白でもなく黒でもない

素(白)人と玄(黒)人の間にいる僕自身が、白黒はっきりさせずに曖昧な感じで気楽に、方向性を決めない雑記ブログを目指します。

軸受け(ベアリング)についてのまとめ

はじめに

回転する軸を支える機械要素として軸受(ベアリング)は非常に大切な部品です。自動車にはもちろん使われていますし、換気扇のファンにも使われていますね。パソコンにも使われています。ベアリングがないと回転する軸を安定的に、精度良く支えることはできません。そんなベアリングについて調べたことを整理します。機械初学者の方は参考にして下さい。
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軸受(ベアリング等)の分類

転がり軸受

軸受けと軸との間に玉(転動体)を挟んで両者の摩擦を転がりによって受けるというもので、ボールベアリングが一般的です。

玉軸受(ボールベアリング)

後日追記します。

ころ軸受(円筒コロ、円錐コロ、自動調心コロ、ローラーベアリングなど)

後日追記します。

すべり軸受

1. 概要
すべり軸受とは、軸と軸受(スリーブ)との間に流体を介して荷重を支持する方法で、使用される流体には空気または油があります。流体が空気の場合はエアベアリングとも呼ばれているようです。

また、すべり軸受は静圧軸受動圧軸受に分かれます。
静圧軸受は流体を外部装置で圧力をかけて軸と軸受の間に送り込むことで、軸が回転していなくても流体圧を与える構造となっており、この圧力で軸と軸受けが直接接することを防いでいます。
動圧軸受はその製造工程で予め軸受に油が含浸させられており、軸が回転することで流体圧を発生させる構造となっています。つまり、動圧軸受けの場合は軸が回転していないときは流体圧はかかっていません。動圧軸受けは構造が単純なため小型で安価というメリットがあります。

転がり軸受は、静荷重状態(力が一定で変動しない荷重)でも軸回転すると繰返し応力を受けます。これは転がり軸受に使用されるボール(転動体)に僅かなばらつきが存在し、ボールが回転するときに軸の回転中心が僅かに変動するために生じます。ボールのばらつきをゼロにすることは理論的に不可能で、そのため転がり軸受の寿命には限界があります。
一方、すべり軸受では応力の変化がないため長寿命となります。また、すべり軸受の負荷能力は回転速度と共に増加します
ただし、軸受全般に言えることですが、軸が回転していない時に大きな荷重をかけると簡単に損傷してしまいます。

その他、すべり軸受の特徴は以下のようになっています。

  • 軸受摩擦係数が小さい(静圧の場合で動圧の場合は転がり軸受よりも大きい)
  • 回転軸中心が正確なため回転精度が高い
  • スティックスリップがなく(すべり面で発生する振動現象がなく)、回転精度が高く、静か
  • 発生熱が少なく高速回転まで対応している
  • 半永久的寿命
  • 耐荷重は転がり軸受より低いが、面で受けるため衝撃には強い
  • 樹脂のすべり軸受は液、薬品中で使用可能

静圧すべり軸受の軸と軸受の隙間に流体を供給するための絞り方式には、自成絞り、多孔質絞り、オリフィス絞り、表面絞りなどがあり用途に応じて選択されます。

自成絞り方式の空気静圧軸受は、流体の粘性が低いため高速回転時の発熱が少なく、小径ドリル等の主軸として使用されます。多孔質絞り方式の空気静圧軸受は、軸受剛性が高いため旋削機のワーク軸(主軸)等に使用されます。

2. 許容回転数
転がり軸受とすべり軸受けの許容回転数を比較すると、大体以下の様になっています。数値はNTN(株)、オイレス工業(株)のカタログ値を参考にしています。あくまでも参考値なので、詳細はカタログを参照してください。

  • 転がり軸受:~38,000rpm
  • 動圧すべり軸受:すべり速度150m/min(べアリーFL3642、直径10mmの軸で換算すると4700rpm)
  • 静圧すべり軸受:~30,000rpm(オイレスエアベアリング)

さいごに

軸受について整理させて頂きました。ご参考になれば幸いです。