フローティングブッシングとは

フローティング ブッシングは、回転機械のミスアライメントや軸方向の動きに対応するために設計された特殊なタイプのベアリングです。固定ブッシングは剛性ハウジング内でシャフトの動きを制限しますが、フローティング ブッシングは自由度を許容するため、特定の用途では有利です。

この記事では、フローティング ブッシングの原理を説明し、その利点と欠点を概説します。また、一般的な使用例について説明し、材料の選択、クリアランスの計算、摩擦力と圧力力の相互作用など、ブッシングの設計とパフォーマンスを最適化するための重要なエンジニアリング上の考慮事項についても詳しく説明します。

フローティングブッシングとは

フローティング ブッシングはフローティング ベアリングとも呼ばれ、位置ずれを吸収し、2 つのコンポーネント間のスムーズで低摩擦な動きを実現するように設計された機械ブッシングの一種です。固定ブッシングはしっかりと取り付けられていますが、フローティング ブッシングは、かみ合う部品間のある程度の動き、つまり「浮遊」を許容します。

フローティング ブッシングは通常、外側スリーブ、内側スリーブ、および 2 つのスリーブ間の潤滑剤層で構成されます。外側スリーブは通常、1 つのコンポーネントに圧入または接着されており、内側スリーブは外側スリーブ内で自由に動きます。この構成により、ブッシングは 2 つのコンポーネント間のずれを補正し、システムにかかるストレスと摩耗を軽減します。

フローティングブッシングの仕組み

フローティング ブッシングの機能の鍵は、内側スリーブと外側スリーブ間の相対的な動きを可能にする能力にあります。接続された 2 つのコンポーネントが完全に位置合わせされていない場合、フローティング ブッシングはずれを吸収するためにわずかにずれ、固着や過度の摩耗を防止します。

内側のスリーブが外側のスリーブ内で動くと、それらの間の潤滑層が摩擦を減らし、金属同士の直接接触を防ぎます。この潤滑は、オイル含浸焼結青銅、PTFE (ポリテトラフルオロエチレン)、その他の低摩擦材料など、さまざまな方法で提供できます。

内側スリーブと外側スリーブの間のクリアランスは、適切な位置合わせと荷重分散を維持しながら必要な可動範囲を確保できるように慎重に設計されています。このクリアランスとブッシングの材質および潤滑剤の選択によって、フローティング ブッシングの荷重容量、速度能力、および全体的なパフォーマンスが決まります。

負荷がかかった状態でも、フローティング ブッシングは小さな角度および軸方向の変位、および接続されたコンポーネント間のわずかな位置ずれを許容します。この柔軟性により、ブッシング表面全体に応力がより均等に分散され、摩耗が軽減され、システムの耐用年数が延長されます。

フローティングブッシングの利点

アライメントの改善と摩擦の低減

フローティング ブッシングの主な利点の 1 つは、ハウジングのボア内で自動的に位置合わせできることです。この自動位置合わせ機能により、ブッシングの位置をわずかに調整してシャフトとハウジング間の位置ずれを補正できるため、摩擦と摩耗が軽減されます。その結果、フローティング ブッシングはコンポーネントの耐用年数を延ばし、システム全体の効率を向上させることができます。

熱膨張の調整

フローティング ブッシングは、シャフトとハウジングの材質の熱膨張と収縮に対応するように設計されています。ブッシングとハウジングの間のクリアランスにより、ある程度の動きが可能になり、温度変化によるコンポーネントへの過度のストレスを防ぎます。

振動減衰

フローティング ブッシングの本来の設計は、シャフトとハウジングを通じて伝わる振動を減衰させるのに役立ちます。ブッシングの材質は、通常、柔らかい金属またはポリマーで、振動エネルギーを吸収して分散させ、ノイズを減らし、隣接するコンポーネントを過度の振動から保護します。この振動減衰特性により、システム全体の滑らかさと信頼性が向上します。

コスト効率の高いソリューション

より複雑なベアリング システムと比較すると、フローティング ブッシングは多くの用途でコスト効率の高いソリューションを提供します。フローティング ブッシングは製造、取り付け、交換が比較的簡単なので、さまざまな機械や装置に経済的な選択肢となります。さらに、フローティング ブッシングの自動調整機能により、位置ずれや早期摩耗に伴うメンテナンス コストを削減できます。

フローティングブッシングの欠点

積載容量制限

フローティング ブッシングの主な欠点の 1 つは、ローラー ベアリングやボール ベアリングなどの他のベアリング タイプと比較して、負荷容量が限られていることです。フローティング ブッシングの負荷容量は、ブッシングの材質、表面積、動作条件などの要因によって異なります。ラジアル荷重または軸方向荷重が大きい用途では、フローティング ブッシングは適さない可能性があり、別のベアリング ソリューションが必要になる場合があります。

回転速度の低下

フローティング ブッシングは、ブッシングとシャフトの間に固有の摩擦があるため、一般的に高速回転用途には適していません。回転速度が上昇すると、摩擦によって発生する熱によって摩耗が加速し、性能が低下する可能性があります。高速用途では、通常、転がり軸受またはその他の特殊な軸受タイプが好まれます。

汚染物質に対する感受性

フローティング ブッシングとハウジングの間の隙間により、汚れ、ほこり、破片などの汚染物質がブッシング領域に入り込む可能性があります。これらの汚染物質は、摩耗の加速、摩擦の増加、および性能の低下を引き起こす可能性があります。汚染物質のレベルが高い環境では、フローティング ブッシングを保護するために追加のシーリングまたはろ過対策が必要になる場合があります。

定期的なメンテナンス要件

フローティング ブッシングは、最適なパフォーマンスと寿命を確保するために定期的なメンテナンスが必要です。このメンテナンスには、潤滑、摩耗の検査、必要に応じて交換などが含まれます。適切なメンテナンスを怠ると、早期故障やダウンタイムの増加につながる可能性があります。

フローティングブッシングの用途

自動車サスペンションシステム

フローティング ブッシングは、自動車のサスペンション システム、特にコントロール アーム、スタビライザー、ステアリング リンケージでよく使用されます。これらの用途では、フローティング ブッシングによって、振動を減衰し、騒音を低減しながら、ある程度の動きと位置合わせが可能になります。フローティング ブッシングの自動位置合わせ機能により、適切なサスペンション ジオメトリが維持され、車両のハンドリングが向上します。

農業機器

トラクター、収穫機、農機具などの農業機械では、さまざまなピボット ポイントやリンケージにフローティング ブッシングが使用されています。これらのブッシングは、農業作業で発生するさまざまな負荷や地形に対応するために必要な柔軟性と調整機能を提供します。フローティング ブッシングの振動減衰特性は、機器にかかるストレスを軽減し、オペレーターの快適性を向上させるのにも役立ちます。

建設機械

フローティング ブッシングは、掘削機、ローダー、クレーンなどの建設機械で、ピボット ポイントをサポートし、コンポーネント間の相対的な動きを可能にするために使用されます。フローティング ブッシングの自動調整機能と位置ずれ調整機能は、重い荷物や起伏の多い地形によって機器に大きなストレスがかかる可能性があるこれらの用途で特に役立ちます。

産業機械

産業機械では、コンベア システム、印刷機、梱包装置など、幅広い用途でフローティング ブッシングが使用されています。これらのブッシングは、ある程度のずれを許容しながら、回転または振動するシャフトをサポートし、位置合わせを行います。フローティング ブッシングはコスト効率に優れているため、多くの産業用途で魅力的な選択肢となっています。

エンジニアリング上の考慮事項

材料の選択

一般的な材料には、青銅、真鍮、スチール裏打ち青銅、ナイロンや PTFE などのポリマーなどがあります。材料の選択は、負荷容量、動作温度、耐腐食性、潤滑要件などの要因によって異なります。たとえば、青銅ブッシングは優れた負荷容量と耐摩耗性を提供し、ポリマーブッシングは優れた低摩擦特性と耐薬品性を提供します。

クリアランス設計

クリアランスは、過度の動きや振動を防ぎながら、自己調整を可能にし、熱膨張に対応できる十分な大きさでなければなりません。クリアランスが不十分だと固着や摩擦の増加につながる可能性があり、クリアランスが多すぎると、負荷容量の低下や摩耗の増加につながる可能性があります。エンジニアは、フローティング ブッシングのクリアランスを設計する際に、特定のアプリケーション要件を慎重に考慮する必要があります。

摩擦と圧力のダイナミクス

表面仕上げ、潤滑、接触圧力などの要因は、ブッシングとシャフト間の摩擦に影響します。エンジニアは、フローティング ブッシングを設計する際に、十分な性能と耐久性を確保するために、負荷、速度、温度などの予想される動作条件を考慮する必要があります。場合によっては、摩擦を減らして耐摩耗性を向上させるために、ブッシングに特殊なコーティングや表面処理を施すこともあります。