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アキシアル荷重とラジアル荷重:複合荷重に対応する軸受選定

ラジアル荷重は軸に直角、アキシアル荷重は軸方向に作用し、多くの軸受には両方が同時にかかります。FrとFaをISO 281に基づいて一つの等価荷重に換算する方法を解説します。

Vブロックに載せたギヤボックス軸の両端の研削ジャーナルに軸受を取り付け、軸に直角なラジアル荷重と軸方向のアキシアル荷重を支持する2点支持配置

ラジアル荷重2,500 Nを受ける6208深溝玉軸受の計算寿命は約39,000時間です。ここに1,000 Nのスラストを加えると、同じ軸受の計算寿命は約21,000時間になります。軸受も回転速度も変わらず、合力の増加は8%未満です。変わったのは荷重の一部が作用する方向であり、それだけでカタログ計算上の寿命はほぼ半減します(NSK、2026-08-24取得)。

荷重方向を個別に取り上げるべき理由は、これに尽きます。ラジアル荷重は軸に直角に作用し、アキシアル荷重は軸に沿って作用しますが、軸受カタログに掲載される一つの定格値は、どちらの荷重とも直接一致しません。本ガイドでは三つの点を解説します。スラストを計算に含めるかどうかを決める比率、二つの力成分を定格値と比較できる一つの数値へ換算するISO 281の計算方法、そして軸受形式ごとの厳格なアキシアル荷重上限です。この上限がゼロの形式も複数あります。

要点まとめ

  • ラジアル荷重は軸に直角に、スラストとも呼ばれるアキシアル荷重は軸に沿って作用します。 実際の用途で一方だけが作用することはほとんどなく、軸受選定を支配するのは複合荷重条件です。
  • カタログの定格値は一つなので、二つの力成分を一つに換算する必要があります。 ISO 281では、その値を動等価荷重 P = X Fᵣ + Y Fₐ とします。
  • 軸受固有のしきい値 e 以下では、アキシアル荷重は寿命計算に影響しません。 これを超えるとアキシアル項が寿命計算へ加わり、玉軸受の L₁₀ は(C/P)³に比例するため、寿命が大幅に低下します。
  • すべての形式に厳格なアキシアル荷重上限があります。 標準的な単列深溝玉軸受が受けられる純アキシアル荷重は Fₐ ≤ 0.5 C₀までで、小形系列または軽系列では0.25 C₀までです。自由側のNU形円筒ころ軸受はアキシアル荷重を一切受けられません。
  • アンギュラ玉軸受と円すいころ軸受では、ラジアル荷重だけでも内部にアキシアル荷重が生じます。 外部から軸を押す力がなくても、この誘起アキシアル荷重を計算に含める必要があります。

アキシアル荷重とラジアル荷重の定義

ラジアル荷重は軸に直角に作用します。アキシアル荷重は軸と平行に作用し、スラストはアキシアル荷重の一般的な呼び名にすぎません。用語はISO 5593で規定されています。これは見かけ以上に重要です。メーカーごとの用語には揺れがあり、図面に記載する用語には裏付けとなる規格が必要だからです。

違いはこれだけです。しかし、この問いに関する多くの解説はここで終わっています。矢印の向きが分かっても、購入すべき軸受までは決まりません。計算に入る前に全体像を確認したい場合は、軸受の種類で各形式が支持できる荷重を整理しています。

アキシアル対ラジアルという枠組みから完全に抜け落ちやすい、もう一つの成分もあります。合力が軸受中心を通らない場合は常にモーメント荷重が生じ、軌道面の一方を負荷しながら他方を除荷します。幅の狭い軸受単体では支持できません。荷重条件に実際のモーメントが含まれる場合、必要なのは式の係数ではなく、別の軸受配置です。間隔を空けた軸受ペア、複列軸受、または4点接触設計を使用します。モーメント荷重を受ける軸に XY の係数を適用すると、計算上は整っていても機械的には誤った答えになります。

実際の荷重条件は複合荷重

純ラジアル荷重と純アキシアル荷重は教科書上の条件です。実際の生産機械では両方が同時に作用し、その比率によって適切な軸受が決まります。

アキシアル成分は、明らかにスラストを生む機構よりも、駆動系から生じることが一般的です。はすば歯車の歯は、その幾何形状によってアキシアル力を生じます。かさ歯車とウォームドライブでもアキシアル力が主要成分として生じ、ウォームでは通常これが支配的です。ベルト張力は、伝達トルクに応じた大きさの周方向荷重を加えます。アンギュラ玉軸受のペアでは内部にアキシアル力が生じるため、後のセクションで個別に扱います。さらに、二つ目の固定側軸受に拘束された軸が熱膨張すると、外力がなくてもアキシアル荷重が生じます。

軸受が未装着の研削済みジャーナルに隣接するギヤボックス軸上のはすば歯車。伝達トルクを軸受位置で支持するアキシアル荷重へ変換する歯のねじれ角を示す

理論上の駆動力を軸受荷重へ換算する2種類の係数を、SKFの選定ガイド(2026-08-24取得)から示します。

発生源条件係数
歯車ピッチ誤差および歯形誤差が0.02 mm未満1.05〜1.1
歯車ピッチ誤差および歯形誤差が0.02〜0.1 mm1.1〜1.3
ベルト歯付きベルト1.1〜1.3

高精度に仕上げた歯車では付加力を無視できます。精度の低い歯車では無視できず、この係数を用いることで荷重条件へ適切に反映できます。

計算を始める前に、一つの適用限界を明確にしておく必要があります。ここで扱うすべてのカタログ計算では、軸を、剛でモーメントを伝達しない支点上に載る静定ばりとして扱います。軸受、ハウジング、機械フレームの弾性変形は無視し、軸たわみによるモーメントも考慮しません。この単純化によって手計算が可能になりますが、柔軟な軸を剛性の低いハウジングに組み込む場合は、最終的に計算式ではなくシステム解析ソフトウェアが必要になります。手法の適用限界を知ることも、正しく使うための一部です。

スラストを計算に含めるかを決めるしきい値

単列ラジアル軸受では、アキシアル荷重によって寿命計算が変わるのは、比率 Fₐ/Fᵣが限界値 e を超えた場合だけです。e 以下では動等価荷重は単純に P = Fᵣとなり、スラストによる寿命低下はありません。e を超えるとアキシアル項が加わり、支配的になり始めます。

しきい値eがスラストを計算に含めるかを決める 単列ラジアル軸受。eは形式共通の固定値ではなく、軸受ごとに公表される。 アキシアル荷重は影響なし P = Fr アキシアル荷重を算入 P = X Fr + Y Fa 0 0.2 0.4 0.6 0.8 アキシアル荷重とラジアル荷重の比 Fa / Fr e 6208の条件ではe = 0.26 6208の例:0.4 しきい値を超えるため、アキシアル項を適用 複列軸受の挙動は異なり、軽いアキシアル荷重でもPに影響するため、常に算入する。

落とし穴は、e を定数として扱うことです。この値は製品表に軸受ごとに掲載され、深溝玉軸受では fFₐ/C₀ᵣの比によって変化します。したがって、検討対象のアキシアル荷重によって値自体が変わります。「玉軸受」全体に共通する一つの数値を調べて流用することはできません。

複列軸受には、スラストを無視できる範囲がありません。 複列軸受では軽いアキシアル荷重でも等価荷重に影響し、計算へ含める必要があります。一方、単列軸受では e 以下のアキシアル荷重を完全に無視します。これは実際の選定に影響する相違点であり、直感とは逆です。列数を増やすことで得られるのは負荷能力であって、未測定のスラストに対する許容度ではありません。

ラジアル荷重とアキシアル荷重を一つの数値へ換算

ISO 281は、実際の複合荷重と同じ影響を軸受寿命に与える仮想荷重を動等価荷重 P と定義し、次式で計算します。

P = _X F_ᵣ + _Y F_ₐ

記号意味
P動等価荷重 [kN]
F実際のラジアル軸受荷重 [kN]
F実際のアキシアル軸受荷重 [kN]
X軸受のラジアル荷重係数
Y軸受のアキシアル荷重係数

冒頭の6208について、NSKカタログの計算例に沿って求めます。この軸受の定格は Cᵣ = 32,000 N、C₀ᵣ = 17,900 Nで、f₀ = 14.0です。荷重条件は Fᵣ = 2,500 N、Fₐ = 1,000 Nです。

  1. しきい値を求める。 fFₐ/C₀ᵣ = 14.0 × 1,000 / 17,900 = 0.782より、e ≈ 0.26となります。
  2. 比率を確認する。 Fₐ/Fᵣ = 1,000 / 2,500 = 0.4で、e を超えています。したがってアキシアル項を適用します。
  3. 係数を読み取る。 カタログ表を線形補間すると、X = 0.56、Y = 1.67です。
  4. 計算する。 P = 0.56 × 2,500 + 1.67 × 1,000 = 3,070 Nです。
3,070 Nの内訳 6208、Fr = 2,500 N、Fa = 1,000 N、X = 0.56、Y = 1.67 0 3,070 荷重(N) 2,500 N 実ラジアル荷重 Fr、ロードセルの測定値 1,400 N 1,670 N 3,070 N 動等価荷重 P、定格値との比較対象 ラジアル項、0.56 × 2,500 アキシアル項、1.67 × 1,000

このグラフには、改めて確認すべき点が二つあります。ラジアル係数 X = 0.56は、測定されたラジアル荷重を2,500 Nから1,400 Nの寄与分へ低減します。アキシアル係数 Y = 1.67は、測定されたアキシアル荷重を1,000 Nから1,670 Nの寄与分へ増幅します。このため、スラストがラジアル力の40%にすぎなくても、アキシアル項はラジアル項より大きくなります。

寿命への影響は指数から決まります。玉軸受の L₁₀は(C/P)³に比例するため、P が2,500 Nから3,070 Nへ増えると、計算寿命は(2,500/3,070)³ = 0.54倍になります。同じ条件に対するNSKの寿命係数も4.26から3.47へ変化し、別の計算経路で同じ0.54倍となります。その結果、約39,000時間から約21,000時間へ低下します。計算寿命の約46%が失われます。 これは荷重が10%増えるだけで計算寿命が約4分の1失われるのと同じ感度であり、軸受の損傷形態で詳しく解説しています。

この運転点では、1 kNのスラストは、1 kNのラジアル荷重増加よりも影響が小さくなります。 アキシアル方向に1,000 Nを加えると P = 3,070 Nです。代わりにラジアル方向へ同じ1,000 Nを加えると、純ラジアル荷重は0.56で低減されずに定格値と直接比較されるため、P = 3,500 Nになります。スラストだけを特に危険な方向とみなす一般的な説明は、この計算結果と一致しません。アキシアル荷重を危険にするのは係数ではなく、次節で説明する上限と、比率が高まるにつれて X は一定のまま Y が増大することです。

この比較には注意が必要です。確認済みの運転点では成立しますが、曲線全体へ一般化することはできません。Y も定数ではなく、fFₐ/C₀ᵣが増えるにつれて低下するため、荷重条件によって交点が移動します。一組の係数を流用せず、実際の軸受と実際の荷重に対応する係数を読み取ってください。

定格値 CC₀そのもの、およびそれらを用いる L₁₀式と s₀安全係数については、軸受の動定格荷重と静定格荷重をご覧ください。

同じ問題の静荷重側

荷重方向の区分は、別の規格と異なる係数を用いる静荷重の検討にも現れます。単列深溝玉軸受について、ISO 76は静等価荷重を P₀ = 0.6 Fᵣ + 0.5 Fₐと定めています。これには下限条件が一つあります。P₀が Fᵣを下回る場合は、P₀ = Fᵣとします。

同じ6208の条件を当てはめると、P₀ = 0.6 × 2,500 + 0.5 × 1,000 = 2,000 Nとなり、2,500 Nのラジアル荷重を下回ります。そのため下限条件を適用し、P₀ = 2,500 Nとなります。スラストは静荷重の検討から完全に消えます。これは手法の誤りではありません。加重平均によって、軸受が実際に受ける荷重が過小評価されるのを防ぐための規定です。

静荷重係数は、動荷重係数とは異なる形で軸受配置の影響を受けます。背面組合せまたは正面組合せで取り付けたマッチドペアの場合、同じ資料では P₀ = Fᵣ + 1.7 Fₐとなります。アキシアル係数は0.5から1.7へ、3倍以上に増加します。

形式別のアキシアル荷重上限

すべての軸受形式には支持できるアキシアル荷重の厳格な上限があり、複数の形式ではその上限がゼロです。これは等価荷重の計算とは別の制約です。寿命計算を満たす荷重条件でも、許容されない場合があります。

くぼんだ軌道面の両端に一体つばを備える円筒ころ軸受の内輪。固定側軸受でアキシアル荷重を支持するつばと、横に置いた4本の円筒ころを示す

軸受形式アキシアル負荷能力e 超過時の動等価荷重
単列深溝玉軸受純アキシアル Fₐ ≤ 0.5 CP = X Fᵣ + Y F
内径 d ≤ 12 mmまたは直径系列8、9、0、1の深溝玉軸受純アキシアル Fₐ ≤ 0.25 CP = X Fᵣ + Y F
ステンレス鋼製深溝玉軸受純アキシアル Fₐ ≤ 0.25 CP = X Fᵣ + Y F
玉入れ溝付き深溝玉軸受Fₐ ≤ 0.6 FFₐ/Fᵣ ≤ 0.6の場合、P = Fᵣ + F
複列深溝玉軸受純アキシアル Fₐ ≤ 0.5 CP = X Fᵣ + Y Fₐ、アキシアル荷重を常に算入
単列アンギュラ玉軸受接触角と配置によるP = X Fᵣ + YF
自由側円筒ころ軸受なしP = F
内外輪につばを備える固定側円筒ころ軸受Fₐ ≤ 0.5 FP = 0.92 Fᵣ + Y F
単列円すいころ軸受接触角による、対向配置で使用P = 0.4 Fᵣ + Y F
自動調心ころ軸受純アキシアル荷重を支持可能P = 0.67 Fᵣ + YF
スラスト玉軸受アキシアル荷重のみP = F

表の出典は、2026-08-24に取得したSKFの各軸受形式の製品データです。

特に注意すべき行がいくつかあります。自由側円筒ころ軸受はスラストを一切支持できず、静等価荷重はアキシアル項のない P₀ = Fᵣです。内外輪につばを設けて固定側軸受として使用すると、Fₐを0.5 Fᵣまで支持できます。これは同じ部品に別の計算を適用したものではなく、異なる部品です。スラスト玉軸受はラジアル荷重用ではないため、動荷重モデルにも静荷重モデルにもラジアル項がありません。スラストが一成分ではなく荷重条件のすべてを占める場合、選定対象は専用のスラスト軸受となり、荷重方向の比率を検討する問題ではなくなります。

自動調心ころ軸受は複合荷重中のアキシアル成分だけでなく、純アキシアル荷重も支持できるため、表中では例外的な存在です。その上限は軸受形状ではなく取付方法によって決まります。固定肩のない平軸にアダプタスリーブで正しく取り付けた場合、許容アキシアル荷重は Fₐₚ = 0.003 B dまで低下します。軸受自体が弱くなったのではなく、軸上で軸受を保持する摩擦力が制限要因になったためです。

C₀に対する許容純アキシアル荷重の比率 上限がC₀に対して定まる形式。他の形式はFrまたは軸受配置で制限される。 0 0.25 C₀ 0.50 C₀ 単列深溝玉軸受 0.50 複列深溝玉軸受 0.50 内径12 mm以下の深溝玉軸受 0.25 直径系列8、9、0、1の深溝玉軸受 0.25 ステンレス鋼製深溝玉軸受 0.25 自由側NU形円筒ころ軸受 ✗ アキシアル荷重は不可 スラスト玉軸受 ✗ モデル上ラジアル荷重は不可

アキシアル荷重上限は静定格荷重による上限とは異なる

ここは見落とされやすく、上記のすべての計算を満たした荷重条件でも軸受を破損させる可能性がある理由です。

深溝玉軸受の許容アキシアル荷重は、接触楕円が軌道肩を乗り越えるときの荷重です。アキシアル荷重が増えるにつれて接触角が変化し、楕円状の接触域が軌道溝側面を肩方向へ移動して、その一部が軌道面から外れます。NSKは、これが C₀と静アキシアル荷重係数 Y₀から求める P₀とは異なる限界であると明記しています。さらに、アキシアル荷重が P₀の限界を下回っていても、接触楕円が軌道肩を乗り越える可能性があるとしています(NSKカタログE1103、2026-08-24取得)。

静荷重の検討に合格しても、そのアキシアル荷重が許容されるとは限りません。 静定格荷重が規定するのは接触部の永久変形です。アキシアル荷重上限が規定するのは、接触域全体が軌道面上に留まるかどうかです。両者は限界値の異なる別々の損傷機構であり、幾何学的な限界が先に現れる場合があります。

この条件を計算例に適用します。6208は内径40 mmの直径系列2なので、どちらの例外にも該当しません。純アキシアル荷重上限は0.5 × 17,900 = 8,950 Nです。荷重条件の1,000 Nのスラストは、十分に上限内です。同じ内径40 mmでも直径系列0へ変更すると、上限は C₀の4分の1まで下がります。図面上は寸法が同じに見えても、実機では同等ではない置換の一例です。同じ落とし穴は、メーカー間で軸受呼び番号をクロスリファレンスする場合にも、別の形で現れます。

外部から加えていないアキシアル荷重

単列アンギュラ玉軸受または単列円すいころ軸受では、ラジアル荷重が軸受軸に対して斜めの角度で一方の軌道面から他方へ伝達されます。この斜めの荷重経路により、外部スラストがなくても内部にアキシアル力が誘起されます。 これは機械の動作ではなく、接触角によるものです。これらの軸受を単体ではなく対向ペアで取り付けるのは、誘起力を受ける反力側が必要だからです。

内輪組立品と外輪に分解した2個の円すいころ軸受をテーパが対向する向きに配置し、内部で誘起されるアキシアル荷重を受ける反力側を設けた構成

実務上は、単体軸受2個またはタンデムペアから構成する調整済み配置について、この誘起成分を等価荷重の計算へ含める必要があります。省略した計算は安全側ではなく、単純に誤りです。荷重条件に記載されていないスラストを軸受が実際に受けているからです。

こうした配置に対するカタログ式には、実際の図面では見落としやすく、満たされないことも多い適用条件があります。両軸受の接触角が同一で、予圧を与えず、実質的にすきまがゼロとなるよう互いに調整されている場合にのみ有効です。ペアにすきまや予圧を与えた場合、または異なる接触角を組み合わせた場合、その式は配置の挙動を表しません。その場合は表計算ではなく、軸受配置解析ソフトウェアを使用すべきです。

外力がないのにアキシアル荷重を生じさせる、もう一つの配置上の誤りがあります。一本の軸に二つの固定側軸受を使用することです。両端がアキシアル方向に固定された状態で軸が熱膨張すると、その伸びは逃げ場を失い、荷重条件にも図面にも記載されていないアキシアル荷重として軸受へ加わります。固定側軸受を一方だけにし、もう一方を自由側軸受とする配置なら、この問題を回避できます。上表の自由側円筒ころ軸受が、設計上スラストを支持しないのはまさにこのためです。

接触角とDB、DF、DTの配置記号については、アンギュラ玉軸受のガイドをご覧ください。固定側と自由側の配置に使用する二つのころ軸受形式の選択については、円すいころ軸受と円筒ころ軸受の比較をご覧ください。

荷重が小さすぎる場合も検討が必要

荷重が小さすぎる軸受は、疲労ではなくスキッディングとスミアリングによって損傷します。転動体が滑らずに転がるには、十分な荷重が必要です。この値を下回ると損傷機構が完全に変わるため、すべての軸受には最大荷重だけでなく最小荷重もあります。

SKF(2026-08-24取得)が示す一般則は、玉軸受で0.01 C、ころ軸受で0.02 Cです。6208では0.01 × 32,000 = 320 Nとなり、2,500 Nのラジアル荷重はこれを十分に上回ります。

必要な形式では、最小荷重が方向別に規定されます。単列円すいころ軸受では、荷重が作用する方向に応じて Fᵣₘ = 0.017 Cまたは Fₐₘ = 0.009 C/Yです。自動調心ころ軸受では Pₘ = 0.01 C₀が必要ですが、基準回転速度の0.3倍未満で油潤滑する場合は0.003 C₀まで低下します。

この要件が最も厳しくなるのは、急加速、急始動・急停止、および製品表に記載された限界回転速度の50%を超える条件です。こうした条件では、転動体と軌道面の間で滑りが最も生じやすくなります。最小荷重を確保できない場合は、順に、小さい寸法系列、特殊な潤滑またはならし運転、コーティング軸受、予圧の付与を検討します。最も一般的な対策は予圧であり、発注するすきま区分と直接関係します。詳細は軸受内部すきまのガイドをご覧ください。

荷重方向を確認する6ステップ

確認手順は全部で6ステップです。実務で省略されやすいのは誘起荷重とアキシアル荷重上限であり、どちらを省いても、一見完全でも実際には不完全な計算になります。

  1. 外力を分解する。 駆動系の歯車またはベルト荷重係数を適用し、各軸受位置で Fᵣと Fₐに分解します。
  2. 誘起アキシアル荷重を加える。 アンギュラ玉軸受または円すいころ軸受の場合は、他の計算より先に加えます。
  3. 対象軸受の e を調べる。 次に Fₐ/Fᵣを計算して比較します。
  4. P を計算する。 e を超える場合は、その軸受の係数を用いて P = X Fᵣ + Y Fₐとします。e 以下では P = Fᵣですが、これは単列軸受に限ります。
  5. 上限と静荷重条件を確認する。 アキシアル荷重を形式ごとの許容上限と比較し、これとは別にピーク時または停止時の P₀を C₀と比較します。
  6. 最小荷重を確認する。 デューティサイクルの最大荷重側だけでなく、最小荷重側でも確認します。

6208の条件を最初から最後まで計算すると、次の結果になります。

  • ステップ1。 Fᵣ = 2,500 N、Fₐ = 1,000 N。
  • ステップ2。 深溝玉軸受のため、誘起成分なし。
  • ステップ3。 比率0.4に対して e ≈ 0.26なので、アキシアル項を適用。
  • ステップ4。 Cᵣ = 32,000 Nに対して、P = 3,070 N。
  • ステップ5。 上限8,950 Nに対して、アキシアル荷重1,000 N。C₀ᵣ = 17,900 Nに対して、P₀ = 2,500 N、静的安全係数7.2。
  • ステップ6。 最小荷重要件320 Nを満たす。

これらの数値はすべて、公表規格または製品表まで追跡できます。

重要なのは、この追跡可能性です。6ステップをすべて満たす軸受は、製造元を問わず品質部門に対して選定根拠を説明できます。根拠となるのはISO 281ISO 76、およびメーカーが公表し、監査可能な定格荷重です。数値と規格を仕様に明記すれば、原産地に関する懸念にも根拠をもって対応できます。

よくある質問

玉軸受はアキシアル荷重を支持できますか?

はい。標準的な単列深溝玉軸受が支持できる純アキシアル荷重は、基本静定格荷重の0.5倍、すなわち Fₐ ≤ 0.5 C₀までです。内径12 mm以下の軸受と、直径系列8、9、0、1の軸受は、その半分の0.25 C₀に制限されます。ステンレス鋼製深溝玉軸受も0.25 C₀が上限です。上限を超えると使用寿命が大幅に短くなる可能性があり、支配的な損傷機構は静的過負荷ではなく、接触楕円が軌道肩を乗り越えることです。

アキシアル荷重とラジアル荷重の違いは何ですか?

ラジアル荷重は軸に直角に、アキシアル荷重は軸に沿って作用します。アキシアル荷重はスラストとも呼ばれます。ISO 5593がこの用語を規定しています。第三の条件であるモーメント荷重は、合力が軸受中心を通らない場合に生じます。これには荷重係数ではなく、軸受ペアまたは複列設計が必要です。

アキシアル荷重とラジアル荷重の複合荷重に最も適した軸受はどれですか?

円すいころ軸受、アンギュラ玉軸受、自動調心ころ軸受が適していますが、それぞれ複合荷重の支持方法が異なります。単列円すいころ軸受はしきい値を超えると P = 0.4 Fᵣ + Y Fₐを用います。単列アンギュラ玉軸受は P = X Fᵣ + YFₐを用います。自動調心ころ軸受は P = 0.67 Fᵣ + YFₐを用い、単体取付けでは他の二形式が支持できない純アキシアル荷重も支持できます。円すいころ軸受とアンギュラ玉軸受は内部にアキシアル荷重を誘起するため、どちらも対向ペアで使用する必要があります。

円筒ころ軸受はスラストを支持できますか?

内外輪につばを備えた固定側配置の場合に限り支持できます。内輪と外輪の両方につばを備える円筒ころ軸受は、ラジアル荷重とともに Fₐ ≤ 0.5 Fᵣまでアキシアル荷重を支持します。しきい値を超えると P = 0.92 Fᵣ + Y Fₐを用います。自由側軸受として使用する場合は、アキシアル荷重を一切支持できません。動等価荷重は単純に P = Fᵣ、静等価荷重もアキシアル項のない P₀ = Fᵣです。スラストを支持できないことは設計上の特徴であり、軸受へ荷重を加えずに軸の熱膨張を逃がす役割を果たします。

アキシアル荷重を過小評価するとどうなりますか?

それぞれ異なる機構によって、二つの問題が生じます。玉軸受の計算寿命は等価荷重の3乗に反比例するため、スラストを過小評価した荷重条件は寿命を過大評価します。これとは別に、アキシアル荷重が P₀の静的限界を下回っていても、接触楕円が軌道肩を乗り越えることがあります。静荷重の検討に合格しても、許容性が証明されたことにはなりません。生じる損傷はISO 15243に基づいて分類され、その形態は軸受の損傷のガイドで解説しています。


まとめ

荷重方向は分類ではなく、計算の対象です。特に重要なのは次の三点です。

  • 比率で決まる。 軸受固有のしきい値 e 以下では、アキシアル荷重は寿命計算に入りません。これを超えると P = X Fᵣ + Y Fₐとなり、スラストが合力に占める割合が小さくても、アキシアル項がラジアル項を上回る場合があります。
  • 換算方法は標準化されている。 動荷重条件にはISO 281、静荷重条件にはISO 76を用い、係数は軸受形式ごとではなく個々の軸受ごとに公表されています。実際に使用する部品の値を確認してください。
  • 上限は形式ごとに異なり、定格値とは別に存在する。 標準的な深溝玉軸受では0.5 C₀、小形・軽系列では0.25 C₀、つば付き固定側円筒ころ軸受では0.5 Fᵣ、自由側円筒ころ軸受ではゼロです。静的限界より先に幾何学的限界へ達する場合があります。

両方の成分を含む荷重条件がある場合は、ラジアル荷重、アキシアル荷重、回転速度、軸受に許容される取付けスペースを添えて、ANDE Bearingの技術チームへ用途データをお送りください。ISO 281の計算書を付けた推奨軸受案を提示するため、選定を信頼だけに頼らず検証できます。必要な形式がすでに決まっている場合は、深溝玉軸受円すいころ軸受円筒ころ軸受から選定を始めることもできます。

著者について

Jeff Liは、ANDE Bearingで軸受技術とグローバル調達に関する記事を執筆しています。自動車、重工業、再生可能エネルギー分野のOEMおよびアフターマーケットの購買担当者と直接連携しています。LinkedInでもつながりましょう。

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参考文献

  1. ISO 281:2007 — 転がり軸受 — 動定格荷重および定格寿命(閲覧日 )
  2. ISO 76:2006 — 転がり軸受 — 静定格荷重(閲覧日 )
  3. ISO 5593:2023 — 転がり軸受 — 用語(閲覧日 )
  4. ISO 15243:2017 — 転がり軸受 — 損傷および故障 — 用語、特性および原因(閲覧日 )
  5. SKF — 動等価荷重P:P = XFr + YFaの関係、単列と複列の違い、歯車・ベルトの荷重係数、および静定ばりの仮定。(閲覧日 )
  6. SKF — 必要最小荷重:玉軸受では0.01 C、ころ軸受では0.02 C、および軽荷重時のスキッディングとスミアリングによる損傷。(閲覧日 )
  7. SKF — 深溝玉軸受の荷重:0.5 C0および0.25 C0のアキシアル負荷能力、動等価荷重・静等価荷重の式、ならびにマッチドペアの定格。(閲覧日 )
  8. SKF — 単列円筒ころ軸受の荷重:固定側・自由側の等価荷重式、および内外輪につばを備える軸受のFa ≤ 0.5 Frという動的アキシアル負荷能力。(閲覧日 )
  9. SKF — 単列円すいころ軸受の荷重:0.4 Fr + Y Faの等価荷重式、および方向別の最小荷重。(閲覧日 )
  10. SKF — 単列アンギュラ玉軸受の荷重:ラジアル荷重から生じる誘起アキシアル荷重、および組合せ配置の計算式が成立する条件。(閲覧日 )
  11. SKF — 自動調心ころ軸受の荷重:純アキシアル荷重の負荷能力、およびアダプタスリーブ取付け時のFap = 0.003 B dという制限。(閲覧日 )
  12. SKF — スラスト玉軸受の荷重:P = FaおよびP0 = Fa。(閲覧日 )
  13. NSK転がり軸受カタログ(E1103):6208の動等価荷重計算例、および接触楕円によって制限される深溝玉軸受の許容アキシアル荷重。(閲覧日 )

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