物理学と工学で最も有用なデバイスは、最も単純なデバイスである場合があります。 ボールベアリングは、金属リングが非常に用途が広いことを示しています。 車両、自転車、スケートボード、その他の金属部品の可動を伴う機械など、多くの一般的なアイテムに見られるように、人間は何世紀にもわたってボールベアリングの力を使用してきました。
ボールベアリングの用途
靴を履きながら柔らかいカーペットの上を滑るところを想像してみてください。 カーペットと靴の間の摩擦のために難しい場合があります。摩擦は、革、プラスチック、木、ゴムなど、何でもできている可能性があります。 代わりに靴下を履くと、柔らかいカーペットと靴下の素材との摩擦がはるかに少なくなるため、はるかに簡単になります。 ボールベアリングは同じように機能します。
ボールベアリングは、それらにかかる負荷間の摩擦の量を減らします。 これらは、内側のループと外側のループ（リングと呼ばれることもあります）の滑らかな金属表面の周りを移動する金属製のボールまたはローラーであるため、これを行います。 あなたはそれらの物理学を通して多くのボールベアリングアプリケーションについて学ぶことができます。 ボールベアリングは半径方向にある種の荷重を運び、これらの荷重はボールベアリングの回転軸に垂直な力を加えます。
ボールベアリングのループの周りで金属ボールがスライドすると、オブジェクトとその表面の間に摩擦が生じ、オブジェクトの速度が低下します。 場合によっては、オブジェクトが停止に近づきます。 このメカニズムにより、ボールベアリングは制御が必要なプーリーシステムや回転システムで使用できます。 たとえば、車のハブホイールは、車の重量からのラジアル荷重と、曲がり角を回るときの推力を使用します。
ボールベアリングのすべての場合において、スラストとラジアル荷重のバランスにより、ボールベアリングは内輪と外輪のボール間の摩擦を減らし、物体の荷重を処理します。 ボールベアリングは荷重を受け取り、それを外輪から内輪に伝達して、各リングの中心にある球を簡単に回転させます。
各球は2つのリングに接続されていますが、ボールベアリング自体のコンポーネント間の摩擦を減らすために必要な場合に限ります。 これらの理由から、ボールベアリングは摩擦を減らし、回転速度を容易にするために作られています。
ボールベアリングの種類
ボールベアリングの種類は、関連するメカニズムによって大きく異なります。 最も広く使用されている種類は、剛体の単一行、または ラジアルボールベアリング. この設計により、ボールは深い溝のあるトラックを走行し、深い溝のボールベアリング配置により、ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方に耐えることができます。 ボールベアリングの密閉バージョンは、メンテナンスを減らすために恒久的に潤滑されています。
複列玉軸受 2列のボールを使用します。 この設計により、ベアリング自体の動きにより多くの剛性が与えられます。 それらは、電気モーター、遠心ポンプ、電磁クラッチに見られます。 一部のボールベアリングは、シャフトがボールベアリングのハウジングに対してある角度でミスアライメントを考慮できるように整列します。
ザ・ アンギュラコンタクトタイプ ボールベアリングのは、より多くのボールが挿入されるように、外輪の片側が切り取られています。 これらのベアリングは、一方向に大量の軸方向荷重を保持できるだけでなく、ベアリング自体でより多くのボールを使用できます。 これは、エンジニアがそれらを作るセットアップで、重い荷物を運ぶために両方向にペアでそれらを使用することを意味します 角接触複列玉軸受. これらのタイプのボールベアリングは、その材質によっても異なります。
ボールベアリング材料の種類
ボールベアリングの材質は、用途に応じてスチール、セラミック、またはプラスチックのボールベアリングと異なります。 これらのタイプのボールベアリングは、動作速度、達成可能な温度、およびボールベアリングの使用に関連するその他の特性が異なります。 各タイプの材料の長所と短所を理解することで、ボールベアリングが必要な場合に賢明な判断を下すことができます。
鋼球ベアリング
鋼製ボールベアリングは、完全に鋼でできているコンポーネント、または組成に他の元素が微量に含まれている鋼合金のいずれかを使用します。 それらは、回転するときに優れた回転速度を達成しながら、非常に重い重量負荷を処理するための理想的な候補です。
これらのタイプのボールベアリングは、高レベルの精度で製造されているため、非常に正確な測定を行うことができます。 それらの特性により、鋼製カーボンボールベアリングは、とりわけ、ロック、自転車、ローラースケート、トロリー、およびコンベヤーマシンで使用できます。
残念ながら、鋼球軸受材料は、鋼自体の化学組成を変化させる水またはガスの存在下で腐食を引き起こす可能性があります。 これらのタイプのボールベアリングは、製造やその他の環境で使用されている場合、非常に重くてノイズが多い可能性があります。
鋼製ボールベアリングは非常に高価になる可能性があり、エンジニアは鋼製金属を効率的に機能させるために常に潤滑する必要があります。 それらが適切に維持されていない場合、それらはベアリングの故障を引き起こす可能性があり、意図された寿命の終わりに到達しません。
メーカーは、さまざまなスタイルの鋼球ベアリングを作成および販売しています。 熱処理にさらされた、または他の方法で硬化された、炭素量の多い鋼球を購入できます。 鋼球軸受間の炭素含有量のばらつきは、それらの特性に影響を与えます。 低炭素鋼は、耐食性が必要な用途に使用されますが、必ずしも表面が硬化しているとは限りません。
低炭素鋼材料はボールベアリングのリニアシャフトに使用できますが、ボール同士の接触には適していません。 これらは通常、これらの場合の損傷を防ぐためにポリマーとともに使用されます。 適度な量の炭素を含む鋼製ボールベアリングは、丈夫で耐水性があり、丈夫です。これらの機能により、ギア、車軸、スタッド、その他の機械部品に適しています。 高炭素鋼は、腐食に耐えながら最も強く、最も硬い鋼です。
セラミックボールベアリング
セラミックボールベアリングは通常、ボール自体がセラミック製の鋼製の外輪、内輪、ケージを使用する「ハイブリッド」として作成されます。 セラミックの特性により、動作温度を低く保ち、発生するノイズの量を制限しながら、毎分高速回転で動作させることができます。
これらのハイブリッドセラミック鋼の設計は腐食によって損傷を受けますが、セラミックボール自体は少なくなります 鋼材よりも腐食しやすく、鋼球よりも耐久性と軽量性に優れています ベアリング。
これらのタイプのボールベアリングは、セラミックボールベアリングが非導電性であるためにスチールボールベアリングが使用できない電気用途で使用できますが、非常に高価でもあります。 セラミックボールベアリングは高温に耐えることができ、より高速で動作させることができます。 これらのボールベアリングのいくつかの価格は一般的に高価かもしれませんが、それらの安価なバージョンも見つけることができます。
これらのボールベアリングのセラミック材料は、スチールボールベアリングよりも40％未満の重量を与えます。 エンジニアは通常、セラミック窒化ケイ素を使用してそれらを製造し、これらの化学的および物理的特性を発生させます。 アンギュラベアリング、スラストベアリング、ピローブロックベアリング、ニードルベアリング、ローラーベアリングに使用されています。 セラミック材料は鋼よりも強い場合がありますが、ボールベアリング材料としては一般的に剛性があります。
セラミック鋼球の研磨は、プラズマ流を伴う磁場を使用します。 この製造方法により、鋼製ボールベアリングよりも高い回転速度が得られます。 それらは電気的に絶縁されています。つまり、電気を通さないので、電流が流れても故障しません。 それらを通過し、鋼球ベアリングがしなければならないように潤滑されることなく機能することができます あります。
プラスチックボールベアリング
最近の革新により、プラスチックリングとプラスチックケージを使用するプラスチックボールベアリングが製造され、プラスチック、ガラス、またはステンレス鋼で作られたボールの形で購入できます。 このタイプのボールベアリングで最も一般的なボール材料はステンレス鋼ボールです。 それらは最も手頃なオプションですが、プラスチックやガラスの種類よりも重いです。 それらはまた容易に磁性になる可能性があり、それは近くの物質の運動と物理学を混乱させる可能性があります。
金属を使用できない場合は、ガラスボール付きのプラスチックボールベアリングが最適です。 耐薬品性が高く、鋼球よりも軽量です。 プラスチックボールベアリング用のプラスチックボールは、長期間使用されるため、さらに軽量で耐摩耗性があります。 ほとんどのプラスチックボールベアリングは、自己潤滑性があり、軽量で、静かに動作しながら腐食に耐性があります。
これらのタイプのボールベアリングは、残念ながら、他のボールベアリングと同様に高温に耐えることができず、場合によってはそれほど高い負荷を処理できません。