選択する工業用キャスター単純に機器の重量を車輪の数で割ると、誤解を招く結果が生じる可能性があります。機械が中心からずれた荷重を運ぶ場合、平坦でない床の上を移動する場合、6 個または 8 個のキャスターを使用する場合、または繰り返し衝撃を受けて動作する場合、問題はより深刻になります。
基本的な 3 輪荷重選択原則は開始点を確立するのに役立ちますが、実際の機器が完全にバランスの取れたプラットフォームのように動作することはほとんどありません。
移動機械、カート、ワークステーション、AGV プラットフォーム、または大型機器を設計するエンジニアリング チームにとって、より重要な質問は次のとおりです。
最も重い荷重がかかるキャスターは、動作中に実際にどのくらいの荷重を支えることができますか?
このガイドではその質問に焦点を当てます。基本的なキャスター荷重の計算を繰り返す代わりに、偏心荷重、マルチキャスター荷重分散、動的動作、環境ディレーティング、およびよくある選択ミスを調査します。
シンプルで均等に荷重がかかるトロリーの場合、キャスターあたりの理論的な荷重の計算が妥当な開始点となる可能性があります。
実際の機器は大きく異なる場合があります。
重心はフレームの一端に近い場合があります。バッテリー、モーター、ポンプ、油圧コンポーネント、またはその他の重いアセンブリが片側に取り付けられる場合があります。床が平坦でない場合、剛性フレームにより特定のホイールに追加の荷重が伝わる可能性があります。
キャスターの荷重が不均一になる一般的な原因は次のとおりです。
· プラットフォームの一端近くに取り付けられた重量コンポーネント
・片側にバッテリーまたはモーターを搭載
· 工具や材料が偏って保管されている
・装置フレームが長く、重心が高い
· 平坦でない床でも動作する剛性フレーム
・スロープ、敷居、床の継ぎ目、拡張隙間
・急発進、急停止、急旋回
・牽引またはAGV操作
・製造公差、取付公差
これは、キャスターあたりの平均荷重が、最も重い荷重がかかるキャスターが運ぶ実際の荷重とは必ずしも一致しないことを意味します。
要求の厳しい産業用機器の場合、その違いによって、キャスターが確実に動作するか、ベアリング、ホイール、ブラケット、または取り付けの早期故障が発生するかが決まります。
偏心荷重は、機器およびそのペイロードの重心がキャスター レイアウトの幾何学的中心と一致しない場合に発生します。
600 kg の移動式テストベンチを考えてみましょう。
荷重が均等に分散されている場合、キャスターの荷重は比較的バランスが取れています。しかし、総重量の約 70% が 2 つのキャスターが取り付けられているプラットフォームの後部に集中しているとします。
したがって、後部ペアは総荷重のはるかに大きなシェアを担う可能性があります。
実際の工学計算は次のように表すことができます。
重荷重キャスター1個当たりの必要容量＝(総重量×推定偏心荷重率÷重荷重側キャスター個数)×安全率
例えば：
・総総重量：600kg
・後部荷重比率目安：70％
・後輪キャスター：2個
・安全率：1.5
計算：
(600 × 0.70 ÷ 2) × 1.5 = 315 kg
この単純化されたシナリオでは、次の点のみに基づいてキャスターを選択します。
600 ÷ 4 = 150kg
後部キャスターが運ぶ荷重を大幅に過小評価することになります。
正確な荷重分布は、理想的には、機器の重心位置、フレーム形状、荷重試験データから確認する必要があります。上の 70% という数字は、普遍的な配分ルールではなく、工学的な例です。
偏心荷重が発生しやすい場所
この問題は特に以下に関連します。
・モバイルマシンベース
· バッテリーおよびエネルギー貯蔵キャビネット
· 産業用ワークステーション
・溶接台
・ツールカート
· ポンプとコンプレッサーのプラットフォーム
・医療機器
・マテハンカート
・AGVプラットフォーム
・産業用ロングフレーム
重心が明らかにオフセットしている機器の場合、キャスターの選択は、すべてのキャスターの平均荷重ではなく、最も荷重のかかる側から開始する必要があります。
キャスターを追加すると、総重量がより多くの車輪に分散されるため、耐荷重が増加するように見えます。
実際には、負荷分散が完璧であることはほとんどありません。
6 キャスターのプラットフォームでは、必ずしもすべてのキャスターにちょうど 6 分の 1 の重量がかかるわけではありません。 8 キャスターのプラットフォームにも同じことが当てはまります。
均等な負荷を妨げる要因がいくつかあります。
・床の凹凸
・フレームのたわみ
・キャスター取り付け高低差
· 溶接または製造の公差
・不等砥石径
· 異なるスイベル方向
・ペイロード位置
・フレーム剛性
・ホイールベースとキャスターの間隔
剛性の高いプラットフォームは、フレームの一部が床の凹凸に遭遇した場合、不釣り合いな量の荷重を少数の車輪に伝達することさえあります。
このため、エンジニアは、単純に総重量をキャスターの総数で割るのではなく、効果的な荷重分散の仮定を使用することがあります。
たとえば、8 キャスターのマシンは理論的には 8 つの車輪に荷重を分散しますが、実際の設計計算では、フレームや動作条件に応じて、より少ない有効荷重支持点が使用される可能性があります。
これは普遍的な公式ではありません。
適切な実効除数は次の要素によって異なります。
・キャスターレイアウト
・フレーム構造
・車輪間隔
・重心
・床の状態
・取付公差
・装置が静止しているか移動しているか
大規模な産業用プラットフォームの場合、物理的な負荷テストや構造解析の方が、完全な負荷分散を想定するよりも信頼性の高い結果が得られます。
キャスターの選択で最もよくある間違いの 1 つは、機器の総重量とキャスターの静定格荷重のみを比較することです。
静止しているときの機械の重量は 500 kg ですが、動き始めたり、急に停止したり、回転したり、障害物を横切ったりすると、かなり大きな力がかかります。
静的荷重
静荷重とは、機器が静止している間にかかる荷重を指します。
以下に関連します。
・駐車中の機械
・収納カート
· 据え置き型ワークステーション
・機器の位置決め
· レベリングアプリケーション
動的ロード
機器の移動中には動的負荷が発生します。
実際の負荷は、次の理由で増加する可能性があります。
・起動と停止
・旋削
・床の隙間
· しきい値
· スロープ
・不均一なコンクリート
・牽引
・繰り返しの衝撃
・頻繁な方向転換
このため、装置を日常的に移動する場合は、キャスターの動定格荷重を考慮する必要があります。
静的定格からは適切に見えるキャスターでも、動的荷重が繰り返されると十分な耐用年数が得られない場合があります。
実用的なエンジニアリングの質問
尋ねる代わりに:
「このキャスターは機械を保持できますか？」
聞く：
「このキャスターは、実際の床や動作条件で繰り返し移動する機械をサポートできますか?」
この区別は特に重要です頑丈な工業用キャスター生産設備に使用されます。
キャスターの耐荷重は、動作環境と独立して考慮する必要はありません。
滑らかな屋内床と粗い工場床では、ホイール、ベアリング、ブラケット、取り付け金具に対して異なる要求が課せられます。
実際のエンジニアリングリファレンスは次のようになります。
| 動作状態 | 代表的な安全率の範囲* | 選択の考慮事項 |
| 滑らかな屋内コンクリート、時々動く | 1.3～1.5 | 一般産業用キャスター |
| 標準的な工場フロア、頻繁な移動 | 1.5くらい | ナイロンまたはPUの工業用キャスター |
| 粗い床、スロープ、敷居 | 1.5～1.8 | 強化された頑丈なキャスター |
| 連続的な高負荷の動き | 1.8～2.0 | 耐久性の高い工業用キャスター |
| 高温または腐食性の環境 | 2.0+ または材料ディレーティング | 用途に合わせたキャスター構造 |
温度と化学物質への曝露
高温により、一部のホイールの材質や潤滑剤の性能が低下する可能性があります。
腐食環境は次のような影響を与える可能性があります。
・ブラケット
・ベアリング
・アクスル
・ファスナー
・ホイールコア
このようなアプリケーションでは、安全率の数値を増やすだけでは問題が解決しない可能性があります。キャスターの材質や構造も環境に適合する必要があります。
たとえば、十分な公称荷重容量を備えたキャスターであっても、車輪の材質や金属部品が動作条件に適していない場合、耐用年数が短くなる可能性があります。
ケース 1: オフセンターで積載されたモバイル カート
移動式カートの重量は約 520 kg で、4 つのキャスターを使用します。
エンジニアリング チームは最初に次の計算を行います。
520 ÷ 4 = キャスターあたり 130 kg
したがって、定格 150 kg のキャスターで十分と思われます。
ただし、機器の質量の大部分はカートの片側に集中しています。動作中、その側の 2 つのキャスターには大幅に高い負荷がかかります。
数週間後、重負荷のキャスターには次のような変化が見られます。
・車輪の変形
・ベアリングノイズ
・ブラケット曲げ
・早期摩耗
この計算は必ずしも数学的に間違っていたわけではありません。
問題となったのは、均等な負荷分散を仮定します。
より良いアプローチは、負荷の大きい側の負荷率を推定し、それに応じてキャスターのサイズを決定することです。
ケース 2: 6 キャスター マシン プラットフォーム
1,800 kg の機械が 6 つの同一のキャスターに設置されます。
簡単な計算では次のようになります。
1,800 ÷ 6 = キャスターあたり 300 kg
しかし、機械のフレームは堅く、工場の床は完全な水平ではありません。
機械が動くとき、複数のキャスターが荷重を均等に分担しません。その結果、特に床の接合部や敷居を越えるときに、局所的な荷重が大きくなります。
この状況では、エンジニアリング チームは次のことを考慮する必要があります。
・有効耐荷重点
・フレーム剛性
・キャスター取付公差
・ダイナミックインパクト
・ホイール材質
・床の状態
目的は単にキャスターを増やすことではありません。それは、荷重を確実に運ぶことができるキャスターのレイアウトとフレームを確保するためです。
キャスターの仕様を確定する前に、次の確認を行ってください。
1. 実際の総重量を確認する
含む：
・装備重量
・最大積載量
· ツール
・バッテリー
・付属品
・消耗品
· 動作中に取り付けられたままになる可能性のある取り外し可能なコンポーネント
機械が通常、フル負荷で動作する場合は、装置の空重量からキャスター容量を計算しないでください。
2. 重心を特定する
聞く：
・荷重は中心にありますか？
・重量のほとんどが一方の端にかかっていますか？
・片側が重い？
・重心が高くなっていませんか？
・使用中に積載位置が変化することはありませんか？
偏心装置の場合は、最も重い荷重がかかるキャスターまたはキャスター グループにかかる可能性のある荷重を計算します。
3. キャスターのレイアウトを確認する
レビュー：
・キャスター数
・キャスター間隔
・ホイールベース
· スイベルおよびリジッドキャスターの位置
・取付位置
・フレーム寸法
キャスターの数を増やしても、自動的に均等な荷重分散が保証されるわけではありません。
4. 静的要件と動的要件を分離する
機器が定期的に移動する場合は、主要な選択パラメータとして動的定格を使用します。
考慮する：
・移動速度
・起動・停止周波数
・旋削
・牽引
・床の隙間
· スロープ
· しきい値
・衝撃頻度
5. 適切な安全マージンを適用する
アプリケーションごとに 1 つの数値を使用するのではなく、実際の動作環境に応じて安全係数を選択します。
6. 環境に合わせたキャスター構造
チェック：
・ホイール材質
・ベアリングタイプ
・ブラケット材質
・耐食性
・耐熱性
・化学物質への曝露
· 床保護要件
耐荷重だけでは耐用年数が決まるわけではないため、この最後のステップは重要です。
3 輪荷重選択の原則は、産業用キャスターのサイジングの開始点として役立ちますが、これで計算が終了するわけではありません。
機器が重くなったり、長くなったり、移動可能になったり、負荷が不均一になったりすると、さらにいくつかの要素が重要になります。
・偏心荷重分散
・有効耐荷重点
· ダイナミックローディング
・床面と使用条件
・安全率調整
・ホイールとブラケットの材質
・フレーム剛性と取付精度
平均的なキャスターではなく、最も負荷の高いキャスターが、要求の厳しいアプリケーションの容量を決定する必要があります。
OEM 機器メーカーにとって、このアプリケーションベースのアプローチにより、ホイールの早期摩耗、ベアリングの故障、ブラケットの変形、予期せぬ交換コストのリスクを軽減できます。
CMCLキャスター、中国に拠点を置く工業用キャスターの製造業者であり、大型モバイル機器、機械プラットフォーム、カート、その他の産業用途向けのキャスター構成について機器メーカーと協力しています。そのエンジニアリング アプローチでは、公称容量のみに依存するのではなく、負荷分散、動作環境、ホイールの材質、取り付け要件が考慮されています。
新しい機械や移動プラットフォーム用のキャスターを選択するときは、実際の荷重経路と動作条件から始めてください。正しい計算とは、単に重量を運ぶことができるキャスターを見つけることではなく、どのキャスターがどのような条件で、どのくらいの時間重量を運ぶかを理解することです。
