ベアリング製作の究極ガイド

ベアリング製作の究極ガイド

ボールベアリングは最も広く使用されているベアリングであり、さまざまな機械的動作において重要な役割を果たしています。ボールベアリングは、信頼性と効率が重要な高負荷、高速用途において、回転をサポートし、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するために使用されます。ボールベアリングがなければ、多くの機械や装置は効率的かつ安全に動作しません。 。したがって、ボールベアリングがどのように作られるかについて非常に興味があるかもしれません。 Aubearing では、さまざまな形状、材質、サイズ、その他の要件に合わせたボール ベアリングの製造を専門としています。オーベアリングは、ボールベアリング製造における長年の経験に基づいて、ベアリング製造のプロセスガイドをまとめました。

ボールベアリングとは

ボールベアリング

玉軸受は内輪、外輪、玉、保持器、シールで構成されています。内輪はシャフトに接触し、外輪は外殻に接触します。ボールは内輪と外輪を分離し、転動体の摩擦を軽減します。ケージはボールを分離し、ボールを均等な間隔に保ち、ボール同士の摩擦を防ぎます。また、シールは塵、破片、その他の汚染物質がベアリングに入るのを防ぎ、ベアリング システムの寿命を延ばします。ボールは、ベアリングレースを分離しておく転動体です。ボールが軌道上を転がり、機械や装置がスムーズに回転します。ボールベアリングは、ポンプ、OA製品、医療機器、電動工具、エンコーダ、AC/DCモータ、流量計、計測機器などの機器に使用されています。

ボールベアリングには多くの種類があります。 1 つは深溝玉軸受で、これは最も一般的なタイプの玉軸受であり、高速性と低摩擦が必要な幅広い用途に使用されています。 2つ目は アンギュラ玉軸受、ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方に対処できるように設計されており、工作機械、ポンプ、タービンなどの高速、高精度の用途に最適です。 3つ目は スラスト玉軸受、一方向のアキシアル荷重を処理するように設計されており、高いアキシアル荷重能力を必要とする自動車のトランスミッションや重機などの用途でよく使用されます。 4番目は、 自動調心玉軸受、シャフトとハウジングの間のミスアライメントを補正するように設計されています。シャフトのたわみ、位置ずれ、または取り付け誤差が存在する可能性がある用途に最適です。 5つ目は ミニチュアベアリング、小型モーターや医療機器などの小型用途に使用されます。第 6 に、フランジ玉軸受は、所定の位置に固定する必要があるシャフトや支持構造上など、軸受を特定の位置に配置する必要がある用途に使用されます。

ボールベアリングの作り方

ボールベアリングには、マイクロ医療歯科機器やマイクロモーターで使用される直径 1.0 mm の超小型ベアリングから、頑丈な機器で使用される直径 17 フィートを超える大型ベアリングまで、数百ものサイズがあります。ボールベアリングはどのように作られるのでしょうか?ボールのボールをあんなに丸くするにはどうすればいいですか?その答えは、機械加工、熱処理、研削、ホーニング、組み立て、品質管理などを含む多段階の製造プロセスです。違いはあるかもしれませんが、次のプロセスは、今日の標準的なボール ベアリングの大部分の製造に適しています。

軸受メーカーは顧客の要求に基づいて適切な材料を選択します。用途に応じて、スチール、セラミック、ステンレスなどの材質をご用意しております。考慮すべき要素には、負荷容量、回転速度、動作温度、耐食性、コストが含まれます。各ベアリング材料には独自の長所と短所があり、意図された用途におけるボール ベアリングの性能と寿命に影響を与える決定的な役割を果たします。ケージの材質には、型抜き鋼、型抜き黄銅、機械加工鋼、機械加工青銅、成形ナイロンまたはポリオキシメチレン (POM)、およびフェノール樹脂が含まれます。

鋼鉄: ボールベアリングの材料として最も広く使用されているのはスチールです。鋼は強度、硬度、耐摩耗性に優れており、大きな圧力に耐えることができます。一般的には高炭素クロム鋼(通称軸受鋼)が使用されます。使用される特定の鋼グレードには、AISI 52100、AISI 440C、または他の同様の合金が含まれる場合があります。これらの鋼は、必要な硬度と靭性を達成するために熱処理プロセスを受けます。 AISI 52100 は、熱処理プロセスに応じて華氏 1 度以上まで寸法安定性のあるクロム鋼 (1.5% 炭素、250% クロム合金) です。 AISI 52100 は、優れた弾性、加工性、均一性も備えています。もう 440 つの人気のある材料は、耐腐食性を目的として使用される AISI 440C ステンレス鋼です。 AISI 52100C は 70 よりも加工コストが高く、同程度の負荷を処理できません。華氏 440 度では、85C は 52100 の 50% の耐荷重があります。ベアリングの騒音を低減したり疲労寿命を延ばしたりするために、他のマルテンサイト系ステンレス鋼も使用されています。 AISI M50 鋼は、航空宇宙産業などの重要なシステム用途で使用されています。他の合金には M50 などがあります。 M52100 は 4 の 50 倍の信頼性があり、強度を高めるために 52100% のモリブデンが含まれています。 MXNUMX は XNUMX の約 XNUMX 倍高価であるため、主なトレードオフはコストです。

クロムスチール SAE-52100

セラミック: セラミックボールベアリングには、スチールベアリングに比べていくつかの利点があります。これらは通常、窒化ケイ素 (Si3N4) や酸化ジルコニウム (ZrO2)、炭化ケイ素などの材料で作られています。セラミックボールベアリングは優れた耐食性を備え、軽量で摩擦係数が低く、電気絶縁性があり、高温での動作が可能です。これらは通常、高速、極端な温度、または過酷な環境への耐性が必要なアプリケーションで使用されます。セラミック ボール ベアリングの価格は、通常、AISI 52100 や AISI 440C よりもはるかに高価です。最も一般的なセラミックベアリングは、内輪と外輪がステンレス鋼製、ボールがセラミック製のハイブリッドセラミックベアリングです。

窒化ケイ素フルセラミックベアリング 1

ステンレス鋼: ステンレスボールベアリングの最大の利点は耐食性です。 AISI 304 や AISI 316 などの最も一般的なステンレス鋼合金ベアリングには、高濃度のクロムとニッケルが含まれています。ステンレス鋼ベアリングは、食品加工、医療機器、海洋用途などの業界で一般的に使用されています。

ベアリング-ステンレス鋼

プラスチック:不思議に聞こえますが、そうです、ボールベアリングの材質はプラスチックでも構いません。プラスチックボールベアリングは主に、子供のおもちゃなど、低荷重、軽量、非精度の用途に使用されます。プラスチックベアリングはメタルベアリングとは製造工程が異なるため、本ブログではプラスチックベアリングの製造工程については触れません。

プラスチックベアリング

ベアリングの内輪・外輪の製作

ベアリングの内輪と外輪は金属リングなので製造工程は同じですが、サイズが異なります。リングは、CNC 旋盤に似た自動機械を使用してチューブとして開始され、その切削ツールが金属チューブを基本形状に切断し、次の熱処理ステップでの反りを考慮して少量の余分な材料を残します。通常、ベアリング番号と製造元情報は外輪に印刷されています。

次に、金属リングは熱処理炉で硬化され、リングのサイズに応じて 1,550 分から数時間、華氏約 840 度 (摂氏 20 度) で加熱されます。次に、油で冷却し、300 番目の炉で約 148 度 (摂氏 XNUMX 度) で焼き戻し、空冷して、靭性をさらに強化します。このプロセスにより、軌道面の強度と耐久性が向上します。

ベアリングの内輪・外輪の製作

内輪と外輪は精密な寸法と滑らかな表面を実現するために研磨されています。軌道面は砥石仕上げが必要ですが、軌道面が硬すぎるため切削工具では仕上げることができません。リングの各セクションを研磨して、適切な軸受の幅、半径、軌道の位置、形状を確保する必要があります。アンギュラコンタクトベアリングなどの一部のベアリングでは、リング寸法の公差を厳密にするために、後続のプロセスで追加の研削が必要になります。

ベアリングボールの製作

ベアリングにとってボールは非常に重要です。丸くて滑らかなボールはベアリング内部の摩擦を最小限に抑えることができます。ボールの初期状態は、非常に特殊かつ徹底した製造プロセスを通じて「冷間圧造」された鋼線または棒状のブロックです。冷間圧造とは、ワイヤーを切断し、両端を叩いて粗いボールを形成することを意味します。ボールの周りにはリング(バリとも呼ばれます)があります。次に、ラフボールを裏返して「バリ」を取り除きます。ボールは、一方が回転し、もう一方が静止している 8 つの鋳鉄ディスクの間の溝に繰り返し供給されます。粗い溝が効果的にバリを取り除き、ボールはかなり丸く、次の研削ステップで実際に使用するサイズよりわずかに大きくなります。もちろん、ボールにも軌道面と同様の熱処理(加熱焼き戻し)を施し、耐久性、靭性、硬度を高めています。最後に、ボールをグラインダーに移して、適切なサイズと真円度を実現します。ボールはグラインダーで研磨するか、研磨ペーストを使用して表面を完全に滑らかにします。ボールはグラインダーの中に 10 ~ XNUMX 時間放置され、完全に滑らかなボールが作成されます。

ベアリングボールの製作

ボールベアリングケージは通常スチール製で、薄い金属板で作られています。保持器の最終形状は金型内で形成されます。この金型は、互いに嵌合する 2 つの鋼片で構成されており、ケージを金型に配置して金型を閉じると、正しい形状に曲げられます。場合によっては、製造コストが安いため、ベアリングの保持器の材質がプラスチックになることもあります。また、プラスチック製保持器の方が鋼製保持器よりも摩擦係数が低いと考える人もいます。プラスチック製のケージを作成する場合は、金型に溶融プラスチックを充填し、硬くなるまで固化させる射出成形プロセスが使用されます。次に、完成したプラスチック製ケージを取り外し、ベアリングの他の部品と組み立てます。

軸受保持器の製作

ベアリングの組み立て

軸受の 4 つの部品が製造されたので、いよいよ軸受を組み立てます。内側のリングは外側のリングの内側に位置し、ボールのためのスペースをそれらの間に残すためにできるだけ片側に押されます。サイズに応じて、正しい数のボールを慎重にケージに入れます。保持器はボールを互いに分離し、保持器と内輪および外輪を互いに押し付けます。スチール製ケージの場合は、取り付けてリベットで固定する必要があります。ベアリングがより高い負荷に耐えられるようにするには、ケージとリングを特定の温度に加熱し、アセンブリ全体が冷えるまで所定の位置に保持する必要があります。プラスチック製のケージは通常、簡単に「はめ込み」ます。ほとんどの場合、ベアリングの周囲に防錆剤を塗布してからお客様の住所に発送されます。

ボールベアリングの組み立て

ベアリング製造プロセスの最後のステップは品質管理です。これには、ボール ベアリングの精度、騒音、振動、その他の要素のテストが含まれます。ボールベアリングは、その信頼性と耐久性を確保するために、厳格なテストと品質管理手順を経ています。

  • 座面の汚れをきれいにする: 認定された溶剤を使用して、ベアリングから汚れ、破片、錆を取り除きます。

  • 検査: 目に見える欠陥がないかベアリングを目視検査し、磁性粒子を使用してベアリングに亀裂、磨耗、凹凸のある表面、その他の問題がないか検査します。

  • 寸法測定:特殊な軸受試験機や三次元座標測定機を使用して、内外径、鋼球のサイズ、幅などの重要な寸法を測定します。

  • 真円度・振動測定: ベアリング部品の真円度を評価し、理想的な円形形状からの振れや偏差を測定します。

  • 表面粗さ解析:座面の平滑性または粗さを評価します。

  • 梱包: ベアリングの種類に応じて、適切な潤滑剤をベアリングに塗布してください。最後に、振動ドラムに入れて徹底的に洗浄し、ベアリング パッケージに密封します。

ベアリングの精度が高いため、Aubearing は最終製品の最高品質を保証するために、プロセス全体を通じて厳格なテストを実施します。熱処理工程では定期的に検査を行うほか、全工程で欠陥の有無を検査します。サイズと形状も重要であり、ボールと軌道の表面は可能な限り滑らかでなければなりません。

まとめ

このガイドでは、材料から品質管理システムに至るベアリング製造プロセス全体の概要を説明し、プロセスに興味のあるエンジニアが高品質ベアリングを作成するために必要な手順を包括的に理解できるようにします。ボール ベアリングの製造は、精度と細部への注意が必要な複雑なプロセスです。軸受技術の絶え間ない進歩と軸受に関する知識の蓄積により、メーカーはお客様のニーズを満たす高品質な軸受を自信を持って生産することができます。