減速機のラジアル荷重とアキシアル荷重とは？

減速機のラジアル荷重とアキシアル荷重とは？

減速機のラジアル荷重およびアキシアル荷重は、出力軸に直接作用する2種類の外部荷重です。これらは、減速機を選定する際に、モーター出力、減速比、トルクと併せて確認すべき重要なパラメータです。

減速機が十分なトルクを出力できる場合でも、スプロケット、プーリー、ドラム、または負荷機構が軸やベアリングの許容荷重を超える力を加えると、早期故障の原因となります。一般的な結果として、ベアリングの過熱、振動、バックラッシュの増大、オイル漏れ、または出力軸の変形が発生します。

減速機のラジアル荷重とは？

減速機のラジアル荷重とは、出力軸の中心線に対して垂直方向に作用する力のことです。一般的にFRと表記されます。

同義語は以下の通りです：

• Radial load

• Overhung load

• OHL

• Radial force

ラジアル荷重は、通常、減速機の軸に以下が取り付けられている場合に発生します：

• スプロケット

• ベルトプーリー

• 歯車（ギア）

• ドラム

• ホイール

• ベアリング位置からオフセットされた伝動機構

例えば、減速機がスプロケットを介してコンベアを駆動する場合、チェーンの張力がスプロケットに作用し、軸に対して横方向の荷重がかかります。この力が大きすぎると、軸が曲がったり、出力側のベアリングが過負荷状態になったりする可能性があります。

減速機のアキシアル荷重とは？

アキシアル荷重とは、軸の中心線に対して平行方向に作用する力のことです。一般的にFAと表記されます。

同義語は以下の通りです：

• Axial load

• Thrust load

• Axial force

アキシアル荷重は、以下のような状況で発生します：

• スクリューコンベア

• 推力を発生させる攪拌機

• プレスまたは押し出し機構

• はすば歯車（ヘリカルギア）

• かさ歯車（ベベルギア）

• 引張または圧縮を受ける軸

• 軸方向に位置ずれしたカップリング

アキシアル荷重は、減速機内部のスラストベアリング、軸、および位置決め機構に直接影響を与えます。

ラジアル荷重とアキシアル荷重の比較

スプロケットおよびプーリーの取り付け位置が重要な理由

ラジアル荷重は、力の大きさだけでなく、力の作用点から出力軸のベアリングまでの距離にも依存します。

基本関係式：

曲げモーメント = ラジアル荷重 × 力の作用距離

スプロケットやプーリーが軸の肩部から離れるほど、曲げモーメントは大きくなります。そのため、同じ荷重であっても取り付け方法が異なると、軸やベアリングの寿命が大幅に変化する可能性があります。

取り付け時の推奨事項：

• スプロケットまたはプーリーを軸の肩部にできるだけ近づけて配置する。

• ハブが軸端から過度にはみ出さないようにする。

• ベルトやチェーンを適切に張る。

• 運転前に芯出し（アライメント調整）を行う。

• ハンマーでスプロケットやプーリーを軸に叩き込まない。

• 軸が長い場合や荷重が大きい場合は、外部サポート（軸受）を追加する。

スプロケットまたはプーリーにかかる荷重の概算方法

トルク伝達に必要な接線力は、以下の式で推定できます：

Ft = 2T / d

ここで：

• Ft: 接線力、単位 N

• T: 軸トルク、単位 Nm

• d: 有効径、単位 m

直径をミリメートルで入力する場合：

Ft = 2,000 × T / d

スプロケット荷重計算の例

減速機の仕様：

• 出力トルク：200 Nm

• スプロケットの有効径：200 mm

接線力：

Ft = 2,000 × 200 / 200 = 2,000 N

2,000 Nという値は、トルクを伝達するために必要な接線力です。これは必ずしもベアリングに作用する実際のラジアル荷重とは限りません。

実際の荷重は以下に依存します：

• チェーンの張り側および緩み側の張力

• ベルトの初期張力

• スプロケット、プーリー、またはドラムの重量

• 巻き付け角

• スプロケットの歯数

• 衝撃荷重

• 力の作用点から軸の肩部までの距離

実際の荷重を特定した後、該当する減速機モデルの許容荷重制限と照らし合わせる必要があります。

ラジアル荷重とアキシアル荷重は同時に発生するか？

はい。多くの機構において、出力軸には同時に以下が作用します：

• ねじりモーメント

• ラジアル荷重

• アキシアル荷重

• 曲げモーメント

• 衝撃荷重

• 反転荷重

FRとFAが同時に発生する場合、ベアリングの負荷容量は単一の力のみが作用する場合よりも低くなる可能性があります。

すべての減速機に対して、ラジアル荷重とアキシアル荷重の固定比率を適用すべきではありません。負荷容量は以下に依存します：

• 減速機のサイズ

• 軸径

• ベアリングの種類とサイズ

• ベアリング間の距離

• 力の作用位置

• 引張または圧縮の方向

• 取り付け姿勢

• 出力回転数

• 運転時間

• 衝撃および反転の程度

外部荷重が制限を超えている兆候

ラジアル荷重またはアキシアル荷重が過大である場合、減速機に以下の現象が発生する可能性があります：

• ベアリングの異常発熱

• 軸端の振動

• 唸り音や打音の発生

• 出力軸のたわみ

• 軸端のガタつきの増大

• オイルシールの偏心

• オイル漏れ

• ギアの偏摩耗

• ベアリング寿命の低下

• 軸の変形または破損

これらの現象は、オイル不足やギアの損傷と混同されやすいですが、実際には過大な外部荷重や、伝動部品が軸肩から離れすぎた位置に取り付けられていることが原因である可能性があります。

外部軸受（ピローブロック等）はいつ必要か？

以下のような場合には、外部軸受の追加を検討してください：

• ドラムやプーリーの重量が大きい場合

• スプロケットが軸肩から離れた位置にある場合

• 負荷軸が長い場合

• ベルトに高い張力が必要な場合

• チェーンに衝撃荷重がかかる場合

• 頻繁に正逆転を行う機械の場合

• 減速機が全荷重を直接支えている場合

• ラジアル荷重が出力軸ベアリングの許容荷重を超えている場合

外部軸受を使用することで、荷重を機械構造側に分散させ、減速機の軸やベアリングにかかる直接的な負荷を軽減できます。

軸受は軸と芯出しを行う必要があります。芯出しが不正確な場合、荷重を軽減するどころか、かえって負荷を増大させる可能性があります。

減速機へのラジアル荷重を軽減する方法

以下の対策が有効です：

1. 機械的条件が許す限り、スプロケットやプーリーの直径を大きくする。

2. 伝動部品を軸肩の近くに配置する。

3. ベルトやチェーンの張力を適切に調整する。

4. 適切な場合は直結継手を使用する。

5. ドラム、プーリー、または長い軸に対して専用の軸受を設置する。

6. 始動時の衝撃荷重を低減する。

7. より大きな軸径とベアリングを備えた減速機を選定する。

8. 減速機と機械軸の同芯度を確認する。

9. 減速機に負荷機構の全重量を負担させない。

10. スプロケットやプーリーの直径を変更する場合は再計算を行う。

減速機選定時に必要な情報

ラジアル荷重およびアキシアル荷重を確認するために、以下の項目を特定する必要があります：

• モーターの出力および回転速度

• 減速比

• 出力回転速度

• 負荷トルク

• 負荷の種類：均一、衝撃、または正逆転

• 軸に取り付けられる部品

• スプロケット、プーリー、またはギアの直径

• 荷重点から軸肩までの距離

• ベルトまたはチェーンの張力

• プーリーまたはドラムの重量

• 引張または圧縮方向のアキシアル荷重

• 脚取付またはフランジ取付の形式

• 1日あたりの稼働時間

• 始動または正逆転の頻度

DSK、Nara Samyang、またはNKのギアードモーターおよび減速機については、モデル、軸寸法、および実際の設置条件に基づいて正しく選定してください。

よくある質問

スプロケットはラジアル荷重を発生させますか？

はい。チェーンの張力がスプロケットに作用し、減速機の出力軸に対して垂直な荷重を発生させます。

プーリーは減速機のベアリングに影響を与えますか？

はい。ベルトの張りすぎや、軸肩から離れた位置へのプーリー取り付けは、ラジアル荷重と曲げモーメントを増大させ、ベアリングの異常発熱や摩耗の原因となります。

カップリングはラジアル荷重を発生させますか？

適切に芯出しされたカップリングであれば、外部荷重はわずかです。しかし、芯ずれ、角度ずれ、または軸方向の押し付けは、軸やベアリングへの負荷を増大させる可能性があります。

スプロケットの径を大きくすると負荷は軽減されますか？

トルクが一定の場合、スプロケットの有効径を大きくすることで、必要な接線力を低減できます。ただし、チェーン速度、取り付け寸法、および機構全体の負荷を確認する必要があります。

減速機はどれくらいの軸方向荷重（スラスト荷重）に耐えられますか？

すべての減速機に共通する値はありません。耐荷重能力は、モデル、軸タイプ、ベアリング設計、取り付け姿勢、荷重方向、および運転条件によって異なります。

トルクだけで減速機を選定しても十分ですか？

いいえ。トルク以外にも、ラジアル荷重、スラスト荷重、負荷係数、速度、荷重印加位置、および運転時間を考慮する必要があります。

MDriveTechによる減速機選定アドバイス

MDriveTechでは、以下の用途に向けたDSK、Nara Samyang、NKのギアードモーターおよび減速機の選定をサポートしています：

• コンベア

• スクリューコンベア

• 攪拌機

• 包装機

• ドラム（巻取機）

• 昇降装置

• 産業用駆動システム

正確な選定のため、機械の写真、モーターの銘板、出力回転数、負荷トルク、スプロケットまたはプーリーの寸法、および取り付け位置の図面をご提示ください。

ホットライン: 0868 789 647
Email: [email protected]

結論

ラジアル荷重は軸に対して垂直に作用し、スラスト荷重は軸中心線に対して平行に作用します。どちらもベアリング、軸、オイルシール、および減速機の寿命に直接影響を与えます。

減速機を選定する際は、出力、減速比、トルクだけでなく、外部荷重、スプロケットやプーリーの取り付け位置、軸肩までの距離、および実際の運転条件を特定し、適切なモデルを選定してください。