電動モーターに最適なボール ベアリング サイズの選択: 包括的なガイド

1. はじめに

電気モーターは現代産業の主力であり、小型の家庭用電化製品から大型の産業用ポンプやコンベヤ システムに至るまで、あらゆるものに動力を供給しています。これらのモーターの中心には、何か問題が発生するまで気付かれないことが多い重要なコンポーネントがあります。 ボールベアリング .

ボールベアリングは可動部品間の摩擦を軽減するように設計されており、モーターのシャフトを支え、高速でのスムーズな回転を可能にします。モーターコンポーネントの物理的重量と動作中に生成される動的力の両方を処理するため、その役割は機械全体の健全性の基礎となります。

適切なボールベアリングのサイズを選択することが重要な理由

正しいベアリング サイズを選択することは、単に「適合させる」だけではありません。これは技術的な決定であり、 効率、安全性、寿命 電気モーターの。不適切なサイズのベアリングを使用すると、負荷に耐えられないほど小さすぎたり、速度に対して不適切なクリアランスが設定されていたりしても、致命的な故障につながる可能性があります。

次の表は、ベアリングを正確に選択することの主な利点を示しています。

メリット	説明
最適なパフォーマンス	過剰な熱や振動を発生させることなく、モーターが定格 RPM に達するようにします。
寿命の延長	磨耗を軽減し、金属部品の早期疲労を防ぎます。
エネルギー効率	摩擦が最小限に抑えられるため、モーターの回転を維持するために必要な電力が少なくなります。
ダウンタイムの削減	適切なサイズのベアリングを使用すると交換の頻度が減り、稼働を継続できます。
コスト削減	ベアリングの焼き付きによる高価なモーターの修理やシステム全体の交換を防ぎます。

モーターの仕様とベアリングの寸法の関係を理解することで、機器が今後何年にもわたって最高のパフォーマンスで動作することを保証できます。

2. ボールベアリングを理解する

サイズを選択する前に、ボール ベアリングとは何か、また電動モーターの独特な環境でボール ベアリングがどのように機能するかを理解することが不可欠です。

ボールベアリングとその機能とは何ですか?

電気モーターにおけるボール ベアリングの主な機能は次のとおりです。 回転軸を支持し、ガイドします 。滑り摩擦を転がり摩擦に変換し、大幅に低減します。これにより、モーターは最小限のエネルギー損失と発熱で高速回転することができます。

ボールベアリングの主要コンポーネント

標準の深溝玉軸受は 4 つの主要部品で構成されています。それぞれが、ユニット全体のサイズと容量を決定する上で特定の役割を果たします。

コンポーネント	機能
外輪	モーターハウジングに取り付けられています。それは静止したままであり、外側の軌道を提供します。
内輪	モーターシャフトに直接取り付けられます。シャフトと一緒に回転します。
回転要素（ボール）	これらはリングの間に配置され、荷重を支え、回転運動を可能にします。
ケージ（リテーナー）	ボールを均等に配置してボール間の接触を防ぎ、均一な荷重分散を確保します。

電動モーターで一般的に使用されるボールベアリングの種類

多くのベアリング設計がありますが、電気モーターは通常、耐荷重要件に基づいて特定のタイプを使用します。

• 深溝玉軸受: 電気モーターに使用される最も一般的なタイプ。ラジアル荷重(軸に垂直)と中程度のアキシアル荷重(軸に平行)の両方向の荷重を負荷できます。
• アンギュラ玉軸受: 垂直モーターや高推力要件を必要とするアプリケーションでよく使用されます。これらは、一方向の大きなアキシアル荷重に耐えるように設計されています。
• 円筒ころ軸受: ボール ベアリングほどアキシアル荷重には対応できませんが、大きなラジアル荷重がかかる大型モーターの「駆動端」で使用されることもあります。
• シールドおよびシールドベアリング: 潤滑を保持し、塵埃や湿気を遮断するメタルシールド（ZZ）またはゴムシール（2RS）を備えた深溝軸受です。

3. ボールベアリングのサイズ選択に影響する要因

適切なベアリング サイズを選択することは、物理的な寸法と性能のバランスを取ることです。評価する必要がある主な要素は次のとおりです。

モーターのサイズと負荷の要件

通常、モーターの物理的なサイズによってシャフトの直径が決まりますが、ベアリングの堅牢性は内部負荷によって決まります。

• ラジアル荷重とアキシアル荷重: 力がシャフトを押し下げているのか（ラジアル）、それともシャフトの長さに沿って押しているのか（アキシャル/スラスト）を識別する必要があります。
• トルクと馬力: モーターの馬力が高くなると、より多くの熱と応力が発生するため、金属疲労を防ぐためにより高い定格荷重のベアリングが必要になります。

動作速度 (RPM)

すべてのベアリング サイズには「制限速度」があるため、速度は重要な要素です。

• 発熱: RPMが増加すると、摩擦により熱が発生します。ベアリングが高速用途には大きすぎる場合、転動体が転がらずに滑り、急速な故障につながる可能性があります。
• 精度レベル: 高速モーターでは、多くの場合、振動を最小限に抑えるためにより高い精度グレード (ABEC 5 または 7 など) が必要です。

動作温度

温度はベアリングの「内部すきま」に影響を与えます。

• 熱膨張: モーターが加熱すると、金属リングとボールが膨張します。ベアリングのサイズとクリアランス (C3 クリアランスなど) が正しく選択されていない場合、ベアリングが「きつく」なり、焼き付く可能性があります。
• 潤滑剤の寿命: 高温ではグリースが薄くなるため、特定の高温潤滑剤を保持するように設計されたベアリングが必要になります。

環境条件

ベアリングに追加の保護が必要かどうかは、環境によって決まります。

• 汚染: モーターがほこりの多い環境や湿気の多い環境で動作する場合は、一体型シールに対応できるサイズを選択する必要があります。
• シールドとシールド:
• シールド付き (ZZ): 高速かつ比較的クリーンな環境に最適です。
• シールド (2RS): 湿気や破片から最大限に保護するのに最適です。

取り付けとハウジングに関する考慮事項

ベアリングはモーターの物理的な「エンベロープ」内に完全に収まる必要があります。

考察	選択への影響
シャフト径	を決定します ボアサイズ (ベアリングの内径)。
ハウジング直径	を決定します 外径 ベアリングの外径（外径）です。
幅/厚さ	ベアリングがエンドベルまたはハウジングキャップの深さ内に収まっていることを確認してください。
はめあい公差	用途に応じてベアリングを「圧入」にするか「滑り嵌め」にするかを決定します。

4. ボールベアリングの正しいサイズの決め方

完璧なフィット感を見つけるには、メーカーのデータを参照することと、正確な物理的測定を行うことを組み合わせて行う必要があります。

モーター仕様の相談

ベアリングのサイズを決定する最も速くて信頼性の高い方法は、モーターのマニュアルを確認することです。

• 銘板: ほとんどの産業用モーターには、ベアリング番号を記載した銘板が付いています (例: 「ドライブ エンド: 6308、OPP. ドライブ エンド: 6206」)。
• メーカーマニュアル: デジタルまたは印刷されたマニュアルには、必要な内部クリアランス (C3 または C4 など) を含む、交換品の正確な仕様が記載されています。

荷重計算と寿命定格の使用

エンジニアリングおよび設計段階では、ベアリングのサイズと予想寿命の関係を調べます。

• 動的荷重と静的荷重: すべてのベアリング サイズには、「基本動的定格荷重」© および「静定格荷重」(Co) があります。選択したサイズは、これらの定格がモーターによって生成される力を超えることを保証する必要があります。
• L10 の期待寿命: これは、同一のベアリングのグループの 90% が特定の動作条件下で持続する時間数を見積もるために使用される標準的な計算です。より大きな「シリーズ」を選択すると (6200 シリーズから 6300 シリーズに移行するなど)、この寿命を大幅に延ばすことができます。

既存のベアリングの測定

書類が不足している場合は、デジタル ノギスを使用してベアリング自体を測定することでサイズを決定できます。次の 3 つの主要な寸法を記録する必要があります。

測定する寸法	測定方法
ボア(d)	内輪の内径です。
外径 (D)	外輪全体の幅です。
幅(B)	ベアリングの左右の厚みです。

ベアリングのマークとコードの識別

標準化されたコードが軌道輪の表面にエッチングされています。これらのコードを理解すると、サイズとタイプがすぐにわかります。

• 最初の桁: シリーズ/タイプを示します (例: 「6」は深溝玉軸受を表します)。
• 2 桁目: デューティシリーズを示します（例：ライトの場合は「2」、ミディアムの場合は「3」）。
• 下 2 桁: 5を掛けると、通常、これらはミリメートル単位のボアサイズになります(ボア20mm以上の場合)。たとえば、「62 05 」のボアは25mmです。

5. 電動モーターの一般的なボールベアリングのサイズ

電気モーター業界では、ほとんどのボール ベアリングが国際標準化された番号付けシステムに従っています。これらの「シリーズ」を理解することは、モーターの機械的要求を満たしながら、モーターの物理的スペースに適合するベアリングを選択するのに役立ちます。

標準軸受シリーズ概要

ほとんどの電動モーターベアリングは以下に属します。 6000シリーズ (深溝玉軸受)。このシリーズは、リングとボールの「役割」または厚さによって分類されています。

ベアリングシリーズ	定格荷重	特徴と用途
6000シリーズ	エクストラライト	スペースに制約のある設計に適したスリムなプロファイル。小型高速ファンや精密機器に最適です。
6200シリーズ	ライト	汎用モーターの最も人気のあるシリーズです。速度とラジアル荷重容量の完璧なバランスを実現します。
6300シリーズ	中	より大きな転動体とより厚いリングが特徴です。耐久性の高い産業用モーターや高振動環境向けに設計されています。

モータ種類別具体例

さまざまなモーター用途では、寿命を確実にするために、必然的に特定のベアリング サイズに引き寄せられます。

• 小型家電およびフラクショナル HP モーター: 多くの場合、次のような小口径ベアリングが使用されます。 608、6201、または6202 。これらは、家庭用品の高 RPM と静かな動作向けに最適化されています。
• 標準産業用モーター (1 ～ 20 HP): よく使用されるのは、 6205、6206、6208 サイズ。これらはファクトリーオートメーションとポンプシステムの主力製品です。
• 耐久性の高い大トルクモーター: ベルトドライブまたは重いギアボックスを含むアプリケーションでは、通常、 6310、6312、または6314 増大するラジアル張力と重量に対処するため。

クイックリファレンス: ボアコードの解釈

内径 20mm 以上のベアリングの場合は、ベアリング番号の下 2 桁を見るだけでサイズを識別できます。

仕様コード	内径 (ID)	モデル例
00	10mm	6200
01	12mm	6001
02	15mm	6202
03	17mm	6303
04	20mm	6204
05	25mm	6305
08	40mm	6208

6. 設置とメンテナンスのヒント

完璧なサイズの高品質ベアリングであっても、正しく取り付けられなかったり、動作中に無視されたりすると、早期に故障します。投資を保護するには、次の業界のベスト プラクティスに従ってください。

適切な設置テクニック

設置時の目標は、転動体 (ボール) を介して力が伝達されないようにすることです。これにより、軌道上に小さな永久的なくぼみ「ブリネリング」が発生する可能性があります。

• 清潔さが鍵です: 取り付ける前に、シャフトとハウジングにバリ、金属の削りくず、古いグリースがないことを確認してください。
• 適切なツールを使用してください。 ベアリングヒーターまたは大型ベアリングの場合は誘導ヒーターを使用して、内輪を拡張して「焼きばめ」します。小さいベアリングの場合は、圧力を加える取り付けツールまたはスリーブを使用します。 だけ はめ込まれるリング（シャフトには内輪、ハウジングには外輪）に取り付けます。
• 配置: ベアリングが完全に直角に取り付けられていることを確認してください。わずかな位置のずれでも、負荷が不均一になり、急速な熱の蓄積が発生する可能性があります。

潤滑ガイドライン

潤滑はベアリングの生命線です。金属同士の接触を防ぎ、熱を放散します。

潤滑面	おすすめ
グリース充填	ほとんどのモーターでは、ベアリング キャビティはその体積の 30% ～ 50% まで満たされる必要があります。グリスを過剰に塗布すると、撹拌や過熱が発生します。
互換性	反応して潤滑特性を失う可能性があるため、異なる種類のグリース (リチウムベースとポリウレアなど) を決して混合しないでください。
周波数	運転時間や環境温度に基づいて、モーターメーカーのグリース補給間隔に従ってください。

定期点検・交換

予測メンテナンス スケジュールを確立して、モーターの完全な停止につながる前に問題を発見します。

• 音響モニタリング: 聴診器または超音波ツールを使用して、「ゴリゴリ」または「チリチリ」という音を聞きます。
• 振動解析: 振動レベルの増加を定期的にチェックしてください。振動レベルの増加は、ベアリングの疲労やケージの損傷の始まりを示していることがよくあります。
• 温度追跡: ベアリングハウジング温度の突然の上昇は、潤滑不良または過剰な負荷の明らかな警告サインです。

7. ベアリングの問題のトラブルシューティング

適切なサイズと専門的な設置を行ったとしても、外部要因によって問題が発生することがあります。これらの初期の兆候を認識すると、モーターを完全な焼損から守ることができます。

ベアリング故障の一般的な兆候

問題を早期に特定することは、単純なベアリング交換とモーター全体の交換の違いです。

症状	潜在的な原因	推奨されるアクション
甲高い泣き言	潤滑不足、または内部すきま不足。	グリースレベルをチェックし、クリアランス (C3 など) を確認します。
低周波研削	汚れ（塵/砂）または軌道面の損傷。	ベアリングを交換し、シール/シールドをチェックします。
過度の振動	軸とハウジングの位置ずれまたは不適切な嵌合。	モーターを再調整し、シャフトの公差を確認します。
過熱	過剰なグリスアップまたは過剰なアキシアル荷重。	余分なグリースを取り除きます。推力の問題を確認します。

ベアリングの問題を解決するためのソリューション

• アップグレードシーリング: ベアリング内部にゴミが見つかった場合は、シールド付き(ZZ)から接触シール(2RS)に切り替えてください。
• クリアランスを調整する: モーターが高温になり、ベアリングが焼き付く場合は、熱膨張を考慮して「C3」または「C4」のクリアランスを考慮してください。
• 精密なバランス調整: 高速モーターで振動が発生する場合は、新しいベアリングを取り付けた後、回転アセンブリ全体のバランスが取れていることを確認してください。

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結論

電動モーターに最適なボール ベアリングのサイズを選択することは、産業の信頼性の基礎です。をしっかりと検討することで、 内径、外径、幅 のニーズのバランスをとりながら、 負荷、速度、環境 により、モーターが最大の効率と最小限のダウンタイムで動作することが保証されます。

「適切な」サイズとは物理的な寸法を超えていることに注意してください。これには、適切なシリーズ (6000、6200、または 6300) の選択と、特定の用途に適したシールとクリアランスが含まれます。

重要な考慮事項の要約:

• シリーズを確認する モーターの負荷要件に基づきます。
• ボアサイズを合わせる モーターシャフトの直径に正確に合わせます。
• 環境を評価する シールかシールドのどちらかを選択します。
• 厳密なインストールプロトコルに従ってください 組み立て中の「隠れた」損傷を防ぐため。

ベアリングの専門メーカーとして、当社はお客様の機械に適した正確なコンポーネントを見つけるお手伝いをすることに尽力しています。今日適切に選択すれば、明日の修理の回数が減ります。

よくある質問 (FAQ)

1. 電動モーターに C3 すきまベアリングが必要かどうかはどうすればわかりますか?
高速または高温環境で動作するモーターには C3 クリアランスを推奨します。この「余分な」内部空間により、ベアリングが固着したり過剰な摩擦が発生したりすることなく、金属コンポーネントが加熱されて膨張することができます。通常の条件下でモーターが高温になる場合は、多くの場合、C3 を選択する方が安全です。

2. シールド (ZZ) ベアリングをシールド (2RS) ベアリングと交換できますか?
はい、多くの場合、そうです。シールドベアリング (2RS) により、ほこりや湿気に対する保護が強化されます。ただし、接触シールでは摩擦と熱が若干増加するため、非接触金属シールドと比較してベアリングの最大制限速度がわずかに低下する可能性があることに注意してください。

3. 負荷に対して小さすぎるベアリングを取り付けた場合はどうなりますか?
ベアリングの動定格荷重がモーターによって生成される実際の力よりも低い場合、金属は「疲労剥離」または孔食の影響を受けます。これにより、騒音や振動が増加し、最終的には予想される耐用年数よりもはるかに早くベアリング、さらには場合によってはモーターシャフトの致命的な故障につながります。

4. 一部のモーターが駆動側 (DE) と反対側駆動側 (ODE) で異なるベアリングを使用しているのはなぜですか?
通常、ドライブ エンド (DE) は、特にベルトやプーリーに接続されている場合、より重い負荷を運びます。したがって、多くの場合、より大型またはより堅牢なベアリング (6300 シリーズなど) が必要になります。オポジット ドライブ エンド (ODE) は主にシャフトの位置をサポートし、多くの場合、より小型で軽量のベアリング (6200 シリーズなど) を使用できます。

5. 電動モーターのベアリングにはどのくらいの頻度で注油すればよいですか?
これはモーターのサイズ、速度、動作環境によって異なります。小型の「密閉型」ベアリングは再潤滑を必要としません。大型の産業用モーターの場合、グリースを再注入する間隔は 2,000 時間ごとから 1 年に 1 回までとなります。モーターの銘板に記載されているメーカーの潤滑表を必ず参照してください。

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参考文献と業界標準

メンテナンスおよび選択プロトコルの技術的な正確性を確保するには、次の国際規格および業界団体に問い合わせることをお勧めします。

• ISO15: 転がり軸受 – ラジアル軸受 – 主要寸法、一般的な計画。
• ANSI/ABMA 規格 7: シャフトとハウジングはメートル法ラジアルボールベアリングとローラーベアリングに適合します。
• NEMA MG 1: モーターと発電機 (ベアリングの取り付けと公差に関するセクション)。
• ISO 281: 転がり軸受 – 動定格荷重と定格寿命。
• SKF/NSKテクニカルハンドブック: ベアリングの選択と潤滑寿命の計算のための包括的なエンジニアリング ガイド。