A フランジ付きベアリング 外輪から伸びる一体型カラー (フランジ) を備えた標準的な玉軸受またはころ軸受です。 フランジの主な役割は、ベアリングをハウジングのボア内で軸方向に配置することです。 動作中にシャフトに沿って滑ったり、ずれたりするのを防ぎます。この問題は、フランジのない標準ベアリングでは、止め輪、ハウジングに機械加工されたショルダーステップ、またはスペーサーとロックナットを使用して解決する必要があります。
実際的には、これは、フランジ付きベアリングによりアセンブリに必要な部品の数が減り、ハウジングの機械加工要件が簡素化され、生産工程全体での位置合わせの再現性が向上することを意味します。コンベアローラー、プリンター機構、小型モーターハウジングなどの用途では、標準ベアリングと保持アセンブリを組み合わせたものから、単一のフランジ付きベアリングに切り替えることで、 アセンブリのそのセクションの部品数を 2 ～ 4 コンポーネント削減します。 。この記事の残りの部分では、フランジ設計がどの問題に対処するのか、どこが不足しているのか、そして特定の用途でフランジ付きベアリングと標準ベアリングのどちらを決定するかを正確に説明します。
フランジ設計により解決される最も直接的な問題は、別個の保持コンポーネントに頼ることなく、ベアリングをハウジングに対して軸方向の固定位置に維持することです。
標準 (フランジなし) ベアリングでは、外輪は平らな円筒であり、振動やスラスト荷重が加わったときに外輪がボア軸に沿って滑るのを本質的に妨げるものは何もありません。設計者は通常、ハウジングの一方の側に機械加工されたショルダーを使用し、もう一方の側に保持リング、スナップ リング、またはエンド キャップを使用してこの問題に対処します。これらの各ソリューションには、追加の加工精度と組み立て手順が必要です。
フランジ付きベアリングのカラーはハウジングのボア面に面一に配置され、それ自体がストップとして機能します。これは、ハウジングには段付きの穴ではなく、肩のない真っ直ぐな穴だけが必要であることを意味します。 大幅に簡素化され、より安価な機械加工作業 特に、板金ブラケットや射出成形プラスチック部品などの薄肉ハウジングでは、内部の肩部を正確に加工することが困難または不可能です。
標準ベアリングは、確実な圧入を維持するために、ある程度のハウジングの壁厚と材料の剛性に依存しています。フランジは、この前提が崩れる場合に対処します。
家庭用電化製品、小型家電、軽機械などで一般的な、薄い板金、プラスチック、またはアルミニウムのハウジングを使用する用途では、標準ベアリングは外輪と穴の間の締まりばめに完全に依存しています。ハウジングの壁が薄すぎたり、材質が柔らかすぎたりすると、振動、熱サイクル、または繰り返しの負荷サイクルにより、時間の経過とともにこの嵌合が緩み、ベアリングが所定の位置からずれる可能性があります。
フランジはハウジングの面に直接当たるため (フランジ付きハウジング ユニットの場合は、フランジ穴を介して取り付けネジで固定されることがよくあります)、所定の位置に留まるために締まりばめのみに依存するわけではありません。このため、フランジ付きベアリングは以下の用途に特に適しています。 プラスチックハウジングと打ち抜き板金ブラケット この場合、標準の圧入ベアリングは比較的短い耐用年数内に緩む可能性があります。
機械的機能を超えて、フランジの設計は製造効率と組み立ての労力に直接影響します。
軸方向の保持を必要とする標準的なベアリング アセンブリには、止め輪、シャフトまたはボアに機械加工された適合する溝、および場合によってはスペーサーが必要になる場合があります。これらはそれぞれ、調達、検査、在庫するための個別の部品番号です。フランジ付きベアリングはこれを単一のコンポーネントに統合します。 部品表の複雑さを軽減します また、ハードウェアの欠落または不一致による組み立てエラーのリスクが軽減されます。
大量生産では、締結ステップが追加されるたびにサイクル時間が増加します。複数段階のリテーナ リングの取り付けを 1 回の挿入 (または挿入と 2 ～ 3 個のネジ) で置き換えることで、各組み立てサイクルの時間を大幅に短縮できます。この差は、数万台または数十万台の生産工程で大幅に増加します。
単一のシャフトをサポートする複数のベアリングを備えたシステム (コンベア システム、プリンター ローラー、リニア モーション アセンブリなどに一般的) は、フランジ設計が解決に役立つ特定の位置合わせの課題に直面しています。
シャフトが 2 点以上で支持されている場合、各ベアリング位置での軸方向の位置の小さな変化でも位置ずれが生じ、不均一な荷重分散や早期摩耗が発生する可能性があります。標準ベアリングは、複数の取り付け点にわたって一貫した軸方向位置を維持するために、ハウジングの加工精度に完全に依存しています。
フランジ面は一貫した自動位置決め基準面を提供するため、フランジ付きベアリングは 複数の取り付けポイントにわたる位置再現性の向上 各ハウジングのボアを肩付き設計に必要とされるのと同じ厳しい公差に合わせて機械加工する必要はありません。これが、ラインに沿った多くのステーションに同一のベアリング ユニットが設置されるモジュラー コンベヤ システムでフランジ付きユニットが一般的である主な理由です。
フランジ付きベアリングは、標準ベアリングを超える普遍的なアップグレードではありません。それらの限界を理解することは、その利点を理解することと同じくらい重要です。
フランジ自体は、外輪の直径を超えて材料を追加します。これは、フランジ付きベアリングが同等の標準ベアリングよりも多くのラジアル空間を占めることを意味します。スペースが厳しく制限されているアプリケーション (小型デバイス、コンパクトな歯車列、または入れ子になったアセンブリ) では、この追加の設置面積が必要になります。 フランジ付きデザインを完全に除外できる 軸方向の位置決めの利点が役立つ場合でも。
フランジの厚さと材質に応じて、フランジ自体の耐荷重は主軸受構造よりも低くなります。高スラスト荷重の用途では、繰り返しの重いアキシアル荷重を吸収するためにフランジのみに依存すると、時間の経過とともにフランジの変形や亀裂が発生する可能性があります。つまり、フランジ付きベアリングは、重荷重シナリオでの専用スラストベアリングの代替としてではなく、位置決めと軽度から中程度のスラスト保持に最適であることを意味します。
フランジ付きベアリングは通常コストがかかります 10 ～ 25% 以上 フランジの形成に追加の材料と機械加工が必要となるため、同じサイズおよびグレードの同等の標準ベアリングよりも優れています。ハウジング設計によって軸方向の保持を安価に実現できる用途 (ショルダーを組み込むのが簡単なダイカスト金属ハウジングなど) では、単純な保持機能と組み合わせた標準ベアリングがより経済的な選択となる場合があります。
以下の表は、特定の設計シナリオにどのオプションがより適合するかを明確にするために、上で説明した主要なトレードオフをまとめたものです。
| 因子 | フランジ付きベアリング | 標準ベアリング |
|---|---|---|
| 軸方向の位置決め | フランジ面による自己位置決め | ショルダー、止め輪、またはスペーサーが必要です |
| ハウジングの加工の複雑さ | 下部（ストレートボア） | より高い（ショルダーボアが必要になる場合が多い） |
| 薄型・ソフトハウジングへの適合性 | 強いフィット感 | 弱い、しまりばめのみに依存する |
| 必要なラジアルスペース | 大きい (フランジにより直径が追加されます) | より小さく、よりコンパクトに |
| 重スラスト耐荷重 | 中程度（フランジには制限があります） | ペアのスラストベアリングの設計に依存 |
| 単価 | 10 ～ 25% 高い | ベースライン |
すべてのフランジ付きベアリングが同じというわけではありません。フランジ構成が異なれば、対処する取り付け問題も若干異なります。
完全なフランジがベアリングの全周に完全に伸びており、最大の軸方向保持面を提供します。このタイプは、スケートボードの車輪や小さなコンベア ローラーなど、連続的に振動する用途でよく使用され、ハウジング面に対する一貫した全周接触が有益です。
スロット付きフランジには、フランジ リングに小さな隙間や切り込みが刻まれており、多くの場合、接着剤や追加の保持剤がフランジを通ってハウジングに接着できるようにします。このバリアントは、一部の高振動産業用機器など、機械的な嵌め合いだけでは完全に信頼できるとはみなされない場合に使用されます。
一部の設計では、ベアリング自体のフランジではなく、標準ベアリング インサートを収容する別個のフランジ付きピロー ブロックまたはフランジ ユニットを使用します。これらには通常、フレームまたは壁に直接ボルトで固定するための取り付け穴が含まれており、別の問題を解決します。 機械加工されたボアの必要性を完全に排除 これは、ボアマウントよりも表面実装の方が実用的な農業機器やマテリアルハンドリング機器で一般的です。
上記の要素をまとめると、次のフレームワークは、特定の設計シナリオにどのベアリング タイプがより適合するかを決定するのに役立ちます。
フランジ設計は、追加のハードウェアを使用しない軸方向の位置決め、薄いまたは柔らかいハウジング材料への信頼性の高い取り付け、部品数と組み立ての複雑さの削減、マルチベアリング システム全体での位置合わせの再現性の向上など、明確に定義された一連の問題を解決します。これらの利点は、より大きな半径方向の設置面積、ある程度制限された重推力容量、および適度な価格割増を犠牲にして実現されます。
エンジニアと購入者にとって同様に重要な点は次のとおりです。 フランジ付きベアリングs are a targeted solution, not a universal upgrade 。これらは、ハウジングの制約や組み立て効率により自動位置決め軸方向保持が重要になる場合には正しい選択ですが、コンパクトなラジアル サイズや重いスラスト荷重容量が主な設計要因である場合には間違った選択となります。習慣的にどちらかのベアリングタイプをデフォルトにするのではなく、特定の取り付け環境と荷重プロファイルを評価することが、特定のアプリケーションに対して正しい選択を行うための最も信頼できる方法です。
