レンコールトレランスリングの設計手法

トレランスリングの仕組みは非常にシンプルですが、実際にはその設計や仕様はもっと複雑です。ベアリングマウントのようなシンプルな用途であれば、トレランスリングの選定は比較的容易です。しかし、より難しい用途や条件では、通常、ユーザーと共同で設計します。トレランスリングが機能するためには、他の2つのコンポーネントを正しく選択することが重要です。

このような場合のレンコールトレランスリングの設計プロセスは、エンジニア同士の共同作業になります。 最良の結果を得るためには、システム全体の設計段階のできるだけ早い時期に設計を開始する必要があります。多くの場合、お客様はトレランスリングのために相手部品を適合させる必要があるからです。トレランスリングを使用したシステムが生み出す性能は、以下の3つの要素に依存します。

• 内側（オス）はめ合い部品
• 外側（メス）はめ合い部品
• トレランスリング

すでに設計プロセスの初期段階から経過し、システムの各要素を変更することが難しくなれば、トレランスリングを導入する上での柔軟性と容易性がより複雑になります。

 

設計プロセスの概要

典型的な設計プロセスは以下の通りです。

• システム要件の把握とレビュー – この段階で必要とされる情報の詳細は以降のセクションで説明されており、性能要件とトレランスリングのはめ合い部品に関する情報の両方をカバーしています。この作業は、当社エンジニアやセールスとの電話会議、面談やProject Information Request（PIR）シートへの情報記載を通じて行うことができます。
• トレランスリングの設計 – この段階では、多くの場合、FEAなどの高度な設計ツールを使用して、トレランスリングの性能を予測し、必要な性能を達成しているかどうかを確認します。設計提案書には、設計インプットの詳細とトレランスリングに対する当社の推奨事項が記載されます。
• 試作 – 専用の小規模な試作設備で製造し、必要に応じて再設計の指針とします。
• 試験 – 性能をチェックして検証するために、各はめ合い部品とシステムの両方のレベルでテストが行われます。これには、圧縮試験、加振試験、トルク試験、耐久試験などがあります。 トレランスリングを出来るだけ実機と近い条件で検証することが重要です。
• 量産化 – 設計の妥当性がお客様のシステムで確認されると、次に製品の量産化を行います。量産化のレベルは単純な提出物から、自動車の認定を受けたAPQPプロセスに至るまで、お客様のニーズによって異なります。

 

トレランスリングを設計する際に考慮すべきこと

トレランスリングを設計する際には、いくつかの点を考慮する必要があります。トレランスリングを使用した経験がない方には、すぐには分からない点もあるかもしれません。 以下に、考慮すべき項目を挙げます。

はめ合い部品の寸法変更

トレランスリングを組付けるためには、部品の間にある程度のスペース（通常は半径方向に約0.4～1.2mm）が必要です。 時には寸法を変更することができない場合もありますが（例えば、取り付けるボールベアリングの外径）、設計者はこのことを知っておく必要があります。

 

はめ合い部品の公差

これは、半径方向の公差の合計値、またその結果発生する力の範囲を決定するのに役立ちます。 また、最悪のケースでも最小（時には最大）の力を確保するためにも必要です。

 

使用温度の最高値・最小値

部品の材質が異なる場合、部品の公差と同様の効果（発生する力が変化する）があります。そのため、常に適切な力が得られるように、熱膨張も考慮する必要があります。

 

トレランスリングを取り付けるための幅

トレランスリングの幅は、波の設計方法に影響を与えます。 リング幅が狭いと、幅が広い場合に比べて、各波の半径方向の力が小さくなります。 トレランスリングが希望の性能を発揮できるかどうかを確認するには、スペースの制約を知ることが重要です。

 

システムにかかるラジアル荷重

システムにかかる荷重は、トレランスリングを設計する際に非常に重要であり、これを間違えると故障の原因となります。 必要とされる情報の種類は以下の通りです。

• 負荷の性質 – その負荷は、すべての動作条件において、常に同じ場所でシステムにかかっていますか？条件によって、トレランスリングには静的な荷重がかかることもあれば、回転するトレランスリングに周期的な荷重がかかっていることもあります。
• アキシャル／インライン／ラジアル – システムに加わる荷重はどのような方向ですか？常に存在していますか？過度の軸方向の荷重は、例えば相手部品の相対的な位置ズレを引き起こす可能性があります。
• 荷重によるはめ合い部品の傾き – 外部から加えられた荷重は、組み立てられたはめ合い部品のミスアライメント、すなわち傾きをもたらしませんか？このような荷重タイプは、トレランスリング波の圧縮を円周上に、相対的に変化させ、システムの性能に影響を与える可能性があります。

 

トルク伝達やトルクリミッターの場合に必要な、特別な配慮

これらのアプリケーションは、より困難な傾向があり、追加情報が必要です。

トルク伝達

• 必要な伝達トルク –  ここでは、安全率も考慮することが重要です。
• ラジアル荷重 – 大きなラジアル荷重がかかっていますか？もしそうであれば、レンコールトレランスリングを保護するために、段差を設けるなど、部品に何らかの追加形状を持たせる必要があるかもしれません。

 

トルクリミッター（スリップクラッチ）

このようなシステムでは、一定のトルク値を超えたときに部品が相対的な滑りを発生させることが要求されます。これは、他の部品や外部のユーザーを保護するためのものです。

• トルクスリップ – システムをスリップさせたいトルクはどのくらいですか？
• トルクスリップ変動 – トルク変動の許容範囲はどのくらいですか？これは通常、公称トルクに対するパーセンテージ（±15％など）で表されますが、実測値（±5Nmなど）で表すこともできます。
• 必要なスリップサイクルの量 – トレランスリングに必要な設計と相手部品は、サイクルの数によって大きく異なります。また、スリップサイクルを定義することも重要です。何度の回転ですか？速度は？往復運動か、一方向か？
• 使用するグリースの種類と仕様 – グリースの組成は、トルクスリップ現象時のトレランスリング内周とシャフトの間の摩擦特性に大きな影響を与えます。

 

トレランスリングを組み付けるため、必要な相手部品形状

必要な機能は要件によって異なりますが、通常は、トレランスリングが耐えなければならない半径方向の荷重と、部品の強度とのバランスを考慮します。 以下に、トレランスリングの最も一般的な3つの取り付け型とその利点・欠点を示します。

フリー型

相手部品に追加の位置決め用加工をする必要がないため、最もコスト効率の高い部品配置です。この取り付け型の問題点は、システムに加わるあらゆる半径方向の負荷をトレランスリングが完全に受けてしまうことであり、場合によっては組み立て中にトレランスリングを所定の位置に維持するための工具が必要になることもあります。