旋回ベアリングのトルクとは何ですか?摩擦、計算式、および選択ガイド

寒い朝の最初の旋回でクレーンの上部構造が躊躇する場合、問題がモーターだけにあることはほとんどありません。それよりもはるかに多くの場合、ベアリング自体の内部に隠れているトルクに合わせてドライブのサイズを決定する人は誰もいませんでした。旋回ベアリングのトルクは、データシートの定格荷重の横に印刷されている固定の数値ではありません。これは、ベアリングが回転に対して生み出す抵抗です。負荷を運ぶ転がり要素からの摩擦、リングに沿って動くシールリップからの摩擦、および一体型ギアが取り付けられているギアの歯からの摩擦です。簡単な答えは次のとおりです。旋回ベアリングのトルクは変動する摩擦負荷であり、通常、定常運転時よりも離脱時の方が 1.5 ～ 2 倍高く、ドライブのサイジングの端ではなく中心に属します。

旋回アプリケーションでは 3 つの異なる「トルク」が混乱する

何かを計算する前に、エンジニアが何気なく「旋回トルク」と呼ぶ 3 つの量を分離してください。これらの 1 つの値からは、他の量についてはほとんど何もわかりません。

• 軸受摩擦トルク — 回転要素、シール、ギアによってベアリング自体の内部で生成される抵抗。これが通常この用語が意味するものです。
• 必要な駆動トルク — モーターまたはピニオンが提供しなければならないすべてのもの: ベアリングの摩擦、加速時の慣性、風荷重や掘削反力などの作動抵抗。
• 保持トルクまたは制動トルク — ドライブが損傷することなく耐えることができる静的トルク。これは駆動仕様であり、ベアリング仕様ではありません。

旋回ベアリングのデータシートに単一の摩擦トルク数値が引用されることはほとんどありませんが、これは意図的に省略されています。摩擦は、実際に加えるアキシアル荷重、ラジアル荷重、傾斜モーメント、注文するクリアランスまたは予圧クラス、潤滑剤の粘度、温度によって決まります。 2 つの同一のリングは、デューティに応じて測定された抵抗が 3 倍異なる可能性があるため、これを定数として扱うことが、ほとんどの選択ミスの始まりです。

旋回ベアリングの摩擦トルクの 3 つの要素

メーカーは、合計摩擦トルクを 3 つの部分の合計としてモデル化します: M = MF さん マグネシウム。サービス中はそれぞれが異なる動作をするため、分割が重要になります。

耐荷重摩擦トルク (Mf)

転がり抵抗は、ボールやころがアキシアル荷重、ラジアル荷重、傾きモーメントが加わった状態で軌道面と接触する部分で発生します。負荷がかかると急峻に成長するため、軌道の片側を強く押し付けるような大きなモーメント負荷がかかると増加します。ボールの設計は点接触を示し、一般に抵抗が低くなります。ローラーの設計では、サイズごとにより多くの負荷がかかりますが、フル負荷時の摩擦が高くなります。

シール摩擦トルク(Ms)

シールリップがリング表面を滑ることにより、荷重にほぼ依存しない抗力が発生します。小型または負荷の軽いベアリングでは、シールが総摩擦の大部分を占める可能性があり、リップが追加されるたびに摩擦が増大します。したがって、エンベロープは同じだがシールの配置が異なる 2 つのベアリングでは、著しく異なる駆動が必要になる可能性があります。

ギアメッシュ摩擦 (Mg)

ギア付きリングは、ギアの品質グレード、モジュール、潤滑、およびメッシュの位置合わせの影響を受けて、ピニオンとリングの境界面に摩擦を加えます。外接ギアユニットでは、ピニオンの位置がずれていると、トルクの上昇と局部的な歯の摩耗が発生します。

これらのコンポーネントのスケールはサイズと負荷によって異なるため、構造の選択によってトルク バジェットが決まります。ソーラートラッカー、小型ポジショナー、食品機械などの軽中型機器では、 単列ボール旋回ベアリング 回転とシールの摩擦を十分に低く抑え、コンパクトで低電力のドライブを実現し続けます。

軽負荷回転用単列旋回玉軸受 このベアリングは 1 列の硬化鋼球を備えているため、転がりやシールの摩擦が低く抑えられるため、ソーラー トラッカー、小型ポジショナー、食品機械のコンパクト ドライブの実用性が維持されます。熱処理された軌道、シールオプション、簡単な取り付けにより、長期間の安定した使用がサポートされます。 製品を見る→

旋回ベアリングのトルクの計算方法

本格的なプロジェクトでは、両方向から数字を活用します。

利用可能な電力から

実際のドライブ側の公式は M = P / ω です。ここで、P はリングに供給される電力、ω は角速度 (ラジアン/秒) です。 1 rpm で旋回するプラットフォームは、ω = 2π/60 ≈ 0.105 rad/s で回転します。 1.5 kW がその速度でリングに到達すると、利用可能なトルクは約 1,500 / 0.105 ≈ 14,300 N・m、つまり約 14 kNm になります。計算を逆に実行して、提案されたモーターとギアボックスが実際の回転速度でアプリケーションが要求するものを実際に提供できるかどうかを確認します。

摩擦から

最初のパスの推定では、等価接触荷重に軌道半径と複合摩擦係数を乗算します: M ≈ µ × F × d/2。およそ 0.005 ～ 0.015 のμの動作値は、転がり接触とシールをカバーし、下限は暖かく、十分に潤滑された条件での軽い予圧がかかったボール設計用で、上限は重負荷または冷間運転ユニット用です。メーカーの公式では、これを軸方向、半径方向、およびモーメントの項を個別に重み付けする多項式に洗練されているため、推定ではなく最終チェックに使用してください。

残りの義務を追加する

総需要は M_drive = M_friction M_inertia M_working です。高速インデックス自動化および追跡システムでは慣性トルクが大きく影響します。掘削機やクレーンでは作業抵抗が大きく影響します。ウォーム ギア旋回ドライブがオープン ピニオンの代わりに使用される場合、エンクローズド レシオは適度なモーター トルクをリングが必要とする大きな出力トルクに変換します。 ギア比がトルクと速度出力をどのように形成するか モーターのサイズを確定する前に、独自の検証ステップが必要です。

始動トルクと運転トルク

旋回ベアリングの測定された離脱トルクは通常、定常運転値の 1.5 ～ 2 倍になり、寒冷時にはそのギャップが拡大します。これは 3 つの影響によって引き起こされます。負荷がかかった状態での静止摩擦が移動摩擦よりも高く、転動体が最初の数回転で厚い膜を突き破るまでグリースが硬化し、シール リップが温まって適合する前にグリップが強くなります。これは、ドライブを選択する場合、モーター、ギアボックス、リリーフバルブの設定が移動平均ではなく、離脱ピークをクリアする必要があることを意味します。これは、掘削機の上部構造や取鍋キャリアなど、全負荷で始動する機器では最も重要なチェックです。

旋回ベアリングのトルクを上下させるもの

• クリアランスまたは予圧クラス: プリロードされたリングはより堅く動作し、回転にさらに抵抗します。彼らはトルクを犠牲にして精度を購入します。
• 荷重の大きさと傾斜モーメント: 荷重が重くなり、中心からずれると、軌道面の接触圧力と摩擦が増加します。
• 温度と潤滑剤: 低温または高粘度のグリースを使用すると、始動トルクと走行トルクが向上します。
• シールのデザイン: 余分なリップとしっかりとした接触により、一定の抗力が追加されます。
• 取付精度： 取り付け面が平らでなかったり、ボルトの締め付けが不均一であると、リングが歪み、軌道に不均一な負荷がかかります。
• ギアメッシュの位置合わせ: ピニオンの位置がずれていると、ギアの摩擦が増加し、摩耗が加速します。

負荷特性は負荷サイズと同じくらい重要です。スイングまたは逆転するデューティ サイクルでは、接触ゾーンが軌道の周囲を移動し続けるため、サイクル全体を通じて抵抗が変化します。見直す価値はある 単列ボール設計が変動する負荷にどのように対処するか 職務プロファイルを最終決定する前に。

港湾クレーン、トンネル掘削機、大型掘削機などの最も重い機器では、より高い摩擦が容量の代償として受け入れられています。 13シリーズ3列ローラー旋回ベアリング 独立した軌道がアキシアル荷重、ラジアル荷重、モーメント荷重を独立して伝達するため、単一の列が損なわれることはありません。

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注文前にサプライヤーに確認すべきこと

1. 負荷時の摩擦トルク データ - 単一の混合数値ではなく、開始値と実行値。
2. テスト条件 - 値が測定された負荷、速度、温度。
3. クリアランスまたはプリロードクラス - およびそれが予想される抵抗にどのような影響を与えるか。
4. シールとグリースの仕様 - リップ数、グリースの種類と充填レベル、寒冷地での動作。
5. ギアの品質とバックラッシュ - メッシュの品質が直接 Mg に反映されるため、ギア付きリングの場合。
6. 合格基準 - 出荷前のスピンテストで測定された回転トルク限界。

摩擦と作動トルクがピニオンと減速機の構成で経済的に処理できる量を超えると、多くの購入者は統合ユニットに移行します。ある 水平旋回ドライブ ベアリング、密閉型ギア、取り付けハウジングを 1 つの適合するアセンブリとしてパッケージ化しているため、トルク チェーンは部品から組み立てられるのではなく、システムとして設計されています。

セルフロック機能付き水平旋回ドライブ この統合ユニットは、ベアリング、密閉型ギア、および取り付けハウジングを 1 つの適合するアセンブリとしてパッケージ化しているため、トルク チェーンはシステムとして設計されています。セルフロックは、電力を必要とせずに負荷がかかった状態で位置を保持します。これは、摩擦と作動トルクがピンと減速機の配置を超える場合に役立ちます。 製品を見る→

旋回ベアリングのトルクは、カタログ定数ではなく、システム特性として扱うのが最適です。これは、負荷、シール、ギアの摩擦の合計です。起動時に急上昇します。そして予圧、温度、潤滑、取り付け品質によって動きます。実際の荷重ケース (アキシャル、ラジアル、モーメント、速度、温度範囲) をベアリング メーカーと早めに共有し、それらの荷重に対する始動トルクと運転トルクのデータを求めてください。この 1 つのステップにより、旋回アプリケーションにおける最も高価な故障モード、つまり機械は回転しますが、図面で約束したほど簡単には回転しないという事態を防ぐことができます。