ボールベアリングと深溝ボールベアリング: 主な違い

ボール ベアリングは広範なカテゴリであり、回転コンポーネントと固定コンポーネントの間の摩擦を軽減するために球面ボールを使用する転動体ベアリングを指します。あ 深溝玉軸受 は、そのカテゴリ内で高度に最適化された特定のサブタイプです。 深溝ボールベアリングは、世界で最も広く使用されているボールベアリング設計です。 は、内輪・外輪とも連続した深い軌道溝が設けられており、ラジアル荷重・両方向のアキシアル（スラスト）荷重・合成荷重をコンパクトな一個で受けることができます。より広いカテゴリ内の他のボール ベアリング タイプには、アンギュラ玉軸受、スラスト玉軸受、自動調心玉軸受、および 4 点接触玉軸受が含まれます。これらはそれぞれ、深溝設計では処理効率が低い特定の荷重形状に合わせて最適化されています。

日常のエンジニアリング業務において、誰かが特に資格を必要とせずに「ボール ベアリング」と言う場合、ほとんどの場合、深溝ボール ベアリングを意味します。 深溝ボールベアリングは全世界のボールベアリング売上高の約 80 ～ 90% を占めています。 、ほとんどの用途においてボール ベアリングのコンセプトと実質的に同義になります。この記事では、正確な技術的な違い、他のタイプのボール ベアリングが必要な場合、および特定の用途に合わせて正しい選択を行う方法について説明します。

ボールベアリングファミリー: すべてのタイプとその違い

深溝ボール ベアリングの特徴を理解するには、まずボール ベアリングの全種類を理解する必要があります。各タイプは基本的なボール ベアリングの概念の特定の制限に対処するように設計されています。

深溝玉軸受の「深溝」とは

深溝玉軸受の特徴は、その軌道の形状です。内輪と外輪の両方に、途切れることのない連続した円弧溝があり、 標準（浅溝）ボールベアリングの溝深さよりも大幅に大きい 。このより深い溝の形状が、他の種類のボール ベアリングに対する深溝ボール ベアリングのほぼすべての性能上の利点の源です。

軌道の形状とその結果

深溝玉軸受では、軌道半径は通常、 ボール直径の51.5～53% （適合率で表します）。ボールと軌道面が緊密に一致していることは、ボールと溝の間の接触面積が大きくなることを意味し、荷重がより多くの鋼に分散され、ヘルツ接触応力が軽減されます。溝の深さは、浅い軌道の場合のようにボールが溝から完全に飛び出すのではなく、軸方向の力によって溝内でボールの接触角が変化することを意味します。

純粋なラジアル荷重下での深溝玉軸受の接触角は、公称次のようになります。 0° — 荷重はボールを半径方向に通過します。アキシアル荷重がかかると、有効接触角は約 15～45° ベアリングの内部形状に対する軸力の大きさに応じて異なります。この自動調整接触角により、深溝玉軸受は、ラジアル荷重とアキシアル荷重を組み合わせて 1 つの軸受で両方向に耐えることができます。この機能は、他のほとんどのタイプの軸受では、ペアで配置しないと太刀打ちできません。

深い溝と浅い溝の比較

初期のボール ベアリングでは、浅い溝や平坦な軌道が使用されていました。これにより組み立ては容易になりましたが、ボールには軸方向の力に対抗する溝の形状がなかったため、軸方向の容量は最小限でした。 20 世紀初頭の深溝形状の導入 (FAG と SKF の標準化作業が主な推進力) により、同じ物理サイズのボール ベアリングのアキシアル荷重容量と動ラジアル荷重容量の両方が劇的に増加し、事実上あらゆる回転機械用途でボール ベアリングの普及が可能になりました。

負荷容量の比較: 深溝ボールベアリングと他のタイプのボールベアリング

負荷容量 (動的 (回転) と静的両方) は、さまざまなボール ベアリングのタイプを区別する主要なエンジニアリング基準です。負荷容量の違いを理解すると、深溝タイプが一般的な用途の大部分をカバーするのに対し、要求の厳しい用途には特定のベアリング タイプが選択される理由がわかります。

ラジアル動耐荷重(C)

特定の軸受内径と外径に対して、深溝玉軸受は通常、次のような特長を備えています。 あらゆるボールベアリングタイプの中で最高の動ラジアル荷重容量 。これは、その溝の形状により、ボールの補完が最大限に可能になり（ベアリングごとにほとんどのボール）、各ボールとの最も深い接触が可能になるためです。一般的な 6205 深溝玉軸受 (内径 25mm、外径 52mm) の動定格荷重 C は約 14.8kN 。同等サイズのアンギュラコンタクトベアリング 7205 のラジアル定格は同等かわずかに低くなりますが、その利点は軸方向の容量と高精度の動作にあります。

アキシアル耐荷重

ここで、深溝タイプと他のタイプのボール ベアリングの最も大きな違いが実際上重要になります。

• 深溝玉軸受: 通常、次のアキシアル荷重に耐えることができます。 静ラジアル定格荷重(C0)の50% 両方向に。軽負荷のアプリケーションでは、これは軸方向で C0 の約 70% まで増加する可能性があり、ほとんどの複合負荷アプリケーションに適しています。
• アンギュラ玉軸受： ベアリングごとに一方向の高アキシアル荷重向けに特別に設計されています。ペアのアンギュラコンタクト ベアリング (背面合わせまたは対面配置) は、両軸方向で高い複合荷重を担持します。軸方向の剛性が重要である工作機械のスピンドル、ギアボックス、精密位置決めシステムで使用されます。
• スラストボールベアリング： アキシアル荷重専用に設計されています。意味のあるラジアル荷重を運ぶことができないため、ラジアル軸受として使用しないでください。アキシアル容量は、同等サイズの深溝ベアリングのアキシアル容量を大幅に上回ります。

速度性能: 深溝玉軸受が優れている点

速度性能は、アンギュラコンタクトベアリングを除く他のすべてのベアリングタイプに対する深溝玉軸受の最も重要な利点の 1 つです。ベアリングの限界速度 (または基準速度) は、ベアリングの内部形状、転動体のサイズと数、保持器の設計、および潤滑方法によって異なります。

深溝玉軸受は、次の理由により非常に高い速度定格を達成します。

• ボールは、同等のサイズのローラーベアリングのローラーよりも、発生する遠心力とジャイロ応力が大幅に小さくなります。
• 低い接触角 (ラジアル荷重下で公称 0°) により、高速時の軌道内でのボールの滑りが最小限に抑えられます。
• ボール補完部は、ケージの質量と慣性を最小限に抑える軽量ポリアミド製ケージ内に密に充填された状態に保つことができます。

6205 深溝玉軸受の基準速度は約 15,000 RPM（グリース潤滑時） そして最大まで オイル潤滑で 26,000 RPM 。同等の円筒ころ軸受が同じサイズで 10,000 RPM を超えることはほとんどありません。この速度上の利点により、深溝玉軸受は電気モーター、ファン、タービン、遠心ポンプ、および高速工作機械にとって普遍的な選択肢となっています。

深溝玉軸受のバリエーション: 単列、複列、シール型

深溝玉軸受の設計自体には、特定のアプリケーション要件に合わせて機能を拡張するいくつかのサブバリエーションがあります。

単列深溝玉軸受

単列深溝玉軸受 (ISO 指定シリーズ 6000、6200、6300、6400) は標準構成で、単一の内輪と外輪の間に 1 列の玉が配置されています。これは ISO 15:2017 で規定されているベアリングであり、ベアリング カタログ エントリの圧倒的多数に代表されています。単列深溝玉軸受は、荷重計算、寸法の標準化、互換仕様のリファレンス設計です。

複列深溝玉軸受

複列ベアリング (シリーズ 4200、4300) には、単一のベアリングエンベロープ内に 2 列のボールが含まれています。彼らはおよそを提供します ラジアル荷重容量が 50 ～ 70% 向上 同等の外形寸法の単列ベアリングよりも優れた軸方向容量とモーメント抵抗を実現します。これらは、曲げモーメントに対してシャフトの剛性が必要な場合や、用途で 2 つの単列ベアリングの負荷容量が必要だが、スペースの制約により 2 つの別々のベアリングを配置できない場合に使用されます。

シールドとシールドのバリアント

深溝玉軸受は、一体化されたシーリングに独特に適しています。その溝の形状は、自然に低摩擦接触シールと非接触シールドの配置に適しています。

• シングルシールド (Z サフィックス、例: 6205Z): 片側に金属シールドが1つあります。グリースを保持します。一方向からの粗大な汚染物質に対する部分的な保護を提供します。
• 二重シールド (ZZ サフィックス、例: 6205ZZ): 両側に金属シールド。非接触 — 摩擦の増加を最小限に抑えます。高速クリーン環境に最適です。電動機軸受の規格。
• シングルシール (RS サフィックス、例: 6205RS): 片側にゴム製接触シールが 1 つあります。シールドと比較して、優れた汚染保護とグリースの保持力を提供します。低から中程度の摩擦増加。
• 二重シール (2RS サフィックス、例: 6205-2RS): 最も広く使用されている密閉構成。両側の接触ゴムシールにより、 メンテナンス不要のグリースフォーライフベアリング ほとんどの産業および家電用途に適しています。シールの摩擦により、速度能力はオープンまたはシールド型と比較して約 20 ～ 30% 低下します。

アンギュラ玉軸受: 深溝が不十分な場合の代替品

深溝玉軸受がアンギュラ玉軸受に最も頻繁に置き換えられる用途は、アキシアル剛性を必要とするアキシアルおよびラジアルの複合荷重が高い用途であり、特に工作機械のスピンドル、精密ギアボックス、自動車のホイールハブユニットです。

アンギュラ玉軸受には、意図的に非対称な軌道、つまり接触角（通常は 15°、25°、または 40° ) は、深溝ベアリングのように荷重に応じて変化するのではなく、軌道の形状によって固定されます。この固定接触角は次のことを意味します。

• より高い軸方向剛性: 接触角は事前に定義されており、軸方向の荷重が増加しても「展開」する必要はありません。ベアリングは最大の構造剛性で軸方向の力に即座に反応します。熱や切削力による軸方向のたわみを最小限に抑える必要がある工作機械の精度にとって重要です。
• ベアリングあたり単一軸方向: アンギュラコンタクトベアリングは、その接触角によって定義される方向の軸力のみに抵抗します。対向するアキシアル荷重には、背中合わせ (DB)、対面 (DF)、またはタンデム (DT) 配置の 2 番目のベアリングが必要です。
• 誘導アキシアル荷重: ラジアル荷重がかかると、アンギュラコンタクトベアリングは誘導アキシアル荷重を生成します。この荷重は、二重配置の対向するベアリングによって反応する必要があります。これにより、深溝玉軸受には存在しない複雑さがベアリング配置の設計に追加されます。

標準的な 25 mm ボアの工作機械スピンドルの場合、背中合わせに配置された 7205 アンギュラコンタクト ベアリングのペアにより、 単一の 6205 深溝ベアリングよりも 3 ～ 5 倍高いアキシアル剛性 — 精密アプリケーションの追加コストと設置の複雑さを正当化します。

深溝では許容できない芯ずれを解決する自動調心玉軸受

深溝玉軸受は、シャフトとハウジングの位置ずれ、つまり角度ずれの影響を大きく受けます。 2 ～ 10 分角 (ベアリングのサイズとクリアランスに応じて) 不均一なボール荷重、エッジ応力、およびベアリング寿命の大幅な短縮を引き起こします。シャフトのたわみ、製造公差によるハウジングボアの位置ずれ、または熱歪みによってこの公差を超える位置ずれが生じる用途では、自動調心ボールベアリングが必要です。

自動調心玉軸受には球面の外輪軌道があり、外輪軌道は軸受の軸を中心とする球の一部です。この球面形状により、内輪、ボール、保持器アセンブリが外輪に対して最大で傾斜することができます。 2.5～3° 深溝ベアリングで発生するエッジ荷重を発生させません。その代償として、深溝ベアリングと比較して負荷容量が減少し (ボールの数が少なく、接触形状が好ましくない)、アキシアル容量が低くなります。

自動調心ボールベアリングは、農業機器、繊維機械、フレキシブルシャフトマウントを備えたファン、設置時にシャフトの位置合わせを厳密に制御できない、または動作中に維持できないコンベアシステムで一般的です。

寸法規格と互換性

深溝玉軸受の実用上最も重要な側面の 1 つ、そしてその優位性の主な理由は、ISO 15:2017 に基づく世界的な寸法標準化です。この規格では、すべての標準深溝玉軸受シリーズの境界寸法 (内径、外径、幅) が規定されています。これは、SKF、NSK、FAG、NTN、ティムケン、またはその他の ISO 準拠メーカーの 6205 ベアリングは寸法的に交換可能であることを意味します。同じシャフトとハウジングは、変更せずにどのブランドの 6205 にも対応できます。

深溝玉軸受の ISO 指定システムは、次の論理構造に従っています。

• 最初の桁 — シリーズ: 6 = 単一列の深い溝 (支配的なシリーズ)。 62xx = 60xx より広い。 63xx = さらに広い; 64xx = エクストラワイド。シリーズにより、外径と幅と穴径の比率が決まります。
• 最後の 2 桁 - ボアコード: 内径が 20mm 以上のベアリングの場合、5 を掛けて内径を mm 単位で求めます。 6205 = 25mm ボア。 6210 = 50mm ボア。 6220 = 内径 100mm。
• 接尾辞文字 — 構成: Z/ZZ（シールド）、RS/2RS（シール）、C3（内部すきま拡大）、P5/P4（精密級）、M（真鍮製保持器）、N（スナップリング溝）。

実用的な選択ガイド: 深溝ボールベアリングと他のボールベアリングをいつ使用するか

次の意思決定フレームワークは、技術的な違いを実用的な選択ガイダンスに統合します。

次の場合に深溝玉軸受を選択してください。

• この用途には、両方向のラジアル荷重と中程度のアキシアル荷重の組み合わせが含まれます。深溝により、複雑な組み合わせの配置を必要とせずに、単一のベアリングでこれに対応します。
• 高い回転速度が必要 - 電気モーター、ファン、ポンプ、小型タービン、家庭用電化製品
• 低騒音と低振動が最優先事項です。密閉型深溝ベアリングは、静かな電気モーターや家庭用電化製品の標準です。
• メンテナンスフリーのソリューションが必要です - 2RS 密閉型グリースフォーライフベアリングにより、潤滑メンテナンスが不要になります
• コストの最小化とサプライチェーンの簡素化が重要です。深溝玉軸受は、最も競争力のある価格で広く入手可能な軸受タイプです。

次の場合にアンギュラ玉軸受を選択してください。

• 工作機械スピンドル、高精度ギアボックスなど、重要な軸方向成分による高い複合荷重と高い軸方向剛性が同時に必要となります。
• この用途には、最大の剛性を実現するための予圧ベアリング配置が含まれます — CNC マシニング センター、三次元測定機
• コーナリングフォースにより大きな複合荷重がかかる自動車用ホイールハブユニット

次の場合に自動調心ボール ベアリングを選択してください。

• シャフトのたわみ、ハウジングの位置ずれ、または取り付けの不正確さが 0.25° (15 分角) を超える - コンベヤ、農業機械、繊維機器
• 長くて柔軟なシャフトは複数の点で支持されており、熱または負荷による曲がりが予想されます

次の場合にスラストボールベアリングを選択してください。

• 純粋なアキシアル荷重がほとんどを占め、ラジアル荷重は無視できます - 垂直シャフト用途、クレーンフック、スイベルプラットフォーム、スクリュースラスト用途
• 速度は遅く、ユニットサイズあたりのアキシアル荷重容量が主な要件です

深溝玉軸受と他のタイプの一般的な用途

深溝玉軸受が業界全体で実用化されていることから、深溝玉軸受が玉軸受カテゴリで優勢である理由と、他のタイプが特定のニッチ分野を開拓していることがわかります。