関東学院大学 理工学部 講師

堀田 智哉

2017/3     博士(工学) 東京理科大学
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2017/3     博士(工学) 東京理科大学
2017/4‐2020/3  関東学院大学理工学部助教
2020/4     関東学院大学理工学部講師
[専門分野] 転がり軸受工学、機械要素・機械設計、トライボロジー、材料工学

第4回目となる今回は、転がり軸受の取付け・取外しについて解説します。

軸受の取付け作業

 普通の円筒穴の軸受は、軸にしめしろを与えて取付ける“しまりばめ”であることが多いですが、一般的には、内輪と軸、外輪とハウジングのはめあいの関係は表1のようになっています。“すきまばめ”であれば、簡単に組付けることが可能ですが、“しまりばめ”の場合は、圧入あるいは焼ばめや冷やしばめをしなければなりません。

 軸受の取付け作業をおこなう上で、とくに注意すべき事項は以下の4点です。

  • 軸受を直接ハンマでたたかない
  • 転動体に力がかからないようにする
  • 焼きばめをおこなう場合は、120℃以上に加熱しない
  • 軸受の向きを確認する
表1 荷重の性質とはめあい
軸受の回転 荷重条件 はめあい
内輪 外輪 内輪 外輪
回転 静止 内輪回転荷重
外輪静止荷重
しまりばめ すきまばめ
静止 回転
静止 回転 外輪回転荷重
内輪静止荷重
すきまばめ しまりばめ
回転 静止
回転または静止 回転または静止 方向不定荷重 しまりばめ しまりばめ

圧入

 しめしろの少ない中形・小形の軸受では、圧入に要する力も小さいですから、常温で圧入することができます。圧入はプレスにより静かに押し込むことが推奨されます。やむを得ず、ハンマを用いる場合には、樹脂製あるいは銅製のハンマを使用します。プレスあるいはハンマを直接軸受に当てることはせず、必ず治具(当て金)を用いてください。直接軸受に衝撃を与えることは厳禁です。この治具は、専用ツールが市販されていますが、軟鋼などで製作してもかまいません。木材などは、軸受内部に木くずなどが入る危険があるため使用してはいけません。また、棒状の当て金を用いて圧入すると均等に圧入できず、軸受損傷の原因となりますので避けてください。
 治具は図1に示すように、圧入する側に当てるようにします。転動体に力がかかるような状態(図2)で圧入をおこなうと軌道面に圧痕やキズを付ける原因となりますので、絶対に避けなければなりません。圧入の際、はめあい面に清浄な油を塗布しておくと、かじりを予防できます。

図1 圧入方法
図2 NG

 円筒ころ軸受や円すいころ軸受のような分離形の軸受では、内輪、外輪を別々に取付けることができます。個々に取付けた内輪および外輪を組合せるとき、内輪と外輪の中心のずれがないように注意しなければなりません。無理に押込むと、転動面にかじりを生じさせるおそれがあります。

焼ばめ

 大形の軸受は、しめしろが大きく、圧入に要する力が大きくなります。そこで、図3に示すような、油の中で軸受を加熱膨張させ、軸に取付ける焼きばめ方法が広く用いられています。この方法を用いると、軸受に無理な力がかからず、短時間で作業がおこなえます。ただし、この加熱油に浸漬する方法はグリースを封入した軸受に用いることはできません。内輪の加熱温度は、はめあい面の直径およびしめしろによって決まります。軸受メーカのカタログなどに掲載されているグラフを参照してください。焼きばめ作業における注意事項は、以下のとおりです。

  • 軸受を120℃以上に加熱しない
  • 油槽の底に直接触れないように、軸受を金網台に載せるか、吊るす工夫が望まれる
  • 作業中に内輪が冷えて、取付けが困難にならないよう、所要温度より20℃~30℃高めに軸受を加熱する
  • 取付け後、軸受が冷えると、幅方向にも収縮するため、内輪と軸の肩との間にすきまが生じないよう、軸ナットやそのほかの適当な方法で密着させておく
図3 油槽による加熱

 油による加熱以外にも、恒温槽に入れる方法や誘導加熱装置を用いる方法があります。誘導加熱装置は、電磁誘導作用によって軸受に電流が流れると、軸受自体の抵抗により発熱する原理を利用しています。火や油を使わず電気により短時間で均一に加熱できますので、乾燥状態で能率よく作業がおこなえますが、この方法を用いたあとは軸受の脱磁処理を確実におこなう必要があります。

冷やしばめ

 軸受を冷却して取付ける冷やしばめの方法もあります。冷却剤としてドライアイスなどを使用します。このとき、軸受の表面には空気中の水分が凝結するので、適切なサビ止め処置が必要となります。

軸受の取外し作業

 軸受の取外しは、定期点検や軸受の取替えのときなどにおこなわれます。取外した軸受を廃却する場合は焼き切るなど、なるべく手間のかからない方法で構いません。取外し後に、その軸受を再使用する場合や軸受の状態を調査する必要がある場合には、取付けと同様に入念におこない、軸受および各部品を損傷しないように注意する必要があります。とくに、しまりばめで取り付けられた軸受の取外しは、作業が難しくなります。
 軸受は新品への交換が推奨されていますので、多くの機械では、軸受を損傷させずに取り外せるような設計にはなっていません。再使用などが想定される機械の場合は、あらかじめ軸受を容易に取外しできるよう、軸受周辺の設計段階で十分考慮されている必要があります。また、必要に応じて取外用具を設計製作しておくことも大切です。
 内輪を軸から取外す場合は、図4に示すように内輪に当て金をあて、軸をプレスやボルトで押し込みます。外輪をハウジングから取外す場合は、あらかじめ取外し用の穴を3ヶ所あけておき、ボルトで外輪を押します(図5)。圧入と同じで、転動体に力がかかると、軌道面に圧痕やキズを付けることになります。したがって、軸受を再使用あるいは軸受内部の状態を調査する場合には、絶対に避けなければなりません。

図4 内輪の取外しの例
図5 外輪の取外しの例

次回は、転がり軸受の試運転について解説します。