自己潤滑ベアリングとは何ですか?種類・用途・選び方

自己潤滑ベアリングとは何か、そしてその仕組み

自己潤滑軸受の特徴は、外部からの供給を必要とせずに、軸受材料自体の内部から連続潤滑膜を生成できることです。これは、次の 3 つの主要なメカニズムのいずれかによって発生します。

スリーブベアリングは自己潤滑性がありますか?

スリーブベアリング (プレーンベアリングまたはジャーナルベアリングとも呼ばれます) は、その構成材料に応じて、従来の潤滑式または自己潤滑式のいずれかです。メンテナンスフリーのアプリケーションを選択する場合は、この区別が重要です。

焼結青銅スリーブベアリング 最も広く使用されている自己潤滑スリーブ ベアリング タイプです。 ISO 2795 および MPIF 標準 35 は、これらのコンポーネントの油含有量要件を定義しています。標準グレードには、最小限の油分が含まれています。 19 体積％のオイル 。これらは、ベアリングへのアクセスが密閉されているか困難な電気モーター、家庭用電化製品、事務機器、および自動車の補助ドライブに見られます。

ソリッドポリマースリーブベアリング アセタール (POM)、ナイロン (PA6/PA66)、または内部潤滑添加剤を含む PEEK で作られたものも、自己潤滑性スリーブの形式の 1 つです。オイルを一切使用せずに動作するため、食品加工、医療機器、油汚染が禁止される水中用途に適しています。

流体力学的スチールバックスリーブベアリング 大型のクランクシャフトやタービンジャーナルに使用されるものなどは、自己潤滑性がありません。シャフトをベアリングから分離する流体力学的ウェッジを維持するために、常に加圧オイルの供給が必要です。これらの設計では、オイル供給に障害が発生すると、直ちにベアリングが故障します。

セラミックベアリングは自己潤滑性がありますか?

セラミックベアリングは、「空転する」というフレーズで頻繁に販売されますが、これは本当に自己潤滑性があるのか​​どうかについて混乱を引き起こします。正確な答えは次のとおりです。 いいえ、セラミックベアリングには自己潤滑性がありません ただし、その材料特性により、鋼に比べて潤滑要件が大幅に軽減されます。

最も一般的なセラミック軸受材料である窒化ケイ素 (Si3N4) には、潤滑剤への依存を軽減するいくつかの特性があります。

• 表面硬度 1,400～1,600HV 軸受鋼の 700 ～ 800 HV と比較して、限界潤滑条件での凝着摩耗を低減
• の密度 3.2g/cm3 鋼の場合は 7.8 g/cm3 です - 高速で軌道面に発生する遠心力が低くなり、より薄い潤滑膜で分離を維持できます。
• 低い熱膨張係数 ( 3.2×10⁻⁶/℃ ) — スチール製ベアリング内の潤滑剤を絞り出す可能性がある、温度変動による内部クリアランスの変動を低減します。
• 非磁性および非導電性 - 可変周波数ドライブ用途で使用されるスチールベアリングで発生する静電放電による潤滑剤の劣化を防止します。

実際には、フルセラミックベアリングは、クリーンで低負荷の状態、特に 1 回転あたりの接触時間が非常に短い非常に高速な状態では、潤滑なしで短期間に耐えることができます。しかし、継続的な動作のためには、進行する表面疲労を防ぐために、たとえ最小限の乾燥膜であっても潤滑剤が必要です。ハイブリッド セラミック ベアリング (セラミック ボール、スチール リング) には、ほとんどの場合、従来の潤滑が必要です。

従来のベアリングには潤滑が必要ですか?

はい - 従来の転がり軸受（玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、ニードル軸受）はすべて、耐用年数を通じて潤滑が必要です。潤滑剤は、ベアリングの形状だけでは再現できない 4 つの機能を実行します。

• 弾性流体力学的膜形成: 加圧フィルム 0.1～1.0ミクロン 負荷がかかった状態で転動体を軌道から切り離し、金属間の接触を防ぎます。
• 熱放散: 大型ベアリング内でオイルを循環させると、転がり接触やケージの抵抗によって発生する熱が除去されます。ベアリングの定格動的荷重の 50% を超えて動作する場合に重要です。
• 腐食防止: グリースとオイルは接触面から湿気を追い出します。無潤滑の場合、軸受鋼は湿気の多い環境では数時間以内に腐食します。
• 汚染物質の排除: ベアリングキャビティに充填されたグリースは、三体摩耗の原因となる塵や研磨粒子に対する物理的バリアを形成します。

不適切な潤滑の結果は深刻です。SKF と NSK による研究では、次のことが示されています。 転がり軸受の早期故障の 36% 以上 潤滑の問題は、量の不足、潤滑剤の種類の間違い、潤滑剤の汚染、または再潤滑の間隔の誤りなど、潤滑の問題に起因します。比較のために、適切な潤滑下での疲労故障は、現場での故障のわずか 14% を占めます。

自己潤滑軸受の種類の比較

正しい自己潤滑ベアリングのタイプを選択するには、動作条件を材料の特定の機能に適合させる必要があります。以下の表は、主要なパフォーマンス パラメータをまとめたものです。

自己潤滑ベアリングがグリースを塗布した代替ベアリングよりも優れた性能を発揮する場合

に切り替える特定の動作環境があります。 自己潤滑ベアリング 従来のグリースを塗布したベアリングに比べて、目に見える利点をもたらします。

• 振動および低速回転のアプリケーション: グリース潤滑されたベアリングは、低速振動運動 (1 rpm 未満) 下では決して流体力学的膜を生成しません。せいぜい境界潤滑で動作します。固体潤滑剤ベアリングは、低速で摩耗機構が変化することなく、0.05 ～ 0.15 の摩擦係数でこれらの条件に対処します。
• 洗浄環境および水没環境: 食品加工ライン、洗車装置、船舶用ハードウェアでは、ベアリングに水が浸入し、グリースが薄まります。焼結ポリマーベアリングとグラファイトプラグブロンズは、この故障モードを完全に排除します。
• 高温ゾーン： 従来のグリースは 180°C を超えると劣化します。合成グリースはこの温度を約 260°C まで延長します。グラファイトプラグ付きブロンズベアリングは、次の条件で連続的に動作します。 400℃まで キルンカーホイール、コンベアローラー、ガラス焼鈍炉設備などに。
• 真空およびクリーンルーム環境: 真空中でグリースからガスが発生し、光学機器や半導体機器を汚染します。 PTFE ベースのドライフィルムベアリングは、蒸気圧が以下の衛星機構および電子顕微鏡ステージで標準です。 10⁻⁸Pa が必要です。
• ライフサイクルコストの削減: 市の水処理施設のベアリング交換プログラムの調査では、ゲートバルブのブッシュをグリースを塗布した青銅からグラファイト含浸ベアリングに切り替えることで、メンテナンスの人件費が次のように削減されることがわかりました。 62% 四半期ごとのグリース交換を排除することで、10 年間にわたって持続性を維持します。

主要な選択パラメータと一般的なサイズ設定エラー

PV 値、つまり軸受圧力 (P、MPa 単位) と滑り速度 (V、m/s 単位) の積は、自己潤滑滑り軸受の主な選択パラメータです。すべての軸受材料には最大 PV 定格があり、これを超えると潤滑膜を維持できなくなり、軸受表面温度が破壊的なレベルまで上昇します。

現場での自己潤滑ベアリングの早期故障の大部分は、次の 3 つのサイズ設定エラーによって引き起こされます。

• ピーク負荷条件下での PV 制限を無視する場合: 定格 PV = 0.10 MPa・m/s の軸受は、通常の動作には適切なサイズである可能性がありますが、始動時または衝撃荷重の瞬間の瞬間 PV がチェックされていない場合、故障します。レシプロ機械では、ピーク PV 値が定常状態の値の 3 ～ 5 倍になることがあります。
• シャフトの表面仕上げ仕様が間違っている: 自己潤滑ベアリング require a shaft roughness of Ra0.4～0.8ミクロン 最適な転写膜形成を実現します。 Ra 0.2 ミクロン未満で研磨されたシャフトは、PTFE またはグラファイトを固定するための十分な凹凸テクスチャを提供せず、フィルムの形成が遅れ、早期摩耗が増加します。 Ra 1.6 ミクロンより粗いシャフトは、皮膜が形成される前にベアリング表面を摩耗させます。
• クリアランスに対する熱膨張の影響を過小評価する: ポリマーベアリングの熱膨張係数はスチールハウジングよりも 5 ～ 10 倍高くなります。 20°C で直径すきまが 0.05 mm の PEEK ベアリングは、ハウジングとベアリングの直径の比と材料の組み合わせが設計段階で正しく計算されていない場合、150°C ではすきまがゼロ、またはしめしろになる可能性があります。