ピローブロックとフランジベアリング: 主な違いの説明

ピローブロックベアリングは、シャフトがベースと平行になるように水平面に取り付けられます。 フランジベアリング シャフトが取り付け面に対して垂直になるように垂直面または壁に取り付けます。 どちらを選択するかは、シャフトの向き、荷重の方向、利用可能な取り付けスペース、ラジアル荷重サポートが必要かアキシアル荷重サポートが必要かによって決まります。 フランジ付きボールベアリング 最も一般的なタイプのフランジ ベアリングで、コンパクトでスペースに制約のある設置に優れています。それぞれのタイプの長所を理解することで、早期の障害やコストのかかるダウンタイムを回避できます。

ピローブロックベアリングとは何ですか、そしてどのように機能しますか

ピロー ブロック ベアリング (プランマー ブロックとも呼ばれます) は、2 つ以上のボルト穴を備えた平らで水平な取り付けベースを備えた鋳造ハウジング内にベアリング インサートが収まるハウジング型ベアリング ユニットです。シャフトは取り付け面と平行に走っています。ハウジングは通常、鋳鉄、プレス鋼、または熱可塑性プラスチックで作られ、インサートは通常、最大で 100 メートルまでのわずかなシャフトのずれに対応できる自動調心ボールまたはローラー ベアリングです。 2～3° .

ピローブロックは主に取り扱いを目的として設計されています。 ラジアル荷重 — シャフトに対して垂直に作用する力 — ただし、多くのユニットは中程度の軸方向 (スラスト) 荷重にも対応できます。これらは、コンベヤシステム、農業機械、ファン、ポンプ、およびシャフトがフレームまたはベースプレートを横切って水平に走る産業用ドライブシャフトで広く使用されています。

一般的なピローブロックの構成

• UCPシリーズ（インサートボールベアリング）： 止めネジまたは偏心ロックカラーを備えた標準鋳鉄ハウジング。シャフトサイズは通常 12mm ～ 80mm
• UCPXシリーズ（深溝インサート）： より過酷な用途向けのより高いラジアル荷重容量
• ローラーピローブロック: 50 kN を超える非常に重いラジアル荷重には、円筒形または自動調心ころインサートを使用してください。
• ステンレススチール/熱可塑性プラスチックハウジング: 食品加工または腐食環境用

フランジベアリングとそのサブタイプとは何ですか

フランジベアリングは、ハウジングにフランジ (ボルト穴のある平らな取り付けプレート) があり、シャフトが取り付け面に対して垂直になるように配置された、ハウジング付きベアリングユニットです。これにより、ベアリングを平らなベースではなく、壁、パネル、フレーム端、または機械面に直接固定することができます。設計に応じて、フランジには 2 つ、3 つ、または 4 つの取り付け穴があります。

フランジ付きボールベアリング 最も一般的なサブタイプです。フランジ付きハウジング内に深溝ボールベアリングインサートを使用しており、ある程度のアキシアル容量を備えた中程度のラジアル荷重に適しています。他のフランジ ベアリング タイプには、高負荷用途用のフランジ付きローラー ベアリングや、低速振動運動用のフランジ付きスリーブ ベアリングなどがあります。

ボルト パターン別のフランジ ベアリング ハウジング スタイル

• 2ボルトフランジ（UCF/UCFLシリーズ）： 楕円形または正方形のベースに 2 つの取り付け穴が付いています。コンパクトで軽荷重に適しています
• 3ボルトフランジ（UCFSシリーズ）： より安定した取り付けとより高いトルク耐性を実現する三角パターン
• 4ボルトフランジ（UCFB/UCFXシリーズ）： 正方形のパターン。フランジタイプの中で最高の剛性と耐荷重を実現
• カートリッジ/巻取フランジユニット： ベルトの張り調整のためのシャフト位置調整が可能

ピローブロックとフランジベアリングの直接比較

以下の表は、ピロー ブロック ベアリングとフランジ ベアリングの最も重要な実用的な違いをまとめたもので、選択のガイドとなります。

フランジ付きボールベアリング: 設計の詳細と性能仕様

フランジ付きボール ベアリングは、軽から中程度の産業および商業用途で最も広く使用されているタイプのフランジ ベアリングです。これらは、通常は鋳鉄またはダクタイル鋳鉄で作られたフランジ付きハウジング内に圧入または保持された深溝玉軸受で構成され、内輪が止めねじ、偏心カラー、またはアダプタ スリーブを介してシャフトをグリップします。

標準フランジ付きボールベアリングインサート (UCF シリーズ) は、ISO および ABEC 規格に従って製造されています。たとえば、UCF205 ユニットには、 シャフト径25mm 、静定格荷重 (C0) は約 7.8kN 動定格荷重 (C) は約 14kN 、最大動作速度は 4,800rpm グリース潤滑の場合。

フランジ付きボールベアリングの主な設計上の特徴

• 自動調心外輪: 球面外面により、シャフトとハウジング間の角度ずれを最大 ±2° 補正します。
• 事前潤滑および密封: ほとんどのユニットには、二重接触ゴムシール (2RS) と工場出荷時のグリースが付属しています。通常の状態では再潤滑間隔は 6 ～ 12 か月
• ロック機構: 止めネジ (よりシンプルで低コスト)、偏心ロッキングカラー (荷重の逆転に適しています)、またはアダプター スリーブ (インチ ハウジングのメートル シャフト用)
• 入手可能なハウジング材料: ねずみ鋳鉄 (標準)、ダクタイル鋳鉄 (耐衝撃性が高い)、ステンレス鋼 (洗浄環境)、ガラス入りナイロン (軽量、耐食性)

UCF フランジ付きボール ベアリングのサイズ参考値

荷重方向: 最も重要な選択要素

シャフトに作用する荷重の方向と種類は、ピロー ブロック ベアリングとフランジ ベアリングのどちらを選択する場合にも最も重要な要素です。これを誤ると、摩耗が加速し、早期疲労が発生し、致命的な故障が発生します。

ラジアル荷重の用途

ラジアル荷重はシャフト軸に対して垂直に作用します。つまり、ベルト、プーリー、またはギアの重量がシャフトを押し下げることです。ピローブロックベアリングとフランジベアリングは両方ともラジアル荷重に耐えますが、 ピローブロックは一般的により大きなラジアル荷重に耐えます ハウジングの形状がベースを通じてより効果的に力を分散するためです。標準の UCP208 ピロー ブロック (内径 40mm) の動ラジアル荷重定格は約です。 25.5kN 、同じインサートサイズの UCF208 フランジベアリングに匹敵します。

アキシアル（スラスト）荷重の用途

アキシアル荷重は、シャフト軸と平行に作用します。たとえば、スクリューコンベアのエンドスラストやヘリカルギアセットからの力などです。 エンドプレートまたはフレーム面に取り付けられたフランジベアリングは、アキシアル荷重に耐えるために自然に適切な位置に配置されます。 取り付けフランジがシャフトに対して垂直であるため、ハウジングがスラストに対して直接支えられるようになっています。ピローブロックは、力がベースではなくシャフトに沿って作用するため、アキシアル荷重に抵抗する効率が低くなります。

複合負荷状況

実際のアプリケーションの多くには、ラジアル荷重とアキシアル荷重の組み合わせが含まれます。このような場合、エンジニアは等価動的な軸受荷重の公式を使用します。 P = X・Fr Y・Fa ここで、Fr はラジアル力、Fa はアキシャル力、X と Y はメーカーのカタログからのベアリング固有の係数です。アキシアル荷重対ラジアル荷重の比が 0.3 を超える場合は、アンギュラコンタクトインサートまたはペア構成を備えたフランジベアリングを検討する必要があります。

取り付け方向とスペースの制約

2 つのベアリング タイプの 2 番目の大きな違いは、取り付け形状です。多くの場合、負荷設定に関係なく、マシンの物理レイアウトによって唯一の実行可能なオプションが決まります。

• シャフトが壁またはパネルを突き抜けて出る: フランジベアリングはシャフトが通過する状態でパネルに直接取り付けられます。ピローブロックは、別個の取り付けブラケットがなければこの機能を実行できません。
• シャフトはオープンフレームを横切っています: ピロー ブロックは両側のフレーム レールにボルトで固定されます。これは、固定する壁がない理想的な使用例です。
• 垂直シャフト： 水平面に取り付けられたフランジ ベアリング (シャフトが上を向いている) の方が実用的です。垂直用途のピロー ブロックには、カスタム変更または特殊な垂直取り付けハウジングが必要です。
• 限られた頭上の隙間: ピロー ブロックによりシャフトの中心線よりも高さが増します (UCP205 はベースから約 44 mm の高さになります)。代わりにフランジベアリングが軸方向に突き出ているため、垂直方向のスペースが節約されます。
• 単一シャフト上の複数のベアリング ポイント: 両端に 1 つの固定ピロー ブロックまたはフランジ ベアリングを使用します。決して両端を厳密に拘束しないでください。熱膨張を許容するために、一方はフローティング (自由) ユニットでなければなりません。

シャフトのミスアライメント: 両方のタイプの対応方法

ピローブロックベアリングとフランジベアリングはどちらも通常、自動調心インサートベアリングを使用します。アウターレースには、ハウジングの凹面ボア内で揺動する凸面球面があります。この設計は、シャフトの不正確な取り付け、負荷によるたわみ、または熱歪みによって引き起こされる静的な位置ずれに対応します。

標準の UC シリーズインサート (UCP ピローブロックと UCF フランジベアリングの両方で使用) は、角度のずれを許容します。 ±2°～±3° 。ただし、これは静的な補償です。動的ミスアライメント (振動によるぐらつき) が 0.5° を超えると、ベアリングの寿命は急激に低下します。ミスアライメントが大きい用途では、ボールインサートの代わりに自動調心ころインサートまたは自動調心すべり軸受を使用する必要があります。

実際には、端に取り付けられたフランジは角度誤差を増幅するため、位置ずれはフランジ ベアリングに若干の影響を与えます。 直角度誤差0.1mm 取り付けパネルのずれは、そのままシャフトのずれにつながります。重要なシャフトにフランジ ベアリングを取り付ける前に、パネルの平面度 (100mm あたり 0.05mm 以内) を必ず確認してください。

速度、温度、環境への配慮

動作環境は、荷重や方向だけでなく、ベアリングの選択にも大きな影響を与えます。ピロー ブロックとフランジ ベアリング ハウジングは両方とも、用途の速度、温度範囲、および汚染への曝露に適合する必要があります。

速度制限

フランジ付きボールベアリングは、一般に、ローラーインサートを使用した同等サイズのピローブロックユニットよりも高い速度定格を達成します。 UCF205 フランジ付きボール ベアリングは、 4,800rpm グリース潤滑では、同様の内径のローラインサートピローブロックは約 2,000～2,500rpm 。 3,000 rpm を超える高速スピンドルまたはファンの場合は、通常、フランジ付きボール ベアリングがより良い選択です。

温度範囲

標準のグリース封入 UC インサートベアリングは、 −20℃〜120℃ 。高温グリースはこれを 160°C まで延長します。 120°C を超えると、シールが劣化し、グリースが急速に酸化します。高温での動作を継続するには、外部オイル潤滑を備えたオープン ベアリングを検討してください。 -20°C 未満の氷点下の温度では、グリースの流れや枯渇を防ぐために、低温合成グリースが必須です。

汚染と洗浄

• 食品・飲料・医薬品： ピローブロックとフランジの両方の構成で、FDA 準拠のグリースを使用したステンレス鋼または NSF 認定の熱可塑性プラスチックハウジングを指定します。
• ほこりや磨耗の多い環境: トリプルリップシールまたはラビリンスシールドを備えたユニットを選択してください。より短い間隔で再潤滑します (250 ～ 500 運転時間ごと)。
• 濡れた状態または屋外での暴露: 腐食防止グリースを塗布した密閉型 (2RS) インサートを使用します。シールの周りに水が溜まるような開いたハウジングを避ける
• 化学物質への曝露: 鋳鉄ハウジングは酸や腐食剤に弱いです。熱可塑性プラスチック (ナイロンまたはポリプロピレン) ハウジングは、ほとんどの化学薬品に効果的に耐性があります。

両方のベアリングタイプの取り付けのベストプラクティス

不適切な取り付けはベアリングの早期故障の主な原因であり、 ベアリング故障の 50% 以上 SKFやNSKなどの大手ベアリングメーカーによると。適切な手順に従うと、耐用年数が大幅に延長されます。

ピローブロックの取り付け手順

1. 取り付け面をきれいにして水平にします。軸受スパン200mm当たり0.1mm以内の平坦度をチェック
2. ボルトで締める前に、両方のハウジングをシャフトに緩めにスライドさせます。これにより、シャフトが自然な中心線を見つけることができます。
3. 取り付けボルトを指定されたトルクで締めます (例: 鋳鉄ハウジングの場合、M10 ボルトは約 40 Nm)。
4. 最初に固定側ベアリングの止めネジまたは偏心カラーをロックし、次にフローティング側ベアリングをロックします。
5. 動力をかけて実行する前に、シャフトを手で回転させて、スムーズで抵抗のない動きを確認します。

フランジベアリングの取り付け手順

1. 取り付けパネルがシャフトの中心線に対して 100mm あたり 0.05mm 以内で垂直であることを確認してください。
2. 強制的な位置ずれを避けるため、フランジをパネルに取り付ける前にシャフトをハウジングに挿入してください。
3. 利用可能なボルト穴をすべて使用し、十字パターンで締め付けて、フランジが均等に固定されるようにします。
4. セットスクリューまたはロッキングカラーをシャフトの両端の位置が決まるまで緩めたままにし、固定端をロックします。
5. 取り付け後、グリースポート (存在する場合) を通して少量の新しいグリースを塗布し、取り扱い中に生じた汚染を除去します。

選択方法: アプリケーション別の意思決定ガイド

この実用的なガイドを使用して、特定のアプリケーション シナリオに基づいて適切なベアリングのタイプを特定してください。

メンテナンス、再潤滑、および耐用年数の予測

ピロー ブロックとフランジ ベアリング ユニットはどちらも、通常は同じ UC シリーズ インサート ベアリングを使用するため、同様のメンテナンス要件を共有します。重要な変数はアクセシビリティですが、多くの場合、ユニットが取り付けられている場所によって異なります。

• 再潤滑間隔: 通常の条件 (周囲温度、適度な速度、クリーンな環境) では、1,000 ～ 2,000 運転時間ごと、または 6 か月ごとのいずれか早い方でグリースを再塗布してください。
• グリス量： 過剰充填は飢餓と同じくらい有害です。リリーフバルブにわずかな抵抗が感じられるまで、または新しいグリースがシールリップに現れるまでグリースをゆっくりと追加し、その後停止します。
• インサート交換: UC シリーズのインサートは、ハウジングを交換せずに交換可能です。通常、インサートのコストが非常に高いため、コスト面で大きな利点があります。 全体の単価の 30 ～ 50%
• ベアリング寿命の計算: L10 の寿命公式を使用します: L10 = (C/P)³ × (10⁶/60n) 時間、C は動定格荷重、P は等価動荷重、n は速度 (rpm)
• 警告サイン: 異常なノイズ (クリック音、ゴリゴリ音)、80°C を超えるハウジング温度の上昇、シールを越えた目に見えるグリースの漏れ、または過剰なシャフトの振れはすべて、差し迫ったベアリングの故障を示しています。

適切なサイズで十分に潤滑された条件下では、フランジ付きボール ベアリングとピロー ブロック ボールインサート ユニットは次のことを達成できます。 L10 の耐用年数は 20,000 ～ 50,000 時間 。耐久性の高い用途におけるローラーインサートピローブロックは、正しくメンテナンスされている場合、通常 80,000 時間を超えます。