転がり軸受
軸受の各部品には様々な設計上の制約がある。例えば、軌道輪は複雑な形状となっていることが多く、製造が難しい。転動体は、形状は単純だが小さい。転動体は軌道輪上で激しく変形するため、疲労が蓄積しやすい。軸受にかかる荷重はその回転速度にも影響される。転がり軸受は100,000rpm以上の速度で回転することもあり、その場合の荷重は単なる重量ではなく運動量の影響の方が大きい。転動体が小さければ、それ自体が軽いので運動量も小さいが、軌道輪と接したときの変形の度合いも激しいため、疲労による損傷が発生しやすい。転がり軸受の最大回転速度は 'DN' で示されることが多く、これは直径(mm)と最大回転数(rpm)の積である。アンギュラ玉軸受のDNは210万以上にもなるものがあり、高速回転と高精度を要求されるロケットなどの用途にも使われている。
材料の選択も重要である。硬い素材は磨耗には強いが、疲労による損傷が発生しやすい傾向がある。そのため用途によって最適な材料を選択することが重要である。転がり軸受の材料としては鋼がよく使われるが、プラスチック、ガラス、セラミックスなどもよく使われている。材質の小欠陥(不規則性)は軸受の故障の大きな原因の1つである。19世紀後半の軸受の最大の改良は均質な材料を使うようになった点であり、新素材や潤滑よりも大きな改善となった。
円すいころ軸受 (tapered roller bearing) は、円すい台形の軌道輪と円すい台形の転動体を使う。ころ軸受はラジアル荷重しか支持できないが、円すいころ軸受けはラジアル荷重もアキシャル荷重も支持でき、接触面が大きいために玉軸受より荷重許容量が大きい。円すいころ軸受は例えば、自動車(トラックやバスを含む)の車輪の軸受に使われている。欠点は製造工程が複雑な点で、玉軸受よりもコストがかかることが多い。また、大きな荷重がかかると円すいがくさびのように作用し、転動体を軌道輪から押し出すように力がかかる。すると軌道輪の襟部分と接触して摩擦が増大する。
針状ころ軸受 (needle roller bearing) は非常に細長い円柱を転動体として使う。転動体が細いため、軸受の外径は内径より若干大きいだけで、他の軸受けよりも薄い。しかし転動体の直径が小さいと軌道輪と接した部分が鋭く曲がるため、軸受の疲労は比較的早い。