トレランスリングの仕組み

トレランスリングの周囲の波や突起形状は、ばねのように圧縮されて機能します。しかし、実際にはどのようにして全ての部品を保持する力を生み出すのでしょうか？それは、単純なばねの理論に基づいています。

ばねの理論

フックの弾性法則は、トレランスリングの仕組みを理解するための基本となるもので、左の式にまとめられています。これは基本的に、ばねを伸縮させるのに必要な力は、変位した距離に正比例するというものです（実際にはすべての材料について言えることですが、ここではばねの話をしています）。

 

この式の主な部分はK、つまりばね定数と呼ばれるものです。これはトレランスリングで言うと、基本的には各波の剛性を足したものとなり、剛性が高いほど、トレランスリングを同じ量だけ圧縮するのにより大きな力が必要になります。

トレランスリングの剛性は、以下のように様々な方法で変えることができます。

• 材料のヤング率
• 材料の厚さ
• 波の形状

非常にシンプルなトレランスリングの場合、これらの要素を用いてバネ定数を次の式で近似することができます。
K = 4.8 E w (t/p)³

ここでは

• Eは材料の弾性係数 [kN/mm²]
• wは波の幅 [mm]
• tは材料の厚さ [mm]
• pは波のピッチ [mm]

実際には、この方程式はあまりにも単純で、多くの要素を考慮していません。サンゴバンでは、高度な予測設計ツールを使用して、トレランスリングの性能を計算しています。サンゴバンのエンジニアが設計プロセスをどのように説明しているかは、レンコールトレランスリングの設計手法をご覧ください。

 

 

ばねの理論の実践

上記のばねの理論をトレランスリングの設計に適用することで、幅広い用途や性能要件に合わせてばねの剛性を調整することができます。例えば、高いラジアル荷重やトルクを必要とする用途には、硬い波形状を開発することができます。また、緩やかな波形状を使用すると、低負荷のアプリケーション用に低い剛性が得られます。

このように設計の柔軟性によって、トレランスリングは、複雑なリング形状、材料の厚さ、硬さ、動作時の圧縮範囲などの組み合わせを変えることで、各用途に合わせて特別に設計することができます。

実際に真のばね定数を算出するには、通常、圧縮試験を行います。トレランスリングを引張試験機に入れて圧縮します。その結果、ある一定の圧縮量でリングがどのような力を発生するかが出力されます。このデータをもとに、予測値を検証したり、他の性能基準（トルクなど）を算出することができます。

その他の性能基準の算出

上の式から半径方向の力F_Rが得られます。これは、トレランスリングが相手部品にどのくらいの力を作用しているかを知るのに便利ですが、通常は軸方向の力 F_AとトルクTも必要になります。

これらは理論的には非常に簡単な計算です。軸力F_Aは、半径方向の力F_Rに摩擦係数µを掛けることで計算できます。

F_A = F_R * µ

また、トルク Tは、軸力F_Aにリング半径 rを掛けるだけで計算できます。

T = F_A * r

繰り返しになりますが、これらの計算式は性能の大まかな目安にはなりますが、実際には材料の変形や部品への波の”プラウイング”効果など、性能に影響を与える要因は数多くあります。そのため、当社のエンジニアは、これらの要因を考慮した高度な設計ツールを開発し、より正確に性能を予測できるようになりました。

レンコールトレランスリングがお客様に適しているかどうかをお知りになりたい場合は、当社までご連絡ください。