ボールベアリングの種類とは何ですか?工場からのバイヤーズガイド

最近のサンプリング プロジェクトで、家電製品の購入者が 1 枚の図面と 3 件の故障報告書を送ってきました。食器洗い機の循環ポンプのモーター ベアリングが数か月以内に錆びており、608ZZ、608-2RS、S608RS では交換見積もりが 40% 近く異なっていました。すべて同じ 8 x 22 x 7 mm の封筒です。その論争にはサイズに関するものは何もありませんでした。それはベアリングの種類、材質、シーリングに関するもので、ボール ベアリングのほとんどの決定が実際に勝敗を左右するのはまさにここです。

タイトルの質問に対する直接の答えは次のとおりです。ほぼすべてのボール ベアリングは、深溝、アンギュラ コンタクト、自動調心、およびスラストという 4 つの構造ファミリーのいずれかに分類されます。これらのファミリの上に、ほとんどの購入者の期待以上に価格と性能を左右する 3 つのバリアント層が存在します。それは、リング材質 (クロム鋼、炭素鋼、AISI 304 または AISI 440C ステンレス鋼)、シーリング (オープン、金属シールド、またはゴムシール)、および取り付けスタイル (プレーンボア、フランジ付き、またはプラスチックまたはポリウレタンでオーバーモールド) です。適切なファミリーを選択すれば、ベアリングは何年も静かにその仕事を続けます。適切なファミリー内で間違ったバリエーションを選択すると、騒音に関する苦情が 2 倍になったり、耐用年数が半分になったりする可能性があります。

このガイドでは、各ファミリと各バリアントについて、当社のエンジニアが生産現場で評価する方法、つまり最初に負荷の方向、次に速度、環境、取り付け、そして最後にコストを順を追って説明します。これは、実際に注文書に署名する人、つまりモーター、家電製品、家具のハードウェア、ベビーカー、コンベア、または交換部品プログラムのベアリングを指定する購入者向けに書かれています。

4 つのコア ボール ベアリング ファミリの概要

まず結論: この記事で 1 つだけ覚えているとしたら、ボール ベアリングのタイプは軌道の形状によって決まるということを覚えておいてください。軌道の形状によって荷重がベアリングに入る場所が決まるからです。深溝ベアリングは主にラジアル荷重を受け、アンギュラコンタクトベアリングは強力な一方向のアキシャル成分との複合荷重を受け、自動調心ベアリングはシャフトの曲がりや位置ずれを許容し、スラストベアリングは低速から中程度の速度で純粋なアキシアル荷重を受けます。シール、材料、コーティングなどその他すべては、荷重経路ではなく環境に合わせてベアリングを調整します。

範囲に関する注記: ボール ベアリングは、転がりベアリングの世界の半分です。残りの半分はころ軸受 (円筒ころ、円すいころ、針状ころ、自動調心ころタイプ) で、接触が点ではなく線になります。線接触はより大きな負荷を運びますが、より多くの摩擦で動作します。そのため、ギアボックスやホイールハブではローラーが優勢ですが、高速で回転するものではボールが優勢です。この記事ではボール タイプについて取り上げます。これは、ボール タイプが当社の生産ラインやほとんどの家電製品、家具、軽機械の用途に使用されているためです。

深溝玉軸受: デフォルトの選択には理由があります

ベアリングのタイプを 1 つだけ在庫できるとしたら、それは深溝になります。これは、3 つの具体的な理由により世界で最も生産されているボール ベアリングです。自動化により迅速に組み立てられるシンプルな 2 リング構造、ラジアル荷重と限定された両方向のアキシアル荷重を同時に支える能力、および一般的なボール ベアリング ファミリの最高速度をサポートするのに十分な低摩擦です。

シリーズコードとサイズコードの見方

パターンを見るまでは、番号付けは不可解に見えます。 60x、62倍、および 63x シリーズは、ほとんどの産業ニーズをカバーする軽、中、および重の断面です。608 ベアリングの寸法は 8 x 22 x 7 mm、6201 は 12 x 32 x 10 mm、6203 は 17 x 40 x 12 mm です。 68倍、69xシリーズは小型ハウジング用の薄肉軸受で、MRシリーズは精密小型機器に使用される4×8×3mmのMR84までの超小型サイズをカバーしています。購入者にとって実際的なポイントは、シャフトとハウジングの寸法が決まれば、幅 1 ミリメートルあたりのラジアル容量をどのくらい購入するかがシリーズ コードでわかるということです。

Open、ZZ、RS：シールの選択

湿った環境やほこりの多い環境では、シリーズよりも接尾辞の方が重要になることがよくあります。

• オープン (サフィックスなし): 最小の摩擦と低コストですが、グリースが露出しています。アセンブリとして潤滑されたきれいなギアボックスまたはモーターの内部を修正します。
• ZZ（ダブルメタルシールド）： 両面に非接触金属シールドを装備。摩擦は開放型レベルに近いままであるため、ファンやモーターのメーカーは、ほこりは敵だがトルクは最小限に抑える必要がある場合に好まれます。
• RS / 2RS (ゴム接触シール): エラストマー製のリップが内輪に乗り、水の飛沫や細かい粉塵を遮断します。トルクはわずかに上昇し、一般的な NBR シールの定格温度はおよそ -30 ～ 120 ℃です。これは食器洗い機、洗濯機、および屋外機器を確認するための数値です。

このトレードオフについては、次の記事で詳しく説明しました。 深溝玉軸受のシールシステムがどのようにして汚染を防ぎ、寿命を延ばすのか 。一行バージョンでは、シールは生命を保護しますが、熱を加えるため、習慣ではなく作業環境が判断を下す必要があるということです。

2 列および拡張バージョン

ハウジングが 2 つの単列ベアリングには狭すぎるが、1 つにはラジアル荷重が高すぎる場合、複列深溝ベアリングは 1 つの幅で両方の問題に答えます。家電製品や自動車分野では、拡張内輪も注文しています。これは、プーリー、スペーサー、またはギアをベアリングに直接装着できるように、片側または両側が突き出​​た内輪で、顧客の組み立てから機械加工のステップが不要になります。どちらも、社内に研削ラインを持つメーカーにとっては日常的なカタログ請求です。

アンギュラ玉軸受：片側から荷重がかかる場合

アンギュラコンタクトベアリングは、アキシアル成分が一方向に支配的な場合に深溝ベアリングが弱点となるために存在します。軌道は、各ボールが角度の付いた作用線に沿ってリングと接触するようにシフトされています。通常は 40 度ですが、高速スピンドルの場合は 15 度および 25 度のバリエーションがあります。これにより、ベアリングはラジアル荷重とともに連続的な一方向のアキシアル荷重を、深溝では匹敵できない剛性で受けることができます。

問題は物理的な問題です。単一のアンギュラコンタクト ベアリングは一方向のアキシアル荷重のみを受けるため、ほとんどの場合、ペアで取り付けられます。 3 つのアレンジメントですべてをカバーします。背中合わせ (DB または O 配置) は、傾斜に対して最も高い抵抗力を与えます。対面（DF または X 配置）では、より大きな位置合わせ誤差が許容されます。タンデム (DT) は、荷重が一方向にのみ押される場合、軸方向の容量を 2 倍にします。組立業者は、このペアにわずかに予圧をかけることで、内部クリアランスを取り除きます。その予圧こそが、工作機械のスピンドル、スクリュー コンプレッサー、高速ポンプ シャフトをぐらつきなく動作させるのです。

購入の観点からは、同等の深溝ベアリングよりも高い単価、きれいな部品と制御された予圧が要求される取り付けプロセス、およびシャフトのたわみに対する敏感さの 3 つが期待されます。自動調心ベアリングでは回避できる位置ずれにより、アンギュラーコンタクトペアの寿命がすぐに短くなります。スピンドル、精密ポンプ、および半径方向の振れがミクロン単位で測定される回転アセンブリでコストを稼いでいます。

自動調心ボールベアリング: 不完全なシャフトに対する保険

シャフトが長かったり、薄かったり、負荷がかかって曲がったりする場合、最適なタイプは自動調心ボール ベアリングです。構造が特徴的で、外輪の単一球面軌道上を2列のボールが走行し、ボールを組み込んだ内輪は外輪内で自由に回転します。サイズに応じて、ベアリングは走行中に約 2 ～ 3 度の静的ミスアライメントを継続的に補正します。

その寛容さは無償ではありません。球面外輪軌道は深溝よりも接触形状の効率が低いため、同じ境界寸法でもラジアル容量が若干低くなり、アキシャル容量が制限されます。その代わりに、その見返りはシステムの総コストに現れます。長いシャフトのファン ローター、屈曲する繊維機械のフレーム、コンベア ヘッドのプーリー、および農業機械はすべて、ベアリングを使用した状態で動作し続けます。ベアリングが剛性タイプであれば、エッジ ローディングによって故障に向かうことになります。

保証請求から得られる実際的な警告: 自動調心ベアリングでは、不適切に機械加工されたハウジング シートを救済することはできません。これは、軸の曲がり、フレームのたわみ、熱膨張などの動的ミスアライメントを補正するものであり、中心から数ミリずれたハウジングの穴を補正するものではありません。これは、インストール前に発生したエラーに対する保険ではなく、インストール後に発生する負荷に対する保険として扱います。

スラストボールベアリング: 純粋なアキシアル荷重、意図的に遅い

スラスト玉軸受は、カタログの中で最も狭い範囲の仕事内容の 1 つを扱う専門家です。つまり、一方向 (51100 シリーズの単方向タイプ) または両方向 (52200 シリーズの両方向タイプ) のアキシアル荷重のみを受け、本質的にラジアル荷重はまったく受けません。この構造は、溝付き軌道を備えた 2 つのワッシャーとボールとケージのアセンブリで構成されており、通常は平らな肩部に簡単に取り付けるために 3 つの部分に分離できます。

低速および中程度の速度でのみ制限が表示される理由は、2 つの制限によって説明されます。まず、高い回転速度では、ボールは遠心力によって保持器と軌道の端に向かって外側に飛ばされます。そのため、カタログでは深溝の値よりもかなり低い速度に制限されています。第 2 に、製造業者は最小アキシアル荷重を指定します。そのしきい値を下回ると、ボールは転がらずに滑り、滑りにより軌道が磨かれて初期故障が発生します。

一般的な用途には、ロータリー テーブル、ホイスト フック ブロック、バルブ ステムとアクチュエータ、シート アジャスター、ジャッキ、スロー ミキサーの垂直シャフトが含まれます。これらは常に、ラジアル コンポーネントを運ぶ別のラジアル ベアリングと組み合わせて使用​​されます。エンジニアが高速で動作するスラスト ベアリングを求めた場合、通常はアンギュラ コンタクト ペアを使用するというのが正直な答えです。

リング材質: クロム鋼、炭素鋼、および 2 つのステンレス鋼

材料の選択により、同じ寸法が異なる製品に変わります。大部分の用途では、クロム鋼は技術的にも経済的にも正しいです。ステンレスのプレミアムは、水、洗浄用化学薬品、塩、または食品との接触が問題になった瞬間に元が取れ始めます。最後に、炭素鋼は、寿命の短い製品に適した意図的な経済的決定であり、他のほぼすべての場所では誤った経済的です。

この表内のステンレスの比較は、購入者が最もよく間違える箇所です。 AISI 304 はオーステナイト系です。耐食性に優れ、実質的に非磁性ですが、熱処理によって完全硬化することができないため、耐荷重はクロム鋼よりも明らかに低くなります。 AISI 440C はマルテンサイト系です。軸受鋼と同じ範囲まで硬化し、同時に錆にも強いため、定期的に洗浄されるポンプやコンベアのコンポーネントにデフォルトで推奨されています。硬化ルートをさらに詳細に分析します。 AISI 440C ステンレス鋼ベアリング ページ。

2 つの調達チェックが表から直接続きます。まず、荷物に同梱されている材質証明書を求めてください。硬度と化学的性質が、本物の 440C とステンレスとして販売されているメッキ炭素鋼を区別する 2 つのデータ ポイントです。次に、リングよりも先に、ケージとシールが腐食の弱点となることがよくあることを覚えておいてください。標準の NBR シールを備えた 440C リングでも苛性洗浄には失敗するため、リングだけでなく完全な材料セットを指定してください。

オーバーモールドボールベアリング：プラスチックコーティングおよびポリウレタンタイプ

当社が出荷するベアリングの大部分は、ハウジングに直接接触することはありません。オーバーモールドベアリング (プラスチックコーティングされた BS シリーズとポリウレタン PU シリーズ) は、外輪をエンジニアリングポリマー層で包み、コーティングは内部のベアリングよりも用途を大きく変えます。

プラスチックコーティング（BS）ベアリング

外リング上のポリアミドまたは同様のエンジニアリング プラスチック層は、裸のスチール リングでは得られない 3 つの利点をもたらします。硬いハウジングに対する静かな走行、塗装または陽極酸化されたフレームの表面保護、および電気絶縁です。コーティングのプロファイルは、走行トラックも定義します。V 溝バージョンはスライド ドアとシャワー エンクロージャをガイドし、U 溝バージョンはガイド レールの周りに乗り、フラット トレッド バージョンは家具、引き出しシステム、コンベア ラインを運びます。大量注文の場合、色はお客様の製品に合わせられるため、同じ 626 サイズのベアリングの白、黒、オレンジのバージョンが並べて存在します。

ポリウレタン (PU) トレッドベアリング

ポリウレタンは、硬質プラスチックにはできない弾力性を加えます。 PU トレッドは衝撃を吸収し、滑らかな床をグリップし、タイルや木材を保護するため、ベビーカーの車輪、フィットネス機器のローラー、ソフトローリング家具のキャスター、騒音や床の跡が設計で解消されるべき倉庫のコンベヤーローラーなどに標準的に選択されています。 PU 層の硬度はそれ自体が仕様であり、柔らかいトレッドはグリップ力と静粛性をもたらし、硬いトレッドは耐久性と持続性をもたらします。

サプライヤーに問い合わせるべき故障モードは層間剥離です。接着が不十分なオーバーモールドが負荷サイクル中にリングから剥離し、ベアリングがコーティング内で滑り始めます。成形後の接着強度と同心度はカタログ数値ではなくプロセス管理であり、どちらの組立業者からではなく、同じ工場内で成形と研削を行う工場からオーバーモールドタイプを購入する具体的な理由です。

取り付けスタイル: フランジ付きベアリングと非標準リング

3 番目のバリアント レイヤーは、ベアリングを機械に取り付ける方法です。プレーン深溝ベアリングには、肩部と保持方法を備えた機械加工されたハウジングが必要です。フランジ付きベアリングは、外輪にネジ穴付きのラジアル フランジを追加することで、機械加工の大部分を省きます。そのため、ベアリングは、パンチングされた板金ハウジングに直接ボルトで固定され、1 回の操作で軸方向に位置決めされます。

フランジ ファミリは深溝シリーズを反映しています。F の接頭辞が付いたメトリック フランジ付きベアリングは 60x および 68x エンベロープに従い、MF はより小さな MF サイズをカバーし、FR はインチ サイズをカバーします。たとえば、F684ZZ は 684 の 4 x 9 x 4 mm エンベロープを維持していますが、フランジが追加されているため、1 つの部品が 3 本のネジでプリンタ、オフィス機器、小型ギアボックス、医療機器のハウジングに取り付けられます。より重いアセンブリの場合は、4 穴フランジ マウント ベアリングとピロー ブロック ユニットを使用して、同じアイデアをサイズアップします。

規格外のリングもよくあるご要望です。延長された内輪 (片側または両側、1 mm から 10 mm 以上) により、アイドラプーリーまたはドライブローラーをベアリングに直接取り付けることができます。特殊なボアと 2 列の非標準バージョンは、狭いスペースでの複合荷重に対応します。経済的な論理は単純です。ベアリング工場でリングに機械加工されたすべてのフィーチャーは、顧客が機械加工したり、取り付けたり、個別に購入したりする必要のないフィーチャーです。また、ベアリング自体の同心度公差がそのままの状態で納品されます。

荷重、速度、ミスアライメントの種類を並べて比較

最初に負荷の方向、次に環境、そして最後に価格を選択します。この順序により、返されたサンプルで見られるほぼすべての選択ミスを防ぐことができます。以下のグラフは、4 つのファミリーを指標的な比較にまとめたものです。 63 シリーズの深溝は、サイズが大きいだけで常にミニチュア アンギュラ コンタクト ベアリングよりも負荷が大きくなるため、棒は一般的なカタログ サイズの相対的な目安として扱ってください。

独自のアプリケーションを手に持ってチャートを読んでください。水平型洗濯機のドラムでは、主にラジアル荷重がかかり、軸方向成分が逆転します (深溝)。旋盤スピンドルには、一方向の軸方向の剛性、つまり一対のアンギュラ接触セットが必要です。軽量フレーム上の長いコンベヤドライブシャフト - 自動調心。手巻きターンテーブル - 推力。次に、環境がシールと素材を決定し、これら 3 つの答えが得られて初めて、単価が会話に入ります。

価格よりも定格荷重の方が注目される理由

わずかな節約を保証の問題に変える最も早い方法は、動定格荷重を無視して、寸法と価格でベアリングを比較することです。ボール ベアリングの寿命は 3 次の法則に従います。基本定格寿命は L10 = (C/P)^300 万回転です。ここで、C は動定格荷重、P はベアリングに作用する等価荷重です。負荷が2倍になると定格寿命は8分の1に低下します。負荷が半分になると8倍になります。

この曲線は、ランダムに見えるフィールドの動作を説明します。ベアリングの定格荷重の 60% で動作するファンは、設置されている家電製品よりも長持ちします。同じファンで少し重いインペラを 110% 使用すると、計算上の寿命の 3 分の 2 が失われます。購入者にとって実際的なルールは、比較表の価格の隣に動的定格荷重を記載することです。同じ寸法の 2 つの見積書は、C で 20 パーセント以上異なる場合があり、その差は、ほぼすべてのボリュームの単価差よりも価値があります。

ミスアライメントにより、同じ曲線が別の方向から短くなります。エッジ荷重により、接触応力全体が軌道の片側に集中するため、計算値が安全に見える場合でも、実効荷重は局所的に増加します。これは、アプリケーションが実際に必要とした自動調整バリアントまたはフランジ付きバリアントをスキップすることによる隠れたコストです。

工場側の事前注文チェックリスト

当社が受け取るベアリングに関する苦情のほとんどは、ベアリング自体に原因があるのではなく、注文時の仕様のギャップに遡ります。ボリューム注文を確認する前に、以下の 8 つのチェックを実行してください。それぞれのチェックには数分かかり、文書化された障害モードが排除されます。

1. 荷重の方向と大きさ: 設計荷重とピーク荷重を使用して、ラジアル、アキシャル、または組み合わせの状態を示します。この一行が家族を決める。
2. 速度: 動作 RPM とピークを与えます。シールタイプとスラストタイプは、オープン深溝ベアリングよりも早く速度ヘッドルームを失います。
3. 内部クリアランス: C0は軽いフィット感に適しています。内輪がシャフトに圧入されている場合、または使用中にアセンブリが熱くなる場合は、通常は C3 を推奨します。クリアランスが小さすぎることが、過熱による故障の最も一般的な原因です。
4. シールと潤滑： オープン、ZZ、またはRS。グリースの種類と温度範囲。偶発的な接触の可能性がある場所には食品グレードの潤滑剤を使用してください。最悪の場合に対する NBR シールの限界が約 120 ℃ であることを確認してください。
5. 物的証拠: リングの硬度と化学の証明書、特にステンレスの注文では、メッキされた炭素鋼が代替リスクとして文書化されています。
6. 騒音・振動クラス： 家電製品やオフィス機器のモーターは通常、Z2 またはより静かな振動グループを指定します。標準グレードは、静かな寝室の電化製品で聞こえる可能性があります。
7. 精度クラス: P0 (通常) はほとんどのアプリケーションをカバーします。 P6 以降はスピンドルと精密ドライブに属しており、それに応じて価格が設定されています。
8. 検証サンプル: 手作業で仕上げたサンプルではなく、生産ラインから引き出されたベアリングをテストし、バッチ番号を保持するため、トレーサビリティは連続生産まで維持されます。

これらのチェックのうち 2 つは生産規模が重要です。 ISO 9001:2015 品質システムに基づいて年間数千万個の部品を生産しているメーカーは、研削および組立パラメータが一度設定され、定期的に監査されるため、クリアランスと騒音クラスをバッチ間で一貫して維持できます。少量の混合ソースバッチではそうでない場合があります。製品がブランドを顧客のリビングルームに導入する場合、バッチの一貫性は仕様であり、ボーナスではありません。

よくある質問

最も一般的なタイプのボールベアリングは何ですか?

深い溝。この製品は、ラジアル容量、両方向のアキシャル容量、高速性、そして最低コストを兼ね備えているため、MR マイクロ ベアリングから 63 シリーズの工業用サイズに至るまで、あらゆるサイズの電気モーター、家庭用電化製品、ファン、ポンプ、ホイールのデフォルトとなっています。

深溝玉軸受はアキシアル荷重に耐えることができますか?

はい、制限内で、両方向に可能です。一般的な作業アプローチは、アキシャル コンポーネントをベアリングのラジアル容量より十分に低く保ち、正確な比率をメーカーに確認することです。これは、アキシャル シェアが増加すると、摩擦、温度、およびグリース ストレスが増加するためです。アキシアル荷重が大きく一方向の場合は、アンギュラコンタクトペアが最適なツールです。

ZZと2RSの違いは何ですか？

ZZ は一対の非接触金属シールドです。摩擦は最小限に抑えられており、経年変化によるゴムはありませんが、塵に対するギャップレベルの保護のみで、水に対する保護はありません。 2RS は内輪に接触する一対のゴム製接触シールです。飛沫や微粒子に対する完全な保護を実現しますが、トルクが若干高くなり、エラストマーによって設定される温度上限が高くなります。クリーンな高速作業には ZZ を、湿潤または粉塵の多い環境には 2RS を選択してください。

シャフトの曲がりや位置ずれに耐えられるボール ベアリングはどれですか?

自動調心ボールベアリングの設計: 2 列のボールが球面の外側軌道を共有し、走行中のおよそ 2 ～ 3 度の位置ずれを補正します。フランジ付きおよび標準の深溝タイプは、エッジ荷重が始まる前のほんの数分の 1 度しか許容しません。

ステンレス鋼のベアリングはクロム鋼より弱いですか?

AISI 304 バージョンはそうです。オーステナイト構造は熱硬化できないため、耐荷重は明らかに低くなります。 AISI 440C バージョンは、クロム鋼とほぼ同じ範囲 (約 HRC 58 ～ 62) まで硬化すると同時に耐腐食性を維持するため、ギャップが大幅に狭まります。残りのトレードオフは、価格と最高のクロム鋼よりもわずかに低い最大硬度です。

6203-2RS のようなコードは実際には何を示しているのでしょうか?

6 は深溝玉軸受、2 は軽中径シリーズ、03 はボアコードです。00 は 10 mm、01 は 12 mm、02 は 15 mm、03 は 17 mm を意味し、04 からはボアはコードの 5 倍になります。末尾の 2RS は両側のゴムシールを意味します。同じロジックにより、608 はライト シリーズ 8 mm ボア ベアリングとして読み取られ、MR84 はマイクロ 4 x 8 x 3 mm ベアリングとして読み取られます。

アンギュラコンタクトの代わりにスラストボールベアリングが必要になるのはどのような場合ですか?

荷重がほぼ純粋に軸方向である場合、速度は低速から中程度であり、ハウジングは平ワッシャーに対して荷重を与えることができます。意味のあるラジアル荷重または高速が発生した瞬間に、アンギュラ接触ペアがその役割を引き継ぎます。

同じ寸法のベアリングでも定格荷重が異なるのはなぜですか?

なぜなら、評価はボールのサイズと個数、軌道の曲率、鋼の清浄度、硬度などの内部形状によって設定されるためであり、これらはいずれも外形寸法には表れません。 2 つの工場が、大幅に異なる動的荷重定格を備えた同じエンベロープを生産する可能性があります。これがまさに、定格がサイズの隣にある発注書に含まれる理由です。

故障したベアリングや図面を持っていて、上記のタイプのどれがそれに該当するのか疑問に思っている場合、当社のエンジニアは、荷重の方向と大きさ、速度、環境、および取り付けるハウジングの 4 つの数値に基づいて作業を行います。それら、または故障した部品そのものをお送りいただければ、家族の推奨事項、材料とシーリングの提案、サンプルのリードタイムを返信させていただきます。生産は年間 3,000 万セットの生産能力を持つ ISO 9001:2015 認定ラインで行われているため、お客様が承認したサンプルがお客様が受け取るバッチとなります。