薄肉ベアリングの究極ガイド

薄肉ベアリングの究極ガイド

薄肉ベアリングは、標準の深溝玉軸受が特定の用途には不十分である場合に開発されました。 薄肉ベアリングは、直径に比べて断面積が非常に小さくなります。 この設計により、 薄肉ベアリング 設計体積の小型化、軽量化を図りながら、高い剛性と作動精度を実現しました。 

Kaydon相当の薄肉ベアリング

転がり軸受シリーズを規格化 DINISO、薄肉ベアリングの断面は直径の増加とともに増加し、シリーズ内のすべてのサイズの薄肉ベアリングは同じ断面を持ちます。 「業界では薄肉ベアリングの定義がいくつかありますが、最も一般的なものの 4 つは、直径がラジアル断面の XNUMX 倍を超える場合、ベアリングは薄肉とみなされます。」断面の寸法はさまざまですが、通常は直径の XNUMX 倍のボールです。」薄肉ベアリングの一般的な用途は、スペースが限られており、重量を最小限に抑える必要があり、絶対精度を維持する必要があり、負荷とトルクの要件が依然としてボール ベアリングの使用を必要とする重要な用途です。このような用途では、薄肉ベアリングは標準の深溝玉軸受サイズと比較してコスト削減に役立ち、また、全体の重量にほとんど影響を与えずに XNUMX つのベアリングだけを使用できるという利点があります。

薄肉軸受の分類

薄肉ベアリングの用途にはそれぞれ特定の要件があります。 これらの潜在的な違いにより、一部の薄肉ベアリングが他のベアリングよりも優れた選択肢となります。 薄肉ベアリングに関しては、考慮すべき XNUMX つの異なるタイプがあります。

A形薄肉軸受

A形薄肉軸受

C型薄肉軸受

C型薄肉ベアリング

4点接触X型薄肉ベアリング

X型薄肉ベアリング

タイプ A – アンギュラ接触薄肉ベアリング

アンギュラ接触薄肉ベアリングは主に、高いアキシアル荷重がかかる過酷な環境で使用されます。 モーメント荷重または逆アキシアル荷重を支持するために単一の A タイプ アンギュラ接触薄肉軸受を使用することは一般に推奨されませんが、XNUMX つの A タイプ 軸受を組合せ軸受ペアとして使用すると、そのような荷重を容易に支持できます。 A タイプのアンギュラ接触薄肉二重軸受ペアの安定性、負荷容量、再現性は、C タイプの薄肉軸受よりも優れています。

  • タイプ A のアンギュラ接触薄肉軸受の両方のリングには、非常に深いボール溝があります (溝の深さ = ボール直径の 25%)。

  • A タイプ アンギュラ接触薄肉軸受は、アキシアル荷重に耐えられる 30°の接触角 (α) を生み出すのに十分なラジアルすきまを備えています。

  • A形アンギュラ接触薄肉軸受の保持器は円形の袋状になっており、その中に玉数が全玉の約67%を占めます。

タイプA 薄肉ベアリング 負荷状態

ラジアル

軸方向の

瞬間

逆転
軸方向の

組み合わせ
ラジアル
推力

グッド

素晴らしい

ペアで使用する
素晴らしい

ペアで使用する
素晴らしい

グッド

C タイプまたは X タイプのベアリングよりも大きな(一方向)アキシアル荷重容量を提供します。

  • 通常、外輪には軌道の片方の肩を減らすためにザグリ加工が施されており、便宜上(XNUMX つのリング間の温度差を利用して)外輪が内輪、ボール、保持器の上に取り付けられています。

  • A形アンギュラ接触薄肉軸受は、より大きなラジアル荷重を負荷することができ、同時に一方向の大きなアキシアル荷重を負荷することができる非分離軸受です。

  • アキシアル荷重がかかるとき、タイプ A のアンギュラ接触薄肉軸受の内輪と外輪の表面はほぼ面一になり、予圧の調整が最小限に抑えられます。

  • A タイプのアンギュラ接触薄肉ベアリングは通常、同じタイプの別のベアリングの反対側に取り付けられ、アキシアル荷重が存在して接触角を確立および維持し、最小のアキシアル移動で逆アキシアル荷重に対応できるようにします。

タイプ C – ラジアルボール薄肉ベアリング

C型ラジアルコンタクトボール薄肉軸受は深溝ボール設計を採用しており、その溝は高荷重に耐えることができ、ラジアル荷重がかかる用途に最適なソリューションです。 ご想像のとおり、タイプ C の薄肉ベアリングは、中程度のアキシアル荷重、逆アキシアル荷重、モーメント荷重にも対応できます。

  • C タイプ ラジアル接触ボール薄肉軸受の両方のリングには、非常に深いボール溝があります (溝深さ = ボール直径の 25%)。

  • 内輪は外輪内でボールの距離の約半分の偏心変位を持ちます。

  • リングは同心円状に配置され、ケージ/セパレーターがボールを全周にわたって均等に分離します。

  • タイプ C ラジアル接触ボール薄肉ベアリングは、ボールとリングの間に少量の遊び (動作条件に合わせて増減できるラジアルすきま) がある場合に最高の性能を発揮します。

タイプC 薄肉ベアリング 負荷状態

ラジアル

軸方向の

瞬間

逆転
軸方向の

組み合わせ
ラジアル
推力

素晴らしい

グッド

グッド
ライトから
適度な
負荷

グッド
ライトから
適度な
負荷

グッド

C形ラジアル接触ボール薄肉軸受は、ラジアル荷重のみが作用したときにボールとリングがボールの中心面で接触するように設計されています。 C タイプ ベアリングは主にラジアル荷重用途向けに設計されていますが、溝が埋められておらず、どちらの方向のある程度のアキシアル荷重にも耐えることができます。 アキシアル荷重に耐えられるかどうかは、取り付け後のベアリングのクリアランスの量によって決まります。 C形軸受はラジアルすきまを標準値より大きくすることにより、アキシアル荷重時の接触角が大きくなり、アキシアル荷重の耐荷重が大きくなります。 この場合、逆アキシアル荷重下でのアキシアル方向の動きを軽減するために、同様の構造の別のベアリングに対してベアリングを調整することをお勧めします。 このように使用されるベアリングは、ラジアル接触玉軸受ではなく、本質的にアンギュラ玉軸受となります。

Xタイプ - XNUMX点接触薄肉軸受

タイプ A およびタイプ C の薄肉ベアリング設計とは異なり、タイプ X XNUMX 点接触薄肉ベアリングは、ベアリング内のボールと軌道の間に XNUMX つの接触点を作成するゴシック アーチ形で作られています。 この設計により、XNUMX 点接触薄肉ベアリングは、小型パッケージで十分なトルクまたは逆アキシアル荷重を必要とする用途の主要なオプションになります。 ただし、タイプ X XNUMX 点接触薄肉ベアリングは、タイプ X 薄肉ベアリングよりも広範囲のラジアル荷重に耐える能力が低くなります。 タイプ X XNUMX 点接触薄肉ベアリングは、純粋なラジアル荷重を対象とした環境において、タイプ C またはタイプ A 薄肉ベアリングの代替品として推奨されません。 X 型 XNUMX 点接触薄肉軸受の速度 (rpm) は、アキシアル荷重またはモーメント荷重がかかるラジアル荷重と組み合わせる場合に特に注意が必要です。

タイプ X の負荷状態

ラジアル

軸方向の

瞬間

逆転
軸方向の

組み合わせ
ラジアル
推力

最低

グッド

素晴らしい

素晴らしい

最低

タイプ X ベアリングは、軌道溝の形状がタイプ A およびタイプ C ベアリングとは異なります。

タイプC: 半径の中心はボールの中心面にあります。
タイプA:フェルールとボールはアンギュラ接触しており、溝半径中心がボール中心面の両側に等量オフセットしています。
X型: 各リングの溝には XNUMX つの半径があり、その中心はボールの中心面からオフセットされています。

タイプ X ベアリングの溝の深さは、タイプ A およびタイプ C と同じです (ボール直径の 25%)。​
「ゴシックアーチ」の具体的な特徴は次のとおりです。

  • XNUMX つの X 型ベアリングで XNUMX 種類の荷重 (ラジアル、アキシアル、モーメント) を同時に支えることができます (標準サイズのベアリングは通常、ラジアル荷重とアキシアル荷重のみに耐えるように設計されています)。

  • 単一の XNUMX 点接触玉軸受が、背中合わせに配置された XNUMX つの A フレーム 軸受のセットなど、XNUMX つの軸受を置き換えることができるため、多くの用途にとって理想的な軸受となり、設計が簡素化されます。

  • 内輪にかかる右から左へのアキシアル荷重は、B点で内輪から玉に伝わります。

  • 次に、荷重はボールを介して点 D に伝達され、そこで外輪と支持構造に伝達されます。

  • 作用線 BD は、ベアリングの半径方向中心線と公称 30° の接触角 (α) を形成します。

  • ボールと軌道が荷重伝達線に沿って弾性変形することにより、ボールにかかる荷重がA点、C点で解放され、BD線に直交する軸周りにスムーズに回転します。

  • 内輪に左から右にアキシアル荷重がかかると、点Cと点Aの間でも同様の荷重伝達が起こります。

C タイプのベアリングと同様に、X タイプのベアリングには通常ラジアルすきまがあります。 ただし、タイプ X 軸受の公称接触角とアキシアル荷重容量はすきまに依存しません。 アキシアル荷重またはモーメント荷重が大きい場合は、接触角が大きくなりすぎないようにギャップを最小限に抑える必要があります。 注意すべき主な点は、X ベアリングを単独で使用することをお勧めするということです。 許容できない摩擦モーメントが発生する可能性があるため、共通のシャフトに XNUMX つの X ベアリングを使用することはお勧めできません。

薄肉ベアリングにかかる​​負荷

ベアリングはシャフトまたはハウジングを支持し、負荷がかかっても自由に動くことができます。 上記では、ラジアル荷重、アキシアル荷重、モーメント荷重に耐えることができるさまざまな薄肉ベアリングを分析しました。 薄肉ベアリングには XNUMX つの基本方向のいずれかに荷重を加えることができ、その結果生じるモーメント荷重 (M) は次のように計算できます。

M = Fa Sa + Fr Sr

M

=

モーメント荷重[N・m]

Fa

=

アキシアル荷重[kN]

Sa

=

ベアリング軸からのオフセット距離 [m]

Fr

=

ラジアル荷重[kN]

Sr

=

ラジアル面からのオフセット距離 [m]

アキシアル荷重 (Fa) はシャフト (ベアリングの回転軸) に平行ですが、ラジアル荷重 (F r ) は回転軸に対して直角です。これらの荷重が軸受軸 (距離 Sa) またはラジアル面 (距離 Sr) から逸脱すると、最終モーメント荷重 (M) が発生します。コンピュータ ソフトウェアの使用により、ベアリングの寿命を決定する方法が以前の手動計算よりも複雑かつ正確になりました。実際の荷重がベアリングに適用され、そのベアリング内の各ボールにかかる荷重が決定されます。この計算により、静的安全率と基本定格寿命 L10 を求めることができます。

主ラジアル荷重

  • ベアリングのクリアランスが大きいほど、負荷を支えるボールの数が少なくなり、動的寿命が短くなります。

  • ベアリングの予圧が大きいと、荷重がかかる前にベアリングに過負荷がかかる可能性があります。

主なアキシアル荷重とモーメント荷重

  • ギャップが大きいほど、ボールと軌道の接触角よりも大きな接触角が可能になり、加えられる荷重によく適応します。

  • しかし、ボールが軌道に接触する楕円形の領域が軌道の端より上で切り取られ、別の問題が発生する可能性があります。

  • 予圧を大きくすると、荷重がかかる前にベアリングに再び過負荷がかかる可能性があります。

静的安全率または動的寿命を計算するには、Reali-Design ( Reali-Slim インチベアリング) または Reali-Design MM (用) Reali-Slim メトリックベアリング)ソフトウェア。 これらが計算されたら、最大荷重球を使用して最大応力レベル、つまり静的安全率が決定されます。 すべてのボール荷重は重み付け分析で使用され、基本定格寿命 L10 が決定されます。

薄肉ベアリングの制限速度

一般に、安全な最大動作速度の決定は、過去の経験に大きく依存します。 ベアリングの回転速度を制限する要因は、次のような非常に複雑です。

・軸受直径
・軸受直径と断面積の比
・軸受の種類と内部構成
・ボール直径に対する軌道溝半径の比
・軸受の内部ラジアルすきままたは予圧
・作動接触角
・軸受精度(振れ)
・ボールケージ/セパレータの材質と設計
・取付精度(真円度、荷重時の平面度)
・潤滑
・周囲温度と放熱対策
・シール
・ロード

薄肉ベアリング

正確な速度制限を設定することは不可能ですが、実際のアプリケーションと AUB テストラボの経験は、一般的な制限を設定するための基礎となります。 ベアリングが正しく取り付けられており、適切な放熱があると仮定します。 これらの制限は、1 回転の全耐用年数に基づいています。 寿命が短くても許容できる場合は、より高速な速度も許容できます。 制限速度 (n) の公式を使用して計算された制限に近づくか、制限を超える速度については、潤滑と熱に特別な注意を払う必要があります。

・グリースは高速ベアリング用に特別に設計されたものでなければなりません。
十分な潤滑剤が常に利用できるように、再潤滑の頻度は十分でなければなりません。
オイルを使用する場合は、レベルを制御したり、オイルスリンガーを使用したり、少量の液体やミストを計量したりすることにより、粘性抵抗を最小限に抑える必要があります。
高速での乱気流の影響により、重要な表面にオイルを導入することが非常に困難になる可能性があるため、潤滑システムの設計が非常に重要になります。

次の計算は、連続速度での開放型 Reali-Slim インチ シリーズ薄肉玉軸受に使用できます。
n = 1 000 fl Cf/d

Cf=計算係数(表1)
d=穴径[mm (に)】(製品表)
fl=低減係数(表2)
n=限界速度[r/min]
1700830618056
1700830679324

アプリケーションに最適な薄肉ベアリングを選択するにはどうすればよいですか?

特定の用途に必要な荷重の種類と大きさによって、どの薄肉ベアリングが最適かが決まります。 たとえば、一方向のアキシアル荷重がかかる環境では、AUB は専用のタイプ A アンギュラ玉軸受の使用を推奨します。 このオプションは、ラジアルまたは複合スラスト用途にも最適です。 ただし、モーメント荷重や逆アキシアル荷重を支える必要がある用途には適していません。

より大きなモーメント荷重が決定されると、AUB は X パターンまたは 4 点接触ボール ベアリング オプションの使用を推奨します。 「ゴシックアーチ」軌道を採用した設計で、ボールと軌道の間にXNUMXつの接触点が生まれます。 逆アキシアル荷重に対する完璧なソリューションであり、モーメント荷重に対しても最適です。 タイプ X ベアリングは他の軽荷重条件で使用できますが、純粋にラジアル荷重がかかる場合にはタイプ C またはタイプ A ベアリングの交換が常に推奨されるわけではありません。

標準ルールとして、AUB は、アキシアル荷重またはモーメント荷重とラジアル荷重の組み合わせに対して X タイプのベアリングを指定する場合、適用速度 (RPM) を注意深く監視することを推奨します。 AUB の経験豊富なエンジニア チームは、この点で非常に協力的であることがわかりました。 統計と調査に基づいて、制限速度と複合負荷を提供および決定できます。 また、ラジアル荷重、アキシアル荷重、またはモーメント荷重を組み合わせたラジアルベアリングの使用と、速度とセパレータの選択の制限に関する推奨事項も追加しました。

タイプ C ベアリングなどのラジアル接触ベアリングは、ラジアル荷重に適しています。 深いボール溝により、より高い負荷にも耐えられる耐久性を備えているためです。 この特定のタイプのベアリングは主にラジアル荷重を負荷する用途に使用されますが、カーター氏は、逆アキシアル荷重、中程度のアキシアル荷重、モーメント荷重も効果的に負荷できると示唆しています。

1692277847C 98

薄肉ベアリングには他にどのような用途がありますか?

薄肉ベアリングは主にスペースが限られている用途向けに開発されており、次のような関節コンポーネントに摩擦のないソリューションを提供します。 ロボット 腕や肘などの他の関節。さまざまなタイプの薄片ベアリングが、航空宇宙、医療画像処理、ロボット工学、半導体、データストレージ、工作機械、包装機器、包装機器、衛星システム、光学および照準システムなどのさまざまな機関で広く使用されています。

AUB は、あらゆる薄肉ベアリングに関するソリューションを専門としています。 当社の設備の整ったエンジニアリングチームは、スペース、荷重、精度、信頼性を考慮してカスタムベアリング設計を作成し、お客様のアプリケーションのニーズに合わせてカスタム製造します。 AUB は、商業および産業用途に導入される大型ターンテーブル向けに、1 インチ ID (内径) から 40 インチ OD (外径) までのサイズの高精度薄型ベアリングを提供しています。