ベアリングの製造が悪いために故障することはほとんどありません。負荷がかかった状態で一定回数回転すると、最終的に軌道面のすぐ下の材料が疲労してしまうため、失敗します。ベアリングの寿命計算は、その瞬間がいつ来るかを推定する学問であり、機械が何年も静かに動作するか、それとも数か月ごとに分解されるかを定期的に決定する数少ないエンジニアリング推定の 1 つです。
このガイドでは、基本的な定格寿命、L10 の計算式、数百万回転を動作時間に換算する方法、カタログ値を現実に近づけるための補正係数など、標準的な方法を段階的に説明します。
ベアリングの寿命が本当に意味するもの
転がり軸受の用語では、寿命はほとんどの場合、摩耗、腐食、潤滑剤の劣化ではなく疲労寿命を指します。ほとんどの会話は 3 つの用語でカバーされます。
- L10、基本定格寿命 — 疲労の最初の兆候が現れる前に、同一のベアリングのグループの 90% が完了するか、それを超える回転数。
- L10h — 一定速度での稼働時間で表されるのと同じ量であり、これはメンテナンス チームが実際に計画することです。
- Lnm または Lnmh、修正定格寿命 — 90% 以外の信頼性、潤滑、汚染、および疲労荷重制限について調整された基本寿命。
90% という数字は約束ではなく慣例です。それによると、統計的に同一のグループの10人中1人はL10に達する前に疲労を示す可能性があり、約半数はL10の5回生存する可能性があるという。したがって、寿命の計算は、保証された交換日を見つけることではありません。設計オプションを比較し、賢明な検査間隔を設定することが重要です。
基本的な定格寿命の計算式
計算の開始点は、ベアリングの耐荷重と実際にかかる荷重を関連付けることです。
L10 = (C / P) p
ここで、L10 は数百万回転で表されます。指数 p は接触形状によって異なります。線接触では点接触とは異なる方法で荷重が分散されるため、ボール ベアリングの場合は 3、ローラー ベアリングの場合は 10/3 になります。
| シンボル | 意味 | 代表的なソース |
|---|---|---|
| C | 基本動定格荷重 (ニュートン単位) | ベアリングのカタログまたはデータシート |
| P | 等価動的ベアリング荷重 (ニュートン単位) | シャフトに作用する力から計算 |
| p | 寿命指数 | ボールベアリングの場合は 3、ローラーベアリングの場合は 10/3 |
| L10 | 基本定格寿命、数百万回転 | 計算結果 |
| n | 回転速度（毎分回転数） | アプリケーションデータ |
等価動的荷重には、エンジニアリングの労力のほとんどが費やされます。ラジアル力とアキシャル力は 1 つの値に結合され、実際の荷重と同じ疲労効果が生じます。軽負荷の深溝玉軸受の場合、これは単純なラジアル用語かもしれません。大きな推力がかかるベアリングの場合、軸方向の寄与が支配的となり、結果が劇的に変化する可能性があります。
定格荷重自体も注目に値します。 Cの違いは3次の関係を通るため、小さな容量の違いが計算上の寿命の大きな違いとなります。
シリーズ 6000 密封型深溝玉軸受 密閉型 6000 シリーズ ベアリングは、事前に潤滑された汚染防止機能と、計算された疲労寿命を比較するための公開された動的/静的荷重定格を備えています。 製品を見る→ 数百万回転から動作時間まで
革命における疲労寿命は理論には役立ちますが、計画立案者は数時間で考えます。一定の速度で:
L10h = (1 000 000 / (60 × n)) × L10
ここで、n は毎分回転数です。括弧で囲まれた用語は、単に 100 万回転を蓄積するのに必要な時間数です。 1 500 rpm では、これに約 11.1 時間かかります。つまり、3 億回転の基本定格寿命は、およそ 3 300 動作時間に相当します。
この式では、速度と負荷が一定であることを前提としています。デューティ サイクル中にどちらかが変化する場合、計算を別の方法で処理する必要があります。
L10 を超えて: 信頼性、潤滑、汚染
基本定格寿命は、ベアリングが適切に取り付けられ、適切な潤滑膜があり、清潔な環境で、材料が飽和しない程度に軽い荷重がかかることを前提としています。実際のマシンがこれらの条件をすべて満たすことはめったにないため、標準的な方法では、次の 2 つの要素で L10 を調整します。
- a1、信頼性係数。 90% の信頼性では 1 に等しく、ターゲットが上昇すると急速に低下します。95% では約 0.64、99% ではかなり低くなります。
- aISO (SKF とも表記される)、寿命修正係数。 これは、潤滑の品質、汚染レベル、加えられる荷重とベアリングの疲労荷重限界の間の比率を考慮します。
きれいなハウジングに十分に潤滑されたベアリングは、基本定格寿命の 2 ～ 3 倍に容易に達します。シール周囲の研磨粉塵を伴う薄い潤滑膜上で同じベアリングを動作させると、その一部が達成される可能性があります。したがって、粘度比、濾過、シールの選択は副次的な問題ではありません。多くの場合、それらは決定的な変数となります。
負荷や速度が一定でない場合
コンベヤ、ギアボックス、ポンプ、農業機械が 1 つの負荷と 1 つの速度で動作することはほとんどありません。複数のセグメントで構成されるデューティ サイクルの場合、各セグメントは、サイクル全体にわたって同じ疲労効果を生み出す等価荷重に変換されます。
Pm = [ Σ (Pi p ×ニ×ティ)/Σ(ニ×ティ)] 1/p
各セグメントは、それが表す回転数に比例して寄与し、指数により重いセグメントが優勢になります。したがって、短時間のピーク負荷は、数時間にわたる軽度の運転よりも重要になる可能性があります。これは、負荷がかかっている状態で起動および停止する機器のよくあるパターンであり、加速トルクと衝撃がデューティ サイクルを形成します。
取り付けられたユニットを中心に構築された機械の場合、ハウジング、シャフトの取り付け、およびシールの配置はすべて転動体に到達する荷重に影響を与えるため、荷重の計算とハウジングの選択は通常一緒に処理されます。
UCセットスクリューロックインサートベアリングシリーズ ダブル止めネジ付きインサート ベアリング、GCr15 リング、12 ～ 90 mm のシャフト サイズ、およびハウジングの選択用にリストされた定格荷重が取り付けられています。 製品を見る→ 短時間で実行できる例
基本動定格荷重が約 14 kN で、1 500 rpm で 2 kN の等価動荷重に耐える 6205 深溝玉軸受を考えます。
- 負荷率を計算します: C / P = 14 / 2 = 7。
- これを 3 乗すると、73 = 343、つまり L10 = 3 億 4,300 万回転となります。
- 時間に変換すると、343 × (1 000 000 / (60 × 1 500)) ≈ 3 800 時間になります。
- 補正係数を適用します。 a1 = 1 で、aISO = 2 となる良好な潤滑条件では、修正寿命は約 7,600 時間になります。
数値は一例ですが、パターンは典型的なものです。補正係数により結果が 2 倍または半分になる可能性がありますが、負荷が 20% 変化すると、3 次関係により寿命が 60% 以上変化します。感度は小数点以下の桁よりも重要です。
結果を歪める間違い
- 動的定格の代わりに静的定格荷重を使用するか、ニュートンとキロニュートンを混合します。
- 特にアンギュラコンタクト軸受と深溝軸受の場合、複合荷重の軸方向成分は無視します。
- デューティ サイクルの一部にのみ適用される速度で時間の計算式を適用します。
- さまざまなサプライヤーのカタログ C 値を、その背後にある基準を確認せずに直接比較できるものとして扱う。
- 潤滑と汚染を計算から除外すると、なぜ実際の耐用年数がスプレッドシートと一致しないのか疑問に思うでしょう。
- アライメントのずれ、不適切なフィット感、振動は、方程式のどこにも現れずに疲労を加速させます。
計算は比較ツールであり、水晶玉ではありません。その価値は、どの変更 (ベアリングの大型化、潤滑剤の改良、シールの強化) が最小の労力で最大の寿命を獲得できるかを示すことにあります。
計算をベアリングの選択に変える
当社は1994年以来、寧波で3mmから100mmのボアサイズの深溝玉軸受とインサート軸受を製造してきました。当社が出荷する製品の大部分は、寿命計算を終えたばかりで、その答えに一致する部品が必要なアプリケーションに使用されます。私たちが受け取る質問は通常、式に関するものではなく、定格荷重、クリアランス、シール、はめあいに関するものであり、それは私たちが最もよく知っている仕事の部分です。
負荷サイクルに変動負荷や取り付けユニットが含まれる場合、当社の技術チームがお客様と一緒に数値を確認し、設置に適したハウジング、インサート、シャフトの適合性を確認します。に関する注意事項 荷重計算とピローブロックユニットの選定 は有用な出発点です。
UCPシリーズ ピローブロック軸受ユニット HT200 または QT450-10 ハウジング、GCr15 インサート、グリース継手、および取り付けユニット選択用の UCP 201 ～ 218 寸法を備えたピロー ブロック ユニット。 製品を見る→ 電気モーター、ポンプ、小型ギアボックスなど、中程度のラジアル荷重下で継続的に稼働する機器向けに、当社の標準深溝シリーズは最も一般的なサイズをカバーしており、 電動モーターベアリング その任務のために私たちが通常提供するものを示しています。荷重、速度、稼働時間をお送りください。その計算を実際に注文できるベアリングに変換するお手伝いをいたします。
