振動・衝撃偏心に対するオイルシールの密封性

前置き

以前、オイルシールの必要最低緊迫力の考え方を下リンクにて解説しました。
【記事】オイルシールの必要最低緊迫力の考え方 | MOKUオイルシール

ここでは、振動・衝撃偏心に対するオイルシールの密封性について解説しますが、必要最低緊迫力の内容を一部含みますので、上記記事をご覧になった上でお読み下さい。

振動・衝撃荷重による偏心への影響

オイルシールが取り付けられたユニットに振動や衝撃荷重が負荷されると、通常の偏心とは性質の異なる振動・衝撃偏心(=高周波の偏心)が生じる場合があります。偏心とは、シャフトの径方向への振れのことです。通常の偏心と振動・衝撃偏心との違い(シャフトの挙動差)を図1に示します。

図1

通常の偏心は、ユニットを構成する各部品の寸法公差内のバラツキ影響によるオイルシールとシャフトとの中心点ズレや、荷重(例えば、産業用ロボットの腕動作によるモーメント荷重など)が負荷された場合のユニットのたわみなどによって発生します。対して、振動・衝撃偏心(=高周波の偏心)は、ユニット自体の大きな振動や、ユニットへの衝撃荷重(例えば、搬送用ロボットがレールの繋ぎ目や段差を高速で通過する場合など)が負荷された場合に生じることがあります。
通常の偏心と振動・衝撃偏心では、図1のように偏心量の最大値は同等であったとしても、密封性への影響度は大きく異なり、振動・衝撃偏心の方が不利に働きます。その原因について以下に解説します。

振動・衝撃偏心のオイルシールへの影響

オイルシールが取り付けられたユニットに振動・衝撃偏心(=高周波の偏心)が発生した場合、オイルシールの密封性低下のリスクが上がります。高周波の偏心によるシャフト挙動に対して主リップ先端が追随できず、シャフトと主リップ先端の間に隙間が生じるリスクがあるからです。「シャフト挙動の速度＞主リップ先端の追随速度」をイメージしていただくと分かりやすいかと思います。ほんの一瞬でもシャフトと主リップ先端の間に隙間が生じると、主リップ先端付近に密封媒体(オイル・グリースなど)が存在する場合は漏れが発生します。
通常、オイルシールは偏心量に対する必要最低緊迫力を考慮して設計されていますが、振動・衝撃偏心(=高周波の偏心)までを想定して設計していることは少ないです。振動・衝撃偏心(=高周波の偏心)への対応としては、主リップ緊迫力の絶対値はもちろんですが、他にも影響度の大きい主リップの設計要素があるため、オイルシール設計を行う上での重要なノウハウとなります。

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