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ブッシングとベアリングの究極ガイド
今日の世界では、ほぼすべての機械がブッシュとベアリングに大きく依存しており、そうでないと機能を停止してしまいます。ブッシュとベアリングの主な機能は、XNUMX つの可動部品が相互作用するときに発生する摩擦を軽減し、コンポーネント間の摩耗を軽減することです。ブッシングとベアリングは、騒音を低減し、耐用年数を延ばし、消費電力を削減し、機械の効率を最大化し、アプリケーションを高速化するのに役立ちます。ブッシングとベアリングはさまざまな操作や環境に適応します。ブッシングとベアリングのどちらを選択しますか? XNUMX つの違い、それぞれの長所と短所、および一般的なアプリケーションを理解する必要があります。特定の要件を満たすために産業用途に適切なタイプのブッシングまたはベアリングを選択するには、広範な知識が必要です。ブッシングとベアリングアセンブリ、その主な特徴と用途、そして使用する材料が最終用途にどのように大きな影響を与える可能性があるかを詳しく見てみましょう。
基本的に、ブッシュとベアリングの間に大きな違いはありません。ブッシュもベアリングの一種です。一般に、「ベアリング」は摩擦を軽減しながら XNUMX つのコンポーネント間の動きを促進します。一般的なベアリングは、互いに転がり合う XNUMX つの表面を備えたシンプルな設計で、XNUMX つの嵌合部品が摩擦なしで動くことができます。回転運動するか直線運動するかによって、ラジアル軸受、スラスト軸受、リニア軸受に大別されます。 「ブッシング」は、特定の用途で使用される特殊な設計のベアリングです。要約すると、ブッシュはベアリングですが、ベアリングは必ずしもブッシュであるとは限りません。それが明確になったので、さまざまな種類のベアリングと、ブッシュとベアリングの違いを詳しく見ていきます。
ベアリングとは何ですか?
ベアリングは精密に作られた機械部品であり、これにより機械が超高速で動くことができるようになり、可動部品間の摩擦や取り扱いストレスが軽減されます。また、軸上で他の部品が相対運動する際に、運動力を伝達する際の摩擦係数を低減し、回転軸の中心位置を一定に保つために利用されているとも言えます。ほとんどのベアリングは、機械の回転シャフトを支持するために使用されます。ベアリングは機械部品間の相対的な動きを可能にし、部品間に何らかの位置を提供します。使用できるベアリングの形式は、必要な相対運動の性質とそれに課せられる拘束の種類によって異なります。その精度、パフォーマンス、寿命、信頼性は、ホスト マシンの精度、パフォーマンス、寿命、信頼性において決定的な役割を果たします。
ベアリングタイプ
ベアリングは、ジャーナルベアリングとスラストベアリングの XNUMX つの主要なカテゴリに分類できます。
ジャーナルベアリング：荷重は軸に対して直角に作用します。
スラスト軸受：荷重は軸と平行に作用します。
どちらのカテゴリにも、同じ基本構造と目的を持つさまざまなタイプのベアリングがあります。主な違いは、処理する荷重の種類と使用する転動体の種類です。以下に、各タイプの簡単な例を示します。
ボールベアリングの転動体は完全な球形のボールで、ベアリングレースの間に位置し、ベアリングレース間の分離を維持する転動体として機能します。ボールベアリングはその球面形状により任意の方向に回転でき、複合荷重（ラジアル荷重とアキシャル荷重）を支えることができます。回転摩擦は最小限に抑えられますが、接触面積は限られています。重荷重や衝撃ではなく、軽負荷から中負荷の用途に最適です。スチールまたはセラミックのボールが内輪と外輪の間に取り付けられ、古典的なボール ベアリングが形成されます。これらは、静止部品と可動部品の間の摩擦を軽減しながら、回転軸をサポートするように設計されています。ボール ベアリングは、回転軸をサポートしながら、これらのコンポーネントと静止コンポーネントの比率を減らします。球体 (通常は鋼球ですが、高温で動作するセラミック球も使用されます) が内輪と外輪の間に取り付けられます。ベアリング アセンブリは、用途に応じて単列または複数列にすることができます。玉軸受には大きく分けて、ラジアル荷重の負荷能力が高い深溝玉軸受と、ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方に耐えられるアンギュラ玉軸受のXNUMX種類があります。ボール ベアリングは、複雑な航空宇宙工学から日常のスケートボードに至るまで、幅広い用途で使用されています。一般的なボール ベアリングのタイプは次のとおりです。
ころ軸受
ローラーベアリングはボールベアリングよりも重い荷重に耐えることができます。転動体は円筒形またはテーパ状で、内輪と外輪の間に取り付けられます。その目的は、可動シャフトと静止コンポーネントの間の摩擦を最小限に抑えることです。円筒ころ軸受は通常ステンレス鋼で作られており、重いラジアル荷重に適しています。低摩擦設計により熱や騒音が発生しないため、高速用途に最適です。円筒ころ軸受は、自動車、鉱業、建設などの多くの業界のギアボックス、電気モーター、ポンプに使用されています。低速用途の場合は、自動調心ころ軸受を使用してください。これらの自動調心ベアリングは、重大な位置ずれ、振動、突然の衝撃に耐えることができ、XNUMX 列に取り付けると非常に大きなラジアル荷重とアキシアル荷重に耐えることができます。スラストローラーベアリングにも同様のミスアライメント管理特性があります。一般的なころ軸受のタイプは次のとおりです。
ロッドエンドベアリング
コンパクト、軽量で取り付けが簡単なロッドエンドは、重度の交互荷重に信頼できる選択肢です。基本設計は球面軸受を組み込んだシャンク一体型丸ヘッドです。固定されているため、他のベアリングのようなロッドエンドのズレがありません。ロッドエンドは取り付けベアリングであり、ボルト締めアセンブリ (ピローブロックを含む) に取り付けられた一連のベアリングです。通常、回転シャフトが露出した機械で使用されます。カムフォロアもバリエーションのひとつです。衝撃に耐えるために厚い外輪と柔らかい内輪があり、カムと連携して回転運動を直線運動に変換します。ロッドエンドに取り付けられた球面ベアリングは、スティックスリップを最小限に抑え、摩擦を安定に保つために一定の接触面積を必要とします。潤滑は非常に重要ですが、不純物の存在が許容されない用途では潤滑が問題を引き起こす可能性があります。
ブッシュとは何ですか?
ブッシングは、可動面間の滑り運動によって動作するシャフト上の荷重を支持するように設計された円筒形のコンポーネントです。ブッシングは単一の要素アセンブリですが、いくつかの異なる材料で構成されている場合があります。スリーブ ベアリングとも呼ばれるブッシングは、ロッドまたはシャフト上でスライドして極めて低摩擦の動きを実現し、優れた衝撃吸収性を実現し、エネルギーの使用、騒音、摩耗を最小限に抑えるように機能します。
ブッシュにはどのような種類がありますか?
市場には、材料組成の異なるいくつかのタイプのブッシングが市販されています。高圧や衝撃にうまく対処できるものもあれば、腐食に耐えられるものもあります。産業用や製造業などの用途や使用環境に応じて、最適なブシュのタイプをお選びいただけます。ブッシングは XNUMX つの主要な要素に基づいて分類できます。素材も形も。材質に応じて、複合ブッシュ、金属ブッシュ、プラスチックブッシュの XNUMX つの一般的なタイプのブッシュがあります。ブッシュには形状により円筒滑りブッシュ、フランジブッシュ、スラストワッシャー、滑り板のXNUMX種類があります。
ポリマーまたは複合ブッシング
複合ブッシュとも呼ばれるポリマーブッシュは、重い荷物を運ぶのに適しています。これらは、低摩擦性と耐摩耗性の特性により、最も一般的に使用されるブッシングです。ポリマーまたは複合ブッシングは、不適切な潤滑によって引き起こされる機器の損傷を軽減します。さらに、機械またはマイクロメカニズムの XNUMX つの摩擦部品のうちの少なくとも XNUMX つがポリマーで構成されている場合、ポリマーまたは複合ブッシングは回転運動を伝達するために使用されます。ポリマーまたは複合ブッシングは、従来のベアリングが適さない危険な環境でも使用できます。これらのブッシングは、建設機械、油圧システム、医療機器、航空宇宙などのさまざまな業界で使用されています。
複合ブッシュは、材質の違いに基づいてさらに次の XNUMX つのカテゴリに分類できます。
POM複合ブッシュ
POMブッシュは主に機械の振動や騒音を低減するために使用されます。複合ブッシュは通常、耐久性のある材料で作られているため、ベアリングの摩耗を軽減するのに最適です。 POM 複合材料は、摩擦によって生じる熱の蓄積を軽減するのにも役立ちます。これにより、ベアリングの寿命がスチールなどの他の従来の材料の最大 XNUMX 倍に延長されます。
PTFE複合ブッシュ
このブッシングは、テフロンと金属の XNUMX つの異なる素材を使用して作られています。これらのタイプのブッシングは、さまざまな産業用途でベアリングとして使用されます。主な目的は、機械内の可動部品間の摩擦を軽減することです。
金属ブッシング
名前が示すように、これらのブッシングは金属または金属合金でできており、スチールの裏地が付いた 6 ～ XNUMX 層構造を形成しています。これらのブシュは機械的強度が非常に高いため、潤滑を伴う高速および高負荷の用途に適しています。使用される金属は、産業環境や用途の種類によって異なります。これらのブッシングは、サイズ、構造、用途に応じて異なる潤滑方法を備えています。金属ブッシュは、材料の違いに基づいてさらに次の XNUMX つの主要なタイプに分類できます。
青銅ブッシュ
青銅はブッシングに最適な材料であり、さまざまな合金や組成で一般的に使用されています。青銅ブッシングは、工業生産におけるさまざまな目的に使用できます。青銅製ブッシュは他の材質よりも変形や破損に強いです。プラスチックと同様に、ブロンズベアリングは丈夫で錆びにくいです。さまざまな用途向けに、自己潤滑性の青銅ブッシュも市販されています。青銅ブッシングは、食品加工、射出成形、自動車機械、土木機械、鉄鋼製造などのさまざまな用途で使用できます。
グラファイトブッシュ
グラファイトブッシュは、その独特の機械的および物理的特性により、多くの用途に使用されています。グラファイトブッシュは摩擦係数が低いため、紡績機械の効率、生産性、性能の向上に役立ちます。天然の油性鉱物であるグラファイトは、追加の流体を使用せずに摩擦を低減できるため、ブッシュに最適な材料の 5000 つです。グラファイトプラグ付きの青銅ブッシングは、グラファイト潤滑ベアリングの製造に使用されます。グラファイトは最も高い温度安定性を備えており、最大 XNUMX°F の温度でも形状と構造を維持します。グラファイトは、金属潤滑剤やグリースが劣化する負荷運搬システムなどの熱環境で広く使用されています。グラファイトライナーは、炉やオーブン、食品用途、化学産業、自動車産業、金属など、さまざまな目的に使用できます。
スチールブッシュ
名前が示すように、スチールブッシュは鋼またはステンレス鋼で作られています。これらのブッシングは耐久性の高いスチールで作られており、低速ピボット用途に最適なツールです。スチール製ブッシュは、材料の歩留まりを高め、チッピングを低減する環境に優しい製造方法を使用して製造されています。
真鍮ブッシュ
真鍮スリーブとも呼ばれる真鍮ブッシングは、通常は真鍮で作られています。真鍮のブッシュはピボットのコンポーネントであり、シャフトを介して伝わるあらゆる力によって引き起こされる損傷から本体を保護するのに役立ちます。真鍮ブッシュは、電気モーター、自動車エンジン、自動車など、さまざまな用途に使用されています。さらに、真鍮ブッシングには、薄い壁や厚い壁、フランジ、円筒形、フランジ付きなどに適合するため、さまざまなサイズがあります。
アルミブッシュ
アルミニウム ブッシングは硬度が高く、長寿命が保証されるため好まれています。当初は自転車に使用されていましたが、徐々に自動車にも使用されるようになり、現在ではさまざまな機械に使用されています。アルミニウム ブッシングは大きな軸方向および半径方向の荷重に耐えることができるため、航空宇宙産業や農業産業での使用に重要な候補となっています。一般的な用途には、計器類 (ドレン プラグ/流体充填、流体サイト グラス、ブリーザー エレメントなど)、容器、タンクの取り付けに使用される油圧シリンダーでの使用が含まれます。
バイメタルブッシュ
名前が示すように、バイメタルブッシュは XNUMX つの異なる金属で作られています。ほとんどの場合、最初の金属は鋼ですが、他の金属は銅からアルミニウム、さらには真鍮に至ることもあります。このバイメタル層はブッシングの内部カバーとして機能し、摩耗に対して優れた保護を提供します。これらは、中程度の負荷を中速で実行したり、高負荷を低速で実行したりするアプリケーションで特に役立ちます。
プラスチックブッシング
プラスチック製ブッシングは、摩耗率が低いため、多くの用途において金属製ブッシングの優れた代替品です。プラスチックブッシュは軽量で、金属ブッシュよりも摩擦係数が低くなります。プラスチックでできているため、負荷がかかっても簡単に適応し、最適なパフォーマンスを維持できます。複合プラスチックで作られているため、引張強度が高く、さまざまな産業用途に使用できます。プラスチックブッシュは主に熱可塑性合金と固体潤滑剤で構成されています。また、構造強度を高める繊維状マトリックスも備えています。ポリエチレン、ナイロン、テフロン、超高分子量などの低コストの素材で作られているため、比較的安価です。 Torlon、PEEK、Vespel などの高級プラスチックは、一連の高価なプラスチック ブッシングを構成します。プラスチック ブッシングには他に XNUMX つのタイプがあります。
ナイロンブッシング
ナイロンブッシングは強くて耐久性があり、多くの用途で金属ブッシングの代替として使用されることが増えています。耐摩耗性に優れ、外部潤滑を必要としない材質です。ナイロンブッシュは強力ですが軽量であり、動作時に金属ブッシュほど騒音を発しません。摩擦係数が低く、弱酸、燃料、アルカリに対して高い耐性を持っています。
ポリマーブッシュ
自己潤滑性がありメンテナンスフリーのポリマーブッシュは編組構造で製造されており、高い引張強度を確保し、射出成形ブッシュを容易に上回ります。重荷重や摩耗に対する耐性が高く、振動や高速度が伴う用途に適しています。ポリマーブッシュはほとんど化学的に不活性です。吸水性が低く、高温でも変形することなく動作できます。
PTFEブッシュ
PTFE ブッシングは摩擦が低く、高温の変動に耐えることができるため、さまざまな産業用途に適しています。これらは、電気、火力、原子力、化学、製薬、さらには発電所などのさまざまな産業で使用できるため、多目的ブッシングとして分類されます。電車や高性能機械によく見られます。耐環境性、耐熱性、低摩擦係数、非粘着性の高い素材で作られています。唯一の欠点は、非常に柔軟であるため、頻繁に這ったりねじったりしてしまうことです。フィラーを追加することでこの問題も解決でき、メーカーは汎用性の高いブッシングを提供できるようになります。
ポリアセタールブッシュ
ポリアセタールブッシュは自己潤滑を念頭に置いて開発されており、低速で動作する重荷重に適しています。優れた耐摩耗性と低い摩擦係数を備えています。 POM ブッシングの用途は、農業、土木工学、機械、建設業界で広く使用されています。ポリオキシメチレン ブッシングまたは POM ブッシングは、通常、焼結銅/青銅層でコーティングされたスチールの裏材から作られています。最後に、潤滑剤を保持するグリースピットを含む銅/青銅層の上に POM 層が追加されます。
形状別ブッシュの種類
ブシュの形状は大きく分けてXNUMX種類あります。
円筒滑りブッシュ
名前が示すように、円筒形ブッシュは円筒形で、業界標準の寸法に合わせて製造されており、すぐに取り付けられる機械部品です。円筒形ブッシングの内側と外側にはバッキングがあり、中央の滑り層をサポートします。円筒形ブッシュはベアリングよりも強く、金属ベアリングよりも高い力に耐えることができるため、一方向の変動荷重、旋回運動、およびアキシャル ガイド ベアリングに最適です。
フランジブッシング
フランジ ブッシュは円筒ブッシュとほぼ同じですが、明らかな違いが XNUMX つあります。それは、一方の端にフランジがあることです。フランジは、ブッシングの取り付けや位置合わせから便利な取り付けまで、さまざまな目的に使用できます。通常、スルーボルトの用途に使用され、より小さな直径のボルトを使用して桁壁の締結具支持面を減らすことなく重量を軽減できると同時に、取り付けボルトのねじ山にかかる応力も軽減します。
スラストワッシャー
スラストワッシャー自体はブッシュではありませんが、非常に重要な部品です。これらは基本的に平ワッシャーであり、固定コンポーネントと転がり面の間に位置し、シャフトの軸方向の荷重または左右の動きをサポートし、シャフトに沿った動きを制限します。これらは、ベアリングまたはブッシュが支持される表面を形成します。
スライドプレート
スライディング プレートは、工具や金型の製造に使用される一般的なコンポーネントです。メンテナンスの手間がかからず、自動車、機械工学、吊り上げ、溶接技術、射出成形機、コンベア技術などの業界で人気があります。スライディング プレートはリニア ベアリングとみなされ、橋やその他の機械コンポーネントの延長ジョイントとして使用できます。原理はベアリングやブッシュの原理と非常に似ています。プレートの XNUMX つは固定されており、もう XNUMX つはプレートに対してスライドして伸縮に抵抗します。スケートボードは、スチールから PTFE や TEF-MET まで、さまざまな素材で作られています。
ブッシュの荷重と速度制限
ブッシングは通常、より重い負荷と低速の場合に使用されます。産業機械は、広範な荷重伝達や衝撃荷重に耐えることができる耐久性のあるブッシュの恩恵を受けています。ブッシングの場合、摩擦加熱を考慮する必要があります。熱に影響を与える XNUMX つの主な要因は、単位圧力 (P) と表面速度 (V) です。単位圧力と表面速度の積が圧力速度 (PV) です。ブッシングが何らかの用途に適しているかどうかを判断するには、まずメーカーが提供する制限 PV 値を見つけます。安全に動作するには、アプリケーションによって計算された PV 値がメーカーの制限 PV 値を下回っている必要があります。
アプリのPV値を計算する: PV=P×V
表面速度 (V) の決定: V=0.262×rpm×D Rpm = シャフト回転数/分 D = シャフト直径 (インチ)
圧力 (P) の決定: P = 総荷重 (ポンド) / 接触面積 (平方インチ) 接触面積 = D (シャフト直径 (インチ)) x L (ケーシングの長さ)
PV 値を制限する効果は、青銅およびナイロイル ブッシングの速度と荷重を比較したこのグラフで見ることができます。社内のエンジニアリング研究では、Reliance Foundry の R-3320 砥石車を Nycast Nyloil および C93200 ブロンズ ブッシングとともに使用して、ブッシングの PV 制限の影響をテストしました。前述したように、ブッシングは通常、低速で重い負荷に使用されます。これは、どちらのブッシュも高速で大きな負荷を処理できないことから、図からも明らかです。速度が速いほど、負荷容量は低くなります。 P-max (psi) および V-max (fpm) の値は、各製品のメーカーによって提供されます。 P-max は 0 rpm での最大負荷、V-max は軽負荷 (最大シャフト rpm) での最大速度です。実際のアプリケーションでは、計算された P、V、および PV 値を最大公差と比較して、ブッシングが動作するかどうかを判断します。ブッシングが制限 PV 曲線を下回る範囲内で動作することを確認してください。
ブッシング vs ベアリング
ブッシングまたはベアリングが特定の用途に適しているかどうかを決定する要因はさまざまです。それぞれに長所と短所があり、選択プロセス中に考慮する必要があります。
ブッシングの利点
ブッシュは技術的にはベアリングの一種ですが、シャフトを支持するように設計された単一のコンポーネントです。可動表面間の滑り運動によって動作し、極めて低い摩擦運動を提供するため、電力消費、騒音、部品の摩耗が最小限に抑えられます。
単一コンポーネントであるブッシングは、組み立て時にベアリングよりも利点があり、安価です。これらは自己潤滑性があり、ほとんどのベアリングよりも静かな動作を実現します。
ブッシュのデメリット
特にリニアモーションシステムが摩耗したり位置がずれたりして、ブッシュが不規則で不均一な動きをする場合、ブッシュは動く前にスティックアンドスリップとして知られる静止摩擦を克服する必要があります。
ブッシング、特に安価なものは公差が広い傾向があり、そのため滑らかなロッドへの適合精度が低くなります。
ベアリングのメリット
一般にベアリングはブッシュよりもスムーズな動きを実現し、滑りではなく回転することでスティクションを克服します。
これらはブッシングよりも精密に製造される傾向があり、より厳密に適合するように公差が定められているため、緩みや遊びが少なくなります。
ベアリングは、高速環境においてもブッシングに比べて大きな利点をもたらします。
ベアリングの欠点
筐体コスト（約XNUMX倍）に比べて高価。
多くの場合潤滑を含む大規模なメンテナンスが必要
操作音が大きい
ベアリングが不適切に取り付けられているか損傷していると、亀裂が生じた場合に他のコンポーネントに損傷を与える可能性があります。
ベアリングかブッシュかの選択
ブッシングとベアリングのどちらを選択するかを決定する際に覚えておくべき要素には、次のものが含まれます (優先順)。
速度と負荷: ホイールは低速ではより重い荷重を運びますか、それとも高速ではより軽い荷重を運びますか?高速性が重要な要素である場合、ベアリングはより優れたソリューションを提供し、ブッシングは低速、高負荷の用途によく対応します。
円滑な運用: ブッシュによくある問題である「スティックスリップ」のため、よりスムーズな動作を実現するには、ベアリングを使用することをお勧めします。
メンテナンス・注油: 自己潤滑機能を備えたメンテナンス不要のアプリケーション、特にドライフードおよび繊維産業では、多くの場合ブッシングが好まれます。
作動音: 静かな動作が重要な考慮事項である場合、ブッシュは一般にベアリングよりも静かです。
予算: ブッシングは通常ベアリングよりもはるかに安価であるため、予算は重要な要素であり、コスト効率の高いオプションとなります。ブッシングのコストはベアリングの 6 ～ 10 分の 1 程度です。
ベアリングとブッシングのどちらかを選択する場合、特定のアプリケーション、その動作環境、およびさまざまな動作条件と制限を考慮する必要があります。各タイプの長所と短所を理解することで、どのタイプが最適なソリューションを提供するかを判断するのに役立ちます。ブッシングとベアリングのどちらを探している場合でも、各製品が存在する理由と、それらがもたらす利点を理解してください。Aubearing は、適切な選択を行うのに役立ちます。より重い負荷と高速での長期使用に耐える製品が必要な場合は、ベアリングが最適です。ただし、それほど強力なものが必要ない場合は、ブッシングで十分です。一般的に、ブッシングはベアリングよりもコスト効率が高いため、予算が限られている場合は、ブッシングも良い選択肢です。結局のところ、ベアリングとブッシングの選択に関しては、アプリケーションのニーズによって異なります。