ベアリングの動定格荷重の説明: C 値、L10 寿命および選択ガイド

すべてのベアリング データシートには、荷重表の先頭に C と C0 という 2 つの数値が記載されています。見た目は似ていますが、答えは異なります。 C (基本動定格荷重) は、ベアリングが連続回転した状態でどれだけ長く動作するかを示します。 C0 (静定格荷重) は、ベアリングが永久的な損傷を与えることなく大きな衝撃荷重に耐えられるかどうかを示します。この記事では、動定格荷重について説明し、定格寿命の計算を詳しく説明し、ベアリングを選択する際に動定格荷重を適用する方法を示します。

基本動定格荷重とは何ですか?

C と表記される基本動定格荷重は、一見同一のベアリングのグループが、グループの 90% に材料疲労が現れるまでに 100 万回転に耐えることができる一定のラジアル荷重です。それは単一のベアリングを保証するものではありません。これは、ベアリング全体の疲労試験から得られた統計値です。

定義には 3 つの条件が組み込まれています。内輪は回転しますが、外輪は静止しています。荷重の大きさと方向は一定です。軸受は、適切な潤滑が行われた状態で常温で動作します。アプリケーションが逸脱する場合は、生の C 値ではなく寿命調整係数が必要になります。

実際には、ベアリングにアプリケーションの実行に十分な容量があるかどうかを確認するときに比較する最初の数値は C です。 C が高いほど、同じ荷重での予測寿命が長いこと、または同じ寿命でより高い荷重に耐えられる能力を意味します。これは、回転機器のベアリングのサイジングにおいて最も重要な単一の値です。

静定格荷重C0と動定格荷重C

静定格荷重 C0 は、回転しない軸受が転動体や軌道の永久変形なしに耐えることができる最大荷重です。固定荷重、ゆっくりとした振動運動、取り付けや輸送時の衝撃荷重に適用されます。動定格荷重 C は連続回転に適用され、繰り返しの応力サイクルによる転がり接触疲労が主な故障モードです。

動的評価はマラソンの数値、静的評価は重量挙げの数値と考えてください。何時間も稼働するベアリングには、繰り返される応力サイクルに耐えるために十分な C 値が必要です。重いブラケットの下に静止したベアリングには、軌道面のブリネリングを避けるために十分な C0 が必要です。多くの失敗は、これら 2 つの値を混同したことに遡ります。

このグラフは、6 つの一般的なベアリング シリーズにわたる典型的な基本動定格荷重を比較しています。 33 シリーズ複列アンギュラ玉軸受は、2 列の玉によってより大きな荷重を支える接触経路が形成されるため、最も高い C 値を示します。標準の深溝玉軸受は、このグループの中で最も低い動的定格を示します。最強シリーズと最弱シリーズの差は約3倍に達します。したがって、エンジニアがボア サイズだけでベアリングを選択することはほとんどありません。多くの場合、動定格荷重によって、どのシリーズが使用できるかが決まります。

L10 定格寿命の計算式

C と実際に適用される荷重がわかれば、定格寿命の計算は簡単になります。ボールベアリングの場合、L10 は (C 割った P) の 3 乗に 100 万回転を乗じた値に等しくなります。ころ軸受の場合、指数は 3 ではなく 10 の 3 です。P は動等価荷重で、C と同じ単位で表されます。

例を挙げて具体的に説明します。 4.58 kN に等しい C を持つ 6000 シリーズ深溝玉軸受を 1.2 kN の等価荷重下で動作させると、C 対 P 比は 3.82 になります。この比率を 3 乗すると 55.5 となるため、L10 は 5,550 万回転になります。 3000 rpm では、公称寿命は約 308 時間になります。荷重を2倍の2.4kNにすると寿命は約39時間に低下します。この非線形関係は多くのエンジニアを驚かせます。

この曲線は、負荷比 C 対 P が減少するにつれて、予測される L10 寿命がどの程度早く低下するかを示しています。比率が 1 の場合、定義上、人生はちょうど 100 万回転です。 1.5 に移行すると、寿命は約 340 万回転まで上昇します。この比率が 1 を下回ると寿命は急速に低下し、0.7 ではわずか 34 万回転に達します。この急な傾斜が、ボール ベアリングの過負荷が非常に破壊的な理由であり、エンジニアが連続運転のために比率を 1.5 以上に保つ理由でもあります。

深い溝 Ball Bearings for Dynamic Equivalent Load Selection 深溝玉軸受では、実際の荷重にラジアル力とアキシアル力が含まれる場合、動等価荷重 P が必要です。寿命曲線で説明されている負荷率に対して容量を一致させるには、このカテゴリを検討してください。 製品を見る→

動的等価荷重 P

実際の機械のほとんどのベアリングは、純粋なラジアル荷重を負担しません。シャフトはたわみ、ギアは軸方向の推力を生成し、位置ずれにより横方向の力が加わります。動等価荷重 P は、ラジアル荷重とアキシアル荷重の組み合わせを、実際の荷重と同じ疲労寿命を生み出す単一の等価ラジアル荷重に変換します。

ラジアル軸受の場合、P は P に X と Fr を加算し、Y と Fa を掛けたものとして計算されます。ここで、Fr はラジアル荷重、Fa はアキシアル荷重、X はラジアル荷重係数、Y はアキシアル荷重係数です。ベアリングがラジアル荷重のみを負荷する場合、X は 1 に等しく、Y は 0 に等しいため、P は Fr に等しくなります。アンギュラ玉軸受の場合、X と Y は接触角と Fa と Fr の比によって決まります。

eの値は各軸受規格表に記載されている荷重比の限界値です。 Fa を Fr で割った値が e 未満に留まる場合、動径項が支配的となり、軸方向係数 Y は無視されます。比率が e を超える場合、アキシアル荷重が大きくなるため、Y 係数を適用する必要があります。間違った X 値と Y 値を使用すると、オーバーサイジングや早期の障害が発生する一般的な原因になります。

安全係数と実際の動作条件

実際のアプリケーションが、C 未満のクリーンなテスト条件と一致することはほとんどありません。振動、温度変動、潤滑剤の劣化、汚染、位置ずれはすべて、実際のベアリングの寿命を短縮します。 ISO 281 では、信頼性、材料、潤滑、汚染要因を含む修正寿命方程式が規定されています。ほとんどの選択作業では、通常の産業用ドライブには 1.0 ～ 1.5 の安全係数が適用され、衝撃荷重または重要な機器には 1.5 ～ 3.0 が適用されます。

このグループ化された縦棒グラフは、32、33、52、および 53 シリーズ複列アンギュラ玉軸受の C と C0 を比較します。 4 つのシリーズすべてにおいて、動的定格 C は静的定格 C0 を上回っています。 33 シリーズは、両方のカテゴリーで最高の価値を提供します。 32 シリーズは、よりコンパクトなボールの補完を反映して、下位端に位置します。機械に頻繁な始動停止サイクルと衝撃負荷が発生する場合、チェックでは両方の値が重要になります。 C と C0 の比率は、設計がどの程度の疲労マージンを保持しているかを示します。

カタログ C の値は、清浄で十分に潤滑された環境を想定しています。密閉ベアリングは汚れを防ぎますが、グリースの補充も制限します。熱が閉じ込められたハウジングは、有効な材料疲労強度を低下させます。速度制限近くで動作するベアリングにはディレーティングが必要な場合があります。公表されている C 値は出発点であり、保証ではなく、実際のデューティ サイクルと照らし合わせて検討する必要があります。

ベアリングのアーキテクチャの比較

ベアリングの構造が異なれば、負荷容量、速度、剛性、騒音のバランスも異なります。深溝玉軸受はシンプル、高速、静かですが、単列であるため耐荷重が制限されます。複列アンギュラ玉軸受は、接触角が最適化された 2 列の玉を使用しており、同じ範囲内でより高い動的定格と静的定格を実現します。複列ボールベアリングが 2 つの間に収まり、適度なアキシアル能力を維持しながら、安定性とラジアル能力を向上させます。

レーダー チャートは、6 つの実用的な属性にわたって 3 つのベアリング タイプを比較します。複列アンギュラコンタクトベアリングは、動的負荷容量、静的負荷容量、剛性が優れているため、重工業や高精度の用途に好まれています。複列ボールベアリングは、アンギュラコンタクト設計よりも良好な荷重処理と優れたミスアライメント耐性を備えたバランスの取れたプロファイルを提供します。深溝玉軸受は、速度と低騒音が重視され、負荷が中程度に留まる場合に最適な選択肢です。アンギュラコンタクトベアリングは負荷容量のためにミスアライメント許容値を犠牲にするため、ミスアライメント許容値は最も明白なトレードオフです。また、コンパクトなボールセットにより遠心力の発生が少ないため、速度性能も単列深溝設計に有利です。このプロファイルの比較は、詳細な寿命計算を開始する前にベアリング ファミリを絞り込むのに役立ちます。

負荷が高く、稼働時間が長い重工業システムの場合、32 および 33 シリーズ複列アンギュラ玉軸受は、L10 寿命を許容範囲内に維持するために必要な動的定格を提供します。

32、33シリーズ重荷重用複列アンギュラ玉軸受 これらのベアリング シリーズは、高い動的定格と、シールドおよびシールのオプションを備えた複数のボア サイズを提供します。これらは、許容可能な L10 寿命を必要とする高負荷と長時間の重工業システムに適しています。 製品を見る→

アキシアル容量よりも機器の安定性とラジアル荷重の分散が重要な場合、複列ボールベアリングは剛性と静かな運転の強力なバランスを実現します。

複列ボール Bearings for Rigidity and Radial Load Sharing 複列ボール bearings balance rigidity and quiet running when radial load sharing is more critical than axial capacity. Start selection here by checking bore size and speed before load rating verification. 製品を見る→

実用的な選択ワークフロー

選択プロセスはボアサイズと速度要件から始まり、次に定格荷重の確認に進みます。次の手順に従います。

1. 各動作条件でベアリングにかかるラジアル荷重とアキシアル荷重を決定します。
2. 適切な X 係数と Y 係数を使用して動的等価荷重 P を計算します。
3. 義務の種類と失敗の結果に基づいて安全係数を適用します。
4. 有効負荷を C と比較し、L10 の寿命を時間単位で推定します。
5. 寿命が短い場合は、より高い C シリーズまたは別のベアリング構造を選択してください。

過酷な産業環境向け、 ヘビーデューティー産業用途に適したベアリングタイプを選択するためのガイド 異なるベアリング ファミリ間のトレードオフをカバーします。直線運動システムの場合、 サイズと耐荷重のガイダンス レールとローラーの組み合わせが弱いリンクではないことを確認するのに役立ちます。

ベアリングの動定格荷重は、回転機械の設計において最も重要な数値です。 C が何を表すか、C0 とどのように異なるか、L10 の寿命方程式にどのように反映されるかを理解すると、自信を持ってベアリングのオプションを比較できます。計算は簡単です。解釈はそうではありません。実際の負荷、実際の環境、実際の安全マージンはすべて、ベアリングの選択が成功するかどうかを左右します。開始点として動的定格を使用し、次に等価負荷と動作条件を慎重に検討してすべてのアプリケーションを確認します。