さまざまなベアリングの種類の説明: 完全ガイド

概要：主なベアリングの種類と選び方

ベアリングは、ラジアル荷重および/またはアキシアル荷重をサポートしながら可動部品間の摩擦を軽減する機械部品です。あります 十数種類の異なるベアリングタイプ 一般的な産業用途では、それぞれが特定の荷重方向、速度、位置ずれ許容値、および環境条件に合わせて設計されています。間違ったタイプを選択すると、早期の故障、過剰な発熱、または不必要なコストが発生します。

あらゆる業界で最も広く使用されているベアリングのタイプは、 深溝玉軸受 — 多用途性、高速性能、低摩擦性が高く評価されています。ただし、重いラジアル荷重、高いアキシアル荷重、複合荷重、またはシャフトのミスアライメントがかかる用途では、それぞれ異なるベアリング タイプが必要になります。このガイドでは、情報に基づいた選択を行うために必要なデータを含むすべての主要カテゴリをカバーしています。

深溝玉軸受: 最も汎用性の高い軸受タイプ

深溝玉軸受 (DGBB) は、他のタイプのベアリングがよく比較されるベンチマークです。これらは、内輪、外輪、ボールのセット、および保持器で構成されており、深い軌道溝があり、ラジアル荷重といずれかの方向の中程度のアキシアル荷重の両方に耐えることができます。

構造と主な仕様

特徴は、内輪と外輪の両方に機械加工された深い連続溝です。この溝の形状により、ボールはそのサイズに比べて大きな接触面積を維持できるため、次のことが可能になります。

• ラジアル負荷容量: 主な設計負荷。ベアリングのサイズに応じて中程度から高程度まで
• アキシアル負荷容量: まで ラジアル荷重定格の ~50% どちらの方向でも、他のほとんどのボールベアリングタイプよりもはるかに高い
• 速度性能: すべてのベアリングの種類の中で最高のものの 1 つです。一般的なサイズは通常、次のように動作します。 10,000 ～ 30,000 RPM 以上
• 位置ずれ許容値: 非常に低い - 通常 ±0.05°～±0.10° ;シャフトとハウジングは正確に位置合わせされなければなりません
• 摩擦: 非常に低い走行摩擦 - エネルギー効率の高い高速用途に最適

一般的なバリアント

• オープン (シールなし): 摩擦が最も低い。外部潤滑メンテナンスが必要
• シールド付き (ZZ): 片面または両面に金属シールド。粗大な汚染を防ぎ、潤滑剤の一部を逃がします
• シールド (2RS): 両側にゴム製接触シール。完全封入グリース潤滑、汚染環境に最適
• ステンレス鋼: 腐食性または食品グレードの環境向け
• 薄肉部（ケイドンタイプ）： 軽量またはスペースに制約のある設計向けの非常に小さな断面

代表的な用途

深溝玉軸受は、電気モーター (実質的にすべてのフラクショナルおよびインテグラル馬力モーターで使用されています)、ポンプ、ギアボックス、家庭用電化製品、自動車用オルタネーター、および工作機械のスピンドルでは標準的な選択肢です。 SKF 6205-2RS (密閉型 25 mm ボア DGBB) は、世界で最も広く生産されているベアリングの 1 つで、洗濯機からコンベア ローラーまであらゆるものに使用されています。

アンギュラ玉軸受

アンギュラ玉軸受 (ACBB) は、アキシアル成分が重要なラジアル荷重とアキシアル荷重の複合荷重向けに設計されています。ボールは特定の位置で軌道面に接触します。 接触角 — 通常 15°、25°、または 40° — これにより、アキシャル荷重容量とラジアル荷重容量の比率が決まります。

• 15°の接触角: 中程度のアキシアル荷重を伴う高速アプリケーションに最適 (工作機械のスピンドルなど)
• 接触角25°: バランスのとれたラジアル/アキシャル能力。汎用複合積載
• 接触角40°: 高いアキシアル荷重容量。推力が支配的な場所で使用される

アンギュラ玉軸受はラジアル荷重がかかるとアキシアル反力が発生するため、ほとんどの場合アンギュラ玉軸受が使用されます。 ペアは背中合わせ (DB) または対面 (DF) に取り付けられます。 両方向の推力に対応します。これらは、工作機械のスピンドル、ボールねじ、自動車のホイール ハブ (フロント アクスル) の標準的な選択肢です。

円筒ころ軸受

円筒ころ軸受は、玉軸受のような点接触ではなく、軌道と線接触する円筒状の転動体を使用しています。この線接触により、荷重がはるかに広い領域に分散され、 ラジアル荷重容量1.5～3倍 同じ主要寸法の同等の深溝玉軸受よりも優れています。

• NU/Nタイプ： 1 つのリングからの軸方向の位置はありません。軸方向に自由に浮く - 熱膨張への対応に最適
• NJ/NFタイプ： 一方向の軸方向の位置。一方向の限られた推力に対処します
• NUP/NPタイプ： 軸方向の 2 方向の位置。中程度の推力を双方向で処理します

円筒ころ軸受も提供しています 高速性能 ローラーと軌道を非常に厳しい公差で精密に研磨できるため、ボール ベアリングに次いで 2 番目です。これらは、電気モーター、タービン、ギアボックス、圧延機で広く使用されています。重要な制限は、 ほぼゼロの位置ずれ許容誤差 — 通常 under ±0.04°.

円すいころ軸受

円すいころ軸受は、扱いやすいように設計されています。 ラジアル荷重とアキシアル荷重の複合荷重を同時に受ける 。ローラーと軌道の両方にテーパーが付いています。すべてのテーパー面は軸受軸上の共通点に収束しています。これが、純粋な転がり接触のための幾何学的要件です。

接触角 (通常、 10°～30° ) は、軸方向容量と半径方向容量の比率を決定します。角度が急になると軸方向の荷重が大きくなりますが、安定性を維持するにはより高い軸方向の予荷重が必要になります。アンギュラ玉軸受と同様に、円すいころ軸受も 反対側のペアで使用される 一方向のアキシアル荷重のみをサポートするためです。

• ラジアル負荷容量: 非常に高い - 転がり軸受タイプの中で最も高い
• アキシアル負荷容量: ベアリングごとに一方向に高い。ペアリングすると非常に高い
• 速度評価: 中 - ローラー大端リブの滑り摩擦により、円筒ころ軸受やボール ベアリングよりも低い
• プリロード要件: インストール中に適切にプリロードする必要があります。不適切な予圧は早期故障の主な原因です

自動車のホイール ベアリング、車両ディファレンシャル、アクスル シャフト、重工業用ギアボックスが主な用途です。の ティムケン 30206 シリーズは、自動車および産業用途で最も認知されている円すいころ軸受ファミリーの 1 つです。

自動調心ころ軸受

自動調心ころ軸受には、共通の球面外輪軌道上を走行する 2 列の樽型ころが含まれています。この球面外輪軌道により、軸受は 最大 ±2° ～ ±3° の角度ずれを自動調整します - シャフトのたわみ、ハウジングの歪み、取り付け誤差が避けられない場合に推奨される選択肢です。

• ラジアル負荷容量: 非常に高い - すべての転がり軸受タイプの中で最も高いものの 1 つ
• アキシアル負荷容量: 両方の方向に同時に中程度
• 位置ずれ許容値: ±1°～±2.5° — ローラーベアリングタイプの中で最高のもの
• 速度性能: 中程度。ボールベアリングよりも低いですが、ほとんどの重工業用ドライブには十分です

重量コンベヤ システム、製紙工場、鉱山機械、破砕機、ファン、船舶用プロペラ シャフトは、古典的な自動調心ころ軸受の用途です。これらは、サポート間のスパンが長くシャフトのたわみが大きくなる場合、または正確な位置合わせの達成または維持が難しい場合に選択されます。

ニードルベアリング

針状ころ軸受は、 長さと直径の比は 3:1 ～ 10:1 — 従来の円筒ころよりもはるかに高い。このスリムなプロファイルにより、 非常にコンパクトな断面で非常に高いラジアル荷重容量 、スペースに制約のある設計には欠かせないものとなっています。

• ドローカップ（シェル型）： 薄いアウターシェルはスチールから打ち抜き加工されています。トランスミッションプラネタリーセット、ロッカーアームピボットに使用
• ケージ内のアセンブリ: ローラーはケージ内に保持されます。内部軌道面として硬化シャフトとともに使用すると、さらにスペースを節約できます
• ニードル/推力の組み合わせ: 針状ころラジアルエレメントとスラストワッシャアセンブリを組み合わせて、コンパクトな複合荷重処理を実現

自動車トランスミッション、2 ストローク エンジン (コンロッド スモールエンド)、油圧ポンプ、ユニバーサル ジョイント (U ジョイント) は、ニードル ベアリングの主な用途です。トレードオフは ゼロの位置ずれ許容値と衝撃荷重に対する感度 .

スラストベアリング：ボールスラスト軸受とローラスラスト軸受

スラストベアリングは、搬送用に特別に設計されています。 純粋な、または主にアキシアル（スラスト）荷重 シャフト軸と平行に作用します。これらはラジアル荷重容量をほとんどまたはまったく提供しないため、両方の荷重タイプが存在する場合はラジアル ベアリングと組み合わせて使用​​する必要があります。

スラストボールベアリング

保持器内の2つのワッシャー（軌道）と1組のボールで構成されています。シンプルで経済的で、比較的低速から中速で適度なアキシアル荷重が可能です。自動車のステアリングコラム、バースツール、レイジースーザンタイプのターンテーブルによく見られます。 高速アプリケーションには適さない — 遠心力により、高 RPM ではボールが滑ります。

スラスト円筒ころ軸受および円すいころ軸受

ボールの代わりにローラーを使用して、 大幅に高いアキシアル荷重容量 ライン連絡で。円すいころスラスト軸受は非常に重いアキシアル荷重に耐えることができ、クレーンのフック、掘削装置、船舶用スラストブロックに使用されます。スラスト円筒ころ軸受は、工作機械のテーブルやプレスなどに使用されます。

スラスト自動調心ころ軸受

非常に高いアキシアル荷重容量と、 最大±2°の自動調心機能 。また、中程度のラジアル荷重を負荷することもできます。船舶プロペラのスラスト軸受、立型ポンプ、押出機など、大きなアキシアル荷重と多少のミスアライメントが共存する用途に使用されます。

自動調心玉軸受

自動調心玉軸受は、共通の球面外輪軌道上を走る 2 列の玉を備えています。原理的には自動調心ころ軸受と同じですが、ころの代わりに玉を使用します。彼らは対応します 角度ずれ±1.5°～±3° 、深溝玉軸受よりも優れていますが、自動調心ころ軸受よりもラジアル荷重容量は劣ります。

自動調心ころ軸受に対する主な利点は次のとおりです。 低摩擦と高速性能 そのため、アライメントに不確実性がある軽度から中程度の負荷がかかるシャフトに適しています。農業機械、繊維機械、コンベアの巻き取りプーリーが代表的な例です。

主要ベアリング全タイプの比較

以下の表は、選択の決定をサポートするために、主要なベアリング タイプ全体で最も重要な性能パラメータを直接比較したものです。

適切なベアリングのタイプを選択する方法: 実践的なフレームワーク

正しい軸受タイプを選択するには、動作条件を系統的に評価する必要があります。適切な選択肢を絞り込むには、次の手順に従ってください。

1. 荷重の方向を決定します。 ラジアルのみ→円筒ころまたはDGBB。アキシアルのみ→スラストベアリング。複合→アンギュラ接触、円すいころ、自動調心ころ。
2. 負荷の大きさを評価します。 軽～中荷重→ボールベアリング（低摩擦、高速）。重荷重 → ローラーベアリング（線接触、サイズ当たりの容量が大きい）。
3. 動作速度の評価: 高速 (通常 3,000 ～ 5,000 RPM 以上) では、ローラー タイプよりもボール ベアリングが有利です。非常に高速な場合には、深溝またはアンギュラ玉軸受が推奨されます。
4. アライメント状態を確認します。 軸の振れやハウジングの芯ずれが±0.1°を超える場合は、自動調心玉軸受（軽荷重）または自動調心ころ軸受（重荷重）をご使用ください。
5. スペースの制約を考慮してください。 狭いラジアル空間 → 針状ころ軸受。アキシアル断面が薄肉→薄肉ボールベアリングまたはスラストワッシャー。
6. 環境の要素: 汚染または洗浄 → 密封型深溝玉軸受または密封型自動調心ころ軸受。腐食環境 → ステンレススチールまたはセラミックハイブリッドベアリング。
7. ベアリング寿命 (L10) を計算します。 ISO 281 の基本定格寿命公式を、選択したベアリングの動定格荷重 (C) および等価動荷重 (P) とともに使用します。ターゲット L10 ≧ 20,000 時間 ほとんどの産業用途に対応します。

業界および用途別の軸受タイプの選択

特定の業界およびアプリケーションの種類では、数十年にわたる運用経験に基づいて、ベスト プラクティスのベアリング タイプの選択が確立されています。

タイプ別のベアリングの潤滑とメンテナンスの考慮事項

潤滑要件はベアリングのタイプによって大きく異なり、定格耐用年数を達成するために重要です。 ベアリングの早期故障の 50% 以上 潤滑油の問題は、少なすぎる、多すぎる、間違った種類、または汚染された潤滑剤が原因であると考えられます。

• 深溝玉軸受 (sealed): 工場出荷時に永久グリースが充填されているため、通常の状態では再潤滑の必要はありません。 20,000時間 .
• 自動調心ころ軸受および円筒ころ軸受（大）： 通常、ギアボックス内ではオイルで潤滑されるか、定期的にグリースで潤滑されます。つまり、毎回グリースを補給します。 2,000～5,000時間 工業環境では一般的です。
• 円すいころ軸受: 潤滑剤の種類と予圧の両方に細心の注意を払う必要があります。オイルの粘度の選択は重要です。 ISO VG 150–320 オイルは、工業用円すいころ軸受用途に一般的です。
• 針状ころ軸受： 多くの場合、オイルスプラッシュまたはオイルミストで潤滑されます。エンジン用途では、エンジンオイル回路に依存するため、適切なオイル供給は交渉の余地がありません。
• スラストベアリング: 高いアキシアル荷重下で油膜を維持する必要があります。重負荷のスラスト用途では、一般にグリースよりもオイル潤滑が推奨されます。