ベアリングの種類の説明：主な種類、用途、およびハウジング

ベアリングは、複雑な航空宇宙システムから単純な家電製品まで、ほぼすべての回転機械用途に不可欠なコンポーネントです。その基本的な役割は、可動部品間の摩擦を減らし、回転負荷を支え、機械要素の動きを正確にガイドすることです。適切なベアリングタイプの選択は、あらゆる機械システムの長寿命、効率、および信頼性を確保するために不可欠です。この記事では、ベアリングの主な種類、その特定の用途、およびそれらをサポートするために使用されるさまざまなハウジング配置について詳しく説明します。

I. コア機能と設計原則

ベアリングは、可動部品（シャフトなど）から固定部品（機械ハウジングなど）に負荷を伝達することによって動作します。この伝達は、最小限の摩擦で実現され、これがエネルギー効率と熱管理の鍵となります。ベアリングは、主に、それらが許容する動きの種類と、それらが処理するように設計されている負荷の方向に基づいて分類されます。2つの主なカテゴリは次のとおりです。

転がり軸受（アンチフリクションベアリング）： これらは、転がり要素（ボール、ローラー、またはニードル）を使用して、内輪と外輪を分離し、滑り摩擦をはるかに低い転がり摩擦に変換します。

すべり軸受（ジャーナルベアリング）： これらは直接接触によって動作し、多くの場合、薄い油膜またはその他の流体で潤滑されて、流体動的または静水圧的分離を作成するか、自己潤滑材料を利用します。

II. 転がり軸受の主な種類

転がり軸受は、産業および自動車用途で最も一般的なタイプであり、転がり要素の形状と、さまざまな負荷タイプ（ラジアル、アキシャル、または複合）を処理する能力によって分類されます。

A. ボールベアリング

ボールベアリングは、球形のボールを転がり要素として使用します。それらは、その汎用性と比較的低コストのために最も一般的なタイプです。

深溝玉軸受： 最も広く使用されているタイプ。それらは非常に汎用性が高く、ラジアル荷重 （シャフトに垂直）と適度なアキシャル荷重（シャフトに平行）の両方を処理するのに優れています。用途には、電気モーター、ギアボックス、家電製品などがあります。

アンギュラコンタクトボールベアリング： 互いに対してオフセットされたレースウェイで設計されており、高い複合荷重（ラジアルとアキシャルを同時）を処理するのに最適です。通常、ペアで使用され、工作機械スピンドルや自動車ホイールハブなどの高速、高精度用途で不可欠です。

自動調心玉軸受： 外輪に連続した球形レースウェイを備えており、内輪と転がり要素が回転できます。これにより、シャフトのミスアライメントと取り付けエラーが補正されます。アライメントを維持することが難しい機械の軽負荷から中負荷に適しています。

B. ローラーベアリング

ローラーベアリングは、円筒形、テーパー形、または球形のローラーを使用しており、ボールよりも大きな接触面積を持っています。これにより、同じサイズのボールベアリングよりも大幅に重い負荷を支えることができます。

円筒ころ軸受： 直径よりも長いローラーを使用します。それらは非常に高いラジアル荷重容量を持ち、高速に優れています。ただし、一般的にアキシャル荷重はほとんど処理できません。圧延機、産業用トランスミッション、大型電気モーターで使用されます。

自動調心ころ軸受： これらは、球形外輪レースウェイに2列のバレル型ローラーを備えています。自動調心玉軸受と同様に、大きな角度のミスアライメントに対応できますが、非常に重いラジアル荷重とアキシャル荷重を処理するように設計されています。風力タービン、製紙機械、鉱山設備などの要求の厳しい環境に不可欠です。

円すいころ軸受： 円すい形にテーパー加工されたローラーとレースウェイを備えています。この設計により、非常に重い複合荷重—大きなラジアル力と大きなアキシャル力の両方を処理するのに適しています。主に、車両車軸、ギアドライブ、農業機械で使用されます。

ニードルころ軸受： ローラーがその長さに比べて非常に薄い（ニードル）円筒ころ軸受の一種です。それらは、断面に対する非常に高い負荷容量を提供し、自動車トランスミッションやユニバーサルジョイントなど、ラジアルスペースが限られている用途に最適です。

III. すべり軸受の主な種類

すべり軸受またはスライドベアリングは、転がり要素を使用しません。それらは、潤滑膜で分離されているか、本質的に低摩擦の材料で作られた摺動面に依存しています。

ジャーナルベアリング（スリーブベアリング）： 最も一般的なタイプで、円筒形で、回転シャフト（ジャーナル）を囲んでいます。それらは、流体（油またはグリース）膜内の回転シャフトによって生成される圧力に依存して、接触を防ぎます。内燃機関（コネクティングロッドとメインベアリング）や大型ポンプなどの大型、高負荷機械に不可欠です。

スラストベアリング： 純粋にアキシャル荷重を処理するように設計されています。それらは、多くの場合、リングまたはワッシャーです。用途には、垂直シャフトのサポートや、アキシャル力の下でシャフトが横方向に移動するのを防ぐことが含まれます。

静水圧および流体動圧ベアリング： これらは非常に洗練されたすべり軸受です。流体動圧 ベアリングは、表面の相対的な動きによって潤滑膜を生成します。静水圧ベアリングは、外部ポンプを使用して加圧流体を注入し、シャフトが静止している場合でも膜を作成し、工作機械テーブルや望遠鏡で優れた剛性と精度を提供します。

IV. 負荷タイプ別のベアリング用途

ベアリングの選択で最も重要な要素は、負荷プロファイルです。

V. ベアリングハウジングとサポート

ベアリングハウジングは、多くの場合、ペデスタルまたはプラマーブロックと呼ばれ、ベアリングの外輪を機械のフレームに固定する構造コンポーネントであり、適切なアライメントを確保し、必要な潤滑アクセスを提供します。

ピローブロックハウジング： これは、シャフトに平行な平面にベアリングが配置されるペデスタルタイプのハウジングです。通常、コンベヤーやファンなど、シャフトが2つのポイント間でサポートされている産業機器に使用されます。多くの場合、取り付けとメンテナンスを容易にするために分割（2つの部分）されています。

フランジハウジング： 機械フレームに垂直に取り付けられるように設計されており、フランジまたはプレートに似ています。シャフトが機械の壁またはサイドパネルを通過する場合、たとえば、フィードローラーやライトミキサーでよく使用されます。

テイクアップハウジング： シャフトを張力調整または調整する必要がある用途に使用され、通常、ベルトの張力を手動で調整する必要があるコンベヤーシステムで見られます。

ハウジングは、機械的サポートを提供するだけでなく、潤滑システムの完全性を確保し、シールを使用してほこりや湿気などの汚染物質からベアリングを保護し、グリースまたはオイルの補充用のポートを提供します。設計された動作寿命を達成するには、適切なシーリングとハウジングの選択が、ベアリング自体と同じくらい重要です。

要約すると、ベアリングの世界は多様で専門的であり、低負荷用途の単純なボールベアリングから、高精度機械の複雑な静水圧システムまで多岐にわたります。転がり要素とすべり軸受の違い、および各タイプの特定の負荷処理能力を理解することは、機械設計とメンテナンスの基礎であり、回転機器の性能と寿命に直接影響します。