複列アンギュラコンタクト軸受とは何ですか?

あ 複列アンギュラコンタクトベアリング 単一の外輪内に並べて配置された 2 列のボールを含む転動体軸受であり、両方の列が定義された接触角で軌道に接触します。通常、 25°または30° —ベアリング軸に対して90°ではなく。このアンギュラコンタクトの形状により、ベアリングはラジアル荷重 (シャフトに垂直) と両方向のアキシアル荷重 (シャフト軸に沿った) を同時に受けることができます。また、複列配置により、同じ外径の単列アンギュラコンタクトベアリングよりも大幅に高い負荷容量と傾斜モーメントに対する剛性が向上します。

実際の工学用語では、複列アンギュラコンタクトベアリングは、対面または背中合わせに取り付けられる 2 つの別個の単列アンギュラコンタクトベアリングが必要となるものを置き換えるもので、より狭い軸方向スペースで行うことができ、組み立て中に予圧を合わせる必要もありません。これにより、スペースの制約と重い複合荷重を組み合わせる用途 (特に工作機械のスピンドル、自動車のホイール ハブ、ギアボックス、ポンプなど) にとって、高効率のベアリング ソリューションとなります。

角度接触の原理: 接触角が重要な理由

単列または複列のアンギュラコンタクトベアリングの特徴は接触角です。接触角は、ボールと内輪および外輪の軌道との接触点を結ぶ線と、軸受の軸に垂直な平面との間の角度です。深溝玉軸受では、無負荷状態ではこの角度は実質的にゼロになります。アンギュラコンタクトベアリングでは、設計された固定ジオメトリです。

接触角が耐荷重に与える影響

接触角によって、アキシャル荷重容量とラジアル荷重容量の比が決まります。接触角が大きいほど、ラジアル容量に比べてアキシアル荷重容量が増加します。接触角が小さいとその逆になります。この関係は、市販のベアリングで使用される接触角の実際の範囲内ではほぼ線形です。

• 接触角15° — 比較的高いラジアル容量、中程度のアキシャル容量。ラジアル荷重が支配的で、ある程度のアキシアル荷重サポートが必要な場合に使用されます。
• 接触角25° — バランスの取れたラジアル容量とアキシャル容量。一般的な工作機械やポンプ用途の複列アンギュラコンタクトベアリングで最も一般的な角度
• 接触角30° — より高い軸方向容量。一部のギアボックスやコンプレッサーの配置など、大きな軸力が持続する用途で使用されます。
• 接触角40°または45° — 非常に高い軸方向容量。推力が支配的な特殊な用途に見られます。 2 列構成ではあまり一般的ではありません

誘導アキシアル荷重の影響

あ single-row angular contact bearing loaded radially generates an internal axial force component as a consequence of its contact angle—this is the induced axial load. When two single-row angular contact bearings are paired, they are arranged so that their induced axial loads oppose each other and cancel. In a double row angular contact bearing, this balance is achieved internally within the single bearing unit because the two rows have their contact angles opposed: one row carries axial force in one direction, the other row carries axial force in the opposite direction. The result is a bearing that is inherently balanced for bidirectional axial load without any special mounting arrangement.

複列アンギュラ玉軸受の構造と内部形状

複列アンギュラコンタクトベアリングの内部構造を理解すると、その性能上の利点と特定の動作要件の両方が説明されます。

外輪

外輪は、指定されたボール サイズと接触角に必要な正確な曲率に機械加工された 2 つの軌道溝を備えた一体部品です。一体構造により、2 つの軌道間の完全な同心性が保証され、複列ベアリングに傾斜モーメント耐性を与える構造的剛性が提供されます。これは、2 つのリングが独立したコンポーネントであるペアの単列配置には存在しない機能です。

内輪: ワンピースまたは分割

複列アンギュラコンタクト軸受の内輪は、一体構造または分割（2 ピース）構造のいずれかです。一体型の内輪は最大限の剛性を提供し、標準的な 2 列設計の大部分で使用されています。分割内輪（内輪が分離可能な 2 つの半分で構成されている）により、より大きなボール補体を組み立てることができ、負荷容量が増加します。ただし、分割ジョイントにより応力集中の潜在的な原因が生じ、ベアリングが確実に動作できる最大速度が制限されます。

ボールコンプリメントとケージ

複列アンギュラコンタクトベアリングの各列には、完全なボールが含まれています。これは、隣接するボール間の必要最小限の間隔を維持しながら収容できるボールの最大数です。ケージ (保持器) は、各列内で均一なボール間隔を維持し、ボール間の接触を防ぎ、ベアリングが回転するときにボールを無負荷ゾーンに導きます。複列アンギュラコンタクトベアリングの保持器は、通常、動作速度、温度、潤滑条件に応じて、プレス鋼板、ポリアミド (ナイロン)、または機械加工された真鍮で作られています。

プリロード

複列アンギュラコンタクト軸受 は、定義された内部予圧、つまり製造中に外部荷重が適用される前に内輪軌道と外輪軌道の間の玉に加えられる予圧縮を使用して製造されます。この予圧により内部すきまがなくなり、ベアリングの剛性が高まり、回転精度が大幅に向上します。予圧は軽 (C)、中 (CA)、または重 (CB) として指定され、サブマイクロメートルの振れ精度が要求される工作機械スピンドル用途にとって重要なパラメータです。 あ bearing with excessive preload will overheat and fail prematurely; insufficient preload produces vibration and reduced accuracy under load.

性能特性: 耐荷重、剛性、速度

複列アンギュラコンタクトベアリングの性能特性は、その形状、寸法、コンポーネントの材質と品質によって決まります。次の定量的な関係は、このベアリング タイプを指定する時期と理由を理解する上で重要です。

動的および静的耐荷重

複列アンギュラ接触軸受の動定格荷重 (C)、つまり軸受の理論上の定格寿命が 100 万回転となる荷重は、次のとおりです。 1.6～1.8倍 同じ穴径およびシリーズの同等の単列アンギュラコンタクト軸受の動定格荷重。この増加は、加えられた荷重を共有する追加のボール列を反映しています。軌道やボールに永久変形を引き起こすことなくベアリングが耐えられる最大荷重を定義する静定格荷重 (C₀) は、単列同等のベアリングと比べて同様の比例増加を示します。

剛性と傾斜モーメント容量

ベアリングの剛性、つまり負荷がかかったときの弾性たわみに対する抵抗力は、工作機械のスピンドルでは重要なパラメータであり、たわみは加工されたワークピースの寸法誤差に直接影響します。複列アンギュラコンタクトベアリングの一体型外輪は、2 列の接触点間に固定の既知の距離を提供し、オーバーハングする工具負荷や偏心ワークの力によるシャフトの傾きに抵抗する安定したモーメントアームを作り出します。この傾斜モーメント耐性が、複列アンギュラコンタクトベアリングが手動および CNC の旋削、フライス加工、研削装置の工作機械スピンドルで標準的に選択される主な理由の 1 つです。

速度制限

複列アンギュラコンタクトベアリングの最大動作速度は、2列の転動体からの発熱量が大きく、予圧運転に伴う内部応力が高いため、同等の単列アンギュラコンタクトベアリングの最大動作速度よりも低くなります。通常、ベアリング カタログでは次の 2 つの速度制限が指定されています。

• 熱速度制限 - 基準潤滑条件下で熱の発生と放散が平衡に達する速度。この制限を超えると、温度が徐々に上昇し、潤滑剤が劣化し、ベアリングの摩耗が加速します。
• 機械的な速度制限 - ケージとボールの遠心力がケージの材料の構造限界に達する速度。通常、グリースを塗布したほとんどのベアリングの熱制限よりも高くなります

ボア直径 70 mm の一般的な複列アンギュラコンタクトベアリングの場合、速度制限は次の範囲になります。 5,000～12,000rpm シリーズ、保持器材質、潤滑方法、予圧レベルにより共通です。オイルミストまたはジェット潤滑により、グリース潤滑の熱限界を超えて達成可能な速度が向上します。

複列アンギュラコンタクトベアリングと代替ベアリング配列

複列アンギュラコンタクトベアリングがどこに最も適しているかを理解するには、最も一般的な代替品と比較することで、その特有の利点と制限が明確になります。

複列アンギュラ玉軸受の主な用途

複列アンギュラコンタクトベアリングが提供する特性の特定の組み合わせにより、複列アンギュラコンタクトベアリングは、代替品が不十分または効率が低いいくつかの要求の厳しい用途に最適に設計されています。

工作機械主軸

旋盤、フライス盤、研削盤、マシニング センターなどの工作機械スピンドルには、非常に剛性が高く、精度が高く、ラジアルおよびアキシャルの複合切削力に耐えることができ、スピンドル カートリッジ内に収まるほどコンパクトなベアリングが必要です。 ISO 精度クラス P5、P4、または P2 (ABEC 5、7、または 9 に相当) で指定された複列アンギュラコンタクト ベアリングは、ラジアル振れ値を最小限に抑えます。 1～3マイクロメートル 最高精度クラスで、低精度のベアリング配置では不可能な、機械加工されたワークピースの表面仕上げと寸法公差を可能にします。

あutomotive Wheel Hubs

最新の自動車の非駆動式前輪ハブ アセンブリ (および一部の設計では後輪アセンブリ) は、中央の荷重支持要素として複列アンギュラ コンタクト ベアリングを使用しています。車両重量は大きなラジアル荷重として作用し、コーナリングフォースは双方向の軸方向成分を追加し、ブレーキと加速はホイールハブに傾斜モーメントを生成します。この組み合わせにより、複列アンギュラコンタクトベアリングが自然な選択となります。自動車仕様のホイール ハブ ベアリングは通常、ホイールとブレーキ ディスクの取り付け用の一体型フランジを備えた永久シール型ユニットで、通常の耐用年数を通じて現場での潤滑調整は必要ありません。 15万～25万km .

ポンプ、コンプレッサー、ファン

遠心ポンプとファンは、圧力差やベルトまたはカップリングの位置ずれによるアキシャル荷重と組み合わせて、インペラの重量と油圧/空気力学的な力によって大きなラジアル荷重を生成します。これらの機械のベアリング ハウジング内の複列アンギュラ コンタクト ベアリングは、これらの複合荷重を効率的に処理しながら、信頼性の高いシャフト シールに必要な動作精度を提供します。これは、ほとんどのプラントのメンテナンス記録においてシャフト シールの故障がポンプのダウンタイムの主な原因であるため、これが重要な要件です。

ギアボックスと減速機

かさ歯車およびはすば歯車ステージでは、歯車の形状によりシャフトに半径方向の力と軸方向の力の両方が同時に発生します。単一の複列アンギュラコンタクトベアリングは、ギアシャフトでこれらの複合荷重を支えることができ、スパン配置に 2 つの単列ベアリングが必要となるものを置き換えます。これにより、ギアボックスのハウジング設計が簡素化され、部品点数が減り、組み立て時間が短縮され、これらすべてがギアボックス設計者の製造コストの削減に貢献します。

ロボット工学と精密ロータリージョイント

産業用ロボットのジョイントと精密な回転位置決めステージには、非常に高い剛性、低い振れ、および片持ちアームとペイロードからのモーメント荷重を支える能力を備えたベアリングが必要です。スリムセクション複列アンギュラコンタクトベアリングは、ボア径に比べて断面が非常に薄いのが特徴で、ロボットのジョイントに使用されます。そこでは、軸方向のスペースが 1 ミリメートル単位でも重要であり、ベアリングは軸方向の幅の数分の 1 以内で従来のディープセクションベアリングの全負荷容量を提供する必要があります。

指定と仕様: ベアリングコードの読み取り

複列アンギュラコンタクトベアリングは、ベアリングの主要パラメータをコード化した標準化された指定コードによって識別されます。これらのコードを理解することで、エンジニアはさまざまなメーカーのベアリングを指定、調達、相互参照することができます。

あ typical double row angular contact bearing designation follows this structure:

• 型式指定 — ベアリングを複列アンギュラ接触タイプとして識別する接頭辞またはリード番号 (たとえば、ISO/DIN 指定システムでは 32、33、52、53、52 と 53 は一体型内輪を備えた複列アンギュラ接触ベアリングを示します)
• ボアコード — ボア直径を示す 2 桁 (例、ボアコード 04 以上の 5x システムでは 08 = 40 mm、10 = 50 mm、12 = 60 mm)
• 幅シリーズ — ボア直径に対する軸方向の幅を示す数字
• 仕様コード — 接触角 (A = 30°)、予圧レベル (C、CA、CB)、精度等級 (P5、P4、P2)、シール (RS、2RS)、および保持器の種類 (M = 黄銅、TN = ポリアミド) を示す文字

たとえば、指定されたベアリング 3206 A-2RS は、内径 30 mm、接触角 30°、および寿命シール用途におけるグリースの保持と汚染物質の排除のための両面ゴムシールを備えた複列アンギュラコンタクトベアリングです。

潤滑、シール、メンテナンスに関する考慮事項

転がり軸受の定格寿命を達成するには、適切な潤滑が不可欠であり、複列アンギュラコンタクト軸受には、より単純なタイプの軸受とは異なる特定の要件があります。

標準用途のグリース潤滑

一般産業用の複列アンギュラ軸受の多くはグリース潤滑が行われています。ベアリングキャビティには、組み立て中にグリースが約 空き容量の 30 ～ 50% -過剰充填は撹拌による熱を発生させ、ベアリングの早期故障を引き起こす可能性があります。中程度の速度と温度で動作するベアリングの場合は、NLGI 2 の粘稠度で、温度範囲が -30°C ～ 120°C の高品質リチウム複合グリースが適切です。高速運転の場合は、低粘度、低撹拌損失のグリースが指定されます。

高速工作機械用途の油潤滑

ベアリングの限界速度付近または限界速度で動作する工作機械の主軸では、グリースの代わりにオイルミスト潤滑、オイルエア潤滑、またはオイルジェット潤滑が使用される場合があります。これらの方法により、潤滑剤が継続的に補充され、軸受が積極的に冷却されるため、グリース潤滑の熱速度制限より 20 ～ 50% 高い速度での動作が可能になります。潤滑剤の粘度はベアリングの動作速度パラメータ (n・dm、n は rpm での速度、dm は mm での平均ベアリング直径) に基づいて選択され、より高い速度パラメータではより低粘度のオイルが使用されます。

シールドベアリングとオープンベアリング

複列アンギュラコンタクトベアリングは、オープン (シールドなし)、シールド (金属シールド、2Z 指定)、およびシール (ゴムシール、2RS 指定) 構成で利用できます。シールドベアリングには、寿命期間にわたってグリースが事前に充填されており、再潤滑の必要はありません。自動車のホイールハブや、定期的な潤滑よりもベアリングの交換の方が現実的である汚染環境での産業用アプリケーションの標準的な選択肢です。オープンベアリングは、潤滑システムが機械設計の一部であり、汚染が他の手段 (ラビリンスシール、正の空気圧) によって制御される工作機械のスピンドルやその他の精密用途で使用されます。