11 軸及びハウジングの設計

11 軸及びハウジングの設計
11. 1 軸･ハウジングの精度と粗さ
通常の使用条件では，軸・ハウジングの精度と粗さは，
なお，h 及び r a の値は，軸又はハウジングの隅の丸
表11.1による．
みが，図11.2の（a）の場合に適用し，図11.2の（b）の
ように軸を研削仕上げするときの逃げ寸法は，普通，表
軸やハウジングの精度不良がある場合，軸受はその影
響を受け，必要な性能を発揮することができない．例え
11. 2 軸受の取付関係寸法
11.3の値による．
ば，取付部の肩の精度不良があれば，軸受の内輪・外輪
の傾きを生じ，軸受荷重のほかに端部集中荷重（エッジ
ロード）が加わり，
軸受の疲れ寿命を低下させる．更に，
軸受を軸又はハウジングに取り付けて，アキシアル方
向に位置を決める場合，軸受側面が接する軸の肩又はハ
保持器の破損，焼付きなどの損傷を生ずる原因となるこ
ウジング内径の肩は，軸心に対して直角に仕上げなけれ
とがある．
ばならない（表11.1参照）．また，円すいころ軸受正面
また，ハウジングは，外部荷重による変形が少なく，
側のハウジング内径は保持器との接触を避けるため軸受
軸受を十分支持するような剛性のあることが必要であ
の外径面と平行に加工する．
る．剛性が高いほど，軸受の音響や荷重配分などに有利
軸及びハウジングの隅の丸みは，軸受の面取部分と干
である．
渉しないようにする必要がある．したがって，隅の丸み
一般の使用条件では，はめあい面の加工は，旋削仕上
の半径 ra は，軸受の面取寸法 r 又は r1 の最小値を超え
げあるいは精密中ぐり仕上げなどでよいが，回転の振
ない値とする．
れや音響についての要求が厳しい使用箇所や，荷重条件
r（最小）
又はr 1（最小）
一体形ハウジングに軸受を2個以上配列する場合，ハ
ウジングのはめあい面は，通し穴で加工できるように
ra
設計する．二つ割りハウジングでは，薄肉の外輪を変形
r（最小）
又はr 1（最小）
h
させることがあるので，加工上注意が必要である．
軸受
表11. 1 軸･ハウジングの精度と粗さ
ra
項目
軸受の等級など
ハウジング穴
0級，6級
IT4
IT 3 ∼̶
̶
2
2
IT4 ∼̶
IT5
̶
2
2
5級，4級
IT3
IT2 ∼ ̶
̶
2
2
IT2 ∼̶
IT3
̶
2
2
0級，6級
IT4
IT 3 ∼̶
̶
2
2
IT4 ∼ IT5
̶
̶
2
2
5級，4級
IT3
IT2 ∼̶
̶
2
2
IT2 ∼ IT3
̶
̶
2
2
0級，6級
IT3
IT3∼IT4
5級，4級
IT3
IT3
真円度公差
円筒度公差
肩の振れ公差
はめあい面
の粗さ
Ra
軸
小形軸受
0.8
1.6
大形軸受
1.6
3.2
備考半径法による一般的な推奨であり，軸受の精度に対
応して基本公差 I T の等級を選定する．I T の数値に
ついては，付表11（C22ページ）をご参照ください．
なお，ハウジング穴にしめしろをもたせて軸受の外
輪を取付ける場合及び薄肉軸受の内輪・外輪を取付
ける場合などには，軸・ハウジングの精度が軸受軌
道面に与える影響が大きいのでさらに精度を向上さ
せる必要がある．
A 100
表11. 2 軸及びハウジングの隅の丸みの半径
とラジアル軸受に対する肩の高さ
（メートル系）
単位 mm
内輪又は
外輪の
面取寸法
軸又はハウジング
r（最小）
又はr 1（最小）
h
r（最小）
又はr 1（最小）
軸
図11. 1 ラジアル軸受の面取寸法と軸・
ハウジングの隅の丸みの半径と肩の高さ
ラジアル軸受に対する軸の肩及びハウジングの肩の高
さは，軌道輪の側面に十分接触し，かつ，取外工具など
が当てられるような高さとする．その最小値は表11.2
による．
軸受の取付関係寸法は，この肩の高さを考慮した直径
で，軸受寸法表に記載されている．特にアキシアル荷重
（最小）
rg
h r
（最小）
r
t
r
（最小）
（最小）
b
(b)
(a)
図11. 2 軸受の面取寸法と軸の隅の丸みの寸法と形状
肩の高さ
h（最小）
隅の丸み
の半径
1
深溝玉軸受（）アンギュラ玉軸受
自動調心玉軸受円すいころ軸受（2）
円筒ころ軸受
（1）自動調心ころ軸受
r（最大）
又は
a
ソリッド形針状
r（最小）
ころ軸受
1
r（最小）
ハウジング
の過酷な場合には，研削仕上げが必要である．
ra
h r
0.05
0.08
0.1
0.05
0.08
0.1
0.2
0.3
0.4
̶
̶
̶
0.15
0.2
0.3
0.15
0.2
0.3
0.6
0.8
1
̶
̶
1.25
0.6
1
1.1
0.6
1
1
2
2.5
3.25
2.5
3
3.5
1.5
2
2.1
1.5
2
2
4
4.5
5.5
4.5
5
6
2.5
3
4
2
2.5
3
̶
6.5
8
6
7
9
5
6
7.5
4
5
6
10
13
16
11
14
18
9.5
12
15
19
8
10
12
15
20
24
29
38
22
27
32
42
表11. 3 軸を研削仕上げする場合の逃げ寸法
単位 mm
逃げの寸法
内輪及び外輪
の面取寸法
r（最小）又はr（最小）
1
t
rg
b
1
1.1
1.5
0.2
0.3
0.4
1.3
1.5
2
2
2.4
3.2
2
2.1
2.5
0.5
0.5
0.5
2.5
2.5
2.5
4
4
4
3
4
5
0.5
0.5
0.6
3
4
5
4.7
5.9
7.4
6
7.5
0.6
0.6
6
7
8.6
10
注（1）
アキシアル荷重を負荷させる軸受では，この値
より十分大きな肩の高さを必要とする．
大きなアキシアル荷重がかかる場合には，この
（2 ）
値より十分大きな肩の高さを必要とする．
備考 1. スラスト軸受に対しても，この隅の丸みの
半径が適用される．
2. 軸受寸法表には，取付関係寸法として肩の
高さでなく，肩の直径で記載されている．
を負荷する円すいころ軸受や円筒ころ軸受では，つば部
を十分に支持する肩の寸法と強度とが必要である．
A 101
軸及びハウジングの設計
（2）
フリンガ（スリンガ）
（3）
ラビリンス
る必要があり，
支持面の直角度も良くなければならない．
軸に取り付けた回転体の遠心力によって，
油漏れ防止，
軸とハウジングとの間に，小さなすきまをもつ凹凸
ハウジング穴の肩の直径 Da は，玉のピッチ円径より
密封装置は，外部からのごみ，水分，金属粉など軸
防じん作用をさせる密封形式である．
の組合せであり，特に，高速軸の油漏れ防止に適してい
小さく採り，軸の肩の直径 d a は，玉のピッチ円径より
受に有害なものの侵入を防ぎ，軸受部分に保有する潤滑
ハウジング内側にフリンガを置いた図11.6（a），（b）
る．
大きな寸法とする（図11.3）
．
剤の漏れを防止するものである．したがって，密封装置
は，油漏れ防止を主目的としたもので，比較的ごみの
組立てを容易にするため，図11.7（a）が多く使用さ
スラストころ軸受では，ころの接触長さ全面を支持
は，あらゆる運転条件に対して常に密封，防じんの目的
少ない環境で用いられる．図11.6（c），
（d）は，外部か
れるが，図11.7（b），
（c）の方が密封性は良い．しかし，
する寸法にすることが望ましい（図11.4）．
を果たすものでなければならず，異常な摩擦や焼付きな
らのごみや水分の侵入を，フリンガの遠心力で防いで
ハウジング又はカバーを．二つ割り又は組立式にする必
肩の直径 d a 及び D a は，軸受形式別に，それぞれの
どを起すようなものであってはならない．同時に，
分解，
いる．
要がある．
軸受寸法表に記載されている．
組立て，保守などが容易にできるものであることが望ま
ラジアル方向及びアキシアル方向のラビリンスすきま
れる．
は，普通，表11.5に示す程度とする．
スラスト軸受の場合，軌道盤の支持面を十分に広くす
11. 3 密封装置
それぞれの用途に応じて，潤滑方法と併せて検討し，
表11. 4 油溝形式の軸とハウジング
とのすきま
単位 mm
適切な密封装置を選定することが必要である．
φd a
表11. 5 ラビリンスのすきま
単位 mm
11. 3. 1 非接触形式の密封装置
ラビリンスすきま
軸の呼び直径
ラジアル方向のすきま
50 以下
0.25∼0.4
50 を超え 200 以下
0.5 ∼1.5
軸の呼び直径
軸と接触することがなく，摩擦部分のない密封装置と
しては，油溝，フリンガ，ラビリンスなどの形式がある．
遠心力や，小さなすきまを利用して，密封の目的を果
たすことができる．
φDa
ラジアル方向
アキシアル方向
50 以下
0.25∼0.4
1∼2
50 を超え 200 以下
0.5 ∼1.5
2∼5
（1）
油溝
図11. 3 スラスト玉軸受の支持面の直径
油溝形式は，軸とハウジングカバーとの小さなすき
まと，その部分に設けた数本の溝によって，密封作用
を行なうものである（図11.5（a）（b））．低速の場合を
除いて，油溝だけでは，潤滑剤の漏れ防止の効果が少な
いので，
フリンガやラビリンスと併用することも多い
（図
φda
11.5（c））
．油溝に，ちょう度200程度のグリースを詰
めておくと，ある程度防じん効果がある．
軸とハウジングとのすきまは，小さいほど密封効果
は上がるが，運転中に両者が接触してはならないので，
表11.4に示す程度の値を採る．
φDa
(a)
溝幅は，3∼5mm程度とし，深さは4∼5mm程度がよ
図11. 4 スラストころ軸受の支持面の直径
(a)
い．溝数は，溝だけで密封する場合，3本以上とする．
(b)
図11. 5 油溝の例
(d)
(c)
(b)
図11. 6 フリンガの例
(c)
(a)
アキシアルラビリンス
(b)
ラジアルラビリンス
(c)
調心軸のラビリンス
図11. 7 ラビリンスの例
A 102
A 103
軸及びハウジングの設計
11. 3. 2 接触形式の密封装置
合成ゴム，合成樹脂，フェルトなどの接触先端が，軸
と摩擦接触をしながら密封作用を行なう形式で，合成ゴ
ムのリップをもつオイルシールが最も一般的である．
（2）
フェルトシール
い．軸の周速が大きい（4m/s以上）場合にも適さない
フェルトシールは，伝動軸などに古くから使われてい
ので，用途に応じた合成ゴムシールに換えていくことが
布する必要がある．また，運転中には，しゅう動面にハ
たが，油の漏れや浸透もある程度避けがたいので，グリー
望ましい．
ウジング内の潤滑剤が，わずかににじみ出ているような
ス潤滑の場合に防じんの目的だけにしか用いられていな
状態が望ましい．
但し，アクリル系材料は，エステル系グリースでの膨
潤に注意が必要であり，シリコーン系材料は，低アニリ
（1）
オイルシール
ン点鉱油，シリコーン系グリース，シリコン油での膨潤
外部からごみ，水分，異物などが侵入しやすい箇所，
に注意が必要である．又，ふっ素系材料は，ウレア系グ
又はハウジング内の潤滑剤の漏れを防ぐ箇所に，多くの
リースでの劣化に注意が必要である．
オイルシールが使われている（図11.8，図11.9）．
オイルシールの許容周速は，シールの形式，しゅう動
オイルシールには，数多くの形式と寸法とが標準化さ
面の仕上げ程度，密封対象液，温度条件，軸の偏心の程
れており（JIS B 2402参照）
，その中でも，適正な緊迫
度などによって異なる．使用温度範囲は，リップの材料
力を保持するため，ばねを組み込んだものが多い．し
によって制限される．条件の良い場合の許容周速と使用
たがって，軸の偏心又はみそすり運動に対しても，あ
温度範囲は，表11.6に示す値が目安となる．
る程度追随できる．
周速の大きい場合や，内圧の高いときには，軸のしゅ
シールリップの材料としては，通常，ニトリル・アク
う動部をよく仕上げる必要があり，軸の偏心も0.02∼
リル・シリコン・ふっ素の合成ゴム，四ふっ化エチレン
0.05mm以下にするほうがよい．
樹脂などが用いられる．許容温度の上限は，上記の材料
軸のしゅう動部の硬さは，耐摩耗性を高めるため，熱
の順序に高くなっている．
処理又は硬質クロムメッキなどによって，HRC40以上
シールリップと軸との間に油膜がないと，摩耗，発熱
にする必要があり，できればHRC55以上が望ましい．
を起しやすいので，取付け時には，シール部分に油を塗
軸の周速によって要求されるしゅう動部の表面粗さ
の目安を，表11.7に示す．
12 潤滑
12. 1 潤滑の目的
12. 2 潤滑方法
転がり軸受の潤滑の目的は，軸受内部の摩擦及び摩耗
軸受の潤滑方法は，グリース潤滑と油潤滑に大別され
を減らし，焼付きを防止することである．潤滑の効用は，
る．軸受の機能を十分に発揮させるためには，その使用
次のとおりである．
条件，使用目的によく適合した潤滑方法を用いることが
（1）
摩擦及び摩耗の減少
潤滑だけを考えれば，油潤滑が優れているが，グリー
接触する部分において，金属接触を防止し，摩擦，摩耗
ス潤滑は，軸受周辺の構造を簡略化できる特長がある．
を減らす．
グリース潤滑と油潤滑との得失を比較して表12. 1に
（2）
疲れ寿命の延長
粘度が低く，潤滑油膜の厚さが不十分な場合には短かく
なる．
は外部から伝わる熱を，油によって搬出，冷却し，軸受
の過熱を防ぎ，潤滑油自身の劣化を防止する．
許容周速（m/s）使用温度範囲°C
（ 1）
（4）
その他
軸受内部に異物が侵入するのを防止し，あるいはさ
ニトリル系
16以下
−25∼＋100
アクリル系
25以下
−15∼＋130
シリコーン系
32以下
−70∼＋200
ふっ素系
32以下
−30∼＋200
四ふっ化エチレン樹脂
15以下
−50∼＋220
合成ゴム
図11. 8 オイルシール使用例
（1）
注（1）
短時間の運転では，使用温度範囲の上限を 20°C ほど
高く採ることができる．
表12. 1 グリース潤滑と油潤滑の得失
分に潤滑されているときには長くなる．逆に，潤滑油の
循環給油法などでは，摩擦により発生した熱，あるい
シールの材料
示す．
軸受の転がり疲れ寿命は，回転中の転がり接触面が十
（3）
摩擦熱の搬出，冷却
表11. 6 オイルシールの許容周速と使用温度範囲
第一である．
軸受を構成する軌道輪，転動体及び保持器の，相互に
びや腐食の発生を防ぐという効果もある．
項目
グリース潤滑
油潤滑
ハウジング構造簡略化できる
密封装置
やや複雑になり，保守に
注意が必要
回転速度
許容回転数は，油潤滑
の場合の65∼80%
グリース潤滑に比べ，高
い回転数でも使用可能
冷却作用
冷却効果
なし
熱を効果的に放出できる
（循環給油法の場合など）
潤滑剤の流動性劣る
非常によい
潤滑剤の取替えやや繁雑
比較的簡単
ごみのろ過
容易
困難
潤滑剤の漏れ汚漏れによる汚染が少な
染
い
油漏れにより汚染を嫌う
箇所には不適
12. 2. 1 グリース潤滑
（1）
ハウジング内へのグリースの充てん量
ハウジング内へ充てんするグリース量は，軸受の回転
速度，ハウジングの構造，空間容積，グリース銘柄，雰
囲気などによって異なる．温度上昇を極度に嫌う工作機
表11. 7 軸の周速としゅう動部
の粗さ
械の主軸用軸受などでは，グリースの充てん量を少な目
にするが，一般的な目安は，以下のとおりとする．
周速（m/s）
表面粗さ Ra（µm）
5以下
0.8
5∼10
0.4
要である．次に，ハウジング内部の軸及び軸受を除いた
10を超えるもの
0.2
空間容積に対して，
まず，軸受内部には十分にグリースを詰める．このと
き，保持器案内面などにもグリースを押し込むことが必
1/2∼2/3（許容回転数の50%以下の回転のとき）
1/3∼1/2（許容回転数の50%以上の回転のとき）
図11. 9 オイルシール使用例
（2）
A 104
程度の量を充てんする．
A 105

Download Report