エンジニアとして、正確さ、正確さ、信頼性がいかに重要であるかを知っています。
しかし、単純なボール ベアリングが、幅広いエンジニアリング用途でこれらの重要な特性にどれだけ貢献しているか考えたことはありますか? ボール ベアリングは、自動車から宇宙船、医療機器、ロボットまで、あらゆるものに使用されています。
部品が自由に動くようにし、可動部品と固定部品の間の摩擦を減らします。
あなたが工学部の新入生であろうと、より多くのことを学びたいベテランのエンジニアであろうと、この記事ではボール ベアリングの世界を紹介し、エンジニアリングの多くの分野でボール ベアリングがなぜそれほど重要なのかを説明します。
シートベルトを締めて、ボール ベアリングの世界への興味深い旅を始めましょう。
玉軸受の紹介
正式な定義:
転がり軸受は、外輪と内輪の間にボールを閉じ込めることで、可動部分と固定部分の間の自由な動きを可能にします。
ボール ベアリングは、輸送、電子機器、製造、紙をさまざまな種類の紙に変えるプロセスなど、多くの業界で重要な役割を果たしています。
ボール ベアリングの役割は、摩擦を減らし、ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方をサポートすることです。
これは、少なくとも 2 つのレースを使用してボールを所定の位置に保持し、荷重をボールに通すことによって行われます。
ほとんどの場合、1 つのレースは固定され、もう 1 つのレースは可動アセンブリまたはシャフトに取り付けられています。
内輪が回転すると、ボールが内輪軌道上を転がります。
一方、外側のリングは静止しています。
この転がり運動は摩擦を減らし、動きをスムーズにします。
ボールベアリングのしくみ
ベアリングの背後にある考え方は単純です。ものは滑るより転がるほうがよいということです。
ベアリングは、ベアリングの内側と外側の両方に滑らかな金属ボールまたはローラーと滑らかな金属表面を使用することにより、摩擦を減らします。
これらのボールまたはローラーは重量を「支え」、デバイスを簡単に回転させます。
ほとんどのボール ベアリングは、次の 4 つの部品を組み合わせて作られています。
- 大きな外輪（または動かない外輪）。
- 回転アセンブリまたはシャフトに取り付けられる小さな内輪 (または回転する内輪)。
- 2 つのリングのレースウェイの間にボールの列が詰まっています。
- ボールを所定の位置に保ち、ボールが互いに触れないようにするケージまたは仕切り。
ボールベアリングの一般的なタイプ
製造方法に基づいて、ボール ベアリングには次の 2 種類があります。
- コンラッド タイプ: これらのベアリングには、2 つの軌道の間に 1 列のボールがあります。
ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方を処理できますが、通常、受けることができるアキシアル荷重の量は制限されています。
最大容量タイプ：コンラッドタイプより玉数が多いため、ラジアル方向の負荷が大きくなります。
しかし、それらはアキシアル荷重の処理が得意ではありません。
ボールベアリングは、保持できる重量に基づいて 3 つのタイプに分けることもできます。
- ラジアル ベアリング: これらのベアリングは、回転軸に対して垂直な荷重をサポートします。
- スラスト ベアリング: これらのベアリングは、回転軸に平行な負荷をサポートし、アキシアル負荷と呼ばれます。
アンギュラ コンタクト ベアリングは、ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方を同時にサポートできます。
エンジニアリングにおけるボール ベアリングのスリルを発見する
まだわかりにくい？少し視点を変えてみましょう：
エンジニアリングの仕事をもっと面白くしたいですか？最新のプロジェクトをより面白くしたいですか? 複雑なアルゴリズム、新素材、最先端技術のことは忘れてください。
いいえ、本当に物事を揺るがすために必要なのは、古き良きボールベアリングだけです。
はい、動くパーツと動かないパーツの間を自由に移動できる小さな球体です。
退屈ですね。まあ、あなたは間違っています。
なぜなら、これから明らかになるように、ボール ベアリングはエンジニアリングの世界で最も皮肉なことに刺激的な部分である可能性があるからです。
わかりました、それはテレビコマーシャルのように見せかけた冗談です。
では、説明に戻りましょう。
玉軸受の部品と種類
玉軸受の種類
ボール ベアリングは、転がり部品と、ほとんどの場合内輪と外輪で構成される機械的アセンブリです。
回転や直線移動する軸に使用できます。
ボールベアリングにはさまざまな種類があり、それぞれに特徴や用途があります。
- 深溝玉軸受。
ボールベアリングの最も一般的なタイプは、深溝のタイプです。
軌道面には深い溝があり、内輪と外輪にはボールより少し大きい円弧があります。
この設計により、ベアリングはラジアル荷重とアキシアル荷重の両方を処理し、制限されたアキシアル荷重、スラスト荷重、またはその両方を支えながら高速で動作できます。
深溝玉軸受は、ファン、モーター、産業機械、自動車の車輪、家庭用工具など、さまざまなものに使用できます。
アンギュラコンタクト付きボールベアリング。
角度付き玉軸受は、ラジアル力とアキシアル力の両方を伝達する必要がある複合荷重に適しています。
ラジアル荷重とスラスト荷重の両方を処理するように作られているため、両方のタイプの荷重が一般的な状況に最適です。
これらのベアリングは一方向に大きな力がかかる可能性があり、一部の単列ベアリングは、それらを最大限に活用するためにペアで取り付けられるように作られています.
それらは、ポンプ、コンプレッサー、電気モーター、農業、化学産業、一般産業、ユーティリティ、およびその他の多くの産業用途でよく使用されます。
- 自ら調心するボールベアリング。
ラジアル力を吸収する最善の方法は、自動調心ボール ベアリングを使用することです。
それらは、2列のボールと外輪のすべてのボールのレースウェイを持つように作られています。
この独自の設計により、ベアリングは自動調心し、シャフトとハウジングの間のミスアライメントを補います。
これにより、ミスアライメントによる損傷が発生する可能性が低くなります。
自動調心玉軸受は、印刷機、繊維機械、農具などでよく使用されます。
- トルクボールベアリング。
スラスト ボール ベアリングは、ベアリングの軸と同じ方向に押す荷重で動作するように作られています。
ボールまたはシリンダーの転がり部分があるため、アキシアル荷重を処理できます。
ほとんどの場合、これらのベアリングは自動車のトランスミッション、航空宇宙システム、工作機械などに使用されています。
- セラミック製ボールベアリング。
セラミックボールベアリングはスチールボールベアリングと同じように作られていますが、スチールボールの代わりにセラミック窒化ケイ素（Si2N4）で作られたボールを使用しています。
セラミックボールベアリングは、表面が滑らかでサイズが均一であるため転がりやすいなど、多くの点でスチールボールベアリングよりも優れています。
また、鋼よりも硬いため耐久性が高く、摩擦が少ないためエネルギー損失が少ないため、機器をより効率的に長時間稼働させることができます。
セラミック ボール ベアリングは、航空宇宙、レーシング カー、ハイエンド産業機械などの高性能アプリケーションでよく使用されます。
玉軸受の構成部品
玉軸受は、内輪、外輪、転がるものの 3 つの主要部分で構成されています。
動く部分はボールかローラーで、外輪と内輪にできた軌道や軌道に沿って動きます。
ボールリテーナーまたはセパレーターは、ボールが互いにこすれるのを防ぎ、ボールが自由に動くようにします。
ボール ベアリングは、ボールを所定の位置に保持し、少なくとも 2 つのレースを使用してボールを所定の位置に保持することによって荷重を通過させます。
一方のレースは回転する部分 (シャフトやハブなど) に接続され、もう一方のレースは固定されています (ハウジングなど)。
ボールベアリングは、滑り摩擦ではなく転がり摩擦を利用するため、摩擦が非常に低くなります。
リングとボールベアリングは公差と真円度が高く、回転をスムーズにするために何度も研磨されています。
これにより、摩擦によるトルクや回転抵抗が減少します。
ベアリングの使用目的も幅に影響します。
たとえば、スペースがあまりない場合は、薄いセクションのベアリングが使用されます。
外側レースと内側レースの直径と幅の差は最小限に抑えられています。
これにより、小さなデザインを作成することができます。
ボールベアリングの製造とメンテナンス
玉軸受の製造
ボール ベアリングは、自動車の車輪、工作機械のスピンドル、ポンプなど、回転する多くの産業用機械や工具の重要な部品です。
ほとんどのボールベアリングは、安価で長持ちすることから、クロム鋼とも呼ばれる高炭素クロム鋼で作られています。
しかし、ベアリングは、ステンレス鋼、セラミック、プラスチック、さらにはガラスなどから作ることもできます.
ボールベアリングは、成形、切削、洗浄、脱磁、熱処理、研削、ホーニング、ラッピング、組み立てなどの工程を経て作られます。
最初のステップは、ワイヤーまたはロッドを小片であるスラッグに切断することです。
スラグに必要な材料の量は、完成したボール ベアリングに必要な量よりも少し多くなります。
スラグはその後、一連の研削と研磨のステップを経てボールに変わります。
その後、ボールを熱処理して強度を高めます。
最後のステップは研磨とラッピングで、最終的なサイズと仕上げになります。
通常、ボールの保持器は薄い鋼で作られていますが、安価で摩擦が少ないため、成形プラスチック製の保持器を使用するベアリングもあります。
しかし、プラスチック製のケージは低負荷および低速のアプリケーションでより頻繁に使用されますが、スチール製のケージはまだ多くの産業用アプリケーションで広く使用されています.
AISI 440C ステンレス鋼、および他のタイプのステンレス鋼、セラミック、ガラスもベアリング ボールの製造に使用されます。
セラミックボールは、非常に腐食性の高い環境や非常に高温の環境での使用に適しています。
さまざまな種類のプラスチックが耐腐食性に優れていますが、それらは低負荷と低速にのみ適しています。
ボールベアリングのメンテナンスと交換
ベアリングのトラブルや故障はよくあることですが、いくつかの対策を講じることで停止または修正することができます。
ボール ベアリングには通常、潤滑、高温、汚染、不適切な取り扱いと取り付け、過負荷、ミスアライメント、嵌合不良、腐食などの問題があります。
これらの一般的な問題が発生しないようにするには、製造元が指示する方法で機械に注油する必要があります。
シールは頻繁にチェックして、壊れていたり機能していないことを確認する必要があります。
シャフトとベアリング ハウジングが適切に位置合わせされていることを確認して、ずれを防ぎます。
ベアリングが適切なサイズのシャフトにしっかりとはまっていることを確認してください。
定期的にメンテナンスチェックを行い、問題が悪化する前に発見する必要があります。
ボール ベアリングが壊れているかどうかを判断するには、いくつかの音と兆候が役立ちます。
最も一般的な兆候は、車の速度に応じて変化する、ホイール ベアリングから発生するザラザラしたガリガリ音です。
その他の音には、ハミング、ゴロゴロ、またはうなり声が含まれ、車両がスピードを上げたり方向転換したりすると大きくなります。
不良なホイール ベアリングは、鳴き声、きしみ音、唸り声などの周期的なノイズを発生させることもあります。
ボールベアリングの不良の兆候は、音以外にもあります。
これらのいくつかは、ホイールが左右に揺れたときの遊びが多すぎたり、車が緩すぎたり、ハンドルが引っ張られたり、車が熱くなりすぎたりすることです。
ベアリングがひどく摩耗して故障しそうになると、車のハンドリングがうまくいかなかったり、タイヤがさまざまな場所で摩耗したりすることに気付くかもしれません.
ボール ベアリングの交換にかかる費用は、車の型式とモデル、ボール ベアリングがどこにあるか、整備士に請求する金額によって異なります。
ベアリング自体は、タイプと品質に応じて通常 50 ドルから 200 ドルの費用がかかります (執筆時点)。
仕事の難易度と 1 時間あたりの整備士の請求額に応じて、人件費は合計費用に 100 ドルから 200 ドルを追加する可能性があります。
また、交換によって車のアライメントが変わる場合は、追加のアライメント サービスが必要になる場合があり、費用は 60 ～ 100 ドルです。
車を修理した経験があまりない場合は、自分でボール ベアリングを交換しようとしないでください。
玉軸受の利点と用途
ボール ベアリングは、エンジニアリングで滑らかで正確な動きが必要な場合に多く使用されます。
摩擦の低減と効率の向上
ボールベアリングの最大の利点は、摩擦を減らして物事をより効率的に実行できることです。
ボール ベアリングは滑りベアリングよりも摩擦係数が低いため、動作に必要なエネルギーが少なくて済みます。
これにより、機械、自動車、宇宙旅行などの産業での高速使用に最適です。
摩擦が少ないため、表面間の接触による熱が少なくなります。
これは、ベアリングの摩耗が少なく、長持ちすることを意味します。
性能と耐久性の向上
ボールベアリングは、機器に使用すると、機器の動作を改善し、長持ちさせることができます。
時間の経過とともに損傷する可能性のある摩擦や振動を減らすことで、機器の摩耗を防ぎます。
ボール ベアリングは摩耗が少ないため、機器のメンテナンスや交換の必要性も減り、時間と費用を節約できます。
ボール ベアリングは、転動体全体に負荷が均等に分散されるように設計されているため、破損する可能性も低くなります。
玉軸受の用途
ボール ベアリングは、次のようなさまざまなエンジニアリング タスクで使用されます。
ボールベアリングは、エンジン、トランスミッション、ホイールなど、車のさまざまな部分に使用されています。
ボール ベアリングは、航空宇宙産業の航空機のエンジン、着陸装置、および制御システムで使用されます。
玉軸受は、機械産業の工作機械、ポンプ、電気モーターで使用されます。
ロボット産業では、ジョイントとアクチュエーターはボール ベアリングで作られています。
- 医療機器: 歯科用ドリルや MRI 装置など、さまざまな医療機器にボール ベアリングが使用されています。
ボールベアリングヒンジ
ボール ベアリングは、特にボール ベアリング ヒンジの形で建設にも使用されます。
これらのヒンジのナックルの間に隠されたベアリングにより、ドアの開閉がより簡単になり、摩擦が少なくなります。
これは、入り口にあるドアや自動的に閉まるドアなど、重いドアに特に役立ちます。
ボール ベアリング ヒンジは頑丈なヒンジで、通常のヒンジよりも長持ちする傾向があります。
これにより、耐久性が重要な商業用途に最適です。
ベアリングとは ベアリングの種類とその仕組み
ヒント: 必要に応じてキャプション ボタンをオンにします。話し言葉に慣れていない場合は、設定ボタンで「自動翻訳」を選択してください。お気に入りの言語が翻訳可能になる前に、まずビデオの言語をクリックする必要がある場合があります。
結論
ボール ベアリングについての学習が終わったら、これらの小さな部品がエンジニアリングの世界をどれだけ変えたかを考える価値があります。
小さくて普通の部品に見えるかもしれませんが、私たちが毎日使っている機械や装置の多くは、それらがなければ機能しません。
ボール ベアリングは、現代工学の縁の下の力持ちです。
車のエンジンから手術用ロボットの動きまで、あらゆるものに使用されています。
ですから、次にボール ベアリングを見たら、少し立ち止まって、それが私たちの世界を技術的な驚異にするのにどれだけ役立ったか考えてみてください。
そして、自分のエンジニアリング作業で可能なことの限界に挑戦し続けると、単純なボール ベアリングが、最小の部品や重要度が低いと思われる部品でさえもいかに強力であるかを思い出させてくれます。
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