ベアリング圧入公差表：しめしろ、はめあい、組立規則

メンテナンスチームは、溶接と手回しによって再構築されたシャフトに 6205 ベアリングを押し付けます。軽く 2 回軽く叩くとベアリングがスライドして作業が終了したことがわかります。 8週間後、シャフトシートには錆びた茶色のフレッチングの傷があり、内輪はシートの周囲で数度這い、グリースには細かい鉄粉がたっぷり含まれています。ベアリング圧入公差表には何も間違っていませんでした。彼らはその間違った行を読みました。

圧入公差チャートは、まさに 1 つの役割を果たします。これは、シャフトまたはハウジングの公差クラスを、特定の軸受穴に対するしめしろの範囲 (通常はミクロン単位で表されます) に変換します。そのシートが90度の温度上昇に耐えられるかどうか、リングが回転負荷を受けてクリープするかどうか、プレスにどれだけの力が必要かなどはわかりません。作業手順は簡単です。荷重の方向と回転からはめあいを選択し、結果のしめしろを調べて、すきまの損失とプレス力を確認します。以下のすべてはその順序に従います。

圧入公差チャートが何を変換するか

締め代はパーセンテージではなく長さです。シャフト上のベアリング内輪の場合、それはシャフトの外径からベアリングの内径を引いたもので、正の数値は、フィットするためにリングを伸ばす必要があることを意味します。負の数値は、適合ではなくクリアランスを表し、クリーピング リングが発生する場所です。

公開されているほぼすべてのチャートは ISO 286 公差クラスに基づいて構築されています。シャフトには、j、js、k、m、n、p、r などの小文字が含まれます。ハウジングには、H、J、K、M、N、P などの大文字が付いています。文字の後の数字はグレードを表し、グレード 7 では帯域がほぼ 2 倍になり、実質的なメリットは得られないため、ベアリング シートの通常の選択はグレード 6 です。

ほとんどの図表が脚注に埋もれている複雑な点は、転がり軸受の穴が公称穴ではないことです。通常クラスのベアリングは、公称サイズ以下のボアで製造され、それより大きくなることはありません。そのため、偏差帯域はゼロからマイナスの限界まで続きます。 25 mm のボアの場合、その帯域は 0 ～ マイナス 10 ミクロンです。 100 mm のボアの場合、0 ～ マイナス 20 ミクロンです。実際の結果として、実際に得られるしめしろは、シャフトの偏差だけが示唆するよりも大きく、最も緩いアセンブリと最もきついアセンブリの間の広がりは、ほとんどの設計者が想定しているよりも広いということになります。

右側の列の幅を見てください。 m6 シャフトの 30 ～ 50 mm のシートは、シャフトとリングがそれぞれの許容範囲内のどこに位置するかに応じて、最終的に 9 ミクロンまたは 37 ミクロンになる可能性があります。計画がその範囲の一端でのみ機能する場合、チャートは問題を解決していません。それを作業現場に移動しただけです。

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薄リング製品はその拡散の影響を最も受けます。標準の深溝玉軸受の内輪壁は十分に薄いため、数ミクロンの余分な干渉が測定可能な内部すきまを消費します。そのため、重量セクションのころがり軸受に適した 1 つのチャート線は、同じ穴の小さな玉軸受には強すぎる可能性があります。

回転と荷重の方向によりどのリングが締まるかが決まります

チャートは数値を示すものであり、決定を示すものではありません。決定は、荷重方向に対してどのリングが回転するかという 1 つの質問から始まります。荷重ベクトルに対して回転荷重がかかるリングは、締まりばめでなければなりません。そうしないと、リングがシートの周りを少しずつ這い回り、シートが摩耗し、最終的にはボアとシャフトの両方が破壊されてしまいます。

一般的な電気モーターまたはギアボックスの入力では、内輪がシャフトとともに回転しますが、負荷の方向は空間内でほぼ固定されています。内輪はシャフトに通常 k6 または m6 でしっかりと嵌め込まれ、外輪は H7 または J7 ハウジング内で動作し、軽い押し込みまたは小さな隙間さえも許容します。負荷が外輪とともに回転するホイールハブやプーリーアイドラーのように、配置を反転すると、論理が逆転します。つまり、ハウジングがしっかりとしたシートになり、シャフトが緩いシートになります。

両方のリングに回転荷重がかかる場合、または衝撃荷重が逆方向に作用する場合、どちらのシートも緩むことはできません。このような状況では複列ア​​ンギュラコンタクトベアリングが一般的です。これは、両方向からラジアル荷重とアキシアル荷重の合計を受け、2 列が荷重を分担するため、シート圧力が適度に保たれるためです。これらを指定する設計者は通常、片側を緩めるのではなく、シャフトを m6 に、ハウジングを N7 または P7 に保ちます。

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見落としがちな詳細が 1 つあります。固定およびフローティング構成では、軸方向に配置された 1 つのベアリングとスライド可能なベアリングが 1 つ必要です。また、フローティング ベアリングは、回転要素に負荷をかけずにシャフトが成長できるように、すきまばめまたは移行ばめで動作する必要があります。両端をしっかりと固定して固定すると、熱膨張が予荷重の問題に変わります。

干渉数の読み取り

干渉はボアサイズに比例しない

一般的に、ボアを 2 倍にするとしめしろも 2 倍になると考えられています。少なくとも固定公差クラスではそうではありません。グレード 6 のシャフト偏差は、直径の立方根とともに増加する公差単位で構築されているため、直径とともにゆっくりと増加しますが、ベアリングのボアバンドは規格で設定された段階的に増加します。以下のグラフは、これが実際に何を意味するかを示しています。

バーは目標ではなく平均として読み取ってください。 10 ～ 18 mm の口径から 80 ～ 120 mm の口径に変更すると、平均干渉は約 13 ミクロンから約 24 ミクロンに約 2 倍になり、直径自体は 6 倍以上に増加します。このギャップが存在するのは、グレード 6 シャフトの背後にある公差単位が公称直径よりもはるかにゆっくりと成長するためです。実際の効果は、同じはめあいクラスの大きなベアリングよりもリングのひずみの点で、小さなベアリングの方が比例してきつくなるということです。これは、100 mm ベアリングの後ろでは穏やかに感じられる k6 シートが、15 mm ベアリングの後ろでは明らかに堅く感じられる理由を説明しており、小型の高速スピンドルが 1 段階緩く動くことが多い理由でもあります。バーの高さを使用して変化の方向とサイズを判断し、金属を切断する前に規格の最新版での実際の限界偏差を確認します。

熱膨張によりフィット感が失われる可能性があります

干渉は永続的なものではありません。外輪がハウジングよりも熱くなったり、ハウジングが軸受鋼よりも速く膨張したりすると、はめ合いが緩みます。次のグラフは、3 つの一般的なハウジング材料について、温度が上昇したときに冷気の干渉がどの程度残るかを示しています。

この比較では、アルミニウム製ハウジングは極端な例です。熱膨張は軸受鋼の約 2 倍であるため、20 度で 20 ミクロンのしめしろを保持するハウジングは、温度上昇が 80 度に達するまでにその保持の大部分を失う可能性があります。スチール製ハウジングとスチール製ベアリングを組み合わせると、両方の部品がほぼ同じ速度で成長し、嵌め合いがほとんど動かなくなるため、はるかに安定します。鋳鉄はこの 2 つの間に位置しており、これがギアボックスやポンプのハウジングとして鋳鉄が依然として人気がある理由の 1 つです。教訓は、取り付けは組立作業台ではなく動作温度で判断する必要があること、回転負荷を運ぶアルミニウム製ハウジングには、高温時に接触を維持するためだけに m6 や n6 などのより重いクラスが必要であるということです。ハウジングが高温になり、より重いクラスを与えることができない場合は、しめしろを追加するよりも、軸方向位置決めショルダーまたはエンド クランプの方が信頼性の高い解決策となります。テストスタンドでは正しいベアリングでも、モーターの出力をアップグレードした後でも使用中に徐々に変化する可能性がある理由も、温度によって説明されます。

組立力、すきま損失、はめあいの選択

プレス力がしめしろに直線的に追従

プレス力によって、作業をアーバープレスで行うか、油圧プレスで行うか、誰も使用すべきではないハンマーで行うかが決まります。干渉しながら直線的に上昇するため、単一部品を注文する前にチャートから簡単に見積もることができます。以下の値は、中実鋼シャフトに圧入された幅 15 mm の内輪を備えた内径 40 mm のベアリングを想定しています。

5 ミクロンの干渉が追加されるごとに、組み立て力は約 3.6 kN 増加します。これは、ベンチで頭​​の中に保持できる直線関係のようなものです。直線性は、接触応力の完全な計算を実行せずにチャートからプレスのサイズを決定できるため便利です。また、組み立て中に公差の積み重ねが最も激しく食い込む理由も説明できます。約 15 ミクロンで設計されたシートは、シャフトとリングの両方がバンドのきつい端に着地した場合、予想される 2 倍の力を要求する可能性があります。力は、記録に値する品質信号でもあります。12 kN が必要なベアリングが手でスライドする場合、シートのサイズは小さすぎます。また、推定値をはるかに超える力が必要な場合は、シートが大きすぎるか、テーパーが付いているか、損傷していることになります。完全な 複列アンギュラベアリングの取り付け順序 力はボールを通過するのではなく、常に取り付けられているリングを通過する必要があるため、これらの数値を適用する前に読む価値があります。

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js6、k6、m6を並べて比較する

干渉だけでは適合度はランク付けされません。ミクロン単位できつく見えるクラスでも、シートが短くリングが小さい場合は組み立てが簡単な場合がありますが、ハウジングが薄肉である場合は、適度に見えるクラスでも組み立てが困難になる可能性があります。以下のレーダー チャートは、5 つの実用的な基準に照らして 3 つの一般的なシャフト クラスをスコア化しています。

js6 は組み立てと取り外しが簡単ですが、クリープに対する抵抗が最も少ないため、位置決めショルダーが軸方向の動きをすでに防止している、軽く安定した基本的に非回転の荷重に属します。 k6 は、回転する内輪にかかる通常のラジアル荷重に対する汎用の答えであり、標準プーラーを使用して分解することができます。 m6 は、組み立ての利便性を引き換えに、より強固なグリップを実現します。これは、重い荷重や衝撃荷重、薄壁のハウジングやアルミニウム製シートが実際に必要とするものです。 3 つのいずれもすべての軸で勝者はいません。単一の干渉数値を読み取るのではなく、この方法で比較することが重要です。振動とクリープが機械の故障履歴の大半を占めている場合は、よりきつめのアセンブリを受け入れ、制御された力ゲージを使用して適切なプレスを計画してください。サービス アクセスが実際の制約である場合は、より緩やかなクラスを受け入れ、リングがウォークできないように軸方向の位置決め機能を追加します。

フィッティングを行う前の実用的なチェックリスト

1. 荷重方向に対してどのリングが回転するかを決定します。そのリングにはしまりばめが行われ、もう一方のリングには移行またはすきまばめが行われます。
2. 軸受内径クラスを偏差帯域に変換します。通常クラスのボアはオーバーサイズになることがないため、バンドは常にゼロから下に向かって伸びます。
3. 特にアルミニウムまたはマグネシウムのハウジングの場合、室温ではなく動作温度で干渉を確認してください。
4. 表からプレス力を推定し、プレス能力やリングが安全に耐えられる取付力と比較します。
5. しめしろにより消費されるすきまが軸受の内部すきまの約半分を超えていないことを確認してください。
6. 加工プロセスが実際に指定した公差を保持できることを確認してください。 10 ミクロンを保持できない旋盤ではチャートは耐えられません。

これらはいずれも標準に代わるものではありません。チャートは ISO テーブルへのショートカットであり、これらのテーブルはエディション間で変更されます。このチャートが提供するのは、製造現場に届く前に設計の健全性を迅速にチェックする方法です。最初に干渉範囲、2 番目に熱損失、3 番目にプレス力、最後に耐クリープ性があります。で 寧波万順ベアリング 当社では、10 ～ 120 mm のボア範囲で深溝および複列アンギュラコンタクト ベアリングを製造しています。シャフト シートを廃棄した後よりも、プレスのスイッチを入れる前に適合に関する質問に回答したいと考えています。