深溝玉軸受の設計、負荷能力、選定と用途

3,600 rpm では、モーター ベアリングは何年も正常に動作しますが、ほこりの多い環境で開いたベアリングを取り付けたり、間違った内部クリアランスを選択したりしたために、数週間以内に故障する可能性があります。深溝玉軸受は、最も広く使用されている転がり軸受の設計ですが、そのシンプルな外観には、耐用年数を決定する多くの仕様が隠されています。この記事では、ベアリングとは何なのか、どのように機能するのか、どのような荷重に耐えられるのか、さまざまなバリエーションの中からどのように選択するのか、どこで最も優れたパフォーマンスを発揮できるのかについて説明します。

つまり、荷重が主にラジアル方向であり、アキシアル荷重が中程度で、速度が軸受の限界内にあり、ハウジングを単純な円筒形の座に機械加工できる場合、深溝玉軸受は正しい選択です。これらの条件が満たされれば、低摩擦、低メンテナンス、信頼性の高い寿命が実現します。そうでない場合は、後で説明する特殊なバリアントの 1 つで問題を解決できることがよくあります。

深溝玉軸受とは何ですか?

基本的なコンポーネントは、内リング、外リング、ボールのセット、ケージ、および場合によってはシールやシールドです。各リングの軌道はボール半径よりわずかに大きい半径を持つ連続した溝です。この溝の深さによって、深溝玉軸受と浅軌道ラジアル軸受が区別されます。より深い形状により、そのサイズに対してより高いラジアル容量が得られ、どちらの方向からのアキシアル荷重を受け入れる能力も得られます。

深溝玉軸受は、62 や 63 などの ISO メートル シリーズ、インチ サイズ、特殊な内部設計で入手できます。 6204 ベアリングの内径は 20 mm、外径は 47 mm、幅は 14 mm です。 6311 ベアリングの内径は 55 mm、外径は 120 mm、幅は 29 mm です。これらの寸法は標準化されていますが、内部の詳細はメーカー間で同一ではありません。

深溝玉軸受はどのように機能するのでしょうか?

ラジアル荷重がかかると、荷重は負荷領域の転動体を介して伝達されます。各玉と深軌道面との接触面が楕円形をしているため、接触応力が分散され、比較的高い負荷容量が得られます。ボールが滑るのではなく転がり、摩擦トルクが低いため、高速機械での使用に適しています。

アキシアル荷重がかかると、玉は内輪軌道の片側と外輪軌道の反対側に接触します。これにより、小さな接触角が生じ、どちらの方向のスラスト荷重も許容されます。したがって、ベアリングはラジアル荷重とアキシアル荷重の組み合わせを同時に処理できます。ただし、動ラジアル定格の約 4 分の 1 を超える純粋なアキシアル荷重は、通常、スラスト玉軸受の方が適切に処理できます。

耐荷重と制限速度

深溝玉軸受の能力は、基本動定格荷重 C と基本静定格荷重 C0 で表されます。たとえば、標準的な 6311 ベアリングの動定格荷重は約 55 kN、静定格荷重は約 35 kN です。これらの値は、きれいな軌道、正しい潤滑、および適切な位置合わせを前提としています。実際の寿命は、カタログの計算方法に基づいてラジアル成分とアキシアル成分を合成した等価荷重Pによって決まります。

制限速度は通常、基準速度と制限速度として与えられます。基準速度は、通常の熱バランス下で維持できる速度です。限界速度は保持器や潤滑が不安定になる前の最高速度です。接触ゴムシールを備えた密閉型ベアリングは、シール抵抗によって熱が発生し、グリースの移動が制限されるため、一般に開放型ベアリングよりも速度制限が低くなります。速度が重要な場合、ベアリングには低摩擦ケージ、高精度ボール、および適切な内部クリアランスが必要です。

デザインバリアントとそれをいつ使用するか

容量、速度、保護、取り付けの利便性のバランスが、これほど多くの深溝玉軸受のバリエーションが存在する理由を説明しています。最も一般的なオプションは、オープン、シールド、シール、スナップ リング付き、充填スロット付き、高速低摩擦ジオメトリです。

外輪を軸方向に配置する必要があるコンパクトなアセンブリの場合、スナップ溝とスナップリングを備えた深溝玉軸受によりハウジングの長さが短縮され、別個の保持ショルダーが不要になります。たとえば、このスナップ溝とスナップリングを備えた深溝玉軸受は、小型電動モーターやファンのハウジングによく使用されます。

ラジアル容量が最優先され、アキシアル荷重が低いことがわかっている場合、充填スロットを備えた深溝玉軸受を使用すると、同じエンベロープ内により多くの玉を搭載できます。充填スロットを備えた深溝玉軸受は、ラジアル容量は増加しますが、アキシアル容量は減少するため、スラスト荷重が制限されている場合にのみ指定する必要があります。

高速機械の場合、基本寸法よりも内部形状とケージの品質が重要です。高速低摩擦トルクの深溝玉軸受は、発熱を抑えるように設計されており、標準のオープン軸受が熱くなりすぎた場合に実用的な対応を行います。

材質、シール、潤滑

ほとんどの深溝玉軸受は、約 60 ～ 62 HRC に硬化された高炭素クロム鋼で作られています。湿気の多い環境や腐食性の環境では、ステンレス鋼または特別に処理された表面を使用できます。ケージはボールの間隔を保ち、金属間の接触を防ぎます。打ち抜き鋼製保持器は強力で経済的であり、ポリアミド製保持器は静かに動作し、機械加工された真鍮製保持器は高速および重荷重に適しています。

シールとシールドは潤滑剤と一緒に選択する必要があります。リチウム グリースを使用した接触シールは幅広い温度範囲に対応できますが、抵抗が増加します。低摩擦トルク設計には、特殊なグリースと改良されたシールリップが使用される場合があります。密閉ベアリング内のグリースが多すぎると、急激な温度上昇が発生する可能性があります。グリースが少なすぎると潤滑寿命が短くなります。メーカーの仕様書は、あらゆるアプリケーションの最良の出発点です。

適切なベアリングの選び方

シンプルな選択プロセスにより、ボア サイズとシリーズのみで注文するというよくある間違いを回避できます。

1. 衝撃や振動を含むラジアル荷重とアキシアル荷重を計算します。
2. 軸に適合する最小穴を選定し、C、C0が要求寿命を満足するか確認してください。
3. 動作速度を、選択したバリアントの基準速度および制限速度と比較します。
4. フィット感と温度差に基づいて内部クリアランスを選択します。 C3 は電気モーターに一般的です。
5. 汚染とメンテナンスのアクセスに基づいて、オープン構造、シールド構造、または密閉構造のいずれかを決定します。
6. 温度と速度についてはケージの材質を確認してください。
7. ハウジングのはめあいにより外輪軌道面が変形しないことを確認してください。

これらの手順に従うことで、カタログ画像ではなく実際の作業条件に合わせた最終的な選択が維持されます。

一般的なアプリケーション

分数馬力の電気モーターは静かに動作するため、深溝ボール ベアリングを使用しています。はすば歯車からの適度な軸推力を処理できるため、大型の産業用モーターに使用されています。コンベア ローラー、ベルト テンショナー、ファン、ポンプ、小型ギアボックスが典型的な用途です。車両では、ベアリングはオルタネーター シャフト、ウォーター ポンプ、マニュアル トランスミッション シャフト、アイドラ プーリーをサポートします。

農業機械では、適度な衝撃や塵に耐えるために、取り付けられたハウジング内に深溝玉軸受が使用されていることがよくあります。同じ基本サイズを異なるクリアランス、ケージ、シール、内部形状で製造できるため、モーター メーカーとポンプ メーカーは両方とも 6205 ベアリングを使用しながら、完全に異なるサービス動作を受けることができます。だからこそ、製造の一貫性が重要なのです。

設置とメンテナンスに関する考慮事項

取り付けは、しまりばめのリングにのみ力を加えてください。シャフトがしっかりしていてハウジングがしっかりしていない場合は、内輪を押してください。ハウジングがきつい場合は、外輪を押し込みます。ボールを介して取付力を伝達しないでください。軌道が凹み、異音や早期故障が発生する可能性があります。

運転中の温度変化、騒音、振動はトラブルの最初の兆候です。突然の温度上昇は、多くの場合、潤滑の故障、過剰な予圧、または不適切なグリースの量を示します。騒音の上昇は、汚染、ブリネリング、または疲労を意味する可能性があります。オープンベアリングは通常、定期的な再潤滑が必要ですが、シールドベアリングは生涯にわたって潤滑されることがよくあります。

製造パートナーが重要な理由

深溝玉軸受の故障が鋼種だけによって引き起こされることはほとんどありません。多くの場合、軌道の形状、ボールの真円度、保持器の品質、またはシールの一貫性が原因で発生します。最新の生産ラインと完全な試験装置を備えたサプライヤーは、大規模な生産バッチ全体にわたってこれらのパラメータを厳しい制限内に維持できます。 ISO/TS 16949 認証は、自動車サプライチェーンを対象とした品質システムを示しており、完全な試験装置により各バッチの寸法、騒音、振動データが提供されます。

寧波 D&M Bearings Co., Ltd. は、20,000 平方メートルの製造拠点と自動検査によってサポートされ、D&M および LUMAN ブランドの深溝玉軸受を生産しています。安定したノイズとフィット感を備えた何千もの同一のベアリングが要件の場合、単にボックスを再販する代理店よりも、材料と組立プロセスの両方を管理するメーカーの方が良いパートナーとなります。利用可能なサイズと構成を調べるには、まず同社の深溝玉軸受製品ラインから始めてください。