33 シリーズ複列アンギュラ玉軸受の用途は何ですか?

33 シリーズの設計とそれがこれらのアプリケーションに適している理由を理解する

特定のアプリケーションの使用法を検討する前に、何が区別されるのかを理解することが重要です。 33シリーズ複列アンギュラ玉軸受 他の軸受構成との違い、およびそれらの違いが特徴的な用途に適している理由を説明します。

33 シリーズは複列アンギュラ玉軸受ファミリーに属しており、単一の軸受ユニット内に対称的に配置された 2 列の玉が特徴で、それぞれが定義された接触角で動作します。 33シリーズは30度 。この接触角は、標準的な深溝玉軸受の角度 15 度よりも急です。これは、同じサイズの浅角軸受と比較して、各玉接触点が加えられた力をより大きな軸方向成分とより小さな半径方向成分に分解することを意味します。

この形状の実際的な意味は、一次荷重として、またはラジアル荷重に伴う重大な二次荷重として、アキシアル荷重が大きい用途向けに特に最適化されたベアリングであるということです。 30 度の接触角により、33 シリーズは約 ラジアル容量単位当たりのアキシアル荷重容量が 40 ～ 60% 高い 32 シリーズ (15 度の接触角を使用) と比較して、スラスト荷重が主要な設計要因である場合には正しい選択となります。 (出典: ISO 15:2017、転がり軸受 - ラジアル軸受 - 境界寸法、一般計画)

アプリケーションの適合性を高める主要な設計特性

• 1 つのユニットに 2 列のボール: 2 つの単列ベアリングの負荷容量を 1 つのアセンブリに統合し、ペアの単列ベアリングが提供する双方向の軸方向サポートを維持しながら、ペアのベアリング、スペーサー、現場予圧調整の必要性を排除します。
• 接触角30度: 浅角相当品よりも大幅に高いアキシャル荷重容量を提供し、ヘリカルギアの推力、ポンプインペラの流体圧力、またはアキシャル使用荷重が荷重ケースの大半を占める場合に、33 シリーズが適切な仕様になります。
• 工場出荷時に設定されたプリロード: 内部予圧は製造段階で確立されロックされるため、ペアの単列ベアリングに必要な現場予圧設定の取り付け精度要件がなくなり、取り付けスキルの要件と組み立てエラーが軽減されます。
• コンパクトな軸方向エンベロープ: 単一の 2 列ユニットは、 軸方向に 20 ～ 35% 短くなります 2 つの単列ベアリングよりも同等の負荷容量を提供し、よりコンパクトなシャフトとハウジングの設計が可能になります。
• O型内部配置： 複列アンギュラコンタクトベアリングの標準的な背中合わせ（DB）配置により、ベアリング自体の幅内に広い有効支持スパンが形成され、単列ベアリングでは達成できない転倒モーメントに対する耐性が得られます。

工作機械の主軸や精密機器に使用

工作機械スピンドルは、33 シリーズを含む複列アンギュラ玉軸受の最も要求が厳しく、最も歴史的に重要な用途の 1 つです。 CNC マシニング センター、研削盤、中ぐり盤、および旋盤はすべて、最大の剛性 (工具のたわみを最小限に抑え、加工精度を維持するため)、高い回転速度能力、および複合切削負荷下での長寿命という 3 つの相反する要件を同時に満たすスピンドル ベアリングの配置を必要とします。

複列アンギュラコンタクトベアリングがスピンドルアプリケーションで主流となる理由

機械加工作業では、切削工具は径方向成分と軸方向成分の両方を含む力を生成し、その大きさと方向は工具経路の変化に応じて連続的に変化します。スピンドルベアリングは、加工公差を超える工具先端のたわみを許容することなく、これらの複合荷重に対応する必要があります。つまり、精密研削作業では、これが意味します。 スピンドルラジアル剛性 50 ～ 200 N/ミクロン ツールの取り付けポイントに必要です。 (出典: Fundamentals of Machine Tool Design、Klocke and Kuchle、Springer、2011)

33 シリーズ ベアリングの連続複列形状は、ベアリング自体の軸方向長さ内に広い有効支持スパンを生み出し、同等のボア サイズの単列代替品よりもはるかに効果的に偏心切削負荷時の工具先端のたわみに耐えるモーメント剛性を生成します。精密グレードの 33 シリーズ ベアリング (ISO P5 および P4 クラス) は、精度要件が最も重要な CNC マシニング センターおよび研削スピンドルの前部 (ワークエンド) スピンドル位置で使用されます。

特定の工作機械用途

• CNC フライススピンドル: 縦型および横型 CNC マシニング センターのスピンドル ワークエンド ベアリング位置。3 軸の切削力により、単一のコンパクトなベアリング位置からラジアル方向と双方向の軸方向サポートが同時に必要となります。
• 円筒研削スピンドル: 円筒研削盤および平面研削盤の砥石台スピンドル。ラジアル研削力と砥石質量の組み合わせにより高いラジアル剛性が必要ですが、砥石の送り方向によってサポートが必要な軸方向のスラストが発生します。
• ボーリングマシンのスピンドル: 深ボーリング加工では、ラジアル切削抵抗とワーク送り方向のスラストが同時に発生するため、33 シリーズの総合負荷容量を直接適用できます。
• 精密機器スピンドル: 座標測定機 (CMM) プローブ ヘッド、光学回転テーブル、および精密分割ヘッドは、小型サイズ範囲の 33 シリーズ ベアリングを使用しており、工場出荷時のプリロードにより、現場での校正なしで一貫した振れの少ない回転が保証されます。

自動車および車両用途での使用

自動車産業は複列アンギュラ玉軸受の最大消費者の 1 つであり、33 シリーズは特に、高いアキシアル荷重容量が主な設計要件であるいくつかの車両用途に対応しています。

ホイールハブベアリングユニット

最新の乗用車ホイール ハブ ベアリング ユニット (第 1 世代および第 2 世代設計) は、ハブ アセンブリの構造の中心として複列アンギュラ玉軸受を使用しています。車の車輪の荷重環境は、古典的な複合荷重ケースです。サスペンション ジオメトリを通じて作用する車両重量からのラジアル荷重、横方向に作用するコーナリング フォースとロード キャンバーからのアキシアル荷重、およびホイールの中心線で転倒モーメントを生み出すブレーキ トルクとサスペンション ジオメトリからのモーメント荷重です。

33 シリーズの 30 度の接触角は、ダイナミックな運転操作中のコーナリングフォースによって、次のようなアキシアル荷重が発生するため、この荷重プロファイルに最適です。 静ラジアル荷重の0.8～1.2倍 外側ホイール - 高いアキシャル対ラジアル比により、33 シリーズは浅角の代替ホイールよりも効率的に処理できます。 (出典: SAE 国際乗用車ジャーナル - 機械システム、ホイール ベアリング荷重分析、第 5 巻、2012 年)

トランスミッションおよびギアボックスのアプリケーション

車両のマニュアルおよびオートマチックトランスミッションは、前進ギアと後進ギアの噛み合いの間のトランスミッションサイクルとして、ギア噛み合いのラジアル力と両軸方向のヘリカルギアスラスト荷重を組み合わせたシャフト負荷を生成します。 33 シリーズは、これらのシャフト位置に必要な双方向の軸方向サポートを提供しながら、ペアの単列代替品よりもコンパクトな軸方向スペースを占有します。これは、パッケージ スペースが厳しく制限されているコンパクトなトランスアクスル設計において重要な考慮事項です。

パワーステアリングと電動モータードライブ

電動パワー ステアリング (EPS) モーター シャフトと電気自動車トラクション モーターのドライブ シャフトには、ベルトまたはギア駆動の力伝達によるラジアル荷重とアキシアル荷重の組み合わせを担持しながら、ほぼゼロからゼロまでの速度で低騒音と振動を維持するベアリングが必要です。 15,000rpm以上 最新のEVアーキテクチャでは。精密グレードの 33 シリーズは、これらの高速低騒音アプリケーションに必要な、低騒音動作、総合負荷容量、工場出荷時の予圧精度の組み合わせを提供します。

ポンプやコンプレッサーでの使用

遠心ポンプとロータリーコンプレッサーは、自然な応用分野を代表します。 33シリーズ複列アンギュラ玉軸受 これは、これらの機械の流体力学により、シャフトの重量やインペラまたはローターの表面にかかる流体圧力によるラジアル荷重に加えて、シャフト ベアリング システムによって支えられなければならないアキシャル スラスト荷重が生成されるためです。

遠心ポンプシャフトベアリング

単段遠心ポンプでは、インペラの入口と出口の間の圧力差により、流体がインペラの目に近づく方向に作用する軸方向の油圧推力が生成されます。このスラスト荷重は動作中継続的であり、ポンプ シャフト ベアリング システムによって完全に反応する必要があります。水処理、化学処理、HVAC 用途の中型遠心ポンプの場合、軸推力は次の値を表すことができます。 ラジアル荷重の20～60％ シャフトの重量とベルトまたはカップリングの側荷重からの影響を受けます。

33 シリーズ ベアリングは、この負荷プロファイルに直接対応します。30 度の接触角により油圧推力コンポーネントに高い軸方向の容量が提供され、複列構造によりシャフト重量とベルトの負荷に対応した半径方向の容量が提供され、背中合わせの形状によりオーバーハング インペラからのカンチレバー負荷に対するモーメント サポートが提供されます。この組み合わせにより、33 シリーズは産業プロセスサービスにおけるエンドサクション遠心ポンプにとって特に価値があります。 （出典：ポンプハンドブック、Karassik、Messina、Cooper and Heald、McGraw-Hill、第 4 版、2008 年）

コンプレッサーシャフトサポート

冷凍、空調、産業用圧縮空気用途のロータリー スクリュー コンプレッサーとスクロール コンプレッサーは、スクリュー ローターの螺旋形状またはスクロール プレート表面のガス差圧から軸方向の力を生成します。これらのアキシアル荷重は、ローターの質量からのラジアル荷重およびシャフト軸に垂直なガス力と組み合わされます。 33 シリーズは、これらの機械のコンパクトな半径方向エンベロープに必要な複合負荷容量を提供しますが、別個のスラスト ベアリングを追加すると機械のサイズとコストが大幅に増加します。

産業用ギアボックスおよび駆動システムでの使用

産業用ギアボックス、特にヘリカル、ベベル、ウォームギア減速機は、本質的に組み合わされたシャフト負荷を生成します。はすば歯車の噛み合い形状により、接線方向 (回転)、ラジアル方向 (分離)、および軸方向 (らせん角度による推力) の 3 つの成分を含むシャフト力ベクトルが生成されます。 3 つすべてがシャフト ベアリング システムによって反応する必要があり、はすば歯車からの軸方向成分が大きくなる可能性があります。 接線力の 30 ～ 70% ねじれ角によります。 (出典: Shigley の機械工学設計、Budynas および Nisbett、第 10 版、マグロウヒル、2014 年)

ヘリカルギヤ減速機出力軸

ヘリカルギア減速機の出力シャフトは最大のトルクを伝達し、したがってギアボックス内で最大の接線方向ギア力が伝達されます。はすば歯車の噛み合わせから同時に軸方向の推力が発生するため、このシャフト位置は 33 シリーズにとって自然な用途となります。出力シャフトにある単一の複列ベアリングは、必要なラジアル方向と双方向のアキシャル サポートを組み合わせて提供し、ブレーキまたは反転サイクル中にギアが両方向に回転するときのアキシャル スラスト反転に対応します。これは、別個のスラスト ワッシャーを備えた単列ベアリングでは実現できないコンパクトな設置状態です。

ベベルギヤピニオンシャフト

直角ギアドライブのベベルギアピニオンシャフトは、ギアの噛み合い形状により、荷重の反転によって方向が変わる大きな軸方向の分離力を生成するため、特に要求の厳しいベアリング用途です。 33 シリーズの背中合わせの 2 列配置は、対称的な形状により、荷重方向が変化したときに予圧を現場で調整する必要がなく、両方向のアキシアル荷重に均等に反応するため、この用途に特に適しています。

風力タービン補助ドライブ

風力タービンのピッチ制御ドライブ、ヨー ドライブ、および補助発電機ドライブは、コンパクトなギアボックスとモーター アセンブリを使用します。33 シリーズは、風力タービン ナセルの限られた設置スペースに必要な複合荷重と双方向推力サポートを提供します。これらのアプリケーションには、地上 80 ～ 120 メートルの高さに取り付けられたコンポーネントに必要なメンテナンス間隔を延長できる、33 シリーズの密閉型およびグリース充填型の利点もあります。

電気モーターおよび発電機での使用

中出力範囲から大出力範囲の電気モーター、特にアキシャル ファン、ヘリカル ギヤ負荷、またはベルト駆動装置を駆動するモーターには、シャフト位置でラジアル荷重とアキシアル荷重の組み合わせを処理するベアリングが必要です。 33 シリーズは、ローターの軸方向の位置決めが必要なモーターの非ドライブ エンド (NDE) ベアリング位置と、ベルト側の負荷がギアまたはカップリングから伝達される推力と結合するドライブ エンド (DE) 位置で使用されます。

可変速ドライブモーターの用途

可変周波数ドライブ (VFD) で動作するモーターは、ベアリング接触部を介してシャフト電流を生成する可能性があります。これは十分に文書化された故障メカニズムであり、ベアリング接触領域を通るアーク電流が孔食や早期故障を引き起こすことになります。 33 シリーズの絶縁ベアリングのバリエーションでは、外輪またはハウジングが電気絶縁セラミックでコーティングされ、電流の通過を防ぎます。絶縁構成の 33 シリーズは、上記の VFD 駆動モーターの標準選択です 75kWの軸出力 NDE 位置では、このタイプのモーターの早期故障の主な原因であるシャフト電流によるベアリングの損傷を防ぎます。 (出典: IEEE Transactions on Industry Applications、シャフト電流による電動機ベアリングの損傷、Vol. 37、Issue 6、2001)

農業機械や建設機械での使用

農業および建設機械の用途では、ベアリングは、衝撃荷重、汚染、幅広い温度変化、およびメンテナンス間の長期にわたる条件にさらされ、標準的なベアリング設計が困難になります。密閉型および強化型の 33 シリーズは、この機器カテゴリ内のいくつかの重要な位置で使用されています。

農業機械の用途

• コンバインハーベスター脱穀ドラムシャフト: コンバインの脱穀ドラムは、作物との接触による衝撃的なラジアル荷重と、らせん状ドラムの形状や横荷重の変動によるアキシャル荷重を組み合わせた荷重を受けます。 33 シリーズの 2 列構造は、これらの衝撃荷重条件に必要な耐荷重余裕を提供します。
• トラクター PTO (パワーテイクオフ) シャフト: PTO シャフトは、トラクターが平坦でない地面上を移動する際に、ラジアル荷重、アキシャル荷重、およびモーメント荷重の組み合わせを生成するユニバーサル ジョイント カップリングを介してエンジン出力を牽引作業機に伝達します。 PTO ドライブトレインの密閉型 33 シリーズ ベアリングにより、現場のメンテナンス スケジュールに合わせてサービス間隔を延長できます。
• シードドリルドライブシャフト: 精密プランターの種子の計量と分配のドライブ シャフトは、ギアの駆動力と土壌を作動させるコールター システムから伝わる振動負荷からの複合負荷を支えます。

建設機械用途

• コンクリートミキサーのドラムドライブ: コンクリート ミキサー ドラムのドライブ シャフトには、ドラム重量によるラジアル荷重と、混合中に推力を生み出すドラム内部の螺旋スクリュー形状によるアキシャル荷重がかかります。 33 シリーズは、この静的負荷と動的負荷の組み合わせをコンパクトなドライブ ユニットで効率的に処理します。
• 締固め装置振動軸： 振動圧縮機とロードローラーは、偏心回転質量を使用して地面を圧縮する力を生成します。これらの加振機のシャフト ベアリングには、シャフトの位置決めによるアキシアル荷重と組み合わされた非常に高い動的なラジアル荷重がかかります。ヘビーデューティーグレードの 33 シリーズは、コンパクトな圧縮装置のスペース制約内でこれらの高い動的荷重条件に対応します。

精密機器や計測機器での使用

重機とは対極にある応用分野、 33シリーズ複列アンギュラ玉軸受 精密グレード (ISO 492 に基づく P5、P4、および P2 精度クラス) の製品は、負荷容量よりも回転精度、低振動、最小の摩擦が主な選択基準となる用途に使用されます。

三次元測定機 (CMM) 回転軸

CMM システムの回転軸モジュールには、以下の振れを備えたベアリングが必要です 0.5ミクロン スピンドル取付面とその下の軸振れ 0.3ミクロン プローブ先端での測定精度を維持します。工場出荷時の予圧と低騒音グレードのボールを選択した高精度 P4 クラス 33 シリーズ ベアリングは、これらの要件を満たしながら、回転軸がさまざまなプローブ接触方向から荷重を受ける場合に必要な双方向の軸方向サポートを提供します。

精密ロータリーテーブルとインデックスユニット

研削盤、放電加工機、および多軸 CNC マシニング センターの回転テーブルは、高精度 33 シリーズ ベアリングを使用して、正確なワークの割り出しに必要な半径方向および軸方向の位置決め精度とモーメント剛性の組み合わせを提供します。 2 列ユニットのプリロードは工場で設定されているため、回転テーブルの位置を変更したり保守したりするときにベアリングのプリロードをリセットする必要がなく、生産環境におけるメンテナンス上の実用的な利点となります。

食品加工および包装機械での使用

食品加工業界では、軸受の材料と潤滑について、耐食性、食品グレードの潤滑剤との適合性、洗浄耐性などの厳しい要件を課している一方で、一般的な産業用途に適用されるものと同じ総合耐荷重特性も求められています。 33 シリーズのステンレス鋼バージョンと食品グレードのグリースを充填した密閉バージョンは、次の用途に使用されます。

• ミキサーおよび混合装置: 工業用ミキサーの撹拌機シャフトベアリングは、ステンレス鋼またはコーティングされたベアリングリングを必要とする腐食性食品接触環境において、撹拌翼の流体抵抗によるラジアル荷重と、螺旋状撹拌機の形状によるアキシャル荷重を組み合わせた負荷を受けます。
• コンベヤードライブヘッド: 食品コンベヤー システムのドライブ シャフト ベアリングは、ベルトの張力によるラジアル荷重と、ベルトが軌道を描くときに横方向の力を生み出すクラウン付きコンベヤー ローラーからのアキシアル荷重を組み合わせた荷重を受けます。密封された食品グレードの 33 シリーズ ベアリングは、連続生産施設で必要なメンテナンス間隔を延長します。
• 包装機の駆動システム: カム駆動またはサーボ駆動の軸を備えた高速包装機は、カム シャフトと駆動位置に 33 シリーズ ベアリングを使用しており、カムの形状と慣性力によるラジアル荷重とアキシアル荷重の合計が最高速度で存在します。 2,000～4,000rpm

用途の概要: 33 シリーズ ベアリングが使用される場所

用途に適した 33 シリーズ ベアリングの選択

幅広い応用範囲 33シリーズ複列アンギュラ玉軸受 これは、シリーズの指定自体と同じくらい仕様の詳細が重要であることを意味します。特定のアプリケーション用に選択する場合は、次のパラメータを確認してください。

1. 等価動的荷重 (P) を計算します。 ISO 281 に準拠した適切な Fa/Fr 比で 33 シリーズの X および Y 係数を使用してラジアル (Fr) およびアキシャル (Fa) 荷重成分を使用し、選択したベアリングの動荷重定格 C が動作速度および温度で必要な L10 寿命を提供することを確認します。
2. 精度等級の要件を確認します。 一般的な産業用途ではP0(Normal)クラスが使用されます。工作機械の主軸や精密機器には、P5、P4、または P2 クラスが必要です。精度等級が上がるごとにコストが増加します。アプリケーションが実際に必要とするグレードのみを指定します
3. 正しい潤滑構成を選択してください。 アクセスできない位置やメンテナンスが制限されている位置には、シール (2RS) の工場でグリースを塗布したバージョンを指定してください。グリース速度制限を超える高速用途の場合は、オイルバスまたはジェット潤滑を備えたオープンベアリングを指定してください。
4. シャフトとハウジングのフィット感を確認します。 ISO 286 に基づく推奨シャフト公差 (通常、回転内輪の場合は k5 または m5) とハウジングの穴公差 (通常、固定外輪の場合は H6 または J6) を確認してください。ベアリングの定格荷重に関係なく、不適切なしまりばめはベアリングの早期故障の主な原因となります。
5. VFD アプリケーション用の絶縁タイプを検討してください。 ベアリングが 75 kW を超える可変周波数ドライブで駆動される電気モーター内にある場合は、シャフト電流によるベアリングの損傷を防ぐために、絶縁された外輪のバリエーションを指定してください。

の CNCJ 33 シリーズ複列アンギュラ玉軸受 は、この記事で説明する用途に必要なボア サイズと精度クラスの全範囲にわたって、ISO の寸法および公差規格に従って製造されています。同社の製品範囲は、産業用の標準 P0 グレードから工作機械や計器用途の P4 精密グレードまでをカバーしており、密閉および開放構成、複数のクリアランス オプション、および負荷と寿命の計算支援のためのアプリケーション エンジニアリング サポートを備えています。