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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多用途であることを示しています。車両、自転車、スケートボード、および金属部品の移動を伴うその他の機械など、非常に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利用してきました。
ボールベアリングの使用
靴を履きながら柔らかいカーペットをすべるのを想像してください。革とプラスチック、木材、ゴムなど、何でも作ることができるカーペットと靴の間の摩擦のために、困難になる可能性があります。代わりに靴下を着用した場合、柔らかいカーペットと靴下の素材との間の摩擦がはるかに少ないため、はるかに簡単です。ボールベアリングも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を移動する金属ボールまたはローラーであるためです。物理学を通じて、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ラジアル方向にさまざまな種類の荷重を伝達し、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の金属製ボールのスライドは、オブジェクトとその表面の間に摩擦を生じさせ、オブジェクトを減速させます。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または回転システムで使用できます。たとえば、自動車のハブホイールは、自動車の重量からのラジアル荷重と、ターン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、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、各輪の中心にある球体を簡単に回転させます。
各球体は2つのリングで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のみです。これらの理由から、ボールベアリングは摩擦を減らし、回転速度を緩和するために作成されています。
ボールベアリングの種類
ボールベアリングのタイプは、関与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、剛体の単一列、または ラジアル玉軸受。この設計により、ボールは深い溝のあるトラックを走り、深い溝のボールベアリングの配置により、ラジアル荷重とアキシャル荷重の両方に耐えることができます。玉軸受の密封バージョンは、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の剛性が高まります。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。いくつかのボールベアリングは、ボールベアリングのハウジングに対して角度のずれをシャフトが考慮できるように調整されます。
の アンギュラコンタクトタイプ ボールベアリングの外側リングの片側をカットして、より多くのボールを挿入できるようにします。これらのベアリングは、一方向に大量のアキシアル荷重を保持できるだけでなく、ベアリング自体に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、重負荷を運ぶために両方向でそれらをペアで使用することを意味します アンギュラ玉軸受。これらのタイプのボールベアリングは、材料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さまざまで、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は用途が異なります。これらのタイプのボールベアリングは、動作速度、達成できる温度、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。各タイプの素材の長所と短所を理解すると、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。
スチールボールベアリング
鋼製ボールベアリングは、組成が他の元素の痕跡を含む鋼または鋼合金で完全に作られたコンポーネントを使用します。それらは、非常に重い重量の負荷を処理しながら理想的な候補であり、回転しながら大きな回転速度を達成します。
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、非常に正確な測定が可能です。それらの特性により、スチール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、およびコンベヤ機械で使用できます。
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、製造およびその他の環境で使用される場合、非常に重く、騒音が大きくなる場合があります。
スチール製ボールベアリングは非常に高価になる可能性があり、エンジニアはスチール金属を常に潤滑して効率的に作動させる必要があります。適切に保守されていないと、ベアリングの故障の原因となり、意図した寿命の終わりに達することはありません。
メーカーは、さまざまなスタイルのスチールボールベアリングを作成して販売しています。熱処理にさらされているか、他の方法で硬化された、より多量の炭素を含む鋼球を購入できます。鋼製ボールベアリング間の炭素含有量の変動は、その特性に影響します。低炭素鋼は、耐腐食性が必要な用途に見られますが、必ずしも表面が硬化しているわけではありません。
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あまり適していません。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スチール製ボールベアリングは強く、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て硬いです。
セラミック玉軸受
セラミックボールベアリングは通常、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、ボール自体はセラミックで作られています。セラミックの特性により、動作温度を低温に保ち、発生するノイズを制限しながら、毎分高速回転で動作できます。
これらのハイブリッドセラミック-スチール設計は腐食により損傷しますが、セラミックボール自体はスチール材料よりも腐食しにくく、スチールボールベアリングよりも耐久性があり、軽量です。
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スチールボールベアリングが傾斜する電気用途に使用できますが、非常に高価です。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、高速で動作します。これらのボールベアリングの一部の価格は一般的に高価ですが、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の重量よりも40％未満の重量があります。エンジニアは通常、これらの化学的および物理的特性を発生させるために、セラミックシリコンナイトライドを使用してそれらを製造します。それらは、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で使用されています。セラミック材料は鋼よりも強度が高い場合がありますが、一般にボールベアリング材料よりも硬いです。
セラミック鋼球の研磨は、プラズマ流と磁場を使用します。この製造方法により、スチールボールベアリングよりも高い回転速度が得られます。電気的に絶縁されているため、電気を通さないため、電流が流れても故障することはありません。また、スチールボールベアリングのように潤滑することなく機能します。
プラスチック玉軸受
最近の技術革新により、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。最も手頃なオプションですが、プラスチックやガラスよりも重いです。また、それらは簡単に磁気になり、近くの材料の動きと物理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さらに軽量であり、長期間使用されると耐摩耗性が得られます。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、軽量であり、静かに動作しながら腐食に耐えます。
これらのタイプのボールベアリングは、残念ながら高温に耐えることができず、他のボールベアリングが耐えることができない場合があります。