【ケーススタディ】モーター軸受設計計算

モーター軸の転がり軸受内部すきま寸法の決め方 モーター軸の軸受としてアンギュラ玉軸受を使用する場合は、システムのアキシアル方向すきまを決定する必 要があります。 この記事では、MESYSシャフト計算のパラメータバリエーションを使用して、必要なアキシアル 方向すきまを決定する方法を示します。 簡単な、直径 10mm、速度 20000rpmのシャフトの例を次の図に示します。 最適なすきまや予圧を決定する基準として、以下のようなパラメータを使用して検討することができます。 •軸受寿命 •シャフトの最大変位 •シャフトの固有振動数 •各軸受内部の最大接触応力 •各軸受内部の最小接触応力 •各軸受のスピン／ロール比 •各軸受のボール進み遅れ •各軸受の摩擦モーメント これらの基準は、ある範囲の温度、シャフト速度または公差に対して評価することができます。 パラメータバリエーションを使用すると、選択したパラメータを自動的に変更することができ、結果を表および図 に示すことができます。 この例では、軸受内部すきまと温度を変化させます。 内部すきまを 30ステップ、温度 を１ステップとすると、31 * 2 = 62回の計算になります。

【パラメータバリエーションの入力】 結果は数百の計算結果から選択できます。 最初の図は、転がり軸受の寿命とシャフトの曲げに対する最 初の固有振動数を示しています。 【軸受すきまに対する軸受寿命と曲げの固有振動数】

固有振動数においては、低温の方が低い値を示していますが、軸受寿命については、高温の方が低い値を 示しています。 転がり軸受内輪のすきまに対するラジアル方向の伸びの影響は、軸のアキシアル方向の伸び よりも大きいので、軸受の寿命は温度の上昇とともに減少します。 内部すきまの増加により固有振動数が急 激に下がるため、アキシアル方向すきま Pa <12μmにする必要があります。 また、転がり軸受の寿命> 20000hの場合とすると、内部すきまは 5μmより大きくすべきです。 次の図は、摩擦モーメントとスピン-ロール比を示しています。 【軸受すきまに対する摩擦モーメントとスピン-ロール比】 スピン-ロール比については、しばしば 0.25の限界が使用されています。これにより、アキシアル方向すき ま Pa <15μmになります。スピン-ロール比の値が小さければ小さいほど良いでしょう。摩擦モーメントは、予圧 とともに増加します（またはすきまとともに減少します）。 両方の図の結果から、アキシアル方向すきまは、できるだけ大きく 12μm未満に選択する必要があります。 この計算は、中間のはめあい精度と 1 つの軸回転速度で行いました。今度は、シャフトの速度を変更して、シャ フトと転がり軸受のはめあい精度を最大/最小値で計算を行うことも可能です。また、この事例計算では、予圧 のために固定の変位を定義しました。他の方法として、予圧を生成するためにバネを定義することもでき、パラ メータとしてバネ剛性を定義するになります。 この事例は高速回転のため、結果はプラスの転がり軸受の内部すきまになっています。低速度のシャフトを 検討する場合は、最適な内部すきまは負であり、従って予圧力が存在することになるでしょう。