ベアリングの種類と産業における重要性

様々な種類のベアリングは、見過ごされがちな部品ですが、多くの種類の機械には欠かせないものです。私たちの機械をスムーズに動かし、摩擦を減らし、さまざまな部品の動きを支える静かなパートナーです。小さな腕時計から巨大な産業機械まで、ベアリングは効率的で信頼性の高い機械操作を保証します。ボールベアリング、ローラーベアリング、スラストベアリングなど、さまざまな種類のベアリングがあり、それぞれが特定の目的や要件を満たすようになっています。機械を扱う人にとって、ベアリングを理解することは非常に重要です。

この記事では、様々なタイプのベアリング、その特別な利点、そしてそれらがどのように多様なシステムの寿命と効率を延ばすかについて説明します。

ベアリングの動作原理

ベアリングは、2つの表面間の接触を最小限に抑え、可動部や回転部を支えることで、スムーズで効率的な動きを可能にします。転がり摩擦は、すべり摩擦よりもはるかに小さいため、ベアリングの動作の基礎となります。これは、2つの表面が互いに転がり合うときの方が、互いに滑り合うときよりも抵抗が少ないことを示しています。

ベアリングの転動部は、荷重を受けるとレースとの接触点に荷重を分散させる。

さまざまなタイプのベアリングは、すべての重量を支えるために相対的な構造をとります。負荷重量は、ボール表面の単純な金属機能を利用して、ベアリングが回転するための駆動力として働きます。軸受の負荷能力は、転動体の大きさ、種類、組成、保持器と軌道の設計によって決まります。

ベアリングの耐荷重性

これは、ベアリングにかかる力を支えるベアリングの能力である。軸受が支える荷重には、大きく分けて2種類ある：

1.アキシアル荷重

これは回転軸に平行に働く力で、しばしば "スラスト "と呼ばれる。アキシアル荷重は、機械の部品が軸の方向に沿って動くときに発生する。自動車のトランスミッションシステムでは、ギアとシャフトは動力を伝達するためのものである。ギアがシフトして回転すると、シャフトの軸と同じ方向に動くため、シャフトに沿ってアキシャル荷重がかかる。

このような荷重を支える軸受には、円すいころ軸受やスラスト玉軸受がある。

2.ラジアル荷重

この荷重は回転軸に垂直に作用する。荷重がベアリングを上から押圧するときに発生する。ベルトコンベヤーシステムでは、ベルトを移動し支えるローラーにラジアル荷重がかかります。これは、コンベア上の材料の重量がローラーを上から押圧するためです。このような荷重を受けるベアリングには、ボールベアリングとローラーベアリングがあります。

3.複合負荷

現実の多くの用途において、ベアリングはアキシャル荷重とラジアル荷重を同時に受けます。アンギュラ玉軸受のような特殊な軸受は、このような荷重に対応するために採用されています。このような荷重に対応するために採用されています。直進する自動車を考えてみましょう。ラジアル荷重は、多くの場合、重量によってホイールベアリングに作用します。しかし、曲がる瞬間には、車輪を軸に沿って外側または内側に押す横力によるアキシャル荷重「スラスト」がかかります。

ベアリング・エレメントの内訳

ローリングコンポーネント： これらの要素は、ボールであったりローラーであったりする。これらは互いに相対的に動く2つの面の間にある。

インナーレースとアウターレース： 転動体を保持する。転動体が移動する円形の軌道である。

ケージまたはリテーナー： その目的は、転動体の適切な間隔を保ち、互いに接触するのを防ぐことである。これにより、スムーズな運転が可能になります。

潤滑： グリースやオイルは、摩擦や摩耗を防ぐためにベアリングに塗られる。潤滑剤はレースと転動体の間に保護膜を作り、金属同士の接触を最小限に抑えます。

封印： これはベアリングの重要な構成要素である。ベアリング内の潤滑油を洗浄し、維持することが重要です。

• 2RS ベアリングは、外側カバーの両側にラバーシールがあり、一種の接触シール設計となっています。湿気、ほこり、その他の汚染物質が存在する環境での使用に最適です。
• ゼット ベアリングの両側に金属製のシールドがある。大きな粒子をブロックするのに適しており、ゴム製シールよりも摩擦が少ないため、高速回転と効率向上に最適です。

ベアリングの種類と特徴

1.ボールベアリング

i) 深溝玉軸受：

最も一般的なベアリングである。転動体としてのボール列をレースで挟んだ構造になっている。アキシアル荷重とラジアル荷重を支えることができますが、小さな荷重に限られます。メンテナンスは最小限で済み、取り付けも簡単です。低摩擦、低騒音で、電動機のような高速用途に適している。

ii) アンギュラ玉軸受

このタイプの軸受は、内輪と外輪の軌道面が軸方向に相対移動する。その結果、アキシャル荷重は軸受を介してハウジングに伝達されます。ラジアル荷重だけでなく、両方向の重いアキシャル荷重にも対応できます。これは、複合荷重に対応できることを意味します。これらの軸受のアキシャル荷重容量は、軸の長さが長くなるにつれて向上します。 接触角 増加する。これは、ボールと軌道面の接触点とベアリング軸に垂直な線との間で測定される角度です。この軸受は、ギヤボックスなどの高精度で高速な用途に最適です、 CNC工作機械そしてポンプ。

iii) 自動調心玉軸受。

これらの軸受は、ハウジングとシャフト間のミスアライメントを許容することができます。この軸受は、2列のボール、外輪の球面軌道面、内輪の2本の連続した軌道溝を備えています。たわみがある場合、外輪の凹形状により、内輪はそれに応じて配置を変えることができる。主にラジアル荷重に対応し、農業機械のようなミスアライメントが多発する場所に適用される。

ローラーベアリング

i) 円筒ころ軸受：

転動体は、レース間のボールの代わりに円筒形である。ローラーは、長さが直径よりも長い要素です。この円筒形状のおかげで、内側と外側のレースが接触し、より広い範囲に荷重を分散させることができます。この構造はラジアル荷重に適しており、スラスト荷重には適していません。

重荷重、衝撃荷重、低摩擦に対応します。重機械やコンベヤシステムに適しています。

ii) 自動調心ころ軸受：

球面軸受は、ラジアル荷重とアキシャル荷重の両方に対応できます。また、ミスアライメントも補正します。そのため、非常に汎用性が高く、ベアリングの中でもトップクラスの選択肢となっています。スフェリカルベアリングは、傾斜、旋回、角度のズレに対応し、接触を維持しながら荷重を均等に分散させることができます。これにより、メンテナンスコストを最小限に抑え、耐用年数を延ばすことができます。その結果、幅広い用途に最適です：ロボット、天文学、オフロード車、ポンプ。

iii) 円すいころ軸受：

円すいころ軸受は、ラジアル荷重とアキシャル荷重の両方を難なくこなす、言わずと知れた荷重支持のチャンピオンです。特に急旋回時のスムーズな回転を保証します。ローラーは、中空の円錐形の断面である2つのレースの間に配置されます。この円錐が荷重を支える役割を果たします。円すいころ軸受は、背中合わせにすることで、両方向で同等のアキシャル荷重を支えることができます。ギアボックスや自動車のホイールハブなどに適用されます。

ニードルベアリング

円筒形のローラーは、半径方向のサイズが小さいため、針のような形をしています。これにより、同じスペースにより多くのローラーを収めることができ、レースとの接触面積が増加します。円筒ころが細いため、高ラジアル荷重に適しています。内輪付き針状ころ軸受と内輪なし針状ころ軸受の2種類があります。

サイズが小さいため、ハウジングとアクスル間のクリアランスが小さく、スペースが限られている用途に適している。モーターサイクル、コンプレッサー、ポンプ、繊維産業などで使用されています。

スラストベアリング

i) スラスト玉軸受

アキシャル荷重用に設計された特殊なボールベアリングです。ラジアル荷重には耐えられません。スラスト玉軸受は、作動が滑らかで騒音が小さく、高速用途に適しています。荷重が一方向か双方向かによって、単方向か両方向かを選択します。自動車用トランスミッションに適しています、 旋盤そしてタービンだ。

ii) スラストころ軸受

シャフト軸に対して垂直に配置されたテーパーまたは円筒状のローラーで構成されています。そのため、摩擦が少なく軸方向の剛性が高く、アキシャル荷重が強いため、高荷重用途に最適です。スラストローラーは、軽度の衝撃や一方向の軸方向応力に耐えることができます。低速用途では、スラスト玉軸受が実用的でない場合によく利用されます。用途例としては、クレーンフック、ウインチ、圧延機、自動車のステアリングシステムなどがあります。

磁気軸受

磁気軸受は、電磁石を利用して、回転するシャフトを物理的な接触なしに空中に浮かせます。このため、摩耗ゼロのベアリングです。さらに、管理できる最大相対速度は無制限です。磁気軸受は、その中心質量に基づいてシャフトの位置が自動的に変更されるため、特定のミスアラインメントを許容することができます。MRI装置、高速列車などに使用されています。

つのタイプに分類される；

1. アクティブ磁気軸受 シャフトの周りには電磁石があり、位置を保っている。位置がずれた場合、センサーがその信号を拾い、システムが元の位置に調整する。
2. パッシブ磁気軸受 は、永久磁石を使用してシャフト周辺の磁界を維持する。したがって、電力入力は必要ない。しかし、この技術はまだ初期段階にあるため、システム設計は難航している。

流体軸受

加圧された流体または気体を利用して荷重を持ち上げ、支える。摩擦や摩耗を減らし、振動を和らげ、高荷重を処理する能力が高く評価されている。過酷な条件下でも寿命が長いため、コストを削減できる。

プレーンベアリング

滑り軸受は、ブッシュ軸受やスリーブ軸受とも呼ばれます。円筒形やフランジ形のスリーブに摺動面を持つシンプルなタイプの軸受です。低摩擦で作動し、メンテナンスフリーです。油圧シリンダー、懸濁液システム、連結された接合箇所、等のような場所で潤滑が実用的でない理想。

システム用のベアリングを選択する際に考慮される要素

1.負荷の種類と容量

ベアリングは、アキシャル荷重、ラジアル荷重、複合荷重の3種類の荷重に対応するように設計されています。ベアリングがサポートする必要がある荷重の種類と大きさを決定することで、最適な性能と寿命が保証されます。

2.運転速度と運転条件

ベアリングは、一定の速度制限に耐えるように設計されており、ベアリングの選択は、機械の指定された要件に沿うものでなければならない。さらに、さらされる環境条件も考慮しなければならない。例えば、ボールベアリングは、その設計上、一般的に高速運転に適しています。農業機械のような過酷な環境条件では、粉塵に対する保護が強化されたシール付きベアリングが不可欠です。

3.潤滑とメンテナンス

ベアリングの長寿命化には潤滑が不可欠です。密封された軸受けは寿命のためのグリースを得、作動している間自己潤滑である一方、オイル潤滑軸受けは温度制御および維持が重大である場合適している。

4.取り付けと組み立て

ベアリングの設計は、取り付けとメンテナンスが容易でなければならない。フランジ付きベアリングやピローブロックは簡単な組み立てに適しており、スプリットベアリングは分解して簡単に取り付けることができます。

5.コストとメンテナンス要件

ベアリングの中には、初期費用は高いが、メンテナンスが少なくて済み、オーバータイムのコストがかからないものもある。航空宇宙のような重要な用途では、長寿命のプレミアムベアリングを採用することが重要です。これは、深刻な意味を持つことができるダウンタイムを防ぐことができます。

6.サイズとスペースの制約

ベアリングの種類とサイズは、システムで利用可能なスペースによって示されることがあります。スペースに制約のある用途には、薄型ベアリングが最適です。針状ころ軸受は、小さな面積で大きな荷重を受けることができます。

7.材料

ベアリングの材質は、耐久性と性能に大きく影響します。用途に応じて、ベアリングは様々な条件下で作動します。材質が異なれば、耐えられる条件も異なります。例えば 標準スチールベアリング は高級鋼で、様々な用途に対応できます。ステンレススチール製ベアリングは、腐食性環境に耐えるように設計されています。しかし、過酷な条件下では、セラミックベアリングの方が耐久性に優れている場合があります。セラミックベアリングは、高速、低重量、高温の条件に最適なオプションです。

結論

システムの要件に応じて、利用可能なベアリングの大規模な範囲は、機能の広範なリストを満たします。よくマッチしたベアリングは、すべての違いを生み出します。それは、機械システムの良好な性能と長寿命を保証します。十分な情報を得た上で決定することで、エンジニアは性能を向上させ、ダウンタイムを最小限に抑え、物事を滞りなく動かすことができます。結局のところ、適切なベアリングは単なる小さな部品ではなく、オペレーション全体を正常に保つ鍵なのです。