機械アセンブリの CAD ファイルを見つめて、指定している銅合金ブッシングが負荷に耐えられるかどうか、または摩耗が早すぎるかどうかを考えたことがある人は、あなただけではありません。銅合金ブッシングのサプライヤーとして、私は農業用重機から精密ロボットまで、さまざまな業界のエンジニアやメンテナンス マネージャーから週に少なくとも 3 回はこの質問に答えています。適切なブッシングの長さの選択は、単なる技術的な詳細ではありません。それは、何年も問題なく稼働するマシンと、途中でダウンしてダウンタイムと交換部品に数千ドルの費用がかかるマシンの違いです。数十年にわたる協力から得た現実世界の状況を踏まえて、この決定に何が込められているかを分析してみましょう。銅合金ブッシュ世界中のクライアントのために。
まず、銅合金ブッシングの役割を覚えておくと役立ちます。これは、2 つの可動金属表面間の摩擦を軽減し、ラジアル (左右) 荷重、場合によってはアキシアル (軸に沿った) 荷重をサポートする滑り軸受です。ブッシングの長さは、表面全体に荷重がどのように均等に分散されるか、ブッシングが生成する摩擦の大きさ、位置ずれへの対処方法に直接影響します。これらはすべて、寿命に影響を与える重要な要素です。最も基本的な考慮事項、つまり負荷のタイプと大きさから始めましょう。
ラジアル荷重は最も一般的なフォース ブッシング ハンドルであり、ラジアル荷重の場合、標準的な経験則 (私が精密鋳造でカスタム ブッシングを設計する長年の経験を通じて洗練させたもの) は、L/D 比、つまり長さを直径で割ったものです。ほとんどの汎用アプリケーションでは、理想的な L/D 比は 0.8 ～ 1.5 の間にあります。それは実際には何を意味するのでしょうか？直径 2 インチのシャフトの場合、ほとんどの場合、ブッシュの長さは 1.6 ～ 3 インチで適切です。しかし、なぜこの比率が重要なのでしょうか?低すぎる場合、たとえば 2 インチのシャフトで L/D が 0.5 の場合は、ブッシュの長さが 1 インチになることを意味します。荷重はブッシュ内面のごく一部に集中し、接触圧が高くなります。この圧力により、特に相手のシャフトよりも柔らかい銅合金 (当社で最も人気のある錫青銅や鉛青銅によく見られる) の場合、ブッシュが急速に摩耗する可能性があります。銅合金ブッシュ一般用ライン）。ただし、L/D が高すぎる (2.5 以上など) と、それ自体の問題が発生します。ブッシングが十分に長いため、端が位置のずれた部品に引っかかったり、余分な長さによって摩擦が増大し、熱の蓄積が増大して時間の経過とともに銅合金の特性が低下する可能性があります。
ちょっと待ってください、しかしそれは単なるベースラインです。アキシアル荷重はどうでしょうか？ブッシングがシャフトの軸に沿った力もサポートしている場合 (リニア アクチュエータのブッシングや、スプライン シャフトに沿ってスライドするギアを思い浮かべてください)、ルールは完全に変わります。アキシアル荷重の場合、L/D は使用しません。ブッシングの面と嵌合部分の間の接触領域に焦点を当てます。ここでのブッシュが長いと、軸方向の力を分散するための表面積が増えることになり、重圧入用途や繰り返しスラスト衝撃を受ける部品に最適です。しかし、繰り返しになりますが、やりすぎは禁物です。軸方向の荷重に対してブッシングが長すぎると、部品がわずかに動いたときにエッジ荷重がかかる可能性が高まり、不均一な摩耗が発生します。かつて建設業界のクライアントが、油圧ラムのアキシアル荷重に耐えるために長さ 10 インチのブッシュを指定したことを思い出します。長さが長すぎて軸力がブッシュの外縁に集中したため、3ヶ月で磨耗してしまいました。軸方向の接触圧力を調整して長さ 6 インチのブッシュに交換しましたが、2 年経った今でも動作しています。私たちが実際に行うテストはこのようなもので、多くの場合、銅合金精密鋳物正確な荷重ニーズに合わせて長さと壁の厚さを調整します。
次に、位置ずれを考慮する必要があります。完璧に調整された機械は存在しませんが、それは欠陥ではありません。これは工学上の事実であり、特に温度によって振動したり伸縮したりする重機では顕著です。シャフトの位置がずれていると、ブッシュに「傾き」荷重がかかる可能性があり、ブッシュの一方の端がもう一方の端よりも大きな力がかかります。長さはこれにどのように影響しますか?短いブッシュは、高いエッジ圧力を生じさせることなく、シャフトの角度に合わせて（ある程度まで）曲がることができるため、長いブッシュよりもミスアライメントにうまく対処します。とはいえ、ブッシュが短いと耐荷重が低下するため、トレードオフが生じます。たとえば、荒れた土壌で動作し、常に振動による位置ずれが発生する農業用耕耘機の場合、負荷容量と位置ずれ許容値のバランスをとるため、L/D は 1.5 ではなく 0.8 ～ 1.0 が標準推奨されます。制御された工場環境でのロボット アームのジョイントなど、完璧な位置合わせが必要なアプリケーションの場合は、位置ずれの摩耗を心配することなく、より高い耐荷重を利用して L/D を 1.5 まで高めることができます。
摩耗率もブッシュの長さに直接関係するもう 1 つの要因であり、荷重だけではありません。ブッシングとシャフト間の相対的な滑り速度も重要です。高速で動作するブッシングがある場合、ブッシングを長くすると、蓄積する摩擦熱を分散するのに役立ちます。余分な表面積は短いブッシングよりも熱を放散します。そのため、当社では高速で 24 時間 365 日稼働するコンベア システム用に長い鉛青銅ブッシングを製造しています。ただし、1 分間に数回しか開閉しないバルブ ステムなど、動きの遅い部品の場合は、熱の蓄積が最小限に抑えられるため、短いブッシュでも問題なく機能します。以前、HVAC 業界の顧客が、動きの遅いダンパー シャフトに長さ 2 インチのブッシュを使用していましたが、ブッシュによる摩擦が大きすぎるため、モーターが過熱していました。 1.25 インチの長さのブッシュに交換し、それに合わせて内径を調整したところ、モーターの温度が 15 度低下しました。これは、単に摩耗や負荷を超えて、長さが操作パフォーマンスにどのように直接影響するかを示す明らかな例です。
スペースの制約も忘れないでください。これは当然のことのように思えるかもしれませんが、多くのエンジニアが技術仕様に囚われすぎて、ブッシングが利用可能なスペースに適合するかどうかを確認することを忘れていることに驚かれるでしょう。アセンブリにブッシング用のスペースが 1.5 インチしかない場合、1 インチのシャフトで L/D が 1.5 であれば、1.5 インチのブッシングが最適であることを意味します。しかし、シャフトの直径が 1.25 インチの場合、その 1.5 倍は 1.875 インチとなり、スペースに対して長すぎます。その場合、性能を犠牲にすることなく短いブッシュを使用できるように、L/D 比を低く調整するか、場合によっては負荷容量の高い別の銅合金に切り替える必要があります。ここで私たちのチームの専門知識が活かされます。私たちは単に販売するだけではありません銅合金機械加工部品;私たちはクライアントと協力して、技術的なニーズと物理的なスペースのバランスをとり、すべての部品が適合し、機能することを確認します。
見落とされがちなもう 1 つの要因は潤滑です。ブッシングは摩擦と摩耗を軽減するために潤滑剤 (オイル、グリース、または食品グレードの用途では乾式潤滑剤) に依存しており、長さは潤滑剤がどの程度適切な位置に留まるかに影響します。ブッシングが長くなると、潤滑剤を保持する表面積が増えるため、潤滑剤の保持力が向上します。これは、メンテナンスがまれな海洋掘削装置の部品など、再潤滑が困難な用途に最適です。しかし、ブッシュが長いと、ブッシュとシャフトの間に汚れや金属の削りくずなどの汚染物質が閉じ込められる可能性があります。そのため、汚れた環境 (建設、鉱山) では、掃除が簡単で、汚染物質が付着しにくいため、少し短いブッシングをお勧めします。相互汚染を防ぐために頻繁な洗浄が必要な食品および飲料機器の場合は、短いブッシュもよく使用されます。これにより、検査と潤滑が迅速になり、手の届きにくい隙間に細菌が潜む可能性が低くなります。
これを簡単な例でまとめて具体的にしてみましょう。都市の水道システム用の水ポンプを設計しているとします。シャフトの直径は 1.5 インチで、500 ポンドのラジアル荷重に耐え、1,200 RPM (高速) で動作し、ポンプの振動によるわずかな位置ずれに対処する必要があります。適切な長さはどれくらいですか? L/D 比から始めましょう。位置ずれが要因であるため、ベースライン L/D 1.0 を使用し、1.5 インチの長さのブッシュを与えます。しかし、待ってください、これは高速アプリケーションなので、熱放散と潤滑剤の保持を改善するために、長さをわずかに 1.75 インチ (L/D ~1.17) に上げる可能性があります。また、水に対する耐食性に優れ、この種のポンプに最適な錫青銅合金も使用します。スペースが狭く、1.25 インチしか利用できない場合は、代わりに高強度のアルミニウム青銅を使用します。これにより、より短い長さでより高い接触圧力に対応できるため、1.25 インチのブッシングで同じ耐荷重を得ることができます。
結局のところ、「銅合金ブッシングの適切な長さはどれくらいか」に対する万能の答えはありません。それは、荷重のタイプと大きさ、位置ずれ、スライド速度、潤滑の必要性、スペースの制約、さらにはブッシュが動作する環境によっても異なります。サプライヤーとして、私は、ブッシュの長さが長すぎてすぐに摩耗するか、短すぎて荷重に耐えられないかなど、指定が不十分なために失敗するプロジェクトをあまりにも多く見てきました。だからこそ、私たちのチームは標準ブッシュのカタログを送るだけではありません。私たちはすべてのクライアントと協力して、特定のアプリケーションを確認し、仕様を調整し、必要に応じてカスタム パーツを作成することもできます。
プロジェクトに取り組んでいて、必要な銅合金ブッシングの長さがわからない場合、または負荷、スペース、または環境に合わせてカスタム オプションについて相談したい場合は、私たちがお手伝いします。当社のチームは銅合金ベアリングに関して数十年の経験があり、適切な合金の選択から完璧な長さの発見まで、プロセスのあらゆる段階をガイドできます。
参考文献
- MJ ニール (1995 年)。トライボロジー ハンドブック: 潤滑、摩擦、摩耗の実践ガイド。バターワース＝ハイネマン。
- NASA。 (2007)。軸受設計ハンドブック: 宇宙船および打上げロケット用のすべり軸受。アメリカ航空宇宙局。
- 米国機械学会 (ASME)。 （2018年）。 B106.1M-2018: すべり軸受 - すべり軸受の性能の測定。アメリカ機械学会。
- イムダリ州ハッチングス (2016)。トライボロジー: エンジニアリング材料の摩擦と摩耗(第2版)。 CRCプレス。
