ボールベアリングは何に使用されますか?深溝ガイド

ボールベアリングは何に使用されますか?直接的な答え

ボールベアリングは、回転部品や可動部品間の摩擦を軽減し、ラジアル荷重とアキシアル荷重をサポートし、機械アセンブリのスムーズで正確な動きを可能にするために使用されます。 これらは、電気モーター、自動車のホイールハブ、産業用ギアボックスから歯科用ドリル、ハードディスクドライブ、家庭用電化製品に至るまで、回転するほぼすべての機械に使用されています。 ボールベアリングがなければ、金属と金属の接触によって発生する摩擦熱と磨耗により、ほとんどの最新の機械は稼働時間以内に故障してしまいます。

ベアリングの種類の中でも、 深溝玉軸受 最も広く使用されている 世界で。それらはおおよその割合を占めます 世界中のベアリング売上高の 30 ～ 40% 、大手ベアリングメーカーによると。多用途性、低摩擦、高速機能、および数千もの標準化されたサイズにわたる可用性により、ほぼすべての業界のエンジニアにとってデフォルトの選択肢となっています。

ボールベアリングの仕組み: 中心的な機械原理

ボールベアリングは転がり接触の原理で動作します。 2 つの表面が互いに滑り合うことで大きな摩擦が発生するのではなく、ベアリングは内輪 (内輪) と外輪 (外輪) の間に 1 組の硬化鋼球を挟み込みます。一方のリングが他方のリングに対して回転すると、ボールが精密に研削された軌道に沿って転がり、滑り摩擦が転がり摩擦に変換されます。

転がり摩擦は滑り摩擦よりも基本的に低いです。定量的に言えば、十分に潤滑されたボールベアリングは、 転がり摩擦係数約0.001～0.005 、潤滑滑り接触軸受（普通ブッシュ）の場合は 0.05 ～ 0.15 と比較します。この違いは、多くの場合一桁違いますが、ベアリングを使用する機器のエネルギー消費量の削減、発熱の削減、コンポーネントの寿命の延長に直接つながります。

ボールベアリングの 4 つの主要コンポーネント

• 内輪（内輪）： 回転軸に嵌合します。外面にはボールを案内し拘束する精密研磨された溝（軌道）が施されています。
• 外輪（外輪）： ベアリングハウジングに嵌合します。内面には適合する軌道が付いています。荷重はシャフトからボール、2つのレースを介してハウジングに伝達されます。
• 回転要素 (ボール): 軌道の間を転がる硬化鋼球 (通常は AISI 52100 クロム鋼、60 ～ 65 HRC に硬化)。ボールの直径、数、間隔によって負荷容量と定格速度が決まります。
• ケージ（リテーナー）： ボールを軌道の周囲に均等な間隔で配置し、急速な摩耗を引き起こすボール間の接触を防ぎます。用途要件に応じて、プレス鋼、真鍮、ポリアミド、または PTFE から作られます。

深溝玉軸受: 設計上の特徴とそれが主流となる理由

深溝玉軸受の名前は、軌道の形状に由来しています。内輪と外輪の両方の溝が、アンギュラ コンタクト ベアリングやスラスト ベアリングなどの他のタイプの玉軸受よりも、ボールの直径に比べて深くなっています。この深い溝がベアリングの多用途性の鍵となります。

標準的な深溝軸受では、軌道深さは約 ボール直径の 25 ～ 30% 。この形状により、ベアリングは、ベアリングやハウジングの設計を変更することなく、両方向のラジアル荷重 (シャフト軸に垂直な力) と中程度のアキシアル荷重 (シャフト軸に平行な力) を同時に処理できます。他のほとんどのベアリング タイプは、1 つの荷重方向のみを効率的に処理できます。

深溝玉軸受の主な設計バリエーション

• オープンベアリング (シールなし): 最大速度能力。外部潤滑管理が必要です。ベアリングがオイルバスまたは集中潤滑システムに浸される場合に使用されます。
• シールドベアリング (接尾辞 Z または ZZ): 片面または両面の金属シールドにより、内輪に接触することなく汚染の侵入を軽減します。低抗力。高速で適度にクリーンな環境に適しています。
• シールドベアリング (接尾辞 RS、2RS、または LLU): 片側または両側のゴム製接触シールにより、優れた汚染除去が実現し、グリースを長期間保持します。シールド付きバージョンよりも摩擦がわずかに高くなります。工場でグリースを塗布済み メンテナンスフリーの運用 — 家庭用電化製品、電気モーター、自動車付属品にとって最も一般的な選択肢です。
• スナップリング溝ベアリング (接尾辞 N または NR): 外輪の外径にある円周方向の溝は、追加の固定具なしでハウジング内の軸方向の位置に保持スナップ リングを受け入れます。
• ステンレス鋼ベアリング: AISI 440C または AISI 316 ステンレス鋼のリングとボールは、食品加工、海洋、または化学環境での耐食性を備えています。

ボールベアリングの用途: 業界別の内訳

ボール ベアリング、特に深溝ボール ベアリングは、幅広い産業にわたって重要な機能をサポートしています。次の内訳は、それらが使用される場所、どのような荷重に耐えられるか、各分野での一般的なベアリング仕様を示しています。

電気モーターと発電機

電気モーターは、深溝玉軸受の最大の応用分野です。 標準の IEC 誘導モーターは 2 つの深溝ボールベアリングを使用します 1 つは駆動端に、もう 1 つは非駆動端にあり、ローター シャフトを半径方向に支持し、ベルト ドライブやシャフトの位置ずれによって発生するアキシアル荷重を吸収します。分数馬力 (ファン、ポンプなど) から数百キロワットまでのモーターでは、6205、6206、6308 シリーズなどの標準化されたベアリング サイズが使用されます。世界のモーター生産量は年間 10 億個を超えており、これは最大量のアプリケーションとなっています。

自動車用途

現代の乗用車には以下のものが含まれています 100 ～ 150 個の個別ベアリング さまざまな種類の。深溝ボールベアリングは、特にオルタネーター、スターターモーター、エアコンコンプレッサードライブ、パワーステアリングポンプ、ウォーターポンプ補助ドライブ、トランスミッション入力シャフトに使用されています。オルタネーターのベアリング (通常は 6203 または 6204 深溝ボールベアリング) は、最大速度で動作します。 18,000RPM ベルトのラジアル荷重と軸方向の振動が組み合わされるため、精密グレードの密封された特別なグリースを塗布したユニットが必要です。

産業機械および変速機

コンベヤ システム、ポンプ、コンプレッサー、工作機械スピンドル、繊維機械、印刷機はすべて、シャフトのサポートに深溝玉軸受を使用しています。ギアボックス用途では、別個のスラストベアリングを配置することなくラジアル荷重とアキシアル荷重の合計に耐える必要がある入力シャフトと出力シャフトに使用されます。高精度（ABEC-5またはP5グレード）の深溝玉軸受は工作機械の主軸に使用されており、 ラジアル振れ2μm未満 が必要です。

家庭用電化製品および電化製品

ハードディスク ドライブ (HDD) スピンドル モーターは、歴史的に、小型深溝玉軸受 (内径 3 ～ 5 mm) を使用して、 7,200 ～ 15,000 RPM データアクセスパフォーマンスに必要なスピンドル速度。洗濯機のドラム シャフト、掃除機のモーター、電動工具のスピンドル、電動ファン モーターには、608 ～ 6205 サイズ範囲の深溝玉軸受が広く使用されています。どこにでもある 608ベアリング (内径 8 mm、外径 22 mm、幅 7 mm) は、世界で最も生産されている機械部品の 1 つであり、インライン スケートのホイールやハンド スピナーにも使用されるベアリングでもあります。

航空宇宙と防衛

航空機補助システム (燃料ポンプ、油圧ポンプ、アクチュエーター、計器、アビオニクス冷却ファン) では、MIL または AECY 仕様に適合した材料および潤滑剤を使用し、ABEC-7 または ABEC-9 公差に従って製造された精密深溝玉軸受が使用されています。これらのベアリングは、次の温度範囲にわたって性能を維持する必要があります。 −55℃〜200℃ 標準的な市販のベアリングが破壊されるような衝撃荷重がかかると、

医療および歯科機器

歯科用ドリルのハンドピースは最大速度で動作します。 400,000RPM セラミックまたは高級鋼製の穴径 1.5 ～ 3 mm の超小型深溝玉軸受を使用します。 MRI スキャナー傾斜コイル アセンブリ、外科用電動工具、および遠心分離機も高精度ボール ベアリングに依存しており、スムーズで振動のない回転が機器の精度や患者の安全にとって重要です。

深溝玉軸受の呼称体系の説明

深溝玉軸受は ISO 15 の寸法規格に従って製造され、すべての主要メーカー (SKF、FAG、NSK、NTN、KOYO など) が使用する標準化された指定システムによって識別されます。この指定を理解することで、エンジニアは正しいベアリングを指定し、世界中の互換性のあるサプライヤーから調達することができます。

したがって、 6205-2RS このベアリングは、内径 25 mm、外径 52 mm、幅 15 mm、両側にゴム接触シールを備えており、世界中の小型電気モーターやポンプで最も一般的に使用されているベアリングの 1 つです。

定格荷重と選択: 重要な性能データ

すべての深溝玉軸受は、選択を決定する 2 つの基本的な荷重パラメータ、つまり動定格荷重と静定格荷重で定格されています。これらの値を理解することは、ベアリングを正しく選択し、寿命を予測するために不可欠です。

動定格荷重 (C)

指定された動定格荷重 C (キロニュートン単位) は、同一のベアリングのグループが次の基本定格寿命に達する一定のラジアル荷重です。 100万回転 (L10 寿命 — 人口の 90% がこの回転数で生き残る負荷)。数百万回転におけるベアリングの寿命は、次の式を使用して計算されます。

L10 = (C / P)3 × 10⁶ 回転 ここで、P はキロニュートン単位の等価動軸受荷重です。

たとえば、6205 深溝玉軸受の動定格荷重は約 14.0kN 。 2.8 kN (C の 20%) のラジアル荷重で動作すると、L10 の寿命は (14.0 / 2.8)3 × 10⁶ = 1 億 2,500 万回転になります。 1,200 RPM で 17,400 時間 .

静定格荷重 (C₀)

静定格荷重 C₀ 許容限界 (0.0001 × ボール直径) を超えてボールが軌道面を永久的に変形させることなく、ベアリングが耐えることができる最大荷重を定義します。これは、疲労寿命の計算が主な基準ではない、低速、振動、または衝撃負荷がかかる用途の選択を決定します。

深溝タイプと他のタイプのボール ベアリング: それぞれが適切な場合

深溝玉軸受は最も汎用性の高い選択肢ですが、他の玉軸受タイプは特定の負荷条件や動作要件に合わせて最適化されています。違いを理解することは、エンジニアがあらゆる用途で深溝をデフォルトとするのではなく、正しいベアリングのタイプを選択するのに役立ちます。

潤滑: ボールベアリングの寿命における最大の要素

適切な潤滑が原因です ベアリングの耐用年数の 50% 以上の結果 、ベアリングメーカーの実地調査によると。潤滑不足と潤滑過多はいずれも早期故障の原因となります。各用途タイプの要件を理解することが不可欠です。

グリース潤滑（シールドベアリングおよびシールドベアリング）

• 工場で密封された 2RS ベアリングには、グリースが約 30% 充填されています。 内部空きボリュームの 25 ～ 35% — 潤滑には十分ですが、撹拌によって過剰な熱が発生するほどではありません。
• 標準グリース (リチウム石鹸ベース、NLGI グレード 2) は、次の動作温度に適しています。 −20℃〜120℃ 。特殊グリースは、極端な用途ではこれを -60°C または 200°C まで拡張します。
• 定期的な再グリース補給が必要なオープン ベアリングまたはシールド ベアリングの場合は、排出されたグリースを置き換えるのに十分なグリースのみを追加します。通常は、 ベアリングの自由空間の 30 ～ 50% — グリースを再注入した後、新しいグリースをパージして分配するために、ベアリングを負荷を軽減して 30 分間動作させます。

油潤滑（高速・高温）

• およそ 100 rpm 以上の速度ではオイル潤滑が推奨されます。 ベアリングの基準（制限）速度の 70% 、熱除去が必要な用途に適しています。
• オイルバス潤滑 (最下位ボールの中心にオイルレベル) は中程度の速度に適しています。濾過と冷却を備えた循環オイル システムは、工作機械のスピンドルや高速ターボ機械で使用されます。
• 粘度の選択は、ベアリングの内径と動作速度に基づいた ISO VG グレードの推奨事項に従います (通常は)。 ISO VG 32 ～ VG 100 ほとんどの産業用深溝玉軸受用途に適しています。

深溝玉軸受の一般的な故障原因とその予防方法

大手ベアリングメーカーの研究では一貫して次のことが示されています。 正しく選択され取り付けられたベアリングの材料疲労による故障は 1% 未満です 。現場での障害の大部分は、予防可能な要因によって引き起こされます。故障モードを理解することで、メンテナンス エンジニアは故障したベアリングを単に交換するのではなく、根本原因に対処できるようになります。

• 汚染 (故障の約 14% の原因): 塵、金属片、研磨粒子などによる固体粒子の汚染は、軌道面のへこみや摩耗の促進を引き起こします。予防策: シールドベアリングまたは適切なハウジングシールを使用してください。クリーンな潤滑方法を維持してください。
• 不適切な潤滑 (故障の最大 36%): 不十分な潤滑 (飢餓)、間違った潤滑剤の種類、劣化したグリース、または熱障害を引き起こす過剰なグリースが含まれます。予防策: メーカーの再潤滑間隔と推奨量に従ってください。
• 不適切な取り付け (失敗の最大 16%): 正しいリングではなく転動体を通して取り付け力を加えると、直ちに軌道が損傷します。予防策: 常にアーバー プレスまたはベアリング ヒーターを使用してください。内輪をシャフトに固定するために外輪を叩かないでください。
• 位置ずれ: シャフトとハウジングの間の角度のずれにより、軌道とボールの軌道にエッジ荷重がかかり、疲労が加速します。予防策: シャフトのたわみが予想される場合は、自動調心ベアリングまたはピロー ブロック ユニットを使用してください。標準の深溝ベアリングの場合、ハウジングのボアのアライメントが 0.05° 以内であることを保証します。
• 電流通路（溝付き）： 可変周波数駆動 (VFD) モーターの用途では、シャフトの浮遊電流がベアリングを通過し、軌道上に特徴的なフルーティング (洗濯板パターン) を引き起こします。予防策: 絶縁ベアリング ハウジング、セラミック コーティングされた外輪ベアリング、またはシャフト接地リングを使用してください。
• 誤ったブリネリング: 輸送中や機械のダウンタイム中に固定ベアリングが振動すると、ボールの各接触点で軌道に凹みが生じます。予防策: 保管中は定期的にシャフトを回転させてください。組み立てられた機械の輸送梱包に振動減衰を使用します。