深溝玉軸受とは何ですか?種類と用途

深溝玉軸受とは何ですか?直接的な答え

あ 深溝玉軸受 は、世界で最も広く使用されているタイプの転がり軸受です。内輪、外輪、一組の鋼球、および均一な球間隔を維持する保持器で構成されます。特徴は、内輪と外輪の両方にある連続した深い軌道溝です。この溝は、標準的なボール ベアリングに見られる溝よりも大幅に深いです。この形状により、ベアリングは次のような処理が可能になります。 ラジアル荷重とアキシアル（スラスト）荷重の両方 どちらの方向にも対応できるため、真に多用途な単一コンポーネントのソリューションになります。

実際上、深溝玉軸受はあらゆる回転軸用途にデフォルトで選択されます。これらは、電気モーター、ギアボックス、自転車、家庭用電化製品、工作機械、自動車用オルタネーター、その他何千ものシステムに使用されています。最も一般的なサイズの 1 つである 6205 シリーズ ベアリングは、最大で次のラジアル荷重をサポートします。 14.8kN 最大アキシアル荷重 6.55kN パッケージの重さはわずか数百グラムです。

コア構造: 各コンポーネントの役割

すべての深溝玉軸受は、同じ基本的な 4 つの部分からなる構造を共有しています。各コンポーネントを理解することで、ベアリングがなぜそのように機能するのかが説明されます。

内輪

内輪は回転軸にしっかりと嵌合します。外周にはボールを案内する深い軌道溝が刻まれています。ほとんどの用途ではシャフトとともに回転しますが、一部の設計では、内側のリングが静止したまま外側のリングが回転します。

外輪

外輪はハウジングまたはベアリングシートの内側に設置され、通常は静止した状態に保持されます。その内面には適合する深溝軌道が付いています。両方のリングの深い溝の組み合わせがこのベアリング タイプの特徴であり、アキシアル荷重容量を可能にします。

転動体（鋼球）

精密に研磨された鋼球が 2 つの軌道の間を転がります。ボールは軌道と点接触するため、摩擦が最小限に抑えられ、非常に高い回転速度が可能になります。ボールの直径とボールの数によって、ベアリングの負荷容量と定格速度が決まります。

ケージ（リテーナー）

ケージはボールを円周上に均等な間隔で配置し、ボール同士が接触して摩擦が生じるのを防ぎます。ケージは、打ち抜き鋼、機械加工された真鍮、または射出成形されたポリアミド (ナイロン) で作られています。 ポリアミドケージ 軽量で振動減衰特性が優れているため、高速用途に適しています。

深溝玉軸受の仕組み

シャフトが回転すると、外輪は固定されたまま内輪も一緒に回転します。鋼球が軌道溝に沿って転がり、滑り摩擦が転がり摩擦に変換され、エネルギー損失が 1/2 に減少します。 10～100回 同等の荷重におけるプレーンスリーブベアリングとの比較。

軌道溝の深さは設計上の重要な特徴です。溝の半径はボールの半径よりわずかに大きいだけであるため (通常は 溝とボールの半径比 0.52 ～ 0.53 ）、軸方向の力によってボールが横に押された場合でも、ボールは溝内にしっかりと保持されます。これが、深溝ベアリングが、溝の浅いベアリングのスキップや故障の原因となるスラスト荷重に対処できる理由です。

グリースまたはオイルの潤滑は、ボールと軌道の間に薄い膜を形成し、金属間の直接接触を防ぎます。グリースが塗布された密閉ベアリングでは、ユーザーが介入しなくても、この膜はベアリングの耐用年数全体にわたって維持されます。

深溝玉軸受の種類

深溝玉軸受ファミリーにはいくつかのバリエーションがあり、それぞれが特定の動作条件に合わせて最適化されています。

オープンベアリング

オープンベアリングには両側にシールドやシールがありません。外部潤滑が定期的に適用および維持される、清潔で乾燥した環境に適しています。オープン設計ではシール抵抗がないため高速化が可能であり、使用中のグリースの再注入が容易です。

シールドベアリング（ZZ・2Z）

金属シールド（片面は「Z」、両面は「ZZ」または「2Z」で指定）が外輪の溝に圧入されます。大きな粒子がベアリング内部に侵入するのを防ぎますが、内輪には接触しないため、実質的に摩擦は発生しません。シールドベアリングにはグリースが塗布されており、中程度に汚染された環境に適しています。

シールドベアリング（RS/2RS）

ゴムまたは PTFE シール (片側は「RS」、両側は「2RS」と指定) が内輪と軽く接触し、 塵、水、汚染物質に対する優れた保護 。この接触によりシールドよりもわずかに多くの摩擦が発生し、開いた同等のものと比較して最大速度が約 30 ～ 50% 制限されます。ただし、2RS シールド ベアリングは、ほとんどの用途で生涯メンテナンスフリーであるため、世界的に最も人気のある構成です。

単列と複列

標準の深溝玉軸受には 1 列の玉が付いています。 複列深溝玉軸受 1 つのベアリング ユニット内に 2 つの平行なボール列が含まれており、外径を大幅に大きくすることなくラジアル荷重容量を約 2 倍にします。これらは、ギアボックスや頑丈な電気モーターなど、コンパクトで高負荷容量が必要なアプリケーションに使用されます。

スナップリングベアリング

これらの外輪には、スナップ リング (サークリップ) を受け入れる円周方向の溝があります。スナップ リングにより、ハウジング内での軸方向の位置決めが簡素化され、機械加工されたショルダーやその他の保持機能が不要になります。電動モーターやポンプによく使用されます。

深溝玉軸受と他の軸受タイプの比較

適切なベアリングのタイプを選択するには、深溝玉軸受とその一般的な代替品との間のトレードオフを理解する必要があります。

要点は明らかです。深溝玉軸受は、速度性能、低摩擦、双方向のアキシアル荷重処理、低コストの最適な組み合わせを提供し、負荷レベルでころ軸受が必要な場合や、高推力の要求でアンギュラコンタクト設計が必要な場合を除き、深溝玉軸受が合理的なデフォルトとなります。

軸受の名称体系を理解する

深溝玉軸受は、標準化された ISO 指定システムに従っています。ベアリング番号の読み方を知っていれば、ベアリングの寸法と構成を即座に識別できます。

ベアリングの例を見てみましょう 6205-2RS1/C3 :

• 6 — ベアリングの種類: 深溝玉軸受
• 2 — 寸法シリーズ (幅と直径の組み合わせ): 中幅、中直径のシリーズを示します。
• 05 — ボアコード: 5 を掛けてボア直径を mm 単位で取得します。 05×5＝ 25mmボア
• 2RS1 — サフィックス: 両側に 2 つのゴム シール (RS)、バリエーション 1
• C3 — 内部すきまクラス: 通常のすきまより大きく、より高い動作温度または圧入用途に適しています

ボアサイズ04以上の場合は、ボア径mm＝ボアコード×5となります。 ボアコード00、01、02、03が対応します。 10mm、12mm、15mm、17mm それぞれ特殊な場合として。

評価すべき主要なパフォーマンス仕様

正しいベアリングを選択するには、アプリケーションの要求に照らしてこれらの主要な仕様を評価する必要があります。

業界を超えた現実世界のアプリケーション

深溝玉軸受は、回転機械に関わるほぼすべての業界で使用されています。その応用範囲の広さは、他のタイプのベアリングの追随を許しません。

電動モーター

分数馬力の家電モーターから大型の産業用 AC 誘導モーターに至るまで、電気モーターの大部分は、駆動側と非駆動側の両方で深溝玉軸受を使用しています。標準的な IEC 100 フレーム モーターは通常、 6208 ベアリング (内径 40 mm、外径 80 mm) は、3,000 RPM で数万時間の連続運転が可能です。

あutomotive Systems

あlternators, starter motors, power steering pumps, air conditioning compressors, and electric window motors all use deep groove ball bearings. Automotive-grade bearings are designed for 最高150℃の温度 200,000 km を超える耐用年数を誇り、関連する熱サイクルに対応する特別なグリース配合を採用しています。

家庭用電化製品

洗濯機のドラム、掃除機のモーター、ファン、冷蔵庫のコンプレッサーは、密閉型 2RS 深溝ボール ベアリングを使用しています。消費者製品はユーザーが定期的に再潤滑することができないため、ここではメンテナンスフリーの密閉設計が不可欠です。

自転車とパワースポーツ

自転車のボトムブラケット、ホイールハブ、ヘッドセットには、ミニチュアまたは標準の深溝ボールベアリングが使用されています。電動自転車のハブ モーターは通常、 6001または6002シリーズベアリング (口径 12 ～ 15 mm) は、衝撃荷重、水への曝露、および連続的な高速動作に耐える必要があります。

産業機械とロボット

コンベヤーローラー、ポンプ、ファン、繊維機械、ロボット関節アクチュエーターはすべて深溝玉軸受に依存しています。ロボット工学では、精密研削ベアリングと あBEC-5 or ABEC-7 tolerance classes 再現可能な位置決めに必要な寸法精度を提供します。

潤滑: グリースとオイルの比較とベストプラクティス

管理が不適切な場合、深溝玉軸受の故障の大部分は潤滑によって引き起こされます。それを正しく行うことは、最も影響力のあるメンテナンスの決定です。

グリース潤滑

グリースは、ほとんどの用途で標準的に選択されます。所定の位置に留まり、循環システムを必要とせず、ベアリングのグリース制限速度までの速度に対して適切な潤滑を提供します。最適な充填レベルは次のとおりです。 ベアリングの自由内部容積の 30 ～ 50% - 過剰な充填は熱の蓄積を引き起こし、グリースの劣化を促進します。リチウムベースの NLGI グレード 2 グリースは、-20°C ～ 120°C の最も一般的な用途に適しています。

オイル潤滑

速度がグリースの制限速度を超える場合、動作温度が非常に高い場合、またはベアリングが既存のオイルバスを備えたギアボックスの一部である場合、オイル潤滑が使用されます。オイルは冷却効果を高め、通常は高速化を可能にします。 グリース速度制限より 15 ～ 30% 高い -ただし、潤滑剤を保持および管理するには、密閉されたハウジングまたは循環システムが必要です。

再グリス間隔

アクセス可能なハウジング内のオープンベアリングの場合、グリースを補給する間隔はベアリングのサイズ、速度、温度によって異なります。一般的なガイドラインとして、70°C で 1,500 RPM で動作する 6206 ベアリングには、約 1 回の間隔でグリースを補給する必要があります。 5,000 ～ 8,000 稼働時間 。温度が高くなると間隔が大幅に短くなります。70℃を超えると 15℃上昇するごとに、再グリース注入間隔は約半分になります。

耐用年数を最大限に延ばすための設置のベスト プラクティス

ベアリングの早期故障の大部分は、不適切な取り付けが原因であることが業界の推定で示唆されています ベアリング故障の 50% 以上 取り付けエラー、汚れ、または不適切な取り付けまで遡ります。

1. あlways apply force to the ring being press-fitted. ベアリングを軸に圧入する際は内輪のみに力を加えてください。ハウジングへの圧入時は外輪のみに力を加えてください。ボールを無理に押し込むと、直ちに軌道面が損傷します。
2. 適切な取り付け工具を使用してください。 あ bearing fitting tool set or an appropriately sized sleeve ensures uniform force distribution. Hammering directly on the bearing ring causes brinelling (surface indentation) and immediate noise and vibration issues.
3. シャフトとハウジングの公差を確認します。 正しい締まりばめが不可欠です。回転内輪の場合、シャフト公差は通常、 j5～k5 。固定外輪の場合、ハウジング公差は通常次のとおりです。 H7 。特定の負荷および速度条件については、ISO 適合表を参照してください。
4. より大きなベアリングにはサーマルマウントを使用してください。 ボア径が 80 mm を超えるベアリングの場合、誘導加熱により 80～100℃ ベアリングを十分に拡張してシャフトにスリップフィットで取り付けることができるため、軌道を損傷する可能性のある高いプレス力の必要性が回避されます。
5. 作業スペースを清潔に保ちます。 ボールと軌道面の間に小さな粒子の砂や金属汚染物があると、急速な摩耗が発生します。クリーンベンチで作業し、取り付ける瞬間までベアリングの梱包を取り外さないでください。
6. シャフトとハウジングの形状を確認してください。 真円でないシャフトやハウジングは、動作中にベアリングの形状を非円形にし、応力集中や早期疲労破壊を引き起こします。推奨される最大真円度偏差は通常、 該当するベアリング公差の 4 分の 1 .

一般的な故障モードとその診断方法

ベアリングの故障モードを早期に認識することで、周囲のコンポーネントに二次的な損傷が発生する前に計画的に交換することができます。

• 疲労剥離: 軸受が計算上の耐用年数に達した後の軌道面の剥離。振動や騒音が大きくなるのが特徴です。ベアリングが適切に選択され、維持されている場合の通常の故障モード - 同じ仕様またはアップグレードされた仕様と交換します。
• ブリネリング (偽または真): ボール間隔ごとに軌道面にできるへこみまたはくぼみ。真のブリネリングは静的な過負荷によって発生します。誤ったブリネリング (フレッチング) は、ベアリングが静止している間の振動によって発生します。これは、保管されている機器や輸送される機械によく見られます。どちらも、動作の最初の瞬間から荒い動作と異音を引き起こします。
• 汚染摩耗: あbrasive particles in the lubricant cause rapid, diffuse surface wear on raceways and balls. The bearing becomes noisy and develops excessive clearance. Prevention: use sealed bearings or improve housing sealing; implement oil filtration in circulating oil systems.
• 腐食: 湿気の侵入や攻撃的な化学物質によりレースウェイに錆びが発生します。表面に凹凸があると疲労亀裂が発生し、騒音や荒い動作が発生します。ステンレス鋼リング (指定 440C ステンレス) を備えたベアリングを使用するか、湿潤環境用に耐食性コーティングを適用してください。
• 電食（溝加工）： ベアリングを通過する迷走電流は、フルーティングと呼ばれる軌道全体に規則的なピッチングのパターンを引き起こします。可変周波数駆動 (VFD) モーター アプリケーションで一般的。解決策: 電気絶縁ベアリング (ハイブリッド セラミック ボール ベアリングまたは絶縁リング コーティング) を使用します。
• 過熱: リングが青から黒に変色する場合は、温度が 200°C を超えることを示します。原因としては、グリースの過剰塗布、圧入後のクリアランス不足、速度の出しすぎ、潤滑切れなどが考えられます。過熱したベアリングは硬度を失い、急速に故障します。交換する前に根本原因を特定する必要があります。