アンギュラ玉軸受の設計において最も重要な決定は、個々の軸受のサイズではありません。それはアレンジメントです。工作機械のスピンドルを再構築する場合でも、ギアボックスを指定する場合でも、ポンプを設計する場合でも、ベアリングの配置方法によって剛性、熱的挙動、アキシアル荷重容量、さらには動作温度が制御されます。標準ルールは単純です。ベアリングの寿命を計算する前に配置を決定します。
アンギュラ玉軸受はラジアル荷重を受けるとアキシアル力を発生します。これは、軌道に組み込まれた接触角の直接的な結果です。したがって、シャフトを両方向に拘束する必要がある場合、単一のベアリングが単独で機能することはありません。ペアの配置、最も一般的には背面 (DB)、対面 (DF)、またはタンデム (DT)、または 1 つのパッケージとして動作する 2 列 / プリロードされた組み合わせが必要です。この記事では、それぞれの配置が何を行うのか、プリロードによって結果が変わる理由、および注文時に何を指定する必要があるかについて説明します。
アンギュラ玉軸受では、内輪と外輪の軌道接触点を結ぶ線がラジアル面に対して角度を形成します。一般的な接触角は 15、25、および 40 度です。ラジアル荷重がかかると、ボールセットは内輪を一軸方向に横に押します。つまり、単列ベアリングはアキシアル荷重を一方向にのみ伝達できます。シャフトが両側からアキシアル荷重を受ける場合、または正確な軸方向の位置決めが必要な場合は、反作用ベアリングを提供する必要があります。それがアレンジメントを使用する基本的な理由です。
接触角は荷重方向を設定するだけではありません。角度が大きいほど、軸方向の負荷容量は大きくなりますが、速度能力は低くなります。角度が小さいほど高速性能が向上し、軸方向の剛性が低くなります。配置の選択は、このトレードオフに適合する必要があります。基礎的なメカニズムを理解したい場合は、次の記事を参照してください。 接触角とアキシアル荷重容量の関係 実践的な観点から説明します。
単列アンギュラ玉軸受が各ペアの基本モジュールです。カスタム配置を構築している場合、購入するのが最も簡単な部品ですが、接触角の方向を正確に把握する必要があります。その方向は、シャフトおよびハウジング内のベアリングの向きによって示されます。ベアリングを反転すると、アキシアル荷重の経路が変わります。
カスタムペアリング用単列アンギュラ玉軸受 この単列ベアリングは、アンギュラ接触ペアを構築するための基本ユニットです。その接触角設計はラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重に対応し、シャフト上の正確な方向によってアキシアル荷重の経路が決まるため、カスタム配置には不可欠です。 製品を見る→ アンギュラコンタクトベアリングがペアで動作する必要があることを受け入れたら、次のステップは幾何学的関係を選択することです。メーカーは、ベアリングまたは外輪スペーサーに刻印される 2 文字のコード (DB、DF、DT) を使用しています。
背中合わせの配置では、接触線はベアリングペアの中心から離れる方向に広がります。 2列間の有効荷重点が広いため、高い傾斜剛性を備えています。そのため、DB は工作機械のスピンドル、高精度シャフト、およびモーメント負荷に耐える必要があるあらゆる用途に標準的に選択されています。注意点が 1 つあります。DB 構成は、内側リングと外側リングの間の温度差の影響を受けやすいということです。内輪が外輪に比べて高温になると予圧が大きくなる傾向があります。
対面配置では接触線が軸中心に向かって収束します。有効荷重点が狭いため、DBに比べて傾斜剛性が低くなります。 DF セットはシャフトのずれや熱膨張に対してより寛容で、短いシャフトでも安定したコンパクトなレイアウトを提供します。ギアボックスセクション、送りねじ、およびベアリング位置間の距離が狭い場合に使用されているのを目にします。
タンデム配置では、両方のベアリングが同じ方向を向きます。接触線は平行であるため、ペアは一方向に作用する大きなアキシアル荷重を共有します。タンデムペアは一方向の軸方向負荷容量が非常に高くなりますが、反対方向ではシャフトを安定させません。双方向制御を得るには、2 つのタンデム セットを背中合わせまたは向かい合わせでペアにする必要があります。一般的な方法は、一方の側で 2 つのベアリングをタンデムに使用し、もう一方の側で 1 つのベアリングを使用して、TBT または TFT 配置を形成することです。
| アレンジメント | 負荷線パターン | アキシアル荷重方向 | 傾斜剛性 | 一般的な使用方法 |
|---|---|---|---|---|
| DB（バックツーバック） | 分岐する | 両方向 | 高 | 機械スピンドル、精密シャフト |
| DF（対面） | 収束する | 両方向 | 下位 | ショートシャフト、ギアボックス |
| DT（タンデム） | パラレル | 一方向 | 自己完結型ではない | 重い一方向アキシアル荷重 |
すべての設計に別個の単列ベアリングのペアが必要なわけではありません。 2 つの事前に組み立てられたオプションにより、ハウジングを簡素化し、在庫を削減できます。
複列アンギュラ玉軸受は、基本的に 2 つの単列アンギュラ玉軸受を 1 つのユニットに統合したものです。内部配置は通常、DB ペアリングと同等であり、コンパクトなハウジングで双方向の軸方向サポートを得る簡単な方法を提供します。 30ファミリーや38ファミリーなどのシリーズは、農業機械、減速機、ポンプ、一般産業用途で人気があります。主なトレードオフは、プリロードを個別に調整できないことです。メーカーが定めたプリロードを使用する必要があります。設計でカスタム プリロードまたは非常に高速な速度が必要な場合は、ペアの単一列配置の方がより柔軟です。
複列アンギュラ玉軸受 30・38シリーズ これらの複列ベアリングは、DB のような構成で 2 つの単列ユニットを統合し、コンパクトなハウジングで双方向の軸方向サポートを提供します。プリロードはメーカーによって固定されており、調整することはできませんが、減速機やポンプに適しています。 製品を見る→ 四点接触玉軸受は、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重をコンパクトなユニットで負荷できる軸受です。内輪と外輪は接触点が交互になる軌道を持っています。ボールは内輪と2点で接触し、外輪と2点で接触します。これは、スペースが狭く、傾斜荷重よりも軸力が大きい、クレーンのフック、回転テーブル、自動車ポンプなどの推力が支配的な用途に適しています。高いラジアル剛性が優先される場合、4 点ベアリングは通常、DB ペアの代替品ではないため、荷重エンベロープを注意深く確認してください。
小型スラスト用途向け四点接触玉軸受 この軸受は交互の接触点により、単一ユニットで両方向からのラジアル荷重とアキシアル荷重を支持します。コンパクトで、クレーンのフックや回転テーブルなどの推力が重要な用途に最適ですが、高いラジアル剛性が優先される場合には推奨されません。 製品を見る→ CNC スピンドルや重機械加工の場合、単純な DB ペアでは十分な軸方向の剛性が得られない可能性があります。剛性を高める方法は、片側に 1 つのベアリングを 2 つ並べて取り付けたベアリングに置き換えることです。それが、TBT や TFT などのコードで説明されているものです。
TBT 配置では、2 つのタンデム ベアリングが 1 つのベアリングと背中合わせに取り付けられます。タンデムペアは 2 倍の容量で 1 つの軸方向に対向し、1 つのベアリングは反対方向を提供します。その結果、もう一方の方向の安定性を犠牲にすることなく、一方向の軸方向の剛性が向上します。両軸方向に高い剛性が必要な場合は、4 つのベアリングを使用できます。2 組をタンデムに、背中合わせまたは向かい合わせに配置します。 QBC、QTC、QBT などのコードは、これらの 4 行の組み合わせを表します。これらは航空宇宙、工作機械、高精度回転アプリケーションで一般的です。
ベアリングを追加するたびに全体の軸方向の剛性が向上しますが、コスト、発熱、取り付けの複雑さも増加します。ほとんどのアプリケーションでは、一致する DB ペアまたは 2 列ベアリングで十分です。
予圧は、機械が始動する前にベアリングペアにかかるアキシアル荷重です。内部すきまをなくし、負荷領域を拡大し、転動体を軌道に常に接触させます。予圧がないと、アンギュラコンタクトベアリングが横滑りし、騒音が発生し、位置決め精度が失われる可能性があります。
プリロードにはリジッドとスプリングの 2 つのファミリーがあります。
位置予圧とも呼ばれる剛性予圧は、内輪または外輪の面を正しい幅の差に研削することによってベアリングペアに組み込まれます。取り付けナットまたはボルト締めされたエンドカバーを締めると、リングが強制的に結合され、予圧が固定されます。これにより、特定のベアリング グループに対して可能な限り最高の剛性が得られます。マッチドベアリングは面を研磨することでこれを実現します。標準ベアリングでペアを作成する場合、設計者は異なる幅の内側スペーサーと外側スペーサーを挿入して、同じ予圧を生成できます。リスクは、温度変化、特に内輪と外輪の間のデルタによって予圧が変化することです。高速で動作する DB ペアでは、熱の増加によって予負荷が増加し、熱の蓄積が発生する可能性があります。
スプリングプリロードは、定圧プリロードとも呼ばれ、外輪の後ろにある一連のスプリングを使用して、固定の軸力を加えます。設計者が熱膨張に対する保護を必要とする高速スピンドルまたは軽負荷のシャフトで使用されます。スプリングは、さまざまな温度や軽微な摩耗に対して予測可能な軸力を維持しますが、アセンブリの剛性は、しっかりと予圧されたペアよりも低くなります。
予圧グレードを選択する場合は、作動速度に注意してください。大きな予荷重は剛性を高めますが、摩擦トルクと運転温度を上昇させます。軽い予圧は高速および低熱に優れていますが、重い切削負荷の下ではサポートが少なくなります。不明な場合は、中間のプリロードグレードから始めて、試運転中の温度上昇によって検証してください。
ベアリング仕様の書き方によって、使用可能なユニットを受け取るか、見た目は良いが互換性のない部品が入った箱を受け取るかが決まります。ディメンション シリーズだけでは決して十分ではありません。
調達の観点からは、工場が管理された研削プロセスを備えており、測定データが記録されていることを確認することも重要です。自動検査と標準化された選別を備えた生産ラインから出荷されるベアリングは、一貫した予圧を維持できる可能性が高くなります。多くの産業機械では、固定側には一対のアンギュラコンタクトベアリングが使用され、自由側にはアンギュラコンタクトベアリングが使用されます。 深溝玉軸受 軸方向の変位を許容します。システム設計者がその熱膨張経路を考慮していることを確認してください。
アンギュラコンタクトベアリングの配置を選択することは、コードを暗記することではありません。剛性、軸方向荷重経路、熱膨張、および速度を制御することが重要です。配置から始めて、正しいプリロードを追加し、一致するペアを分離不可能なユニットとして扱います。そうすれば、ベアリングは設計どおりに機能します。配置の決定をスキップすると、ベアリングの精度がいくら高くても、システムを早期の加熱、振動、または早期故障から守ることはできません。
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