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たま軸受じくうけ

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動作どうさ原理げんり(保持ほじ理想りそう)
4てん接触せっしょくアンギュラだま軸受じくうけ
スヴェン・ヴィンクヴィストSKFせい自動じどう調ちょうしんだま軸受じくうけ

たま軸受じくうけ(たまじくうけ)は、軸受じくうけ可動かどう部品ぶひんあいだたま使つかって分離ぶんりするころがり軸受じくうけ一種いっしゅボール軸受じくうけボールベアリング (ball bearing) とも。

概要がいよう[編集へんしゅう]

たま軸受じくうけは、回転かいてん摩擦まさつ軽減けいげんし、ラジアル荷重におもおよびアキシャル荷重かじゅう支持しじすることを目的もくてきとする。そのため、すくなくとも2つの軌道きどう(レース)でたまかこみ、たまとおして荷重かじゅう伝達でんたつする。通常つうじょう軌道きどう一方いっぽう固定こていする。一方いっぽう軌道きどう回転かいてんすると、それによってたま回転かいてんする。たま自転じてんすることで、2つの表面ひょうめんせっして回転かいてんするよりも摩擦まさつひくくなる。

たま軸受じくうけたま軌道きどう接触せっしょく面積めんせきちいさいため、おおきさがどう程度ていどころがり軸受じくうけ比較ひかくして荷重かじゅう許容きょようりょうひくくなる傾向けいこうがある。しかし、内輪うちわ外輪がいりんがずれていても許容きょようできるという特徴とくちょうがある。

たま軸受じくうけたま製造せいぞうコストがひくいことから、軸受じくうけ比較ひかくするともっと安価あんかなころがり軸受じくうけうことが出来できる。最近さいきんでは工具こうぐこう分野ぶんやで、ナノテクノロジーによってボールベアリングじょう結晶けっしょう形成けいせいすることもおこなわれている。

種類しゅるい[編集へんしゅう]

たま軸受じくうけにはいくつかの一般いっぱんてき設計せっけいがあり、それぞれに利点りてん欠点けってんがある。素材そざい様々さまざまで、ステンレスこうクロムこうセラミックス窒化ケイ素けいそ: Si3N4ジルコニア: ZrO2)などがある。たまをセラミックス、軌道きどう金属きんぞくとするハイブリッドだま軸受じくうけもある。

ラジアルだま軸受じくうけ
アンギュラだま軸受じくうけ (angular contact ball bearing)
アンギュラだま軸受じくうけは、じく方向ほうこう非対称ひたいしょう軌道きどう使つかう。アキシャル荷重かじゅう軸受じくうけのじく方向ほうこうとおるのにたいして、ラジアル荷重かじゅう軌道きどうじく方向ほうこう分離ぶんりさせようとするななめの経路けいろをとる。そのため、内輪うちわとの接触せっしょくかく外輪がいりんとの接触せっしょくかくおなじである。アンギュラだま軸受じくうけは「組合くみあわ荷重かじゅう」(ラジアル荷重かじゅうとアキシャル荷重かじゅう組合くみあわせ)にてきしており、軸受じくうけの接触せっしょくかくはそれらの相対そうたいてき均衡きんこう一致いっちさせる。接触せっしょくかく典型てんけいてきには10から45)がおおきくなると、よりおおきなアキシャル荷重かじゅう支持しじできるが、ラジアル荷重かじゅうにはよわくなる。タービンジェットエンジン歯科しかよう機器ききなどの高速こうそく回転かいてん用途ようとでは、たま遠心えんしんりょくはたらくため、外輪がいりん内輪うちわ接触せっしょくかくわってくる。そのような用途ようとでは密度みつどひく窒化ケイ素けいそなどのセラミックスを使つかうのが普通ふつうで(はがねの40%の密度みつどのため、遠心えんしんりょく低減ていげんされる)、高温こうおん環境かんきょうでも機能きのうし、過大かだい荷重かじゅうがかかっても陶器とうきのようにれることなく金属きんぞくのようにっていくという特徴とくちょうがある。
自転車じてんしゃのハンドルと前輪ぜんりんむす操縦そうじゅうかん固定こていするヘッドセットは、ラジアル荷重かじゅうとアキシャル荷重かじゅうがかかるため、アンギュラだま軸受じくうけ使つかわれている。
深溝ふかみぞだま軸受じくうけ (deep-groove radial bearing)
もっと一般いっぱんてきたま軸受じくうけ深溝ふかみぞだま軸受じくうけは、軌道きどうないみぞ寸法すんぽうがそこをころがるたま寸法すんぽうとほぼおなじになっている。深溝ふかみぞだま軸受じくうけは、おなおおきさのみぞあさ軸受じくうけよりも荷重におも許容きょようりょうおおきいが、内輪うちわ外輪がいりんのずれの許容きょようりょうちいさい。軌道きどうにずれがしょうじた状態じょうたいでは、深溝ふかみぞだま軸受じくうけよりもみぞあさ軸受じくうけのほうがよりおおきな荷重かじゅう支持しじできる。
自動じどう調ちょうしんだま軸受じくうけ (Self-aligning ball bearing)
自動じどう調ちょうしんだま軸受じくうけは、外側そとがわ軌道きどう軌道きどう球面きゅうめんになっており、そのきょくりつ軸受じくうけ中心ちゅうしん一致いっちしている。このため、じくがある程度ていどかたむいても回転かいてん維持いじできるという特徴とくちょうがある。
スラストだま軸受じくうけ
スラストだま軸受じくうけスラスト軸受じくうけ一種いっしゅでもあり、軌道きどう軌道きどうばん)が左右さゆうからたまはさかたち軸受じくうけである。アキシャル荷重かじゅう直接ちょくせつ軸受じくうけ伝達でんたつされ、ラジアル荷重かじゅうはほとんど支持しじできない。ラジアル荷重かじゅうがかかると軌道きどうをずらすちからはたらくため、ほんのすこしのラジアル荷重におもでも軸受じくうけ損傷そんしょうあたえる。

運用うんよう条件じょうけん[編集へんしゅう]

[1]

寿命じゅみょう[編集へんしゅう]

軸受じくうけ計算けいさんじょう寿命じゅみょうは、荷重におも回転かいてん速度そくどもとづく。規格きかくじょう軸受じくうけ寿命じゅみょうは、荷重かじゅうの3じょう反比例はんぴれいする[2]軸受じくうけ公称こうしょう最大さいだい荷重かじゅうSKFのデータシートなどにしるされている数値すうち)は、寿命じゅみょう50 Hz(すなわち3,000RPM)で100まん回転かいてんとしたときのであり、連続れんぞく運転うんてんやく5あいだ寿命じゅみょうになる。データシートに対応たいおうした軸受じくうけのうち90%はすくなくともこれ以上いじょう寿命じゅみょうち、50%の軸受じくうけすくなくともその5ばい寿命じゅみょうつ。

工業こうぎょう規格きかくじょう寿命じゅみょうは、1947ねんに Lundberg と Palmgren のおこなった研究けんきゅうもとづいて計算けいさんされている。そのしきによれば、寿命じゅみょう制限せいげんしているのは金属きんぞく疲労ひろうであり、寿命じゅみょう分布ぶんぷワイブル分布ぶんぷしたがう。このしきには様々さまざま派生はせいしきがあり、材料ざいりょう特性とくせい潤滑じゅんかつ荷重かじゅうなどを考慮こうりょしたものがある。荷重かじゅう考慮こうりょしたしきは、Lundberg と Palmgren が決定けっていした荷重かじゅう寿命じゅみょう関係かんけい最近さいきん材料ざいりょうではりたないことを暗黙あんもく前提ぜんていとしているともえる。

故障こしょう[編集へんしゅう]

軸受じくうけ回転かいてんしていない状態じょうたいでは、最大さいだい荷重かじゅうたま弾性だんせい変形へんけいしょうじるちから決定けっていされる。たま偏平へんぺい変形へんけいすると、軸受じくうけは回転かいてんしなくなる。静止せいし状態じょうたい低速ていそく回転かいてん状態じょうたいでの最大さいだい荷重かじゅうしずか等価とうか荷重におもぶ。

軸受じくうけ回転かいてんしている場合ばあいどうりょくがかかってもたま回転かいてんした状態じょうたいなので1てん偏平へんぺいになるわけではなく、軸受じくうけ回転かいてんつづける。しかしこれがながつづくと、たま金属きんぞく疲労ひろうによって故障こしょうする。回転かいてんする軸受じくうけ最大さいだい荷重かじゅうどう等価とうか荷重におもび、せい等価とうか荷重かじゅうの2ばいから3ばいになる。

軸受じくうけ回転かいてんしていて、過大かだい荷重かじゅうが1回転かいてんたない短時間たんじかんだけかかる場合ばあい、その荷重かじゅうがかかるあいだ軸受じくうけ回転かいてんしていないとなせるので、計算けいさんにはしずか等価とうか荷重かじゅう使つか必要ひつようがある。

最大さいだい荷重かじゅう[編集へんしゅう]

一般いっぱんに、たま軸受じくうけ最大さいだい荷重かじゅうは、軸受じくうけそとみち軸受じくうけはばをかけた比例ひれいする(はばじく方向ほうこうあつみである)。

SKFのたんれつ深溝ふかみぞだま軸受じくうけ推奨すいしょうどおりの潤滑じゅんかつほどこしているものとする)の公称こうしょう最大さいだい静止せいしラジアル荷重かじゅうやく12 N/mm2である。ここで「ラジアル」は、じくとは直角ちょっかく方向ほうこう荷重かじゅう意味いみし、mm2平方へいほうミリメートル)は軸受じくうけそとみちはばをかけたものを意味いみする。

SKFの円筒えんとうころ軸受じくうけ16 N/mm2から24 N/mm2荷重かじゅうあつかえ、球面きゅうめんころ軸受じくうけ円錐えんすい軸受じくうけではやく25 N/mm2である。

JIS B 1519に定義ていぎされるせいじょうかく荷重におもは,うたて動体どうたい直径ちょっけいやく0.0001ばいおおきさの永久えいきゅう変形へんけい(すなわち塑性そせい変形へんけい)が発生はっせいする荷重かじゅうしめしている.Koyoでは,自動じどう調ちょうしんだま軸受じくうけ4,600 MPa、そのたま軸受じくうけたんれつ深溝ふかみぞだま軸受じくうけ・アンギュラだま軸受じくうけとう)は4,200 MPa,ころ軸受じくうけ4,000 MPaとされている[3]

潤滑じゅんかつ[編集へんしゅう]

公称こうしょう最大さいだい荷重かじゅう公称こうしょう寿命じゅみょうまで軸受じくうけをもたせるには、推奨すいしょうされているどうねばたび以下いか潤滑じゅんかつ物質ぶっしつあぶらやグリース)による潤滑じゅんかつ必須ひっすである。どうねばたびはギリシア文字もじ しめされることがおおい。一般いっぱん軸受じくうけの直径ちょっけいおおきいほど、推奨すいしょうされるどうねばたびひくくなる。

推奨すいしょうどうねばたび回転かいてんすうがるとひくくなる。おおまかにうと、3,000RPM以下いかでは、回転かいてん速度そくどが10ぶんの1になると推奨すいしょうどうねばたびが6ばいになり、3,000RPM以上いじょうでは、速度そくどが10ばいになると推奨すいしょうどうねばたびが3ぶんの1になる。

軸受じくうけ内径ないけい50 mmで、3,000RPMで回転かいてんさせる場合ばあい推奨すいしょうされるどうねばたび12 mm2/sである。

なお、あぶらどうねばたび温度おんどによっておおきく変化へんかする。温度おんどが50℃から70℃上昇じょうしょうすると、どうねばたびが10ぶんの1になることもある。

ねばたび推奨すいしょうよりたか潤滑油じゅんかつゆ使つかうと、だいたいねばたび平方根へいほうこん比例ひれいして軸受じくうけ寿命じゅみょうびる。ねばたび推奨すいしょうよりひく場合ばあい軸受じくうけ寿命じゅみょうちぢみ、その程度ていどはどういう潤滑油じゅんかつゆ使つかうかに依存いぞんする。ごくあつ(EP)添加てんかざいくわえた潤滑油じゅんかつゆ場合ばあい寿命じゅみょうこうねばたび場合ばあいのようにどうねばたび平方根へいほうこん比例ひれいする。普通ふつう潤滑油じゅんかつゆでは、ねばたび推奨すいしょうよりひくければ、ねばたびの2じょう比例ひれいした寿命じゅみょうとなる。

グリースを潤滑じゅんかつ使つかうと、グリースが軸受じくうけに粘着ねんちゃくして周囲しゅうい環境かんきょうからまもるという利点りてんがあるが、頻繁ひんぱん交換こうかん必要ひつようになり、高温こうおんになるとグリースがけて周囲しゅういし、軸受じくうけの最大さいだい荷重かじゅうちいさくなるという問題もんだいがある。グリースの交換こうかん間隔かんかくは、軸受じくうけみちおおきいほどみじかくなる。たとえば40 mm軸受じくうけで5,000あいだごとにグリースを交換こうかんしなければならない場合ばあい100 mm軸受じくうけでは500あいだごとにグリースを交換こうかんする必要ひつようがある。

潤滑油じゅんかつゆ潤滑じゅんかつ使つかうと最大さいだい荷重かじゅうおおきくなるが、ほうっておくと潤滑油じゅんかつゆ重力じゅうりょくかれて軸受じくうけからしていくため、つね潤滑油じゅんかつゆ供給きょうきゅうするような手段しゅだんこうじなければならない。潤滑油じゅんかつゆが50℃よりあつくならない場合ばあい潤滑油じゅんかつゆ交換こうかんが1ねんに1かいでよいとしたら、100℃になるような用途ようとでは、としに4かい交換こうかんする必要ひつようがある。自動車じどうしゃのエンジンでは、潤滑油じゅんかつゆが100℃程度ていどになるが、フィルターによって潤滑油じゅんかつゆ品質ひんしつたも機構きこうがあるため、それほど頻繁ひんぱん潤滑油じゅんかつゆ交換こうかんする必要ひつようはない。

荷重かじゅう方向ほうこう[編集へんしゅう]

軸受じくうけおおくの場合ばあいじく直角ちょっかく荷重かじゅう(ラジアル荷重かじゅう)を支持しじする。じく方向ほうこう荷重かじゅう(アキシャル荷重かじゅう)をどれだけ支持しじできるかは軸受じくうけ種類しゅるい依存いぞんする。スラスト軸受じくうけはアキシャル荷重かじゅう専用せんよう設計せっけいされている。

たんれつ深溝ふかみぞだま軸受じくうけ場合ばあい、SKFの文書ぶんしょによると最大さいだいアキシャル荷重かじゅう最大さいだいラジアル荷重かじゅうの50%程度ていどとされているが、同時どうじかるちいさい軸受じくうけでは最大さいだいアキシャル荷重かじゅう最大さいだいラジアル荷重かじゅうの25%程度ていどだともしるしている。

たんれつアンギュラだま軸受じくうけ場合ばあい、アキシャル荷重かじゅう最大さいだいラジアル荷重かじゅうやく2ばいまでで、円錐えんすい軸受じくうけでは最大さいだいアキシャル荷重かじゅう最大さいだいラジアル荷重かじゅうの1ばいから2ばいあいだである。

仕様しようとしてアキシャル荷重かじゅうとラジアル荷重かじゅうしめされている場合ばあい、それらをベクトルとして合計ごうけいすることでそう荷重かじゅうられ、公称こうしょう最大さいだい荷重かじゅうとの組合くみあわせで寿命じゅみょう予測よそくすることができる。

はめあい[編集へんしゅう]

軸受じくうけ一般いっぱん回転かいてんする部分ぶぶんせっする軌道きどうをその回転かいてんするもの(歯車はぐるまじくなど)と固定こていする必要ひつようがある。一方いっぽう回転かいてんしないがわ軌道きどうはすべりも可能かのうなように固定こていしないことがおおい。スラスト軸受じくうけでは、両側りょうがわ固定こていする必要ひつようがある。軸受じくうけじくやハウジングのせっするめんを「はめあいめん」とび、固定こていする場合ばあいを「しまりばめ」、固定こていしない場合ばあいを「すきまばめ」とぶ。

1ほんじくに2つの軸受じくうけをける場合ばあい温度おんどによってじく膨張ぼうちょうしたり収縮しゅうしゅくすることを考慮こうりょしなければならない。このとき両方りょうほうじくたいして固定こていすると、膨張ぼうちょうによってアキシャル荷重かじゅうしょうじ、軸受じくうけ破損はそんするおそれがある。したがって、すくなくともどちらか一方いっぽうじくじょうをすべることができるよう固定こていしないでおく。

「すきまばめ」では、「しめしろ」としてすくなくとも4 µm必要ひつようである。これは、旋盤せんばん加工かこうした「はめあいめん」のあらさが一般いっぱん1.6 µmから3.2 µmとなっているためである。

精度せいど[編集へんしゅう]

軸受じくうけは、その内径ないけいじくみちがぴったりっている場合ばあいのみ最大さいだい荷重におもえることができる。

軸受じくうけ寸法すんぽう非対称ひたいしょう許容きょようになっており、たとえば、40 mmそとみち軸受じくうけでは、そとみち許容きょよう-13 µmから+3 µmで、内径ないけい許容きょよう-9 µmから+0 µmとなっている。

「しまりばめ」でじく固定こていしようとすると、みちがほとんどおなじであるため、かなりのちからくわえないと所定しょてい位置いち軸受じくうけけることができない。ちいさい軸受じくうけならハンマーでたたいたりプレスすことでけられるが、おおきな軸受じくうけではねっして膨張ぼうちょうさせてけるしか方法ほうほうがない。SKFでは、125℃以上いじょう軸受じくうけをねっすることを推奨すいしょうしないとしている。

ねじり荷重かじゅうける[編集へんしゅう]

1つのじくを2つの軸受じくうけ支持しじしていて、それらの回転かいてんじく一致いっちしていない場合ばあいおおきなちから軸受じくうけにかかって破損はそんするおそれがある。ちいさなずれは許容きょようされるが、どこまで許容きょようされるかは軸受じくうけ種類しゅるいによってことなる。自動じどう調ちょうしんがた軸受じくうけでは、許容きょようされるずれは円弧えんこ角度かくどにして1.5から3である。自動じどう調ちょうしんがたでない軸受じくうけでは、円弧えんこ角度かくどにして2ふんから10ふん程度ていどしかずれを許容きょようできない。

用途ようと[編集へんしゅう]

現在げんざいたま軸受じくうけ様々さまざま用途ようと使つかわれている。たとえば、歯科しかよう機器きき医療いりょう機器ききにも使つかわれている。この場合ばあい人体じんたいせっするものであるため、殺菌さっきん可能かのう腐食ふしょくえる材料ざいりょうつく必要ひつようがある。そのため、440Cステンレスこうがそういった用途ようと使つかわれていて、高速こうそくなめらかな回転かいてん可能かのうとなっている[4]

  • ハードディスクドライブ軸受じくうけたまこう精度せいどたま使つかわれていたが、最近さいきんでは流体りゅうたい軸受じくうけ主流しゅりゅうとなっている。
  • 送風そうふう
  • CPUの冷却れいきゃく装置そうち
  • だい世界せかい大戦たいせん当時とうじ、ドイツのたま軸受じくうけ工場こうじょうばくげき標的ひょうてきとされていた。たま軸受じくうけがドイツの産業さんぎょうささえる重要じゅうよう部品ぶひん認識にんしきされていたことをしめしている[5]
  • 時計とけいにおいては、Jean Lassale がムーブメントをうすくするためたま軸受じくうけ使つかったムーブメントを開発かいはつした。0.20 mmたま使つかった Calibre 1200 はわずか1.2 mmあつさで、機械きかいしきではいま世界せかいさいすすきのムーブメントである[6]
  • 航空こうくう宇宙うちゅうよう軸受じくうけは、軍用ぐんようにも商用しょうようにも、ベルトしゃ、ギアボックス、ジェットエンジンのシャフトなど、様々さまざま用途ようと使つかわれている。材料ざいりょうとしてはM50 (AMS6491)、炭素たんそクロムこう (AMS6444)、たい腐食ふしょくせいたかい AMS5930、440Cステンレスこう窒化ケイ素けいそ(セラミックス)、炭化たんかチタンで440Cをコーティングしたものなどが使つかわれている。
  • ハンドスピナー
  • ヨーヨー

脚注きゃくちゅう出典しゅってん[編集へんしゅう]

  1. ^ "Leerboek wentellagers", SKF, 1985
  2. ^ JIS B 1518 5.3こう しき(4)
  3. ^ Koyoころがり軸受じくうけ総合そうごうカタログ A38ページ
  4. ^ J. J. C. Hoo (1998). Bearing Steels: Into the 21st Century. ASTM International. p. 444–445. https://books.google.co.jp/books?id=VQOVbmvTyxQC&pg=PA444&lpg=PA444&dq=%2B440c+%2B%22stainless+steel%22+%2Bdental&source=bl&ots=Wg4ARSn8NT&sig=Mzu3XTsoRvHEhnt9F_94tfBY1Hc&redir_esc=y&hl=ja 2008ねん11月18にち閲覧えつらん 
  5. ^ Speer, Albert (1970). Inside the Third Reich. New York and Toronto: Macmillan. pp. 331–347 
  6. ^ Brunner, Gisbert (1999). Wristwatcges - Armbanduhren - Montres-bracelets. Köln, Germany: Könnemann. p. 454. ISBN 3-8290-0660-8 

関連かんれん項目こうもく[編集へんしゅう]

外部がいぶリンク[編集へんしゅう]