遠心ポンプと容積形圧縮機の軸受選定：形式、はめあい、潤滑、シール、寿命の基準

まず荷重の分担と速度から形式を選ぶ

すきま、はめあい、潤滑に触れる前に軸受形式を確定してください。形式の判断は、荷重が半径方向と軸方向にどう分かれるか、軸がどれだけ速く回るかから決まります。重荷重はころ軸受を、軽荷重は玉軸受を指します。高速は玉軸受に有利で、低速はころ軸受に有利です^1,11。半径方向荷重だけを支える位置には、軸方向荷重をまったく受けないNまたはNU円筒ころ軸受が使えます¹。半径方向と軸方向の荷重が同時に来る場合は、アンギュラ玉軸受が指示される形式です。同程度の大きさの深溝玉軸受より大きな軸方向荷重を支えます^1,16。接触角は次に設定するつまみです。大きな角度は軸方向の容量を買い、小さな角度は高速に有利なので、二つの要求は互いに取引します¹⁶。ここには角度と荷重の対応表がないため、実際の軸方向と半径方向の比に対して角度を確認するよう軸受メーカーに求めてください。

固定側1個と自由側1個を配置する

2か所で支持される軸は一般に、軸を確実に位置決めする軸受と、軸方向に自由に動ける軸受を必要とします⁹。理由は熱です。軸とハウジングの伸びが異なるか、二つの座の間で軸方向の公差が積み上がります。軸方向に固定された一対の軸受はその動きに対抗し、 寄生スラストで自らを負荷します⁹。最もすっきりした自由側は、片側の軌道輪がまっすぐな円筒ころ軸受です。潤滑下でころが直線路をそのまま滑るからです⁹。代わりに深溝玉軸受、複列アンギュラ玉軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受を使う場合、外輪をハウジング内で滑らせるのが通例です⁹。ハウジング図を出図する前に、どちらの座が固定でどちらが自由かを決めてください。その選択が両端の外輪のはめあいを決めます。

すきまとはめあいを一つの判断として扱う

しまりばめは無償ではありません。軸側のきついはめあいは内輪を膨張させ、ハウジング側のきついはめあいは外輪を圧縮します。どちらも内部すきまを削ります⁴。行き過ぎれば運転すきまが負になり、過大な摩擦と早期破損として現れます⁴。目標はほぼゼロの運転すきまで、残ったすきまは軸受を予圧するワッシャやばねで取り除けます⁴。予圧は上限のある道具です。最適点を超えると剛性はわずかにしか上がらず、摩擦と熱が上がり、寿命は大きく落ちます²⁴。よりきついはめあいを必要とし、より大きなすきまで始まる円筒ころ軸受では、取り付け後に負荷圏が縮まないよう、通常すきま（CN）がC3より好まれます¹²。ハウジング穴の等級は荷重の種類と、輪が動ける必要があるかどうかで選びます。JS7とK7は電動機、ポンプ、クランク軸主軸受で挙げられています²¹。これを出発点の等級として扱い、実際のはめあいと温度に対して組み合わせを確認するよう軸受メーカーに求めてください。

速度はカタログ回転数ではなくn·dmで潤滑剤に対して確認する

カタログの限界回転数は条件付きの数値です。標準設計の軸受が通常荷重、おおよそC/P ≥ 16かつFa/Fr ≤ 0.25のときに当てはまります。軸受形式、寸法、精度、潤滑剤の種類と量、保持器の形状と材料、荷重によって変わります^3,18。カタログ値の80%を超える場合は、その数値を合格基準として使うのではなく、メーカーに相談すべきです³。潤滑剤そのものについては、n·dm（回転速度に玉のピッチ円直径を掛けた値）を計算し、グリースのデータシートにある最高速度と比較します¹¹。n·dmがその限界を超えると、グリースでは十分に潤滑できず、オイルミストなどの油方式が選択肢になります。オイルミストは高速でより低温で動きますが、外部の混合・計量システムとろ過空気が必要です¹¹。油浴は低速に向き、どの油経路もグリースにはないシールと漏れの負担を持ち込みます^11,20。

シールを媒体とIP等級に合わせる

シールは、プロセス媒体への曝露が軸受仕様に入ってくる場所です。密封軸受は粉塵、汚れ、水しぶきに対する堅い障壁を与え、最小の保守でグリースを生涯保持します。その代償はわずかに高い摩擦と始動トルクです¹³。開放形軸受は摩擦が最小ですが保護がなく、外部潤滑に依存します。清潔で油潤滑の内部に向き、湿った汚れた内部には向きません¹³。電動機では、要求される密封性能はIEC 60034-5による筐体のIP等級に従います。軸受一体のシール、外部の軸シールやラビリンスシール、あるいはその両方で満たせます²²。清潔で乾燥した空気中の小型機はすきまシールとキャップ付き軸受で足りる場合があり、再潤滑可能な開放形軸受を使う大型機はラジアル、アキシャル、ラビリンスのシールを組み合わせる必要がある場合があります²²。飛沫が脅威である場合、非接触のラビリンスシールが最初の障壁です。あるサプライヤーのCFシールシリーズは、アルミニウムで軸径10〜100 mm、200 °Cまで提供されています⁵。この範囲はそのサプライヤーの製品データなので、あなたの用途をカバーすると仮定せず、軸径と温度に対して確認してください。

寿命の基準を図面に明記する

基本定格寿命L10は、同一軸受の群の90%がはく離せずに到達する寿命です。寿命は構造、寸法、材料、加工に依存するため統計的な値です⁶。したがって図面に書く数値は軸受の性質ではなく目標です。実際の等価動荷重でL10計算を行い、故障が高価または安全上重要な箇所では既定の90%を超える信頼性を設定してください²³。潤滑と汚染が本当のリスクである場合、疲労荷重限界、潤滑、汚染を考慮した寿命は基本L10を超えます。SKFのL10mhはその一つです²⁴。SKFのサーボモータ例にある30 hの最小値はその事例の要求であり、ポンプや圧縮機の図面に転記する数値ではありません²⁴。信頼性目標と荷重の基準を仕様に書いて、見積が同じ寿命定義で比較されるようにしてください。

出図前の確認事項

形式、はめあい、潤滑の手順の外側にあり、図面が出てからでは遅くなる項目です。

• ✓軸とハウジングが実際に保持できる心合わせを確認してください。自動調心玉軸受は開放形で3°、密封形で1.5°まで許容し、自動調心ころ軸受より安価です。
• ✓振動監視を付けるかどうかを決めてください。損傷の早期警告が得られ、交換を計画できます。
• ✓温度変化のアラームを設定してください。絶対値にかかわらず50 °Fを超える変動は調査に値します。
• ✓実際のはめあいと運転温度に対して、すきま群と予圧を確認するよう軸受メーカーに求めてください。
• ✓単価、納期、互換性はサプライヤーに直接確認してください。今回の資料にはいずれもありません。

すきまで資料が食い違う点

すきまの指針はきれいに揃っておらず、この不一致はCNを指定するか予圧組立を指定するかを決めるため重要です。

見積を依頼する前に

• 型式ごとの根拠資料をサプライヤーに求め、購入判断を変える条件を記録してください。
• 型式ごとの根拠資料をサプライヤーに求め、購入判断を変える条件を記録してください。
• 型式ごとの根拠資料をサプライヤーに求め、購入判断を変える条件を記録してください。
• 型式ごとの根拠資料をサプライヤーに求め、購入判断を変える条件を記録してください。
• 型式ごとの根拠資料をサプライヤーに求め、購入判断を変える条件を記録してください。
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