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セラミックベアリングは壊れやすい？
セラミックベアリング 主にジルコニア、窒化ケイ素、酸化アルミニウムなどの高性能セラミックから作られています。これらの材料は、高硬度、優れた耐摩耗性、低摩擦係数、優れた化学的安定性を備えています。従来の金属ベアリングと比較して、セラミックベアリングは高速、低摩擦、低摩耗、優れた耐摩耗性を備えています。 絶縁特性.
セラミックベアリングの脆い性質
セラミックには数多くの利点があるにもかかわらず、その脆さが大きな懸念事項となっています。セラミック材料間の原子結合が強いため、外力を受けても塑性変形せず、むしろ破損する傾向があります。そのため、過度の衝撃荷重や不適切な取り付けの条件下では、セラミックベアリングは破損しやすくなります。
オーバーロード： セラミックベアリングは従来のベアリングに比べて圧縮強度が高いですが、疲労寿命が比較的短いため、過度の負荷に耐えることができません。
不適切なインストール： 取り付け時には、ベアリング表面を損傷する可能性のある不適切なツールの使用を避けることが重要です。また、適切な機能を確保するために、回転方向と取り付け方向にも注意を払う必要があります。
不適切なメンテナンス: 適切なメンテナンスには、ベアリングを清潔に保ち、内部に汚染物質が入らないようにすることが含まれます。適切な潤滑状態を維持するには、潤滑剤を適時に交換する必要があります。
ただし、破損のリスクがあるからといって、実際の用途においてセラミックベアリングが本質的に壊れやすいというわけではありません。実際、適切な構造設計、正確な製造プロセス、正しい使用とメンテナンスにより、破損のリスクを効果的に制御できます。
セラミックベアリングの圧縮荷重試験
一般的に、セラミックベアリングは、落下角度に関係なく、簡単には壊れません。これにより、ベアリングの外観が損なわれることはほとんどありません。ただし、スチールシャフトと組み合わせたフルセラミックベアリングは、材料間の熱膨張係数の違いにより、割れるリスクがあります。
セラミックスと鉄鋼材料の基本特性の比較 | |||||||
Item | ユニット | ベアリングスチール | ステンレス鋼 | Si3N4 | ZrO2 | SiC | Al2O3 |
密度 | g /cm³ | 7.85 | 7.90 | 3.20 – 3.30 | 6.00 | 3.10 | 3.95 |
熱膨張係数 | 10^-6/K | 10 | 11.0 | 3.2 | 10.5 | 4.5 | 8.5 |
弾性率 | GPa | 208 | 200 | 300 – 320 | 210 | ≥350 | 380 |
熱伝導率 | W / m・K | 30-40 | 15 | 35 | 2-3 | 150 | 30 |
比抵抗 | Ω・mm²/m | 0.1 – 1 | 0.75 | 10^8 – 10^18 | 10^5 – 10^15 | 10^-1 – 10^3 | 10^8 – 10^18 |
非潤滑摺動摩耗 |
| L | L | S | S | S | S |
作動トルク |
| L | L | S | M | S | M |
3種類のベアリングの疲労寿命試験結果 | ||||||
テストベアリングタイプ | 荷重（N） | 最大接触応力 (GPa) | 速度（r / min） | L10L_{10}L10 ライフ (h) | L50L_{50}L50 ライフ (h) | ワイブル傾き (β\betaβ) |
オールスチールベアリング | 5880 | 3.3 | 8000 | 46.2 | 269.5 | 1.06 |
ハイブリッドセラミックベアリング | 5880 | 3.9 | 8000 | 68.2 | 589.2 | 0.95 |
オールセラミックベアリング | 5880 | 3.9 | 8000 | 49.4 | 294.6 | 0.96 |
単純な圧縮荷重比較試験では、セラミックボールの最小圧縮荷重は鋼球の約1/2～1/3です。これは、鋼球の塑性変形により接触面積が増加し、圧縮荷重が高くなるためです。セラミックボールの圧縮荷重値に基づいて計算すると、破損時の最大接触応力は、ISO-TC6規格で指定された値の約7～4倍になります。これは、セラミックボールが転がり軸受に安全に使用できることを証明するだけでなく、鋼球よりも大きな静荷重に耐えられることを示しています。
セラミックベアリングの破損リスクの軽減
適切なベアリングの種類と仕様の選択: 特定のアプリケーション要件に適合するセラミック ベアリングを選択し、動作負荷と速度に対応できることを確認します。
適切なインストールと使用方法: 過度の衝撃負荷やその他の設置関連の問題を防ぐために、設置および操作中は製造元のガイドラインに従ってください。
定期的な点検とメンテナンス: セラミックベアリングを定期的に検査およびメンテナンスして、潜在的な問題を迅速に特定して対処し、良好な動作状態を維持できるようにします。
セラミックベアリングは脆いという欠点がありますが、適切な選択、使用、メンテナンスによる効果的な管理により、高速モーター、精密機器、航空宇宙などの分野で高い効果を発揮しています。今後も、材料と製造技術の継続的な進歩により、セラミックベアリングの性能と信頼性がさらに向上し、さまざまな産業分野での用途が拡大することが期待されます。