適切なベアリングの選び方

適切なベアリングの選び方

A ベアリング 回転アセンブリをガイドする機能を持つ機械コンポーネントです。したがって、ベアリングにより、一方の要素が他方の要素に対して回転できるようになります。したがって、ベアリングは、負荷を効率的に輸送することにより、機器がさまざまな速度で動くことを可能にする高精度部品です。精度と耐久性が高く、騒音や振動を最小限に抑えながら高速で動作できる必要があります。このタイプの機器は、自動車産業、航空宇宙分野、建設機械、 農業機械, CNCマシン, etc.

ベアリングには大きく分けて、玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、針状ころ軸受の XNUMX 種類があります。 ボールベアリングは最も一般的なタイプのベアリングですが、それぞれに長所と短所があります。 そのため、これらの各ベアリングを比較して、要件を満たす理想的なベアリングを決定することをお勧めします。

ベアリングの種類

ベアリング選定の優先順位は何ですか?

下表の順序で最適なベアリングを選定させていただきます。 以下のシーケンスは参考のみであることに注意してください。 実際に使用するベアリングを選択する際に最も重要なのは過去の成功事例と改善点ですので、この順序に忠実に従う必要はありません。

注文検査項目主な確認事項
ベアリングタイプどのような大きさと方向の荷重が必要ですか? 設置スペースに収まりますか?
軸受配置XNUMX つのシャフトに XNUMX つ (または ) のベアリングを使用していますか?
軸受の寸法と寿命寸法や寿命は要望を満たしていますか?
ベアリングの限界速度、回転精度、はめあい、内部すきま機械に必要な走行精度や剛性はありますか?
寿命を満足するはめあいや内部クリアランスは確保されていますか?
ベアリングの予圧と剛性機械に必要な剛性はありますか?
ベアリングの潤滑ベアリングは長期間安定して回転できますか?
ベアリング周りの部品どのような軸受周囲構造/アセンブリをお探しですか?
ベアリングの取り付け、取り外し機械の保守・点検が容易になりますか?

サイズ

ベアリングによって許容されるスペースは通常、非常に限られています。 多くの場合、シャフト径または軸受穴径は設計要件に応じて決定されます。 したがって、軸受の種類とサイズは確立された仕様を満たす必要があります。

たとえば、歯科医のドリルビットで使用されるベアリングは、石油掘削装置で使用されるベアリングよりも明らかに小さいです。

負荷

ほとんどの人は機械を設計するとき、まず強度要件を満たすようにシャフトのサイズを決定し、次にそれに応じてベアリングを選択します。 考慮すべき XNUMX 番目の要素は、ベアリングが耐えられる荷重です。
2種類の負荷:

– アキシアル荷重: 回転軸に平行
– ラジアル荷重: 回転軸に垂直

1)ラジアル荷重(軸直角方向)が主な場合はラジアル軸受を、アキシアル荷重(軸と同方向)が主な場合はスラスト軸受をご使用ください。 アキシアル荷重はスラスト荷重とも呼ばれます。

2)軸受荷重が軽い場合は玉軸受、重い場合はころ軸受を使用します。

3)XNUMXつの軸受にラジアル荷重とアキシアル荷重が同時に作用する場合(合成荷重)、合成荷重が軽い場合には深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受を選定します。 合成荷重が大きい場合には円すいころ軸受が使用されます。

2方向から大きなアキシアル荷重がかかる場合には、軸受を2つ組み合わせたり、複列軸受を使用したりできます。

複合荷重

各タイプのベアリングは、アキシアル荷重またはラジアル荷重をサポートするように特別に設計されています。 一部のベアリングは両方の荷重に対応できます。この場合、結合荷重を指します。 たとえば、複合荷重を運ぶ必要がある場合は、円すいころ軸受を選択することをお勧めします。 高いラジアル荷重に耐えられる軸受が必要な場合は、円筒ころ軸受を推奨します。 一方、ベアリングがより軽い荷重をサポートする必要がある場合は、通常は安価なボール ベアリングで十分な場合があります。

精度要件

ベアリングを選択する際の XNUMX 番目の重要な考慮事項は精度です。 ベアリングなどの特定の用途 CNCマシン、高い精度が必要です。 ショッピング カートの車輪などの他の用途では、精度は大きな問題ではありません。

柔軟性、エンクロージャのばらつき、製造誤差により、多少の位置ずれが生じる場合があります。 大幅なミスアライメントの場合、許容できないミスアライメントによりベアリングの故障が発生する可能性があります。 ミスアライメントが重要な問題である場合、自動調心特性を備えたボールベアリングまたはベアリングユニットが正しい選択です。

回転速度

RPM も考慮すべき要素です。 一部のベアリングは高速に耐えることができます。 円筒ころ軸受および針状ころ軸受には保持器が存在するため、保持器のない軸受よりも高速化が可能になります。 ただし、より高い速度を選択すると、負荷が犠牲になる場合があります。 位置ずれの可能性も考慮する必要があります。 複列ボールベアリングなど一部のベアリングはこれに適していません。

したがって、ベアリングの構造に注意を払う必要があります。インサートベアリングと球面ベアリングは、これらの位置ずれを簡単にサポートできます。 シャフトの曲がりや取り付け誤差によって引き起こされる位置合わせの欠陥を自動的に修正する自動調心ベアリングを選択することをお勧めします。 同様に、理想的なベアリングを選択する際には、動作条件も非常に重要です。 したがって、ベアリングを使用する環境を分析する必要があります。 ベアリングはさまざまな方法で汚染される可能性があります。 使用方法によっては、騒音、衝撃、振動が発生する場合があります。

耐久性

耐久性に関しては、剛性や温度耐性など、考慮すべき要素が数多くあります。 負荷がかかるとベアリングの接触面が変形する可能性があり、用途によっては重大な問題になる可能性があります。 アラスカの石油掘削装置が対処しなければならない氷点下の温度から、サウジアラビアの100度の砂漠まで、ベアリングが耐えられる動作温度の範囲も、選択の主要な考慮事項となるはずです。

シール

ベアリングの正確かつ長期的な動作を保証するには、シール システムの選択が必要です。 したがって、ベアリングが塵、水、腐食性液体、さらには使用済みの潤滑剤などの不純物や外部要因から常に十分に保護されていることを確認することが重要です。 この選択は、潤滑剤の種類、環境条件 (および汚染の種類)、流体圧力、回転速度によって異なります。 良い出発点として、流体圧力がシーリング システムを選択する際の決定要因となります。 圧力が高い場合 (たとえば、2 ~ 3 bar の範囲)、メカニカル シールが最適です。 それ以外の場合、選択は潤滑剤、グリース、オイルの種類に直接関係します。 たとえば、グリース潤滑の場合、最も一般的な解決策は次のとおりです。デフレクターまたはワッシャー、機械加工または溝のある狭いチャネル。

PTFE シールドボールベアリング
シールドスリムベアリング ラジアルボール Type C

プリロード

使用条件も、特にベアリングの組み立て時に選択に影響を与える可能性があります。 場合によっては、ベアリング アセンブリに予圧を追加して剛性を高めることができます。 さらに、予圧はベアリングの寿命とシステムの騒音レベルにプラスの影響を与えます。

予圧(ラジアルまたはアキシャル)を選択するには、ソフトウェアまたは実験を通じてすべての部品の剛性を知る必要があることに注意してください。 選択基準では、ベアリングに最適な材質も考慮する必要があります。 ベアリングは金属、プラスチック、セラミックで作ることができます。 軸受の材質はその用途によって異なります。 圧縮に対して最も耐性のあるベアリングを選択することをお勧めします。 ただし、使用される材料がベアリングの価格に影響することに注意してください。

維持します

ベアリングの用途によっては、検査やメンテナンスのために定期的な分解と再組み立てが必要になる場合があります。 このような用途には、分離可能なリングを備えたベアリングが最適です。
あらゆる種類のベアリングの性能を長持ちさせサポートすることに関しては、徹底した潤滑の重要性を過小評価することはできません。 過剰な潤滑、潤滑不足、汚れ、および混合潤滑剤はすべて、ベアリングの性能に影響を与える可能性があります。 「グリース寿命」、つまり再潤滑の間にベアリングが動作できる時間を考慮することも重要です。

ボールベアリングを選ぶ理由

最も一般的に使用されるベアリングは深溝です ボールベアリング。一般的な機械工学のほぼすべての種類の製品に使用されています。ボール ベアリングは通常、ラジアル接触用に最適化されています。つまり、ベアリングに接触する力を回転軸に対して垂直にしたい場合に便利です。ボールベアリングをアキシアル荷重に使用する場合は、ユニットが中程度のアキシアル荷重のみをサポートするように注意する必要があります。しかし、複列玉軸受構造を採用することでこの欠点を回避できます。ボールベアリングは低コストであるだけでなく、最もコンパクトであるため、最も広く使用されているベアリングタイプです。

深溝玉軸受 1

深溝玉軸受 次の利点があります。

(a) 深溝玉軸受は、玉のサイズが比較的大きいため、高い負荷容量を持っています。
(b) 深溝玉軸受はラジアル荷重とアキシアル荷重を負担します。
(c) ボールとレースが点接触しているため、摩擦損失が少なく、温度上昇が少ない軸受です。 シャフトの最大許容速度はベアリングの温度上昇によって決まります。 したがって、深溝玉軸受は、特に高速用途において優れた性能を発揮します。

(d) 深溝玉軸受は点接触のため騒音が少ないです。 (e) 深溝玉軸受の内径は数ミリメートルから 400mm までさまざまです。

高速で動作する小型ベアリングの場合は、ボール ベアリングの使用を強くお勧めします。

円筒ころ軸受を選ぶ理由

円筒ころ軸受 大きなラジアル荷重、非常に大きなラジアル荷重にも耐えることができます。円筒ころ軸受には多くの種類があります。ローラーの列数 (1 列、2 列、または 4 列) と保持器の有無によって異なります。ケージにより、ベアリングは大きなラジアル荷重と高速に耐えることができます。保持器がないため、ベアリングにころの列を設けることができるため、より大きなラジアル荷重に耐えることができます。唯一の欠点は、保持器のない円筒ころ軸受は保持器付きの円筒ころ軸受ほど高速に耐えられないことです。円筒ころ軸受は非常に堅牢で、軸受寿命が長いです。

ボールベアリングの点接触は線接触に置き換わります。 ころ軸受 特定のスペースで最大の耐荷重能力が必要な場合。 円筒ころ軸受は、保持器によって配置および案内される比較的短いころで構成されています。

円筒ころ軸受

円筒ころ軸受には次のような利点があります。

(a) 円筒ころ軸受はころと軌道面が線接触しているため、ラジアル荷重の負荷能力が非常に大きくなります。
(b) 円筒ころ軸受は玉軸受よりも硬いです。
(c) 摩擦係数が低いため、高速用途での摩擦損失が少なくなります。

円すいころ軸受を選ぶ理由

円すいころ軸受は、ラジアル荷重、アキシアル荷重、および複合荷重 (同時に) に耐えることができます。 剛性が高いため、負荷が非常に大きくなる可能性があります。 ボールベアリングとテーパーローラーベアリングの違いがよくわからない場合は、同じサイズのテーパーローラーベアリングの方がより重い荷重に耐えられることに注意してください。

したがって、このタイプのベアリングは、機械のシャフト、車両のトランスミッション (自動車からボート、ヘリコプターまで)、または自動車やトラックのステアリングホイールに推奨されます。

テーパーローラーベアリング

円すいころ軸受には次のような利点があります。

(a) 円すいころ軸受は、大きなラジアル荷重とスラスト荷重に耐えることができます。
(b) 円すいころ軸受の方が剛性が高い。
(c) 円すいころ軸受は分離部品を使用しており、組立・分解が容易です。

ニードルベアリングを選ぶ理由

円筒ころ軸受としては、 針状ころ軸受 ケージの有無にかかわらずご利用いただけます。保持器があれば非常に高速に耐えることができますが、保持器のない針状ころ軸受は非常に大きなラジアル荷重またはアキシアル荷重に耐えることができます。これらのベアリングはサイズが小さいため、設置面積が小さいことにも注意してください。たとえば、ギアボックスによく使用されます。