旋回ベアリングとは何ですか?構造、種類、荷重、選択のヒント

移動式クレーンが重い上部構造を回転させて現場の反対側に荷物を載せているところを想像してください。回転はスムーズで制御され、ホイストの重量だけでなく、伸長したブームによって生じる曲げ力にも耐えることができなければなりません。これを可能にする部品が旋回ベアリングです。旋回リングまたはターンテーブル ベアリングとも呼ばれるこのベアリングは、アキシアル荷重、ラジアル荷重、および傾斜モーメントを同時にサポートする大直径の転がり要素ベアリングであり、大きな応力下で 1 つの構造が他の構造に対して回転できるようにします。

旋回ベアリングとは何ですか?

旋回ベアリングは、小型の転がりベアリングを単に拡大したものではありません。転動体用の軌道が組み込まれた大きなリング状の構造を持ち、大きな力とモーメントをサポートしながらゆっくり回転するように設計されています。典型的な直径は、用途に応じて、数百ミリメートルから 3 メートル以上までの範囲に及びます。

旋回ベアリングの最も重要な特徴は、傾斜モーメントに対処する能力です。回転中心から離れた位置に負荷が作用すると、回転部を傾けようとするモーメントが発生します。旋回ベアリングは、広い軌道径全体に荷重を分散することでこれに抵抗し、同様の断面の従来のベアリングよりもはるかに高いモーメント容量を実現します。これが、旋回ベアリングが重回転プラットフォームの標準的な選択肢である理由です。

旋回ベアリングはどのように機能しますか?

旋回ベアリングの基本構造は、内輪、外輪、転動体、およびベアリングを清浄で潤滑に保つ保護システムで構成されています。主なコンポーネントは次のとおりです。

• 転動体を案内する硬化軌道を備えた内輪と外輪。
• リング間で荷重を運ぶ鋼球または円筒形のローラー。
• 転動体を均一に分散させる保持器またはスペーサー。
• グリースを保持し、塵、水、破片をブロックするシール。
• ピニオンドライブを受け入れるための内輪または外輪のオプションの歯車の歯。

動作中、一方のリングは静止した機械のフレームにボルトで固定され、もう一方のリングは回転部分にボルトで固定されます。転動体が軌道に沿って移動すると、軸方向の力と半径方向の力が可動構造から固定構造に伝達されます。荷重を支える転動体は大きな円周上で作用し、多列設計ではいくつかの軌道面にわたって作用するため、旋回ベアリングは、より小さいまたは幅の狭いベアリングが固着したり破損したりする可能性がある傾斜モーメントに抵抗します。

内部軌道配置と負荷経路の詳細については、当社の記事を参照してください。 旋回ベアリングの構造と動作原理 .

一般的なタイプの旋回ベアリング

旋回ベアリングは、転動体の形状と配置によって分類されます。タイプごとに耐荷重、剛性、コストのバランスが異なります。

最も広く使用されている設計は、1 列ボール タイプです。 1列の鋼球を使用しており、軽中量機器向けの耐荷重と価格の実用的なバランスを実現します。ロボットベース、ターンテーブル、医療用スキャンテーブルなどの小型機械には、 単列ボール旋回ベアリング 多くの場合、これが最も経済的な解決策となります。

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より高い剛性とより低いクリアランスが要求されるアプリケーションの場合は、単列クロスローラーベアリングがより良い選択肢となります。円筒ころを直角に配置しており、1個の軸受でアキシアル荷重、ラジアル荷重、傾きモーメントを高精度に負荷することができます。工作機械や産業用ロボットに多​​いタイプです。

単列設計よりも大きな容量が必要な中荷重構造の場合は、複列ボールベアリングまたは L 型ベアリングを使用できます。 L 型設計はコンパクトな断面を備えており、スペースが限られた設置でも高さを節約できます。

負荷が極端な場合には、3 列ローラー ベアリングが最も堅牢な選択肢になります。円筒ころを備えた 3 つの独立した軌道を使用しており、優れた安定性とともに非常に高いラジアル容量とアキシャル容量を実現します。大型掘削機、港湾クレーン、風力タービンはこの構成に依存しています。必要な場合は、 三列ローラー旋回ベアリング 、13 シリーズは、最も過酷なヘビーデューティ用途向けの実証済みの設計です。

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ベアリングのタイプは常に最終的なベアリングのエンベロープに影響を与えますが、軌道と転動体の製造品質が、信頼性の高いユニットと早期に故障するユニットの違いを生み出す可能性があります。

旋回ベアリングを選択する際に考慮すべきこと

選択はカタログ検索ではなく、負荷条件を明確に定義することから始める必要があります。設計プロセスは通常、次の実際的な順序に従います。

1. ベアリングが負担しなければならない最大の軸力、ラジアル力、および傾斜モーメントを定義します。
2. 必要な精度、剛性、許容範囲に適合するベアリングのタイプを選択してください。
3. 仕様を確定する前に、ギヤの構成、取り付け寸法、シール、潤滑を確認してください。

これらの手順に加えて、旋回ベアリングが長期的に良好に機能するかどうかを決定するいくつかの重要な要素があります。

• 耐荷重と安全率 : ほとんどの旋回ベアリングはゆっくり回転するため、通常は動的な速度寿命よりも静的耐荷重と傾斜モーメント定格の方が重要です。
• 精度とクリアランス ：必要な振れ、アキシアルすきま、予圧は機械の位置決め精度に依存します。
• ギア構成 : 内歯、外歯、またはまったく歯がない場合は、駆動装置の配置と必要なピニオンの設計が変わります。
• 取り付けインターフェース : ボルト穴のパターン、フランジの寸法、取り付け面の平面度は、荷重の分散と取り付けのしやすさに影響します。
• シールと潤滑 : 選択は、ほこり、水、化学物質への曝露、および予想されるメンテナンス間隔によって異なります。
• 材質と熱処理 : 硬化された軌道と高周波焼き入れされた歯車により、耐摩耗性と耐用年数が向上します。

荷重の計算が不完全な場合、運転中に過負荷がかかると、軌道面の剥離、ボルトの緩み、さらには致命的な破壊が発生する可能性があります。そのため、経験豊富なバイヤーは、見積もりを依頼する前に、メーカーに全負荷範囲と取り付けレイアウトを提供することを好みます。

さまざまな業界にわたる代表的なアプリケーション

旋回ベアリングは、負荷がかかっている状態で大きな質量がゆっくりと回転する必要があるあらゆる場所で使用されます。建設や採掘では、掘削機やクレーンの回転する上部構造を運びます。港では、港湾クレーンや船舶の荷降ろし機が重量物を正確な位置で揺動させることができます。再生可能エネルギーでは、太陽光追跡装置や風力タービンで機器を太陽や風に合わせて調整するために使用されます。

精密アプリケーションも同様に一般的です。医療用 CT スキャナは、スキャン ガントリーのスムーズで静かな回転のために旋回ベアリングを利用しています。産業用ロボットは、アームを広い作業範囲で回転させるためにベースにこれらを使用します。汚泥スクレーパーや水処理浄化装置などの環境機器でも、可動部の位置調整を長期間にわたって維持するために大径旋回リングが使用されています。

各業界では速度、精度、耐環境性に対する要求が異なるため、標準ベアリングが最終的な答えになることはほとんどありません。最良のアプローチは、特定のデューティ サイクルと動作環境に基づいてタイプと構成を選択することです。

製造品質が重要な理由

旋回ベアリングの設計は、紙の上ではさまざまなサプライヤーから同じように見えますが、完成品の実際の性能は大きく異なる場合があります。軌道の硬度、表面仕上げ、研削精度、熱処理の一貫性はすべて、負荷容量と耐摩耗性に影響します。軌道が正確に位置合わせされていない場合、転動体は荷重を均等に分担できず、ベアリングの摩耗が早くなります。

信頼できるメーカーは、材料グレード、熱処理結果、最終検査レポートを文書化できる必要があります。最新のデジタル生産モニタリングは、メーカーがあらゆる段階で品質を追跡し、一貫した生産量を維持できるため、ポジティブなシグナルでもあります。重負荷の用途では、軌道面の硬化深さと歯車の歯の品質を尋ねることが特に重要です。

本質的に、旋回ベアリングは単純ですが、高度に設計されたコンポーネントです。アキシアル荷重、ラジアル荷重、傾斜モーメントを同時に支える必要があることを理解すると、選択プロセスが容易になります。重要なのは、実際の荷重エンベロープを定義し、適切なベアリング ファミリを選択し、コンポーネントを機械に取り付ける前に製造品質を検証することです。