関東学院大学 理工学部　准教授

堀田 智哉

2017/3　　　　　博士（工学）　東京理科大学
...もっと見る 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
2020/4-2023/3　 関東学院大学理工学部講師
2023/4　　　　　関東学院大学理工学部准教授
[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

転がり軸受の製作精度に起因する振動

　転がり軸受の製作精度によって発生する振動には、「転がり軸受のうねりによる振動」、「転動体の直径相互差による振動」、「保持器の振動」の3つがあります (図1) 。これらは軸受の製作誤差が影響しますが、いくら精密な加工をおこなっても完全に防ぐことはできません。また、軸受の製作誤差以外にも、ハウジングあるいは軸の加工精度が、内輪あるいは外輪に転写され、その結果、振動が発生することもあります。薄肉の軸受を使用する場合や、はめあいがきつい場合には、とくに注意が必要です。

転がり軸受のうねりによる振動

　軸受内外輪の軌道面あるいは転動体の表面に円周方向の比較的大きな山を有するうねりがある場合に一定の周波数を持った振動または音が発生します。この音はびびり音と呼ばれます。内輪回転の場合、発生する周波数は表1のようになることが知られています。特定の山のうねりの場合に、半径方向、軸方向、角度方向へそれぞれ振動が発生します。

　この振動は、転動体がうねりを通過するときに発生します。たとえば、内輪にうねりがある場合を考えます。図2に転動体個数が7個で内輪に6山のうねりがある場合の軸心の変動を示します。最下点の転動体と内輪の山部が一致する図2 (a) の状態のときに軸心は最も上になります。一方で、谷部が一致する図2 (b) のときには軸心が最も下になります。これによって径方向の振動が発生します。8山の場合も同様で、うねりの山数が \(nZ\) ± 1 の場合で最も顕著になります。

　図3に内輪に\(nZ\) – 1山, \(nZ\)山, \(nZ\) + 1山のうねりがある場合の、軸の移動を示します。図はすべて最上部に転動体があるとき、この転動体がうねりの山に接触しているときを示しています。\(nZ\) – 1山および\(nZ\) + 1山の場合には、矢印の方向に軸が移動します。また、転動体個数とうねりの山数が同じである (\(nZ\)山) 場合には、うねりの山部あるいは谷部がすべての転動体で同時に接触するため、軸心は径方向には変動しませんが、軸方向の振動が発生します。

　図4に内輪に\( nZ \)のうねりがある場合の軸方向の振動発生機構を示します。図4(a)はうねりの山部と転動体が接触している場合、図4(b)はうねりの谷部と転動体が接触している場合です。すべての転動体に同時に山部あるいは谷部が来ることで、見かけ上の内輪直径が変化しますので、ラジアル隙間が増減することになります。したがって、接触面の中心が軌道面の溝に沿って軸方向への移動することになり、結果として軸方向の振動が発生します。

転動体の直径相互差による振動

　転動体の直径に相互差があったり、転動体の配置が等間隔からずれたりしている場合にも振動が発生します。たとえば、図5のように転動体の1つが大きい場合には、その転動体とは反対方向に、軸中心が移動します。したがって、このような場合には、転動体の公転周波数\(f_{e}\)の振動が生じます。また、（\(f_{i}-2f_{e}\)） 成分の転動体の直径の相互差がある場合には、（\(f_{i}-2f_{e}\)）の周波数の振動が発生するとされています。

保持器の振動

　保持器が転動体あるいは軌道輪（内輪または外輪）と衝突して振動が発生することがあります。また、保持器案内面の摩擦によって自励振動が発生することがあります。これらは基本的に保持器の固有振動数で振動をします。衝突音の周波数は、保持器の回転周期\(f_{e}\)（転動体の公転周期）やその転動体数倍\(zf_{e}\)であることが多いです。

　次回は、軸受の取扱い不良および損傷に起因する振動について解説します。