要素設計とは何か 機械を成立させる部品の知識：若手エンジニアのための機械設計入門（18）（2/3 ページ）

3D CADが使えるからといって、必ずしも正しい設計ができるとは限らない。正しく設計するには、機械要素に関するアナログ的な知識が不可欠だ。連載「若手エンジニアのための機械設計入門」では、入門者が押さえておくべき基礎知識を解説する。第18回は、機械を成立させる部品の知識である「要素設計」について取り上げる。

[土橋美博／スワニー，MONOist]

（2）軸受要素

　「軸受要素」とは、回転する軸を支えるための機械要素です。代表例としてベアリングが挙げられます。

　例えば、モーターのシャフトをそのまま支持すると摩擦が大きくなり、スムーズに回転できません。そこでベアリングを使用し、摩擦を低減して安定した回転を実現します。

　ベアリングは、モーターの軸や搬送ローラー、工作機械の主軸など、多くの機械で使われています。設計現場での使用頻度も非常に高い機械要素です。

　ただし、表1で示したように、ベアリングにはさまざまな種類があります。要素設計の初心者は、ベアリングの種類を覚える前に、「なぜそのベアリングを選ぶのか」を理解することが重要です。

　機械によって、

• 回転数
• 荷重
• 精度
• 寿命
• 設置スペース

が異なるため、それぞれに適したベアリングを選ぶ必要があります。

ベアリング選定で最初に確認すること

　初心者はまず、次の4つを確認します。

1．荷重の方向

　荷重の方向は、ベアリング選定で最も重要な確認項目です。軸にかかる荷重は、大きく次の2つに分けられます。

• ラジアル荷重（軸に対して直角方向）
• スラスト荷重（軸方向）

　例えば、コンベヤーのローラーではラジアル荷重が主体です。一方、ボールねじ支持部ではスラスト荷重も大きくなります。

2．回転数

　高速回転では、発熱や振動が問題になります。例えば、用途によって回転数の目安は異なります。

• モーター：数千rpm
• 工作機械の主軸：数万rpm

　このように、回転数が変わると、ベアリングに求められる性能も異なります。

3．必要な精度

　位置決め精度や回転精度が必要かどうかを確認します。例えば、用途によって求められる精度は異なります。

• コンベヤー：一般的な精度
• 工作機械：高い精度

　このように、用途に応じて必要な精度を見極めることが重要です。

4．寿命

　どのくらいの時間使用するのかを確認します。ベアリングには、定格寿命という考え方があります。

　例えば、用途によって求められる寿命は異なります。

• 試験装置
• 生産設備

　このように、使用時間や使用条件に応じて、適切なベアリングを選ぶ必要があります。

　まずは表2に示した4種類を理解するだけでも、多くの機械で使われるベアリング選定の考え方が見えてきます。

やりたいこと	ベアリング
一般的に軸を回したい	深溝玉軸受
高精度に回したい	アンギュラ玉軸受
重い荷重を支えたい	円すいころ軸受
省スペースにしたい	ニードル軸受
表2　ベアリングの大まかな選定

　要素設計では、「どのベアリングが優れているか」ではなく、「どの用途にどのベアリングが適しているか」を考えることが重要です。