ベアリングの予圧を理解する
ベアリングの予圧 — プリロードまたは初期荷重とも呼ばれます — は、ベアリング内部の クリアランス を排除し、転動体と軌道輪の間にわずかな締め代を生じさせるために、ベアリングに意図的に与えられた管理された圧縮荷重です。すべての転動体をあらゆる運転条件下で軌道輪と常時接触させることにより、プリロードは内部すきまを除去し、より剛性が高く精密なベアリングシステムを実現して、荷重分布を改善し耐久性を高めます。 振動。これは、高剛性・精密な軸位置決め、または変動荷重や振動荷重下でのスムーズな回転が要求されるあらゆる用途において不可欠であり、工作機械のスピンドル、精密機器、および高速機械において標準的な手法です。これらの機械では、 不安定 is critical.
1. 定義: クリアランスを剛性に変換する
ほとんどの転がり軸受は、組み付けと潤滑を容易にするため、わずかな内部すきまを設けた状態で製造されています。このすきまは組み立て時には有益ですが、精度面では有害です。転動体が荷重を受け持つ前にわずかに軸がたわむこと、また軽荷重時に転動体が転がりではなく滑りを起こすことを招きます。予圧はこれを意図的に逆転させます。すなわち、軌道輪を押し合わせる（または径方向に締め付ける）ことで、すきまをなくし、外部荷重が加わる前から全転動体に定められた接触力を持たせます。実質的に、予圧はわずかな摩擦・発熱の増加と引き換えに、大きな 硬直 および位置精度。
2. 目的と利点
1. 剛性の向上
これが予圧の主な利点です：
- 荷重下でのたわみを許容するクリアランスを排除
- 全転動体を常に接触させ、全列で均等に荷重を分担します。
- 予圧なしの軸受と比較して、軸受剛性をおよそ2〜5倍向上させることができます。
- 軸のたわみを低減し、システム全体の剛性を向上させます。
2. 精度および寸法精度の向上
- 排除する シャフトの振れ ベアリングクリアランスから生じます。
- 正確で再現性のあるシャフト位置決めを実現します。
- 工作機械や測定機器などの精密機械にとって不可欠です。
- 隙間関連の衝撃による振動を低減します。
3. スキッディング（滑り）の防止
- 転動体が滑らずに確実に転がることを保証
- 軽負荷時や高速走行時には特に重要
- スキディングにより急速な ベアリング摩耗 および表面損傷が生じます。
- 予圧により、純粋な転がり運動を維持するのに十分な接触力が確保されます。
4. 騒音低減
- 内部すきまによって生じるがたつきを排除します。
- より静かでなめらかな運転を実現します。
- 作業員または感度の高い機器の近くで有用です。
5. 安定性の向上
で ローターダイナミクス、予圧は安定性に寄与します：
3. 予圧の種類
1. 固定（剛性）予圧
温度や回転速度に依存しない一定の予圧：
- 方法： スペーサー、シム、またはロックナットを特定の位置に設定
- 特徴: 高剛性と精密な制御。
- 制限事項: 温度上昇に伴い予圧が増大し、過負荷のリスクがある。
- アプリケーション 工作機械のスピンドルおよび精密機器。
2. スプリング（弾性）プリロード
スプリングで保持されたプリロード。熱膨張補償が可能です：
- 方法： 波状スプリング、ベルビル座金、またはコイルスプリング。
- 特徴: 過負荷なしに熱膨張を吸収します。
- 利点: 温度変化に対してはるかに寛容です。
- アプリケーション 温度変動があり、精度要求が厳しくない機器。
4. プリロード方式
軸方向プリロード（最も一般的）
正面合わせまたは背面合わせの取り付け
- 2個のアンギュラコンタクト軸受を互いに対向させて取り付けたもの。
- 軸方向力が軸受を互いに押し付けます。
- 両方向の軸方向すきまを解消します。
- 工作機械および高精度用途における標準的な配列。
調整可能なプリロード
- ロックナットまたはねじ式リテーナーを調整して予圧を設定します。
- トルク、軸方向力、または軸受温度上昇により検証されます。
- 組み立て時に設定するか、メンテナンス時に再調整することができます。
Radial preload
- 軌道輪とシャフトまたはハウジングの間のしまりばめにより、径方向の締め付けが生じます。
- 転動体は軌道輪間で径方向に圧縮されます。
- 軸方向プリロードより一般的ではありません。
- 一部の密封軸受および特殊用途に使用されます。
5. 予圧の大きさの選定
Light preload
- 力： 軸受の動定格荷重の1〜5%。
- メリット 摩擦の増加を最小限に抑えながら剛性を向上させます。
- アプリケーション 一般的な精密機械。
Medium preload
- 力： 動定格荷重の5〜10%。
- メリット 高い剛性と良好な精度。
- アプリケーション 工作機械のスピンドルおよび精密駆動機構。
Heavy preload
- 力： 動定格荷重の10〜20%。
- メリット 最大剛性と安定性。
- 制限事項: 高摩擦、発熱、および寿命の短縮を招きます。
- アプリケーション 超精密加工および低速・高剛性が要求される用途に適しています。
適切な値は軸受の定格荷重によって異なるため、予圧を設定する前にその定格を確認することが重要です。次のようなツールを使用すると、 軸受L10寿命計算機（ISO 281） 動定格荷重と期待寿命を把握することで、選定した予圧の割合がサービス寿命に与える影響を総合的に評価できます。
6. 欠点とトレードオフ
摩擦の増加と発熱
- 予圧は接触荷重を増大させ、その結果として摩擦も増加します。
- 動作温度は通常、プリロード無しの軸受よりも5～20°C上昇します。
- 高温は潤滑油の劣化を加速させる
- 冷却性能の向上または 潤滑 may be needed.
軸受寿命の短縮
- 予圧は運転荷重に加算されます。
- 軸受寿命の計算には、予圧の影響を含める必要があります。
- 過大な予圧は寿命を著しく短縮するおそれがあります。
- 剛性・精度と寿命の間には本質的なトレードオフが存在します。
熱感度
- 固定予圧は温度上昇に伴う差動膨張によって増大します。
- 熱膨張が適切に管理されない場合、軸受が過負荷状態に陥るおそれがあります。
- スプリングプリロードはこれらの熱変化を吸収します。
- 設計においては、運転温度範囲全体を考慮する必要があります。
7. 応用
プリロードが必須である場合
- 工作機械スピンドル： 精度と剛性が要求される研削・フライス加工・旋削用スピンドルに使用されます。
- 高速機器： スキッディングおよび不安定化を防止するためです。
- 精密測定機器： 測定機器および光学系への応用。
- 変動負荷： 荷重の反転や変動荷重が生じる用途。
- Moment loads: 傾斜モーメントが作用する軸受への適用。
予圧が推奨されない場合
- 熱過負荷のリスクがある高温用途。
- 非常に高速な回転域では、摩擦と発熱が支配的になります。
- 大きな衝撃負荷。
- 剛性よりも軸受寿命を優先する場合。
- 精度がそれほど重要でない一般的な産業用途。
予圧には診断上の側面もあります。摩耗によって予圧を失したスピンドル、あるいは熱過負荷に追い込まれたスピンドルは、振動の特性が変化します。多くの場合、危険速度がシフトしたり、広帯域レベルが上昇したりするため、予圧の影響は故障が発生するずっと前から振動解析者が把握できます。 バランセット-1A はスピンドルの 振動スペクトル および運転速度における総合レベルを計測し、 ベースライン を提供します。これにより、軸受予圧や状態の後続変化をトレンド追跡でき、また根本原因が アンバランス ではなく軸受にある場合は、同一機械上でバランス修正が可能です。
軸受予圧は、軸受システムの性能を向上させるための強力な手段であり、剛性の向上、精度の改善、スキッディングや不安定性に対する保護をもたらします。ただし、摩擦・発熱・寿命低下といったデメリットとのトレードオフを慎重に検討したうえで設定する必要があり、各用途に最適なバランスを実現することが求められます。
