滑り軸受

一体型すべり軸受は、軸受面に穴を開けて使用対象物に組み込まれる。工業用一体型軸受は通常、鋳鉄またはバビットメタルで作られ、軸受には焼入れ鋼製のシャフトが使用される。 ^{[ 8 ]}

一体型ベアリングは、ブッシュの方が取り付けやすく、必要に応じて交換できるため、あまり一般的ではありません。 ^{[ 3 ]}材質によっては、一体型ベアリングの方が安価になる場合もありますが、交換はできません。一体型ベアリングが摩耗した場合は、部品を交換するか、ブッシュを受け入れるように再加工する必要があります。一体型ベアリングは19世紀の機械では非常に一般的でしたが、互換性のある製造が普及するにつれて、徐々に一般的ではなくなりました。

例えば、一般的な一体型すべり軸受としてはドアヒンジがあり、これはスラスト軸受とジャーナル軸受の両方の機能を兼ね備えている。

ブッシング（ブッシュとも呼ばれる）は、回転用途のベアリング面を提供するためにハウジングに挿入される独立した滑り軸受です。これは最も一般的な滑り軸受の形態です。[9] 一般的な設計には、ソリッド（スリーブとフランジ付き）、^{スプリット、および}クリンチブッシングがあります。スリーブ、スプリット、またはクリンチブッシングは、内径（ID）、外径（OD）、および長さを持つ材料の「スリーブ」にすぎません。3つのタイプの違いは、ソリッドスリーブブッシングは全体がソリッドであること、スプリットブッシングは長さに沿ってカットがあること、クリンチベアリングはスプリットブッシングに似ていますが、カットを横切って部品を接続するクリンチ（またはクリンチ）があることです。フランジ付きブッシングは、片端にODから半径方向に外側に伸びるフランジがあるスリーブブッシングです。フランジは、ブッシングを取り付けたときに確実に位置決めしたり、スラストベアリング面を提供したりするために使用されます。^{[ 10 ]}

インチ寸法のスリーブベアリングは、ほぼ例外なくSAE番号システムを使用して寸法が付けられています。番号システムは-XXYY-ZZの形式を使用しており、XXは16分の1インチ単位の内径、YYは16分の1インチ単位の外径、ZZは8分の1インチ単位の長さです。^{[ 11 ]}メートルサイズも存在します。^{[ 12 ]}

直線ブッシュは通常、ハウジングに圧入されるのではなく、ラジアル形状で固定されます。そのような例としては、2つの保持リング、またはハウジングの溝に合うようにブッシュの外径に成形されたリングなどがあります。ブッシュにかかる力がブッシュを押し出す可能性があるため、これは通常、ブッシュを保持するより耐久性のある方法です。フランジ付きブッシュは、ラジアル荷重とアキシャル荷重の両方に対する耐性を高めるように設計されています。^{[ 13 ]}

ブッシングのスラスト形状は、慣習的にスラストワッシャー。

産業機械ではフルベアリングとして知られる2ピースプレーンベアリング^{[ 14 ]}は、クランクシャフトベアリングなどの大径ベアリングによく使用されます。2つの半分はシェルと呼ばれます。^{[ 15 ]}シェルの位置を保持するためにさまざまなシステムが使用されています。最も一般的な方法は、取り付け後に軸方向の動きを防ぐために、パーティングラインの端にあるタブがハウジングのノッチと対応することです。大きくて厚いシェルには、ボタン ストップまたはダウエルピンが使用されます。ボタン ストップはハウジングにねじ込まれ、ダウエル ピンは2つのシェルをキーイングします。あまり一般的ではない別の方法として、シェルの穴またはスロットを通してシェルをハウジングにキーイングするダウエル ピンを使用する方法があります。^{[ 16 ]}

一方の分割端からもう一方の分割端までの距離は、ハウジング内の対応する距離よりもわずかに大きいため、ベアリングを取り付けるにはわずかな圧力が必要です。これにより、ハウジングの2つの半分を取り付ける際にベアリングが所定の位置に保持されます。最後に、シェルの円周もハウジングの円周よりもわずかに大きいため、2つの半分をボルトで固定するとベアリングがわずかに圧縮されます。これにより、ベアリング全体に大きな半径方向の力が発生し、ベアリングの回転が防止されます。また、ベアリングからハウジングへ熱が伝わる良好な界面も形成されます。^{[ 15 ]}

バビットは通常、一体型ベアリングに使用されます。直径に応じて、通常0.25～2.5 mm （9.8～98.4 thou ）の厚さでボアにコーティングされます。バビットは、ジャーナルや回転軸の構成材料と比較して、柔らかい材料を使用して作られています。バビットベアリングは、直接接触時にジャーナルを損傷せず、潤滑剤中の汚染物質を収集するように設計されています。^{[ 14 ]} 

バイマテリアルベアリングは、金属シェルとプラスチックベアリング面の2つの材料で構成されています。一般的な組み合わせとしては、鋼裏打ちPTFEコーティングブロンズとアルミニウム裏打ちフレロンがあります。^{[ 18 ]}鋼裏打ちPTFEコーティングブロンズベアリングは、他のほとんどのバイメタルベアリングよりも高い荷重定格を持ち、回転運動と振動運動に使用されます。アルミニウム裏打ちフレロンは、フレロンが化学的に不活性であるため、腐食環境でよく使用されます。^{[ 19 ]}

一般的な滑り軸受の設計では、焼き入れ研磨された鋼製のシャフトと、より柔らかい青銅製のブッシュが使用されます。ブッシュは、摩耗が激しくなった場合に交換されます。

ベアリングに使用される一般的な青銅合金には、SAE 841、SAE 660 ( CDA 932 )、SAE 863、CDA 954などがあります。^{[ 20 ]}

鋳鉄製のベアリングは、摩擦係数が比較的低いため、焼き入れ鋼製のシャフトに使用できます。鋳鉄の表面が滑らかになるため、摩耗は無視できるほど小さくなります。^{[ 21 ]}

オーブンや乾燥機などの過酷な環境では、グラファイト合金（商標名：グラファロイ）として知られる銅と黒鉛の合金が使用されます。黒鉛は乾式潤滑剤であるため、摩擦が少なく、メンテナンスも容易です。銅は強度と耐久性を高め、放熱特性も向上させます。

非合金グラファイトベアリングは、水中に浸かる場所などの特殊な用途で使用されます。^{[ 23 ]}

宝石軸受として知られるこれらの軸受は、サファイア、ルビー、ガーネットなどの宝石を使用しています。宝石軸受は、低摩擦、長寿命、寸法精度が重要な精密機器に使用されます。主な用途は機械式時計です。

固体プラスチックすべり軸受は、潤滑油不要のドライ運転特性により、近年ますます人気が高まっています。固体ポリマーすべり軸受は、軽量で耐腐食性に優れ、メンテナンスフリーです。数十年にわたる研究の結果、ポリマーすべり軸受の耐用年数を正確に計算することが可能になりました。固体ポリマーすべり軸受の設計は、熱膨張係数の範囲が広く、非線形であるため複雑です。これらの材料は、推奨されるpV制限を超える用途で使用すると、急速に発熱する可能性があります。

固体ポリマー製のベアリングは、射出成形プロセスで可能な形状によって制約を受けます。また、プラスチック製ベアリングは、他のすべてのプラスチック部品と同様に、クリープ、高い熱膨張、高温での軟化（摩耗の増加／寿命の短縮）、低温での脆性破壊、吸湿による膨張といった設計上の注意点に左右されます。ベアリング用プラスチック／ポリマーのほとんどは、これらの設計上の注意点を軽減するように設計されていますが、それでもなおこれらの問題は存在するため、固体ポリマー（プラスチック）製ベアリングを指定する前に慎重に検討する必要があります。

プラスチック製ベアリングは現在では非常に一般的になっており、複写機、レジ、農業機械、繊維機械、医療機器、食品・包装機械、自動車シート、船舶機器などに使用されている。

一般的なプラスチックには、ナイロン、ポリアセタール、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、超高分子量ポリエチレン（UHMWPE）、ルロン、PEEK、ウレタン、ベスペル（高性能ポリイミド）などがあります。^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

• MDS（二硫化モリブデン）
  • PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）

• Igus、iglidur ^{[ 31 ]}：寿命予測機能を備えた特別開発ポリマーベアリング材料
• セラミックベアリングは非常に硬いため、ベアリング内部に入り込んだ砂やその他の異物は、ベアリングの動作を妨げることなく、微細な粉末に粉砕されます。
• ルブライト^{[ 32 ]}
• リグナムバイタは自己潤滑性のある木材で、時計に用いると非常に長寿命になります。また、船舶の索具では青銅製の歯車と組み合わせて使用​​されます。
• ピアノでは、鍵盤やアクションの様々な（通常は）木製部品が、一般的にジャーマンシルバー製のセンターピンによって連結されています。これらの連結部には、通常フェルト、あるいはまれに革製のブッシングが使用されています。
• アルミニウム合金は低負荷用途に使用できます^{[ 33 ] [ 34 ]}

流体潤滑は、全膜潤滑モードまたは境界条件潤滑モードのいずれかをもたらします。適切に設計されたベアリングシステムは、流体力学的効果によりジャーナルとベアリング間の表面接触を排除することで摩擦を低減します。

流体軸受は、静水圧潤滑または動水圧潤滑のいずれかで潤滑されます。静水圧潤滑軸受は、一定の圧力を維持する外部ポンプによって潤滑されます。動水圧軸受では、ジャーナルの回転によって油膜内の圧力が維持されます。静水圧軸受は、ジャーナルが回転すると動水圧状態になります。 ^{[ 14 ]}静水圧軸受は通常オイルを使用しますが、動水圧軸受はオイルまたはグリースを使用できます。ただし、軸受は利用可能な流体を何でも使用できるように設計でき、いくつかのポンプ設計ではポンプで送った流体を潤滑剤として使用します。^{[ 40 ]}

流体潤滑軸受は、静圧軸受よりも設計と操作においてより注意が必要です。また、軸が回転するまで潤滑が行われないため、初期摩耗が発生しやすいという欠点もあります。低速回転では、潤滑剤が軸とブッシングの間で完全に分離されない場合があります。そのため、流体潤滑軸受は、始動時と停止時に軸を支え、ジャーナル軸受の精密加工面を保護する補助軸受によって補助されることがあります。一方、流体潤滑軸受は取り付けが簡単で、コストも低く抑えられます。^{[ 41 ]}

流体潤滑状態では、潤滑剤の「くさび」が形成され、ジャーナルが持ち上がります。ジャーナルは回転方向にわずかに水平方向にも移動します。ジャーナルの位置は、垂直線とジャーナルの中心とベアリングの中心を通る線との間の角度である姿勢角と、ジャーナルの中心からベアリングの中心までの距離と全体のラジアルクリアランスの比である偏心率によって測定されます。姿勢角と偏心率は、回転方向と回転速度、および荷重に依存します。静圧軸受では、油圧も偏心率に影響します。モーターなどの電磁機器では、電磁力が重力荷重に対抗し、ジャーナルが異常な位置を取ることがあります。^{[ 14 ]}

高速機械における流体潤滑式流体動圧ジャーナル軸受特有の欠点の 1 つは、ジャーナルの自励振動であるオイル ワールです。オイル ワールは、潤滑ウェッジが不安定になったときに発生します。ジャーナルの小さな乱れが油膜からの反作用力を引き起こし、それがさらに動きを引き起こし、油膜とジャーナルの両方が軸受シェルの周りを「旋回」します。通常、旋回周波数はジャーナルの回転速度の約 42% です。極端な場合、オイル ワールはジャーナルと軸受の直接接触を引き起こし、軸受を急速に摩耗させます。場合によっては、旋回周波数が機械軸の臨界速度と一致し、「ロック」します。この状態は「オイル ウィップ」として知られています。オイル ウィップは非常に破壊的になる可能性があります。^{[ 14 ] [ 42 ]}

オイルワールは、ジャーナルに安定化力を加えることで防止できます。多くのベアリング設計では、ベアリングの形状を利用して、渦を巻く流体の障害物となるか、またはワールを最小限に抑えるための安定化荷重を提供するようにしています。そのような設計の1つに、レモンボアまたは楕円ボアと呼ばれるものがあります。この設計では、ベアリングハウジングの2つの半分の間にシムを取り付け、次にボアを機械加工してサイズにします。シムを取り外すと、ボアはレモンのような形になり、ボアの一方向のクリアランスが減少し、その方向の予荷重が増加します。この設計の欠点は、一般的なジャーナルベアリングと比較して耐荷重能力が低いことです。また、高速ではオイルワールが発生しやすいですが、コストは比較的低くなっています。^{[ 14 ]}

別の設計としては、圧力ダムまたはダム溝^{[ 43 ]}があり、ベアリングの上半分の中央に浅い逃げ溝が設けられています。溝は急に途切れており、ジャーナルを安定させるための下向きの力を発生させます。この設計は高い耐荷重能力を持ち、ほとんどのオイルワール状況を改善します。欠点は、一方向にしか機能しないことです。ベアリングの半分をオフセットすると、圧力ダムと同じ効果が得られます。唯一の違いは、オフセットが大きくなるにつれて耐荷重能力が増加することです。^{[ 14 ]}

より革新的な設計としては、傾斜パッド式設計があり、これは負荷の変化に応じて動くように設計された複数のパッドを使用する。通常は非常に大規模な用途で使用されるが、オイルの渦流をほぼ完全に排除できるため、現代のターボ機械にも広く応用されている。