深溝玉軸受とは何ですか?適切なタイプを選択するにはどうすればよいですか?

深溝玉軸受の概要

深溝玉軸受は、軌道溝が深く、ボールと密接に一致しているため、特別な配置をしなくても適度なアキシアル力に耐えることができます。多くの場合、シャフトの両端に 1 つのベアリングがあれば、ローター全体の位置を特定できます。このシンプルさが、設計者がコンパクトなミニチュア サイズから大型の工業用サイズに至るまで深溝玉軸受に戻り続ける理由を説明しています。

深溝玉軸受の構造: 4 つの部品、多くの設計選択肢

すべての深溝玉軸受は、内輪、外輪、ボールのセット、および保持器から作られています。保護のためにシールまたはシールドが追加されます。各要素には、コスト、寿命、速度、騒音を変える選択肢が用意されているため、外側からは同じに見える図面でも、使用中にはまったく異なる動作をする可能性があります。

軌道適合性とボールの補足

深溝玉軸受の溝半径は通常、玉直径の約 52% です。溝が密になると接触面積が増加し、耐荷重性が向上しますが、同時に摩擦が増加し、位置ずれに対する感度も高くなります。ほとんどの設計は、容量と低トルクのバランスをとるため、52% の値近くに落ち着きます。組み立てはエキセントリック（コンラッド）方式に準じます。内輪を片側にずらし、三日月状の隙間にボールを入れ、ボールを均等に広げて保持器をはめ込みます。この方法では適合するボールの数が制限されるため、深溝玉軸受が受けるラジアル荷重が同じサイズの充填スロット設計よりも小さくなります。その代わりに、途切れのない軌道によりスムーズな走行と優れた軸強度が得られます。

ケージの種類の比較

推測に頼らずに深溝玉軸受の指定を読み取る

軸受に印字されている呼称はコンパクト仕様です。最初の数字はベアリングのタイプを示し、6 は深溝玉軸受を意味します。次の桁は、寸法シリーズ (幅と直径のシリーズを組み合わせたもの) を示します。最後の 2 桁は内径を示します。コード 04 以降は、5 を掛けてミリメートル単位の内径を取得します。つまり、05 は 25 mm、08 は 40 mm、12 は 60 mm を意味します。 4 つのコードはこの規則を破ります。00 は 10 mm、01 は 12 mm、02 は 15 mm、03 は 17 mm です。

同じボアで 69、60、62、63、64 シリーズから選択する

多くのシャフト サイズでは、異なる外径の複数の深溝玉軸受を使用できます。より重いシリーズに移行すると、ボールのサイズと幅が増加し、耐荷重が向上しますが、質量、摩擦、および必要なハウジングスペースも増加します。以下の表は、25 mm ボアの 5 シリーズを比較しています。値は典型的なカタログレベルの参考数値です。最終設計の前に、承認された図面と照合して確認します。

69 シリーズから 64 シリーズに比べて動的容量は 5 倍以上に増加し、制限速度は約半分になります。このトレードオフにより、選択ロジックが決まります。スペースが限られていて荷物が軽い場合は、69または60シリーズをお選びください。オールラウンドのデフォルトとして 62 シリーズを選択します。 62シリーズの計算寿命が短すぎる場合、または衝撃荷重が予想される場合は、63シリーズまたは64シリーズに移行してください。

60シリーズの参考サイズ

60 シリーズは、家電製品のモーター、電動工具、コンパクトなギアユニットで広く使用されています。この表は、一般的に要求されるサイズを示しています。

定格荷重、L10 寿命、および時間単位での意味

深溝玉軸受のすべてのデータシートには 2 つの定格荷重が表示されます。基本動定格荷重 Cr は、同一の軸受のグループが定格寿命 100 万回転に達する一定のラジアル荷重です。基本静定格荷重 C0r は、ボール直径の約 0.0001 倍の最も重荷重の接触部で永久変形を生じる荷重です。動的定格は疲労寿命を決定します。静的定格は、衝撃荷重と静止荷重を管理します。

等価荷重 P を求める

ラジアル力のみが作用する場合、P=Frとなります。軸力が存在する場合は、Fa/Frと係数eを比較してください。 Fa/Fr が e 以下の場合、P = Fr となります。それ以外の場合は、P = 0.56 Fr Y Fa。係数 e と Y は、比率 f0・Fa/C0r に依存します。ここで、f0 は製品データに記載されている計算係数です。

負荷によって寿命がどのように変化するか: 6205 の例

このグラフは、1500 r/min で動作する 6205 ベアリング (Cr = 14.0 kN) について計算された L10 時間をプロットしています。寿命は三次関係に従うため、負荷がわずかに増加すると寿命が急激に短くなります。等価荷重が 2 kN から 4 kN に 2 倍になると、寿命は約 3,800 時間から約 480 時間に 8 分の 1 に短縮されます。縦軸は対数です。

制限速度と摩擦トルクと温度上昇

深溝玉軸受の速度能力は、サイズ、保持器、潤滑剤、シールによって決まります。 mm単位のピッチ直径にr/minを掛けた速度係数dm・nは、比較に便利な数値です。グリース潤滑のスチール製保持器設計は、通常、最大 400,000 ～ 600,000 mm·r/min で動作します。オイルミスト、軽いプリロード、およびより高精度のグレードでは、この数値が大幅に上昇する可能性があります。

摩擦と熱の推定

深溝玉軸受の負荷依存摩擦トルクは、M = 0.5 × μ × P × d として見積もることができます。ここで、μ は摩擦係数 (このタイプの軸受では約 0.0015)、P は等価荷重、d は穴径です。 1.4 kN に耐える 6205 の場合、M ≈ 0.5 × 0.0015 × 1400 N × 0.025 m ≈ 0.026 N・m。 3000 r/min では、これは負荷に関連した摩擦による約 8 W の熱に相当します。シールの抵抗とグリースの撹拌が合計に加わります。これが、同じ速度で密閉型ベアリングが開放型ベアリングよりも暖かく動作する理由です。

安定した動作温度は通常、周囲温度より 20 ～ 40 °C 高いです。運転開始から 1 時間経過しても温度が上昇し続ける場合は、グリス過剰、クリアランス不足、シールの固着、または位置ずれを示しています。

深溝玉軸受の内部すきまとはめあい

ラジアル内部すきまは、取り付け前に一方のリングが他方のリングに対してラジアル方向に移動できる合計距離です。内輪のしまりばめによりリングが拡張し、リング間の温度勾配によりすきまがさらに減少します。一般に、作動すきまは、内輪座における有効しめしろの約 70 ～ 80 パーセント縮小します。したがって、ベンチ上に快適なクリアランスがあるベアリングは、一度取り付けてしまえば、ほとんどクリアランスがなくても動作します。

ISO 5753 グループに従った深溝玉軸受の一般的なラジアルすきまの値。特定の設計については図面と照らし合わせて確認してください。

シャフトとハウジングの適合ガイドライン

精度等級と走り精度

精密級は寸法公差と走り精度を管理します。ほとんどの深溝玉軸受は P0 (標準) クラスで供給されます。上位クラスのP6、P5、P4、P2では、穴の偏差、ラジアル振れ、面振れが厳しくなります。以下の値は 18 ～ 30 mm のボア範囲に適用されます。

シール、シールドおよび保護レベル

深溝玉軸受の密閉により、グリースがどのくらいの時間保持され、汚染物質がどのくらいの時間外に保持されるかが決まります。この選択は、ほとんどのユーザーが予想する以上に速度、トルク、耐用年数に影響を与えます。

深溝玉軸受の潤滑の選択

工場で充填されたグリースは、設計をシンプルにし、オイル回路を避けるため、深溝玉軸受の最も一般的な潤滑剤です。適切なグリースは、温度、速度、水や化学物質への曝露によって異なります。

空きスペースを 30 ～ 50% まで埋めるのが一般的です。グリースが多すぎると撹拌損失と温度が上昇するため、高速ベアリングは通常、その範囲の下限で最もよく機能します。密封型深溝玉軸受には永久充填されているため、グリースを再塗布する必要はありません。オープンベアリングは定期的な補充が必要です。経験則として、グラフが示すように、グリースの寿命は 70℃ を超えると 15 °C ごとに半減します。

材質と表面のオプション

標準の深溝玉軸受には、SAE 52100 に相当する高炭素クロム鋼 GCr15 が使用されています。特殊な環境では、他の材料が硬度と容量を犠牲にして、耐食性、軽量化、または電気絶縁性を実現します。

深溝玉軸受の特殊バリエーション

各仕様が最適に機能する場所

この表は、一般的なマシンの典型的な初期仕様をまとめたものです。実際の選択は、負荷、速度、環境の計算によって確認する必要があります。

深溝玉軸受の製造と検査の仕組み

深溝玉軸受の一貫性は、あらゆる段階でのプロセス管理によって実現されます。以下のフローは、原材料から輸出梱包までの一般的な工場ルートに従います。

検査項目

深溝玉軸受のカスタマイズ オプション

標準部品が特定の機械要件を満たさない場合、ベアリング全体を再設計することなく、深溝玉軸受をいくつかの領域に適合させることができます。

深溝玉軸受の正しい取り付け方

初期故障のほとんどは、製造ではなく取り付けに遡ります。これらの手順は、最もよくある間違いに対処します。

深溝玉軸受の故障診断

深溝玉軸受の仕様チェックリスト

最初に次の詳細を収集すると、選択プロセスが短縮され、繰り返しの修正が回避されます。

深溝玉軸受に関するよくある質問