アンギュラコンタクトベアリングとは何ですか?またどのように機能しますか?

アンギュラベアリングとは

アンギュラコンタクトベアリングは、ベアリングの軸に対してオフセット角度で配置された軌道を使用して設計されたボールベアリングまたはローラーベアリングの一種であり、ベアリングのサポートを可能にします。 ラジアル荷重とアキシアル（スラスト）荷重を同時に合成 標準の深溝ベアリングのように 1 種類の荷重のみを処理するのではなく、接触角と呼ばれるこのオフセットは、通常 15° ～ 40° の範囲であり、ラジアル荷重に対してベアリングが耐えられるアキシアル荷重の大きさを決定します。

アンギュラ玉軸受 特に転動体としてボールを使用し、このタイプのベアリングの最も一般的な形式であり、シャフトが通常のラジアル荷重とともにギアの噛み合いや流体圧力から推力を受ける工作機械のスピンドル、ポンプ、ギアボックスで広く使用されています。を備えたベアリング 接触角40° 同じベアリング サイズで角度 15° のベアリングに比べて、およそ 2 倍のアキシアル荷重を支えることができます。そのため、どのような用途においても正しい接触角を選択することが最初の決定事項となります。

アンギュラ玉軸受の仕組み

標準の深溝ベアリングの内部では、内側と外側の軌道が位置合わせされているため、ボールと軌道の間の接触はラジアル面全体で直接発生します。アンギュラコンタクトベアリングでは、軌道が非対称に研削されるため、内輪と外輪の接触点を結ぶ線はベアリングのラジアル面に対して角度を形成します。

角度によって推力が得られる理由

荷重経路はボールを真っ直ぐ横切るのではなく、ボールを斜めに通過するため、ラジアル荷重の一部はアキシアル力成分に変換され、逆にベアリングはシャフトを一方向に押すアキシアル荷重に抵抗できます。単一のベアリングは一軸方向の推力にしか耐えられないため、アンギュラコンタクトベアリングはほとんどの場合ペアまたはセットで取り付けられます。

一方向推力制限

単一のアンギュラコンタクトベアリングは、接触角が「開く」側にシャフトを押すアキシアル荷重のみを伝えることができます。逆スラストはサポートされません。これが、これらのベアリングが通常、実際のアセンブリで背中合わせまたは向かい合わせでペアになる主な理由です。

接触角のクラスとその耐荷重

メーカーは、いくつかの標準化された接触角クラスのアンギュラ玉軸受を製造しており、それぞれが速度とアキシアル荷重容量の異なるバランスに適しています。

原則として、 より低い接触角がより高い速度をサポートします これは、ボールの接触力が軸方向に向けられることが少なくなり、発熱が減少する一方、接触角が大きくなると速度能力と引き換えにスラスト荷重のサポートが向上するためです。

ベアリングの構成と取り付け配置

単一のアンギュラコンタクトベアリングは一方向の推力のみに対応するため、メーカーは正しい内部クリアランスで嵌合するように研磨された事前に適合したセットで供給します。選択した構成は、剛性、位置ずれの許容度、およびどの方向の荷重がサポートされるかに影響します。

工作機械のスピンドルでは、2 つのベアリング間の有効中心距離が広くなり、 シャフトの傾きに対する耐性が大幅に向上 対面セットアップと比較してモーメント負荷が軽減されます。

アンギュラコンタクトベアリングと他のベアリングタイプの比較

シャフトがラジアル荷重とアキシアル荷重の両方に耐える必要がある場合、エンジニアはアンギュラ玉軸受を深溝玉軸受や円すいころ軸受と比較することがよくあります。

アンギュラ玉軸受は実用的な中間点に位置し、速度に耐えます。 およそ 20 ～ 30% 高い 転がり摩擦が低いため、同等のサイズの円錐ころ軸受よりも優れた性能を発揮しながら、深溝軸受では確実に処理できない重要なスラスト荷重を管理できます。

アンギュラ玉軸受の一般的な用途

アンギュラコンタクトベアリングは、ラジアル容量とスラスト容量と優れた高速性能の組み合わせにより、いくつかの業界で標準的な選択肢となっています。

• 工作機械スピンドル – 接触角 15° の連続ペアのベアリングが切削力をサポートしながら、サブミクロンの精度に必要な回転精度を維持します
• 自動車の前輪ハブ – 接触角 40° のベアリングが車両の重量に加えてコーナリングのスラスト荷重にも対応します
• 遠心ポンプとコンプレッサー – 25 ～ 30° ベアリングがインペラの圧力差によって生成される軸方向の推力を管理します
• はすば歯車またはかさ歯車を備えたギアボックス - アンギュラ コンタクト セットは、これらの歯車タイプが噛み合い中に生成する固有の軸方向推力を吸収します。
• ロボットアームジョイントと回転テーブル - ペアのベアリングがジョイントでの傾斜モーメントに耐えるのに必要な剛性を提供します

予圧と精度クラスの選択

予圧レベルと精度クラスという 2 つの追加仕様により、アンギュラ コンタクト ベアリングが設置後にどのように機能するかが決まります。

プリロード

ベアリングペアを取り付けるときに、制御された小さな内部荷重 (予圧) を適用すると、内部の遊びがなくなり、回転精度が向上します。軽い予圧は高速スピンドルの用途に適していますが、重い予圧は研削盤のスピンドルなど、最高速度よりも最大の剛性が重要な場合に使用されます。

精密クラス

ベアリングは ISO または ABEC 規格に基づいてグレード付けされています。 ABEC 7 または ABEC 9 (ISO P4/P2) これらのクラスは高精度のスピンドル作業用に予約されていますが、標準の ABEC 1 (ISO P0) ベアリングは、極端な回転精度が要求されない一般的な産業用ギアボックスやポンプには十分です。

インストールとメンテナンスのベストプラクティス

適合するベアリング セットはペアとして研磨されるため、取り付け時の不適切な取り扱いは早期故障の最も一般的な原因の 1 つです。

1. 内部すきまはそのペア専用に研磨されているため、異なる適合セットのベアリングを決して混合しないでください。
2. 取付け前に正しい向きのマーク (外輪にある矢印や文字) を確認してください。背面合わせセットのベアリングを逆にすると、意図しない対面配置になってしまうためです。
3. スリーブまたはプレスを使用して内輪面全体に均等に取付力を加えてください。ボールや保持器を直接たたくことは絶対にしないでください。
4. ハウジングのボアが大きすぎると意図した予圧が低下する可能性があるため、シャフトとハウジングの公差がベアリングメーカーの推奨適合性と一致していることを確認してください。
5. メーカーが指定した間隔で再潤滑してください。高速スピンドルベアリングでは、定期的に手動でグリースを注入するのではなく、オイルエアまたはグリースフォーライフシステムが必要になることがよくあります。

ベアリングメーカーのフィールドデータは一貫して次のことを示しています。 不適切な予圧設定は、スピンドルベアリングの初期故障の大部分を占めます。 材料の欠陥や通常の磨耗よりも、トルク管理された取り付け手順がベアリングの選択自体と同じくらい重要であるのはこのためです。

適切なアンギュラコンタクトベアリングの選び方

正しいベアリングを選択するには、接触角、構成、精度クラスをアプリケーションの実際の負荷と速度プロファイルに適合させる必要があります。

• アキシアル荷重とラジアル荷重の予想される比率を計算します。比率が 0.5 を超える場合、一般に接触角は 15° ではなく 30 ～ 40° が必要になります。
• モーメント耐荷重と剛性が最も重要な場合は背面 (DB) 取り付けを選択し、シャフトの多少のミスアライメントが予想される場合は対面 (DF) 取り付けを選択します。
• 精度を不必要に厳密に設定すると、一般的な産業用途では機能上の利点が得られずにコストが大幅に増加するため、利用可能な最高クラスをデフォルトとするのではなく、アプリケーションの精度要件に精度クラスを一致させます。
• ベアリングの定格速度 (多くの場合、dn 値、ボア直径と RPM の積で表されます) がアプリケーションの動作速度を十分に超えていることを確認します。
• マークのないベアリングや一致しないベアリングは現場で正しく取り付けることが難しいため、適合セットの文書と明確な方向マークを提供するサプライヤーと協力してください。

設計段階でこれらの選択を正しく行うことで、機械がすでに稼働した後にベアリングの早期故障を診断するというはるかに費用のかかる問題を回避できます。