軸受と軸の熱膨張について
- 軸受と軸の熱膨張について質問します。軸受と軸の最適なはめあいを教えて頂けるようお願い申しあげます。
- 軸受と軸の熱膨張によるはめあいの問題について質問します。条件を考慮して、最適なはめあいの方法を教えてください。
- 軸受と軸の熱膨張に関する質問です。最適なはめあいについて、お知恵をお借りしたいです。
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軸受と軸との熱膨張について
軸受と軸との熱膨張について質問します。 反応槽の撹拌羽根を回す軸を下記条件で計画しています。 1.使用温度：撹拌羽根から軸に伝熱して最終的に 軸受が200℃に達する。 2.使用軸受深溝玉軸受の特殊仕様（230℃までの耐熱）の 使用を考えている。 3.軸径：φ60? 4.軸回転速度：約200r/min 5.軸受サイズ：φ60／φ95-30 クラス 6.軸の配置：水平 7.撹拌羽：ダイナミックバランスが取れていると仮定する。 質量は約20kgと仮定する。 8.荷重条件：普通荷重とする。 （ラジアル荷重は基本静定格荷重の20％未満と仮定） 9.軸材質：SUS304 10.軸受材質：SUS440C 11.軸受内輪公差：φ60 上0、下-15μm(JIS 0級普通公差） まだまだ条件は不足していると思われます。 軸受の公差が200℃でも変化しないと考え、SUS304の軸が200℃で軸受の 指定公差k56になるよう、線膨張係数から逆算して、常温の仕上がり寸法を 決めれば良いのでしょうか。 上記条件で軸受と軸の最適なはめあいを教えて頂けるよう お願い申しあげます。
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私の方こそ，返事遅れまして申し訳ありません。 →の後にコメントを書きます。 >２００℃になったときの，軸表面の面圧 >及び軸受内輪の引張応力を計算して， >その結果強度が十分であれば， >k56で製作すればよいと思います。 …計算はこれからなのですが 一応300℃の耐熱が可能な軸受を使用する 予定です。 →耐熱がある材料を選定するのは当然ですが，軸と軸受内輪の熱膨張係数が異なるので，熱膨張差によって生じる歪みによる応力（面圧）を計算する必要があります。 >おそらく，軸表面の面圧が大きく強度上 >耐えられないと思いますが …これはシャフト側が膨張するので軸受内輪が 耐えられないのでしょうか。 それともシャフトと軸受内輪 双方が 耐えられないのでしょうか。 →シャフト材料ＳＵＳ３０４，軸受内輪材料ＳＵＳ４４０Ｃなので，軸受内輪のほうが面圧に対して強度が高いので，恐らくシャフトの表面が先につぶれて，軸受内輪は大丈夫だと思います。
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>…なぜ回転が遅いと油切れが発生するのでしょうか 全ての場合に起こるとは限らないのですが、これについては低速回転の場合に注意する必要があります。潤滑にグリスではなくオイルを使用し、転動体に高い負荷（≒ベアリングに高い荷重）がかかった場合に、潤滑面のオイルが切れて金属本体が一部接触する「境界潤滑」の状態になり得ます。 これがどのような現象となって現れるかというと、偏磨耗やガタができ、振動しまうことになります。 私が特に気になったのが、軸受けの接触圧が気になるところで、高温の油（滑りすぎて潤滑が悪くなる傾向あり）があるので、低速回転では考慮したほうがいいのではと思いました。
お礼
おはようございます。 お返事ありがとうございました。 潤滑まで考えていませんでした。 ベアリング仕様を確認してグリス・オイルの選択を したいと思います。 12m24さんのコメントを解釈してみましたの ご照査下さい。 「高温域での軸受潤滑はグリスよりオイルが良い。 ただ高温域のオイルは『さらさら』状態になる ので低速（200r／min程度）では軸受の玉とレース の時間あたりの接触圧が高くなり、オイルが 接触点から逃げてオイル切れが発生する」 でよろしいでしょうか。 再度コメント頂ければありがたのですが… 宜しくお願い申し上げます。
＞軸受の公差が200℃でも変化しないと考え、SUS304の軸が200℃で軸受の 指定公差k56になるよう、線膨張係数から逆算して、常温の仕上がり寸法を 決めれば良いのでしょうか。 これは少し危険だと思います。 使用温度は，常温から徐々に上昇して２００℃に達するのでしょうから，軸の仕上がり寸法をあらかじめ小さくしておくと，常温など低温のときに，軸と軸受内輪が滑る危険があるのではないでしょうか（同速度で回転しない）。 軸の仕上がり寸法を，常温時に指定公差k56に製作して，２００℃になったときの，軸表面の面圧及び軸受内輪の引張応力を計算して，その結果強度が十分であれば，k56で製作すればよいと思います。 おそらく，軸表面の面圧が大きく強度上耐えられないと思いますが，そのときには，軸表面をメッキまたは溶射で硬度を上げるか，あるいは，公差をk56から少し小さくする，公差を更に小さくして軸受内輪を軸受ナットで締めるという方法が考えられます。
お礼
おはようございます。ご回答、 ありがとうございました。 （お返事遅れまして申し訳ありません） ご回答の解釈をしましたので検証頂ければ幸いです。 >２００℃になったときの，軸表面の面圧 >及び軸受内輪の引張応力を計算して， >その結果強度が十分であれば， >k56で製作すればよいと思います。 …計算はこれからなのですが 一応300℃の耐熱が可能な軸受を使用する 予定です。 >おそらく，軸表面の面圧が大きく強度上 >耐えられないと思いますが …これはシャフト側が膨張するので軸受内輪が 耐えられないのでしょうか。 それともシャフトと軸受内輪 双方が 耐えられないのでしょうか。 よろしければご回答頂ければ幸いです。 宜しくお願い致します。失礼いたします。
設計計算をしてませんが…。 常温から200度に持っていけば、軸は大きくなるので、そのままはめあいがきつくなっていくと思います。これが問題になることはほとんどないと思いますが、これを考慮してもいいと思います。 たとえば、常温でgのはめあいを作っていおいて、熱膨張でkになるようにするとか、でもいいでしょう。 ただ、念のため、ベアリング、軸双方の熱膨張を計測しておいたほうがいいと思います。材質が異なるので、締まるのか、緩むのかわかりません。 また、軸の大きさの割に回転速度が遅いので、油切れにも注意してください。
お礼
おはようございます。 ご回答、ありがとうございました。 1点質問させて下さい。 >また、軸の大きさの割に回転速度が遅いので、 >油切れにも注意してください。 …なぜ回転が遅いと油切れが発生するのでしょうか ご回答頂ければ幸いです。 宜しくお願い致します。 失礼いたします。
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