モータ軸受けのラジアル荷重値

質問

モータ軸受けベアリングの外輪クリープ発生で大変困っています。
（ベアリング外輪とハウジング間）

〔条件〕
・ベアリング外径／内径 ： Φ62／Φ25
・ベアリング嵌合穴 ： Φ62
・はめあい設定：H7／g6

ベアリング 荷重点
↓ ↓ ↓ |~~~~~~~~~|
外輪クリープ発生→ ○ ○ |Φ500 |
---------------●--|13～30kg |
○ ○ | |
↑ ↑ ↑ | |
85mm 35mm｜ ~~~~~~~~~~↑
｜ 370mm ｜

ベアリングに対し、アキシャル方向の荷重は殆ど掛からないのですが
ラジアル方向に対する荷重の算出値がクリープと結びつきません。

具体的にはベアリングとハウジングの嵌合強度、実測200kgf以上に対し
アキシャル、ラジアル荷重ともにそれを下回る理論値になってしまいます。

この点、クリープ発生メカニズム究明、及び対策のためお力添え賜りたく
ご教示お願い申し上げます。

回答No.3

noname#230359

ひと段落ついてしまったようですが，よくみかける事象なので回答をいれさせていただきます．

本件のような使用条件だと，出力側軸受を支点にて軸がすりこぎ運動（歳差運動）をする場合があります．　そうなると反出力側軸受には振れまわりによる回転荷重（ラジアル方向）がかかることになり，外輪のクリープやフレッチング（接触部の微細なズレによる摩耗）が発生しやすくなります．

クリープには「すべりのクリープ」と「転がりのクリープ」があり，今回の状況は「転がりのクリープ」ではないかと思われます．
軸受の外輪がハウジングの内径に沿って転がりる形で位置がずれていく状態です．
この転がりのクリープは，ハウジング内径と軸受外径の円周長さの違い，荷重負荷時の接触面の弾性変形，軌道輪やハウジングの変形によるすきまの発生などにより発生する為，しめしろをもたせても発生する場合があります．

対策としては，荷重の軽減（負荷や負荷点の変更），負荷にアンバランスがあればアンバランスの軽減，クリープ対策仕様の軸受への変更，はめあいの変更，スラスト方向押さえ，接着などがあります．
はめあいをタイト方向に変更した場合，組み込み性の悪化などの問題をかかえていますし，クリープ対策仕様の軸受に変更しても発生する振れ回りや振動が大きければ完全に対策をするのは難しくなります．
まずは今回アドバイスされているように組み込み性と相談しながらはめあいをきつくしていくことになるでしょうか．
Ｈ勘合の範囲内でおさまらないのであれば，軸受変更など次の手を考えるしかありません．

また，振動が加わるとよりクリープは発生しやすくなります．
芯ズレなど，負荷によるモーメント荷重以外にも軸の振れまわりや振動を大きくするような要因がないかもチェックが必要です．

お礼

回答ありがとうございます。
すりこぎ運動と転がりのクリープについて本当に参考になりました。

現在。ご指摘の件でちょうど壁にぶち当たっているところで、
すりこぎ運動によるラジアル荷重にプラスして、振動による
衝撃荷重の要因も推測されるため現在検証中です。

当初の衝撃荷重理論値の算出結果より数倍のストレス印加されているようで
その検証をどのようにするか？考えているところです。
取り急ぎ、感圧紙を軸受けに挟み込んだ簡易的な確認をしようと
思っていますが無謀でしょうか？(笑)

では今後ともよろしくお願い致します。

回答No.2

noname#230359

回答ありがとうございます。

参考までにケースに対するベアリング圧入は油圧プレスで実施しております。

アドバイス頂いたハメアイの緩さは解りかけてきた･･･とこなのですが、
外輪クリープ発生箇所にどの程度のストレスが発生しているのかを
検証できず悩んでいます。

ヘタな図解ですが、そこから理論値算出もしくは算出方法をご教示賜りたく
お願い致します。

回答No.1

noname#230359

ベアリング外輪とケース穴のハメアイが緩いのではないでしょうか。
直感ですが･･･。緩いと無用な振舞いをベアリングに与えます。
一般的には軽い厚入程度のハメアイが適正です。
（H7/g6でしたら油潤滑がない限り、問題ありです。）

計算値を求めるためには
１）荷重点にかかる負荷の形態
２）モーター内部の支点位置、ベアリング径、幅
３）軸回転数
考証を要する要素
１）ケース材質、軸材質、熱処理、ベアリングの呼び（形式、メーカーなど）
２）クリープしている個所（多分左側のベアリングと思いますが）
３）モーターとケースの位置関係（確実に同軸度など規定されているか）
これら図面一式がないと応力は計算できても考証は困難です。

なお、ご提示のハメアイであれば油圧ジャッキは不要です。
手作業で確実に組み立てられます。
Ｈ７／ｋ６レベルでも手作業で挿入できたりします。ご参考まで。
油圧を利用したことで同軸度などに影響がいって斜め回転で打撃を
繰返した可能性もあります。（ケースの面に傷がないでしょうか）
低応力でも応力振幅が大きかったり、振動回数が多かったりすると
疲れ破壊の一因になりえます。

モーターの出力軸にカップリングがない場合は極めて精密な位置合わせと
狂いの予防措置が必要になります。念のため

P7/h5 ではなくてH5/p7の方向でみてください。ハメアイをきつくする
のです。それでも生ずるのであればカップリングを利用する限り当方
では文章からでは不明です。

書籍はカップリング利用の場合は一般の梁の計算式
カップリングを利用しない場合は不静定はりの計算式になり
初心者には無理です。

カップリングを利用しない場合はモーターとケース側の位置決め
が問題になります。(高さ、横）しかもミクロン単位の調整です。

ハメアイはとりあえず
H7/k6　あたりがよいと思います。
p７ではキツイでしょう。より詳細なご相談があれば
メールください。

お礼

操作方法の勝手が分からず、Web上へ返信してしまいました。

改めてお礼申し上げます。

また、ご教示頂けるようであれば外輪クリープ発生箇所に印加している
ストレス算出方法をお願い致します。

m-sudo様、再度の回答ありがとうございます。
アドバイス頂いた点について再度念入りに調べてみます。

なおハメアイはP7／h5まで改善したのですが、それでも外輪クリープの発生を
起こしてしまいました･･･う～ん。

ところで、不躾なお願いで申し訳なく存じますがストレス値を求めるにあたり
参考になるHP、書籍などご存知でしょうか？
先ほどアドバイス頂いたパラメータをもとに算出してみたいと思います。

お手数ですが、よろしくお願い致します。

アドバイスありがとうございます。

ハメアイはH5/p7を狙うよう、モータハウジングのベアリング圧入穴を
研磨加工する方向で試作してみます。

モータとケース（回転体）は荷重点の位置でボルト締結しておりますので、
ストレス値算出には不静定はりの計算式を用いることになりそうですね。
一度、材料力学関係の書籍を調べてみます。

専門分野外でトンチンカンな質問にもかかわらず再三のアドバイス
ありがとうございます。
試作・評価を進める中でまた質問することもあろうかと存じます。
その際、お手数ですがよろしくお願い致します。

ハメアイの件、ありがとうございます。
何パターンか試作しながら試験をしてみます。

それにしても力学関連の理論値は難解ですね。
しかも理論通りにいかないとこが悲しいとこです。

またよろしくお願い致します。