ベアリングの選び方

現在、さまざまな種類のベアリングが入手可能ですが、それらの違いについての情報はほとんどありません。もしかしたら、「どのベアリングが自分の用途に最適なのか?」と自問したことがあるかもしれません。あるいは「ベアリングはどうやって選べばいいの？」この記事は、それらの質問に答えるのに役立ちます。
まず第一に、転動体を備えたほとんどのベアリングは、大きく 2 つのグループに分類されることを知っておく必要があります。

ボールベアリング
ころ軸受
これらのグループ内には、性能を向上させるために独自の機能や最適化された設計を備えたベアリングのサブカテゴリがあります。
この記事では、適切なタイプのベアリングを選択するために、アプリケーションについて知っておく必要がある 4 つの事項について説明します。

ベアリングの荷重と耐荷重を調べる
ベアリング荷重は一般に、使用時にコンポーネントがベアリングに加える反力として定義されます。
用途に適したベアリングを選択するときは、まずベアリングの耐荷重を確認する必要があります。耐荷重はベアリングが処理できる荷重の量であり、ベアリングを選択する際の最も重要な要素の 1 つです。
ベアリング荷重は、アキシャル (スラスト)、ラジアル、またはその組み合わせのいずれかになります。
アキシアル（またはスラスト）ベアリング荷重は、力がシャフトの軸に平行なときの荷重です。
ラジアルベアリング荷重は、力がシャフトに対して垂直にかかるときの荷重です。次に、平行力と垂直力がシャフトに対して角力を生成するときの組み合わせベアリング荷重です。

ボールベアリングが荷重を分散する仕組み
ボールベアリングは球面ボールを使用して設計されており、中程度の表面積全体に荷重を分散できます。これらは、単一の接触点を介して荷重を分散するため、小型から中型の荷重に適している傾向があります。
以下は、ベアリング負荷のタイプと、その作業に最適なボール ベアリングのクイック リファレンスです。
ラジアル (シャフトに対して垂直) および軽荷重: ラジアル ボール ベアリング (深溝ボール ベアリングとも呼ばれます) を選択します。ラジアルベアリングは、市場で最も一般的なタイプのベアリングです。
アキシアル（スラスト）（シャフトに平行）荷重：スラスト玉軸受を選択してください
ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方の結合荷重: アンギュラコンタクト ベアリングを選択します。ボールは、組み合わせ荷重をより適切にサポートできる角度で軌道面に接触します。
ローラーベアリングとベアリングの荷重
ローラー ベアリングは、ボール ベアリングよりも大きな表面積に荷重を分散できる円筒ローラーを使用して設計されています。これらは、高負荷のアプリケーションでより適切に機能する傾向があります。

以下は、ベアリング負荷のタイプと、その作業に最適なローラー ベアリングのクイック リファレンスです。
ラジアル (シャフトに対して垂直) 荷重: 標準の円筒ころ軸受を選択してください
アキシアル（スラスト）（シャフトに平行）荷重: 円筒形スラストベアリングを選択してください
ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方の結合荷重: 円すいころ軸受を選択してください
回転速度
ベアリングを選択する際に次に注目すべき要素は、アプリケーションの回転速度です。
アプリケーションが高速回転で動作する場合、通常はボール ベアリングが推奨されます。ローラーベアリングよりも高速で優れた性能を発揮し、より高い速度範囲を提供します。
理由の 1 つは、ボール ベアリングの転動体と軌道の間の接触が、ローラー ベアリングのような線接触ではなく、点であることです。転動体は表面上を転がる際に軌道に押し込まれるため、ボールベアリングからの点荷重で生じる表面変形が大幅に少なくなります。

遠心力とベアリング
ボール ベアリングが高速用途に適しているもう 1 つの理由は、遠心力のためです。遠心力は、中心の周りを移動する物体を外側に押す力として定義され、物体の慣性から発生します。
遠心力はベアリングにラジアル荷重とアキシアル荷重を与えるため、ベアリング速度の主な制限要因となります。ローラーベアリングはボールベアリングよりも質量が大きいため、同じサイズのボールベアリングよりも高い遠心力が発生します。

セラミックボール素材で遠心力を軽減
アプリケーションの速度がボール ベアリングの速度定格を超える場合があります。
この問題が発生した場合の簡単で一般的な解決策は、ボール ベアリングの材質をスチールからセラミックに切り替えることです。これにより、ベアリングのサイズは同じに保たれますが、速度定格が約 25% 向上します。セラミック素材はスチールよりも軽いため、セラミック ボールは、どの速度でも発生する遠心力が小さくなります。

高速アプリケーションはアンギュラコンタクトベアリングで最適に機能します
アンギュラコンタクトベアリングは、高速用途に最適なベアリングの選択肢です。その理由の 1 つは、ボールが小さくなり、ボールが小さいほど重量が軽くなり、回転時に発生する遠心力が小さくなることです。アンギュラコンタクトベアリングには、遠心力で作用してベアリング内でボールを適切に転がすプリロードがベアリングに組み込まれています。
高速アプリケーションを設計している場合は、通常 ABEC 7 精度クラス内の高精度ベアリングが必要になります。
低精度のベアリングは、高精度のベアリングよりも製造時に寸法の「変動余地」が大きくなります。したがって、軸受を高速で使用すると、ボールが軸受軌道上を急速に転がり、信頼性が低下し、軸受の故障につながる可能性があります。
高精度ベアリングは厳格な基準に従って製造されており、製造時の仕様からの偏差はほとんどありません。高精度ベアリングは、ボールと軌道の良好な相互作用を保証するため、高速で動作するアプリケーションにとって信頼性が高くなります。

ベアリングの振れと剛性
ベアリングの振れは、シャフトが回転するときにその幾何学的中心から周回する量です。切削工具スピンドルなどの一部のアプリケーションでは、回転コンポーネントでのわずかな偏差のみが許容されます。
このような用途を設計している場合は、高精度のベアリングを選択してください。これは、ベアリングの製造公差が厳しいため、システムの振れが小さくなるからです。
ベアリングの剛性は、シャフトを軸からずらす力に対する抵抗力であり、シャフトの振れを最小限に抑える上で重要な役割を果たします。ベアリングの剛性は、転動体と軌道面との相互作用によって決まります。転動体が軌道面に押し込まれ弾性変形するほど剛性が高くなります。

ベアリングの剛性は通常、次のように分類されます。
アキシアル剛性
ラジアル剛性
ベアリングの剛性が高いほど、使用時にシャフトを動かすために必要な力が大きくなります。
これが高精度アンギュラコンタクトベアリングでどのように機能するかを見てみましょう。これらのベアリングには通常、内側と外側の軌道の間に製造されたオフセットが付いています。アンギュラコンタクトベアリングを取り付けると、オフセットが取り除かれ、外部から力を加えることなくボールが軌道面に押し込まれます。これは予圧と呼ばれ、このプロセスにより、ベアリングに何らかの力が加わる前でもベアリングの剛性が高まります。

ベアリングの潤滑
ベアリングの潤滑ニーズを知ることは、適切なベアリングを選択するために重要であり、アプリケーション設計の早い段階で考慮する必要があります。不適切な潤滑は、ベアリングの故障の最も一般的な原因の 1 つです。
潤滑により、転動体とベアリング軌道の間に油の膜が形成され、摩擦や過熱の防止に役立ちます。
最も一般的な潤滑タイプはグリースです。グリースは、オイルと増粘剤で構成されています。増粘剤がオイルを所定の位置に保持するので、オイルがベアリングから離れることはありません。ボール (ボール ベアリング) またはローラー (ローラー ベアリング) がグリース上を転動すると、増粘剤が分離し、転動体とベアリング軌道の間に油の膜だけが残ります。転動体が通過した後、油と増粘剤は再び結合します。
高速用途では、オイルと増粘剤が分離して再結合する速度を知ることが重要です。これは、アプリケーションまたはベアリング n*dm 値と呼ばれます。
グリースを選択する前に、アプリケーションの NDM 値を見つける必要があります。これを行うには、アプリケーションの RPM にベアリングのボールの中心の直径 (dm) を掛けます。NDM 値を、データシートに記載されているグリースの最大速度値と比較してください。
n*dm 値がデータシート上のグリースの最大速度値より高い場合、グリースは十分な潤滑を提供できず、早期故障が発生します。
高速用途向けのもう 1 つの潤滑オプションは、オイルと圧縮空気を混合し、それを計量間隔で軸受軌道面に注入するオイル ミスト システムです。このオプションは外部の混合および計量システムと濾過された圧縮空気を必要とするため、グリース潤滑よりもコストが高くなります。ただし、オイルミストシステムを使用すると、グリースを塗布したベアリングよりも発熱量を抑えながら、ベアリングを高速で動作させることができます。
低速用途ではオイルバスが一般的です。オイルバスとは、ベアリングの一部がオイルに浸かっている状態のことです。過酷な環境で動作するベアリングの場合、石油ベースの潤滑剤の代わりに乾式潤滑剤を使用できますが、時間の経過とともに潤滑剤の膜が破壊される性質があるため、ベアリングの寿命は通常短くなります。用途に合わせて潤滑剤を選択する際に考慮する必要がある要素が他にもいくつかあります。詳細な記事「ベアリングの潤滑について知っておくべきことすべて」を参照してください。

まとめ：ベアリングの選び方
用途に適したベアリングを選択する方法:

ベアリングの荷重と耐荷重を調べる
まず、アプリケーションがベアリングに加えるベアリング負荷の種類と量を把握します。通常、小型から中型の負荷にはボール ベアリングが最適です。通常、重荷重の用途にはローラーベアリングを使用するのが最適です。

アプリケーションの回転速度を知る
アプリケーションの回転速度を決定します。通常、高速 (RPM) はボール ベアリングで最適に機能し、低速では通常、ローラー ベアリングで最適に機能します。

ベアリングの振れと剛性の要因
また、アプリケーションが許容する振れの種類を決定する必要もあります。アプリケーションで小さな偏差しか発生しない場合は、ボール ベアリングが最良の選択である可能性が高くなります。

ベアリングのニーズに適した潤滑剤を見つける
高速用途の場合は、n*dm 値を計算し、グリースの最高速度よりも高い場合、グリースは十分な潤滑を提供できません。オイルミストなどのオプションもあります。低速アプリケーションの場合は、オイルバスが適しています。
質問がありますか?当社のオンサイトエンジニアは、お客様の用途に最適なベアリングの選択をお手伝いいたします。