自動車ホイールハブのテーパーローラーベアリング: 必要不可欠な理由

ホイールハブにテーパーローラーベアリングが不可欠な理由: その直接の答え

円すいころ軸受 円錐ころと軌道の設計により、ラジアル荷重とアキシャル (スラスト) 荷重の組み合わせを同時にサポートできるため、自動車のホイール ハブには不可欠です。これは、ホイール ハブが車両の重量、コーナリング フォース、ブレーキによって常に受ける荷重です。 他の一般的なベアリング タイプは、コンパクトなパッケージでこの二重荷重条件をこ​​れほど効率的に処理できるものはありません。そのため、テーパー ローラー ベアリングは、乗用車、トラック、トレーラーの非駆動ホイール ハブおよび多くの駆動ホイール ハブの標準的な選択肢であり続けています。

ホイールハブアセンブリでは、車輪は車両の自重（ラジアル荷重）を受けてスムーズに回転すると同時に、旋回時に発生する横方向の力や路面の凹凸（アキシアル荷重）に抗しなければなりません。 テーパーローラーベアリングの傾斜した軌道は、これらの複合力を円錐軸に沿って伝達します。 応力を単一の接触点に集中させるのではなく、ローラー全体に均等に分散させます。これはまさに毎日の運転中にホイールハブに要求されるものです。

テーパーローラーベアリングがホイールハブの荷重を処理する仕組み

円錐形の設計の利点

円筒形ベアリングやボールベアリングとは異なり、テーパーローラーベアリングは、内側のコーンと外側のカップの間に配置された円錐形のローラーを使用します。転がり面と軌道は、延長すると軸受の中心軸上の一点に集まるように角度が付けられています。この形状により、ベアリングはラジアル方向の力をラジアル方向と軸方向の反力の組み合わせに変換できます。これがまさに、回転ホイールが生成する多方向の荷重に対処する理由です。

双方向サポートのためのペア取り付け

単一のテーパー ローラー ベアリングは一方向のスラスト荷重のみを受けることができるため、ホイール ハブではほとんどの場合、それらを対応するペアで使用し、背中合わせまたは向かい合わせに取り付けます。この設定により、ハブ アセンブリは両方向からの軸方向の力に耐えることができます。車両が左右に回転すると、ホイール ベアリングに反対の横荷重が発生するため、これは非常に重要です。

ホイールハブベアリングが耐えなければならない主な力

ホイールハブベアリングは、通常の運転中にいくつかの異なる荷重タイプの下で動作します。テーパーローラーベアリングはすべて、以下を管理するように特別に設計されています。

• ラジアル荷重: 車の重量による一定の下向きの力がホイールを地面に向かって押し付けます。
• アキシアル（スラスト）荷重： コーナリング、車線変更、キャンバー道路の走行時に発生する横方向の力。
• 衝撃荷重: ポットホール、縁石、または平らでない舗道からの突然の衝撃力。
• 制動負荷: 特にディスク ブレーキと組み合わせた前輪ハブでは、減速中にハブを介して伝達されるトルク関連の応力。

乗用車のホイールハブベアリングは通常、次の範囲のラジアル荷重に耐える必要があります。 通常の運転条件では数千ニュートン、ハードコーナリングやポットホール衝撃時のピーク衝撃荷重は数倍になります。 — ボールベアリングだけでは、より大きな設置面積がなければ、この荷重プロファイルに適合させるのは困難です。

一般的なホイールハブベアリング構成

自動車エンジニアは、車両クラスとハブが駆動式か非駆動式かに応じて、いくつかのテーパーローラー ベアリングの配置から選択します。

他のタイプのベアリングではこの役割が果たせない理由

一部のハブ用途ではボール ベアリングと円筒ころベアリングが使用されますが、どちらも、この特定の役割におけるテーパー ローラー ベアリングのラジアル荷重とアキシアル荷重のバランスに適合しません。

1. 深溝玉軸受は点接触によって複合荷重を処理するため、同様のサイズのテーパーローラーの線接触と比較して負荷容量が制限されます。
2. 円筒ころ軸受は純粋なラジアル荷重には優れていますが、一般に追加のスラスト軸受がなければコーナリング中に生成される軸方向のスラストをサポートできません。
3. アンギュラ玉軸受は複合荷重に対応できますが、通常、大きな衝撃条件下では単位サイズあたりの耐荷重が円すいころ軸受よりも低くなります。

これが理由です テーパーローラーベアリングは、ほとんどの非駆動ホイールハブと多くの駆動ハブユニットのデフォルトの選択肢のままです。 特にトラック、SUV、トレーラーでは、ボールベアリングと比較してわずかに高い転がり摩擦よりも積載量と耐久性の方が優れています。

プリロード、クリアランス、取り付け精度が重要な理由

シールドボールベアリングとは異なり、調整可能なテーパーローラーベアリングハブは、取り付け時に正しいプリロード設定が必要です。予圧とは、ハブ ナットを締めるときに加えられるわずかな内部荷重を指します。これにより、内部すきまが除去され、動作荷重下でもころが軌道面と適切に接触することが保証されます。

不適切なプリロードは、ホイールベアリングの早期故障の最も一般的な原因の 1 つです — 予圧が少なすぎると、衝撃荷重による緩み、振動、摩耗の加速が発生します。一方、予圧が多すぎると過剰な熱と摩擦が発生し、適切に調整されたベアリングと比較して、ベアリングの寿命が劇的に、場合によっては数万マイルも短くなる可能性があります。このため、現代の車両では、現場での調整が完全に不要な、事前に設定された密閉型ハブ ベアリング ユニット (第 2 世代および第 3 世代設計) を使用することが増えています。

ホイールハブベアリングの摩耗の兆候

ベアリングの摩耗を早期に認識することは、より深刻なドライブトレインや安全性の問題を防ぐのに役立ちます。一般的な警告サインは次のとおりです。

• 車の速度とともに増加するリズミカルなハミングまたはうなり音
• ホイールを手で揺すったときにガタや緩みが目立つ
• ベアリングの遊びによるホイールの位置ずれが原因でタイヤが不均一に摩耗する
• 特にコーナリング中にステアリングホイールに伝わる振動

テーパーローラーベアリングは、その円錐形の設計が、走行中、コーナリング中、およびブレーキング中に回転ホイールが受けるラジアル荷重とアキシアル荷重の組み合わせを処理するのに独特に適しているため、自動車のホイールハブには不可欠です。 調整可能なペアセットで使用する場合でも、最新の密閉ハブユニットで使用する場合でも、これらは耐荷重と耐久性の業界標準であり、取り付け時の正しい予圧は、耐用年数を最大化し、ホイールベアリングの早期故障を防ぐ最も重要な要素であり続けます。