密ギアボックスなどの用途では、たとえミクロンのクリアランスでも許容できない振れや振動が発生する可能性があります。

予圧の二次的な利点には、騒音と振動の低減、特定の条件下での軸受の疲労寿命の延長、高速用途での転動体の横滑りの防止などが含まれます。ただし、過剰な予圧を加えると発熱して寿命が短くなるため、その方法と大きさの精度が重要です。

適切なプリロード量の選択

予圧の量は、ベアリングのタイプ、動作速度、および予想される熱条件に一致する必要があります。深溝玉軸受の場合、一般的な予圧範囲は基本静定格荷重のわずかな割合です。一般的な開始点は、汎用用途の場合、ベアリングの静荷重容量の約 1% ～ 2% を適用することです。高速の場合は、過剰な発熱を避けるために予圧を軽くする必要があります。

ステンレス鋼の深溝玉軸受を使用している場合は、同じ一般的な割合が適用されますが、材料の違いにより熱膨張率にわずかに影響する可能性があります。予圧がかかったシステム用のベアリングを選択するときは、予圧に対応できる適切な内部クリアランス (通常は C2 または CN) を備えたベアリングが製造されていることを確認することが重要です。

アンギュラベアリングの予圧の決定

アンギュラ玉軸受は、多くの場合、背中合わせ、対面、またはタンデム配置のいずれかのセットで予荷重が加えられます。メーカーは通常、一致するペアに対してプリロード クラス (軽、中、重) を提供します。適合しないベアリングを使用したり、推測に頼ったりすると、荷重が不均一に分散され、急速に故障する可能性があります。アキシアル荷重とラジアル荷重の組み合わせにアンギュラコンタクトベアリングが必要な場合は、事前に組み立てられたペアを使用するのが最も安全な方法です。

プリロードの 2 つの主な方法

ベアリングに予圧をかけるには、位置予圧 (固定予圧とも呼ばれます) と定圧予圧という 2 つの確立された方法があります。それぞれに明確な特徴と適切な使用例があります。

位置プリロード: 固定および予測可能

位置予圧は精密機械で最も一般的な方法です。アキシアル荷重を負荷しながら、軸受の内輪と外輪をスペーサやロック機構で保持することで、確実な予圧が得られます。たとえば、一対のアンギュラコンタクトベアリングをスピンドルに取り付ける場合、外輪間の研削スペーサと内輪のロックナットにより、固定の予圧が生成されます。スペーサーは特定の長さに機械加工されており、ロックナットが特定のトルクで締め付けられると、ベアリングが正しい予圧値まで圧縮されます。位置予圧の主なリスクは、動作による熱によりシャフトが膨張し、予圧がさらに増加し​​て過熱につながる可能性があることです。このため、位置予圧は、動作温度が安定または制御されているシステムに最適です。

標準用 深溝玉軸受 固定予圧配置で使用する場合、予圧力が両方の軸受に均等に作用するように、2 つの軸受を互いに反対側に取り付けて (たとえば、対面配置で) 使用することが重要です。

定圧プリロード: 自動調整

定圧予圧では、バネ (通常は波状ワッシャー、コイル スプリング、または一連の皿バネ) を使用して、ベアリングにかかる軸方向の力を一定に維持します。この方法は、超精密スピンドルではあまり一般的ではありませんが、速度と温度が大きく変化する電気モーター、小型ポンプ、ファン アセンブリでは広く使用されています。炭素鋼製の波形ワッシャーは、標準的なボール ベアリングに予圧を与える場合に実用的な選択肢となることがよくあります。バネ要素により、予圧力を大幅に増加させることなく、ベアリングが熱膨張やわずかな位置ずれに適応できるようになります。トレードオフとして、位置プリロードと比較してシステム全体の剛性が低くなります。

深溝玉軸受に予圧をかける方法: ステップバイステップ

1. 正しいベアリング内部すきまを選択してください。ほとんどの予圧用途では、標準の CN (通常) クリアランスが許容されますが、C2 (減少したクリアランス) を使用すると、より予測可能な開始点を提供できます。
2. 予圧力を決定します。特定のベアリングのサイズと用途に対してベアリングのメーカーが推奨する予圧値を使用してください。データが利用できない場合は、静定格荷重の 1% に等しい力から始めてください。
3. 方法を決めます。一定圧力の予圧を得るには、予想される軸方向のたわみ範囲にわたって必要な予圧を与えるバネ定数を持つバネ要素を選択します。
4. すべての合わせ面をきれいにし、フレッチングを防ぐためにベアリングの穴とシャフトに薄い油膜を塗布します。
5. 位置プリロードを使用する場合: 精密スペーサーを使用してベアリング ペアを取り付け、メーカーのトルク仕様に従ってロックナットを締めます。回転トルクをチェックして、プリロードが一貫していることを確認します。
6. 定圧プリロードを使用する場合: スプリング要素をベアリングの後ろに取り付け、リテーニング リング ロックナットでアセンブリを固定します。スプリングが静止時に完全に圧縮されていないことを確認します。
7. 軸たわみや回転始動トルクを測定し、予圧が目標範囲内であることを確認します。

ステンレス鋼バージョンを使用する場合、 ステンレス深溝玉軸受 SS 6203 ZZ/2RS 食品または化学産業の洗浄環境では、このステンレス鋼ベアリングは定圧予圧をサポートしており、そのシール タイプ (ZZ または 2RS) は摩擦と予圧精度に影響を与えるため、装置の設計前に検討することが不可欠です。 製品を見る→ SS 6203-ZZ/2RS、プリロード手順は同じですが、シールのタイプに注意してください。ゴムシール (2RS) は摩擦を増加させる可能性があるため、始動トルクを測定する際にはこれを考慮する必要があります。

ベアリングに予圧をかけるときによくある間違い

• オーバープリロード: 静定格荷重の 2 ～ 3% を超える負荷を加えると、過剰な熱が発生し、ベアリングの寿命が大幅に短くなる可能性があります。必ずトルクチェックまたは熱測定で確認してください。
• ペアになっていないベアリングの混合: 予圧設定で 2 つの比類のない深溝ベアリングまたはアンギュラコンタクトベアリングを使用すると、荷重分担が不均等になり、予圧レベルが予測不能になる可能性があります。一致するセットが利用可能な場合は常に使用してください。
• 熱の影響を無視する: 20 °C で動作する位置プリロード設定は、シャフトの膨張が考慮されていない場合、80 °C で焼き付きまたは過熱する可能性があります。予想される温度上昇を測定し、それに応じてプリロード力またはクリアランスを調整します。
• 皿ワッシャーの誤った使用: 皿ワッシャーは小さなスペースで大きな力を提供できますが、バネ定数が非線形であるため、小さなたわみに対して一貫した予荷重を維持できない場合があります。波形ワッシャーは一般に、ボールベアリングの定圧予圧に適しています。

アプリケーション固有の考慮事項

プリロードの方法と大きさの選択は、多くの場合、動作環境によって異なります。食品および飲料業界では、洗浄で耐食性が求められるため、ステンレス鋼製深溝玉軸受が最適です。このような用途では、高温の洗浄液による熱サイクルを補償するため、通常はバネ要素を使用した一定圧力の予荷重が好まれます。の機器を設計している場合は、 化学および電気メッキ産業 、軸受の材質と予圧方法は、腐食性化学物質への曝露を考慮する必要があります。ステンレス鋼ベアリングと密閉シールド (ZZ または 2RS) による位置プリロードにより、必要な剛性と保護を提供できます。

医療機器や製薬機器など、高い剛性と最小限のたわみが必要な用途では、適合するアンギュラコンタクトベアリングを使用した位置予圧が指定されることがよくあります。ただし、同じアプリケーションでも、発熱を最小限に抑えるために軽いプリロードが必要な場合があります。これは、状況によって常に最適な技術が決まることを思い出させます。

最終チェック: 予圧が正しいことを確認する

組み立て後、ベアリングの始動トルクまたは軸方向のたわみを測定して予圧を確認します。適合するアンギュラコンタクトベアリングのペアについて、メーカーは多くの場合、目標始動トルク値を提供します。深溝玉軸受の場合、簡単な方法は、シャフトを手で回転させ、ざらつきのないわずかな抵抗を感じることです。シャフトが抵抗なく空回りする場合は予圧が不足している可能性があります。短時間の試運転で硬さを感じたり、急激に発熱する場合は、プリロードが高すぎます。定量的に確認するにはトルクレンチやフォースゲージをご使用ください。

疑わしい場合は、軽いプリロードから始めて、アプリケーションでより高い剛性が必要な場合にのみプリロードを増やしてください。アン 深溝玉軸受の業界ガイド 材料の選択と予荷重の範囲について追加のコンテキストを提供できます。目標は、単にすべてのベアリングをできるだけ締め付けることではなく、制御された予測可能な軸力を導入して、信頼性を損なうことなく機械のパフォーマンスを向上させることです。