ベアリングの取り付けにおけるミスアライメントの検出と修正方法

ベアリングの不適切なアライメントによる早期故障は、非常に一般的です。この記事では、不適切なベアリングのアライメントを検査、診断、対処する方法を紹介します。

ベアリングのミスアライメントの種類

ミスアライメントとは一般的に、ベアリングが取り付けられた後、動いているときに、ベアリングの内輪と外輪の軸が重ならず、ある角度を形成している状態を指す。

単一のベアリングの場合、ベアリングの内輪の軸とベアリングのハウジングの間にある角度がある場合、これは個々のベアリングのミスアライメントとみなされます。

一般的な両支持シャフトシステムでは、2つの支持点を結ぶ線を軸とし、2つのベアリング・ハウジングの中心を結ぶ線も軸とします。この2つの軸が角度を成す場合、シャフトのミスアライメントと呼ばれる。

シャフトシステムにおいて、一方の支持点（ベアリング）が内輪と外輪の軸間のアライメントが良好であるにもかかわらず、他方の支持点（ベアリング）が軸間の角度を有している場合、アライメントがずれている方のベアリングは追加のミスアライメント荷重を負担することになり、故障につながりやすい。アライメントの良いベアリングも間接的に影響を受ける。

シャフトシステムにおいて、両支持点（ベアリング）自体のアライメントが良くても、両支持点の中心を結ぶ線にずれがあると、両ベアリングはそのずれの影響を直接受け、結果としてベアリング内部に追加荷重が発生し、ベアリングの寿命を縮めることになる。

多くの情報源は、ベアリングのミスアライメントをシャフトのミスアライメントとベアリングハウジングのミスアライメントに分類している。軸のミスアライメントとは、上記のように2つの支持点を結ぶ線が軸とずれている状態を指し、ベアリングハウジングのミスアライメントとは、1つのベアリングのミスアライメントを指す。このような状況は、部品加工の精度に関係することが多い。

上記は、シャフトシステム内にミスアライメントをもたらす。あるシャフトが別のシャフトに接続されている場合、2つのシャフトがうまく位置合わせされていない状況が発生する可能性があります。2本のシャフトがある角度を成している場合、それは角度のミスアライメントです。2本のシャフトが互いに平行だが、同じ直線上にない場合は、平行ミスアライメントとなる。

ベアリングのミスアライメントのチェック

連結された2本のシャフトのアライメントについては、ダイヤルゲージを使って直接アライメントの度合いをチェックすることができる。ここでは繰り返さない。

単一シャフトの場合、ベアリングの取り付け後にミスアライメントがあれば、基本的な検査方法として、測定チェック、振動チェック、ベアリングのトレース分析などがある。

測定チェック

ベアリングの取り付け後、下図の方法でアライメントをチェックすることができる。

この例では円筒ころ軸受を使用していますが、この技術は他のタイプの軸受にも適用できます。手順としては、マイクロメーターで端面を回転させ、最大値と最小値の差を測定し、ミスアライメント角度を計算します。

振動検査

軸受の運転中、振動解析は通常、振動信号のフーリエ変換を用いた周波数領域解析によって行われます。回転軸がミスアライメントを示すと、その2倍周波数の振幅が大幅に増加します。

この振幅が単一周波数（回転周波数）の振幅の半分を超える場合は、ミスアライメントを修正する必要があることを示している。

様々なミスアライメントによる振動特性の微妙な違いがあります。詳しくは、振動解析の文献や「モータベアリングの故障診断と解析」に関連する内容を参照してください。

ベアリングトレース分析

稼動中のベアリングは、一般的に軌道面内に接触痕を残す。これらの接触痕の特徴を特定することで、ミスアライメントがあるかどうかを判断することができます。

下の画像は、偏心したベアリングハウジングから生じるミスアライメントマークを示しています。

ベアリングのミスアライメント対策

ベアリングのミスアライメントは、さらなる負荷を与え、ベアリングの早期故障を引き起こす。従って、これに対処し、修正することが極めて重要である。具体的な対策としては

1.関連部品の位置精度を検査する。位置精度の不良が部品加工の問題によるものであれば、形状や位置精度を厳密に管理した上で、再加工が必要である。具体的な管理要件については、「モーターベアリングの故障診断と分析」を参照してください。

2.組み付け時のアライメント不良による破損。組立時に軸とのアライメントが悪いまま無理に取り付けると、軸受が破損することがある。このとき、アライメント精度を保ちながら簡単に取り付けられるよう、適切なアライメント治具を設計することが望ましい。

3.マルチシャフトシステムでは、検査でミスアライメントが見つかった場合、専用の器具を使ってシャフト間のアライメントを調整・修正する必要がある。