深溝玉軸受のアキシアル荷重とラジアル荷重：選定ガイド

モーター、ポンプ、またはギアボックス用の深溝玉軸受を選択する場合、最初の質問は「どのブランドか」ではなく、「軸受が受けるラジアル荷重とアキシアル荷重はどれくらいか」です。通常、ラジアル荷重によってベアリングのサイズが決まります。アキシアル荷重によって、標準の深溝玉軸受が依然として安全な選択であるかどうかが決まります。実際には、これら 2 つの力の組み合わせがベアリングの早期故障の最も一般的な原因です。

ラジアル荷重とアキシアル荷重の実際の意味

ラジアル荷重は軸に対して垂直方向に作用します。プーリーを引っ張るベルト、ローターの重量、歯車の噛み合い力などによりラジアル荷重が発生します。アキシアル荷重は軸と平行に作用します。例には、はすば歯車からの推力、電気モーターの磁力、組み立て中にハウジングに押し込まれるシャフトなどが含まれます。

深溝玉軸受は、軌道が深く玉の接触角が小さいため、ラジアル荷重に対して最適化されています。この形状により、ベアリングは両方向に一定量のアキシアル荷重を受けることができますが、実際には限界があります。アキシアル成分が大きすぎるとボールが転がらずに滑り、接触楕円が軌道端に向かって移動します。

深溝玉軸受はどのくらいのアキシアル荷重に耐えることができますか?

ベアリング メーカーから公開されている技術データには、有用な経験則が示されています。標準的な単列深溝玉軸受の場合、アキシアル荷重容量は静ラジアル定格荷重の 10 ～ 30% であることがよくあります。薄肉ベアリングやミニチュアベアリングは、軌道が浅くボールが小さいため、下端に位置する傾向があります。

静ラジアル定格荷重C0は、一定の大きさの永久変形を引き起こす荷重の参考値です。寿命計算には動定格荷重Cを使用します。エンジニアがアキシアル荷重とラジアル荷重を比較するときは、C に対する比ではなく、C0 に対する比を確認する必要があります。推奨されるアキシャル対ラジアル比を超えても、ベアリングが即座に停止するわけではありません。これは、応力分布が不規則になり、グリースの膜が破壊され、標準の L10 計算の予測よりも早くベアリングの寿命が失われることを意味します。

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産業機器の場合、当社の 6205ZZ ベアリングはモーター、ポンプ、機械によく選ばれていますが、最終選択の前にアキシアル荷重のチェックが必要です。

アキシアル荷重が大きすぎるとどうなりますか?

アキシアル荷重がベアリングの実用限界を超えると、転動体と軌道の動作が異なります。接触角が局所的に増加し、ボールが軌道端に押し付けられます。これにより、エッジ荷重が発生します。これは集中応力状態であり、早期の剥離、へこみ、振動を引き起こす可能性があります。

モーターでは、温度の上昇と騒音が発生する場合があります。扇風機や小型電気機器では、短期間の使用でベアリングが荒れることがあります。シールはまだ無傷であるように見えるため、故障は外側からは必ずしも明らかではありません。システムを分解した場合にのみ、内輪と外輪の不均一な摩耗パターンを確認できます。

これも調達リスクです。購入仕様書にラジアル動定格荷重 C のみが記載されており、アキシアル荷重が無視されている場合、現場でのベアリングの実際の寿命は計算された寿命よりも大幅に短くなる可能性があります。これにより、予期せぬダウンタイム、やり直し、保証請求が発生します。

ラジアル荷重とアキシアル荷重の合成に対する深溝玉軸受の選択

実際のプロセスはアプリケーション データから始まります。ラジアル力とその方向を決定し、次にアキシアル力とその方向を決定します。複合荷重の場合は、標準関係 P = XFr YFa を使用して等価動的荷重を計算します。深溝玉軸受の場合、アキシアル荷重とラジアル荷重の比が小さい場合、計算を簡素化し、ラジアル荷重を支配係数として扱うことができます。アキシアルシェアが大きくなると、より高い等価荷重を計算に含める必要があります。

1. ベルトの張力、ギアの力、またはモーター ローターの重量からラジアル荷重を推定します。
2. スラスト力、軸心調心、組立方法などからアキシアル荷重を推定します。
3. Fa/Fr 比をベアリングの限界値と比較して確認してください。
4. 等価荷重Pと動定格荷重Cを比較し、速度や潤滑を調整してください。
5. 実際の軸方向容量を追加せずに、フランジ付き軸受やスナップリング軸受など、軸方向の位置決めを改善する軸受構造を検討してください。

もう一つのポイントは内部クリアランスです。 C3 クリアランスのあるベアリングは、エッジ荷重が現れる前にわずかに高いアキシアル荷重に耐えることができますが、騒音が大きくなる可能性があります。ファンの静かな動作を実現するには、通常のクリアランス、または C2 を選択してください。このため、ベアリングのサプライヤーは負荷と騒音の両方の要件を知っておく必要があります。

たとえば、フランジ付き深溝玉軸受は、小型モーターおよびポンプアセンブリの軸方向の位置決めを簡素化します。フランジは位置決め機能として機能しますが、アキシアル定格荷重は増加しません。スナップリングベアリングにも同じことが当てはまります。リングはシャフトの動きを防ぎますが、ボールの軌道は深い溝の設計のままです。

F696ZZ 小型モーター・精密機器用フランジ型ベアリング コンパクトなアセンブリで軸方向の位置決めを行うための一体型フランジを備えた 6×15×5mm フランジ付きベアリング。スムーズな回転と安定性を実現し、スペースが限られたマイクロモーターやエレクトロニクス、精密機器などに最適です。 製品を見る→

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実用的なシナリオ: モーター、ファン、ポンプ

一般的な電気モーターには重力によるラジアル荷重がかかり、多くの場合は駆動ベルトからもラジアル荷重がかかります。モータがヘリカルギアまたはウォームギアボックスを駆動しない限り、アキシアル荷重は通常小さいです。このような場合でも、軸力が静定格の推奨パーセンテージを下回っていれば、深溝玉軸受は依然として荷重に耐えることができます。

ファンや電子機器には、6901ZZ などの小型ベアリングがよく使用されます。これらのベアリングは静かに、かつスムーズに高速回転する必要があります。少量のアキシアル荷重は許容されますが、スラスト荷重が大きいとベアリングの異音が発生し、寿命が短くなります。

6901ZZ ファンや電子機器用小型ボールベアリング 限られたスペース向けに設計された 12×24×6mm のスリムベアリングで、軽荷重から中荷重まで低騒音で安定した性能を発揮します。二重シールドにより塵埃の侵入を防ぎ、ファンや小型モーター、精密機器などに最適です。 製品を見る→

当社の 6901ZZ コンパクト ボール ベアリングは、スペースが限られており、高速でのスムーズな動作が重要となるファン、モーター、および電子機器向けに設計されています。

ポンプや産業機械では、一般的に 6205ZZ や特大の深溝玉軸受などのより重い軸受が使用されます。ここでは、ラジアル荷重が大きくなりますが、インペラの推力やカップリングのミスアライメントによってアキシアル成分も上昇する可能性があります。このような状況では、エンジニアは多くの場合、別のスラスト ベアリングを追加するか、より大きなベアリングを選択して、等価荷重を定格荷重よりも十分に低く抑えます。

速度はアキシアル荷重容量にも影響します。高速時にはボールにかかる遠心力により接触角と油膜圧力が変化します。 10,000 rpm で動作する 6901ZZ は、ラジアル荷重が低い場合でも、1,000 rpm で動作する同じベアリングと同じアキシアル荷重を受け入れません。

参考表: ラジアル荷重とアキシアル荷重の挙動

この表は、最初のベアリング選択段階での簡単な健全性チェックとして使用してください。

軸受の構造と材料の役割

フランジ付きベアリングとスナップリングベアリングは、深溝玉軸受の負荷容量を変更しません。取り付けやすさが変わります。フランジを使用すると、別個のシートリングを使用せずにベアリングをハウジング内に配置できます。スナップ リングは、ベアリングをシャフトまたはボア内の所定の位置に保持します。これらの機能は、コンポーネントを追加すると設計が大きくなりすぎるコンパクトなアセンブリで特に役立ちます。違いを理解する必要がある場合は、詳細なガイドをご参照ください。 フランジベアリングの選択 機能、タイプ、そしてもちろんトレードオフについても説明します。

耐食性には材料の選択が重要です。食品機械、医療機器、アウトドア機器などにステンレスベアリングが実用化されています。ただし、ステンレス鋼は一般に、標準のクロム鋼よりも耐荷重がわずかに低くなります。アプリケーションに高いアキシアル荷重もかかる場合は、この低いリザーブを考慮する必要があります。

バイヤーと設計エンジニアへの最終推奨事項

まずラジアル荷重から始めて、次にアキシアル荷重を確認します。ベアリングが「高耐久」または「工業グレード」であるからといって、大きな軸方向の力を何の助けもなしに吸収できるとは考えないでください。特にアキシアル荷重がラジアル荷重の 20% を超える場合は、必ず正確な寸法と荷重データをベアリングのメーカーに要求してください。 OEM および ODM プロジェクトの場合は、動作負荷、速度、温度を提供します。直接製造業者は、実際の用途に合わせて内部クリアランス、シールの種類、および材料を調整できます。このアプローチにより、初期故障のリスクが軽減され、総所有コストが低く抑えられます。

アキシアル荷重が常にラジアル荷重の 30% よりも大きい場合は、アンギュラ コンタクト ベアリングまたはペア構成の使用を検討してください。ただし、スペースが狭すぎる場合は、ボール サイズと軌道曲率を変更したカスタム深溝玉軸受を使用すると、同じ範囲内でアキシアル容量を拡張できる場合があります。この場合、非標準ベアリングの経験を持つ OEM メーカーが役立ちます。