ベアリングの故障原因に関する究極のガイド

ベアリングの故障原因に関する究極のガイド

ベアリングは、回転部分 (シャフト) と静止部分 (ベアリング ハウジング) を最小限の摩擦で結合します。自動車、飛行機、発電機、コンベア、モーターなど、さまざまな回転機器がスムーズに動くのは、ベアリングの役割があってこそです。科学技術の急速な発展に伴い、顧客のベアリング製品の品質に対する要求はますます高まっています。ベアリングメーカーにとって、規格を満たし、性能要件を満たす高品質のベアリングを提供することは重要ですが、それを正しく使用することもさらに重要です。 Aubearing は、長年にわたるベアリング製造技術の取り組みに基づいて、テスト後にベアリングが認定されたにもかかわらず、取り付け後にベアリングが固着したり、使用中に初期の回転不良が発生したりするという問題に頻繁に遭遇します。主な症状としては、回転の固着感、作業面のひどい剥離、ひどい磨耗、さらには歪みや破損などがあります。 ケージ。故障結果の分析により、ベアリング自体に関連する品質問題はそれほど多くなく、そのほとんどは不適切な取り付けと使用によって引き起こされていることがわかります。このため、 誕生 ベアリングの一般的な故障モードを見直し、ベアリングの寿命をさらに向上させるための建設的な提案を提供する必要があると考えています。

ベアリングの基礎知識

転がり軸受は高硬度軸受鋼(AISI52100)を使用した高精度部品です。現在、転がり軸受にはセラミック転動体が使用されています。軸受は内輪と外輪、玉またはころ、保持器で構成されています。ベアリングによってはシールやダストカバーが付いているものもあります。このような密閉ベアリングには、工場でグリースがあらかじめ充填されています。潤滑油またはグリースは、転動体と軌道を分離するために確立する必要がある潤滑膜の厚さに重要です。ベアリングが十分に潤滑され、汚れがないことを保証するために、機器に適切なベアリングを選択し、正しく取り付ける必要があります。

ベアリング

ベアリングの故障の原因

損傷の兆候を探すときは、ベアリングの内部形状とベアリングの仕組みを正しく理解することが重要です。装置から取り外した損傷したベアリングの軌道荷重の痕跡を、正常に動作しているベアリングと比較することは、ベアリングの損傷の原因を理解するのに役立ちます。偽造ベアリングの耐用年数は、信頼できるベアリング メーカーが製造したベアリングよりもはるかに短いことが多いため、偽造ベアリングを防ぐことも重要です。機械に過負荷がかかったり、不適切に使用または保守されたりすると、ベアリングが影響を受け、ベアリングの早期故障の 34% は疲労が原因です。なぜなら、ベアリングは不適切にメンテナンスされたり過剰なストレスがかかると「早期警告」を発するからです。

ベアリングの故障の原因

接触疲労

接触疲労故障とは、ベアリングの作動面上の交番応力によって引き起こされる故障を指します。接触疲労剥離はベアリングの作動面で発生し、多くの場合疲労亀裂を伴います。これは、まず接触表面の下の最大交互せん断応力から発生し、次に表面まで拡大して、孔食や孔食剥離などのさまざまな剥離形状を形成します。小さなフレーク状に剥離することを浅剥離といいます。剥離面は徐々に拡大するため、深層まで及ぶことが多く、深層剥離となります。深い剥離は接触疲労破壊の疲労源となります。

ベアリングの接触疲労

摩耗故障

摩耗故障とは、作業面上の金属の継続的な摩耗を引き起こす表面間の相対的な滑り摩擦によって引き起こされる故障を指します。摩耗が続くとベアリング部品に徐々に損傷が生じ、最終的にはベアリングの寸法精度の低下やその他の関連問題が発生します。摩耗は形状の変化に影響を与え、取り付けクリアランスを増加させ、作業面の形状を変化させる可能性があります。潤滑剤に影響を与えたり、潤滑剤がある程度汚れたりすると、潤滑機能が完全に失われ、軸受の回転精度が低下したり、正常に動作しなくなる場合があります。摩耗故障は、さまざまな種類のベアリングによく見られる故障モードの 1 つです。摩耗形態に応じて、通常、最も一般的な摩耗摩耗と凝集摩耗に分類できます。

ベアリングの摩耗故障

アブレシブ摩耗とは、ベアリングの作動面間の金属表面上の硬い異物や摩耗粉の圧搾と接触面の相対運動によって引き起こされる摩耗を指し、多くの場合、作動面に溝のような傷を引き起こします。ベアリングの表面。硬い粒子や異物は、ホストの内部またはホスト システムの他の隣接部分から発生し、潤滑媒体によってベアリングに送り込まれることがあります。凝着摩耗とは、摩擦面の微細な突起や異物によって摩擦面に不均一な応力が生じることを指します。潤滑条件が著しく悪化すると、局所的な摩擦熱が発生し、局所的な摩擦面の変形や摩擦微小溶着が発生しやすくなります。重大 表面の金属が部分的に溶けている可能性があり、接触面にかかる力により局所的な摩擦溶接点が母材から引き裂かれ、塑性変形が増大します。この付着-引き裂き-付着サイクルが凝着摩耗となります。一般に、軽度の癒着摩耗を摩耗と呼び、重度の癒着摩耗を咬合と呼びます。

破壊破壊

ベアリング破損の主な原因は、設計上の欠陥と過負荷です。加えられた荷重が材料の強度限界を超えて部品が破損することを過負荷破壊といいます。過負荷の主な原因は、突然のホスト障害または不適切なインストールです。微小亀裂、引け巣、気泡、大きな異物、過熱した組織、ベアリング部品の局所的な焼けなどの欠陥も、衝撃過負荷や激しい振動の際に欠陥で破壊を引き起こす可能性があり、これを欠陥破壊と呼びます。ベアリングの製造工程では、原材料の工場での再検査、鍛造および熱処理の品質管理、機械加工のプロセス管理中に、上記の欠陥が存在するかどうかを機器を使用して正確に分析できることを指摘しておく必要があります。今後も管理を強化する必要がある。しかし、一般的に言えば、一般的なベアリングの破損故障のほとんどは過負荷故障です。

ベアリングの破壊破壊

クリアランス変更失敗

軸受が作動すると、外部要因や内部要因の影響により、本来のはめあいすきまが変化して精度が低下し、さらにはすきま変化故障と呼ばれる「焼き付き」を引き起こすことがあります。すきま変更失敗の主な原因は、過度の干渉、不適切な取り付け、温度上昇による膨張、瞬間的な過負荷などの外部要因と、残留オーステナイトや不安定な状態での残留応力などの内部要因です。

不適切な組み立て

さまざまなベアリングの早期故障の 16% は、不適切な組み立て (通常は過剰な力によるものです…) と組み立て工具の不適切な使用が原因です。一部の機器では、正しく効率的に取り付けおよび取り外しを行うために、機械式、油圧式、または加熱式の方法が必要です。 SKF は、これらの作業をより簡単に、より迅速に、そして費用対効果の高いものにするために、さまざまな専門的なエンジニアリング サービス技術に基づいた幅広いツールと機器を提供しています。特殊なツールと技術を使用した専門的な組み立ては、機械の稼働時間を最大化するためのもう XNUMX つのソリューションです。

ベアリングの組み立てが不適切

不適切な潤滑

さまざまな「メンテナンス不要」のシールド ベアリングを取り付けることができますが、ベアリングの早期故障の 36% は、誤った技術的適用とグリースの不適切な使用が原因です。潤滑が不適切なベアリングは、通常の耐用年数よりも早く故障することは避けられません。ベアリングは通常、機械装置の組み立てと取り外しが最も難しい部品であるため、定期的に潤滑を行わないと問題が発生する可能性があります。手動メンテナンスが不可能な場合は、 SKF は、最適な潤滑結果を達成するための全自動潤滑システムを開発できます。必要に応じてSKFグリース、ツール、テクノロジーを使用した効果的な潤滑により、ダウンタイムを大幅に短縮できます。

ベアリングの潤滑不良

汚染

ベアリングは精密部品です。ベアリングやグリスが汚れていると正常に動作しません。さらに、グリースを塗布したメンテナンス不要の密閉ベアリングは、使用されているすべてのベアリングのほんのわずかな割合しか占めていないため、ベアリングの早期故障の少なくとも 14% は汚染の問題が原因です。 SKF は優れたベアリング製造および設計能力を備えており、さまざまな過酷な作業環境向けのシーリング ソリューションを提供できます。

ベアリング汚染

軸受の故障解析方法

軸受の故障を解析する過程では、多くの複雑な現象に遭遇することがよくあります。さまざまな実験結果は矛盾していたり​​、不明瞭である場合があります。これには、十分な証拠や反証を得るために実験と実証を繰り返す必要があります。正しい分析方法、手順、手順を使用することによってのみ、失敗の本当の原因を見つけることができます。一般に軸受の故障解析は、故障対象物と背景データの収集、故障対象物の肉眼的検査、顕微鏡的解析の3つのステップに大別できます。

無効なオブジェクトと背景素材のコレクション

失敗したものの部品や断片をできるだけ多く集めます。故障したベアリングの作業条件、使用プロセス、製造品質を十分に理解します。具体的な内容としては以下のようなものが挙げられます。

(1) 主機関の負荷、回転速度、使用条件その他軸受の設計上の使用条件。
(2) 軸受および関連部品の故障状況および軸受の故障の種類。
(3) 軸受の設置および運転記録。運転中、使用中に異常な動作はありませんか?
(4) 運転中に軸受が耐える実際の荷重が設計通りであるかどうか。
(5) 軸受の実際の回転速度と異なる回転速度の頻度。
(6) 故障時の急激な温度上昇や発煙、騒音、振動の有無。
(7) 作業環境に腐食性媒体が存在するかどうか、また軸受とジャーナルの間に特殊な表面酸化色やその他の汚染色がないか。
(8) 軸受の取付記録(取付前の軸受の寸法公差の再検査を含む)、軸受の元のすきま、組立・調心状態、軸受座および機械ベースの剛性、取付異常の有無。
(9) 軸受作動時の熱膨張や動力伝達の変化の有無。
(10) 潤滑剤の銘柄、組成、色、粘度、不純物含有量、濾過、交換及び供給状況等の軸受潤滑条件及びその沈殿物の回収。
(11) 軸受の材質の選択は正しいか、材質の品質は関連する規格や図面の要件を満たしているか。
(12) 軸受の製造工程は正常か、表面の塑性変形はないか、表面の研削焼けはないか。
(13) 故障したベアリングの修理および保守記録。
(14) 同じバッチまたはタイプのベアリングの故障状態。

実際の背景素材収集の作業では、上記の要件をすべて満たすことは困難です。ただし、収集された情報は、正しい分析結論を得るのに役立ちます。

肉眼検査

故障したベアリングの肉眼的検査(寸法公差の測定や表面状態の検査と分析を含む)は、故障解析の最も重要なステップです。全体的な外観検査では、ベアリングの故障と損傷した部品の特性の概要を提供し、故障の原因を推定し、欠陥のサイズ、形状、位置、量と特性を観察し、さらなる顕微鏡検査のために適切な部品を採取することができます。そして分析。マクロ検査の内容は次のとおりです。

(1) 外観および寸法の変更(振動測定解析、動関数解析、軌道面真円度解析を含む)。
(2) クリアランスの変更。
(3) 腐食現象の有無、場所、腐食の種類、故障に直接関係するかどうか。
(4) 亀裂の有無、亀裂の形状及び破壊の性状。
(5) それはどのような種類の摩耗であり、それが故障にどの程度寄与するのか。
(6) 各軸受部品の作動面の変色と位置を観察し、潤滑状態と表面温度の影響を判断します。
(7) 異常摩耗、異物混入、亀裂、傷等の故障箇所を主に観察します。
(8) 軸受部品の元の表面のソフトスポット、脱炭層、焼け、特に平面研削焼けの有無を冷間酸洗法または熱間酸洗法で検査します。
(9) X 線応力測定器を用いて、運転前後の軸受の応力変化を測定します。

肉眼的検査の結果は、基本的に故障の形態と原因を特定できる場合がありますが、故障の性質をさらに特定するには、証拠を入手し、顕微鏡分析を行う必要があります。

顕微鏡分析

故障したベアリングの顕微鏡分析には、光学的金属組織学的分析、電子顕微鏡分析、プローブおよび電子エネルギー分光分析などが含まれます。これは主に、故障特性領域の微細構造の変化と、十分な基準を提供するための疲労源および亀裂源の分析に基づいています。障害分析の反証。顕微鏡分析で最も一般的に使用される一般的な方法は、光学的金属組織分析と表面硬度の検出です。分析の内容には次のものが含まれます。

(1) 材料の品質が関連規格および設計要件を満たしているかどうか。
(2) 軸受部品の基本構造および熱処理品質が要求事項を満たしているか。
(3) 表面組織に脱炭層、トルースタイト等の表面処理劣化層の有無。
(4) 浸炭層などの表面強化層の深さ、複層金属の各層の組織、腐食ピットや亀裂の形状や深さを測定し、亀裂の原因や性質を判断します。亀裂の形状と両側の構造的特徴について。
(5) 粒径、構造変形、局所的な相変態、再結晶、相凝集などに基づいて、変形の程度、温度上昇、材料の種類、プロセスを決定します。
(6) 基本硬度、硬度均一性、破壊特性領域の硬度変化を測定します。
(7) 破壊の観察と解析。走査型電子顕微鏡を用いて破面を観察するため、定性分析および測定を行った。
(8) 電子顕微鏡、プローブ、電子エネルギー分光法により破面の成分を測定し、疲労源や亀裂源の解析で破面の性状や破壊原因を解明することができます。

上記で紹介した軸受の一般的な故障解析方法の 3 つのステップは、外側から内側に向​​かって段階的に詳細に分析するプロセスです。各ステップに含まれる内容は、軸受の故障の種類や特性、具体的な状況に応じて選択される必要がありますが、解析ステップは不可欠です。さらに、解析プロセス全体を通して、解析結果は常にベアリングの故障に影響を与える多くの要因と関連付けられ、包括的に考慮される必要があります。

軸受のよくある故障モードとその対策

1. チャネルの片側の極端な位置での剥離。 チャネルの片側の極端な位置での剥離は、主にチャネルとリブの接合部に激しい剥離リングとして現れます。原因は、ベアリングが所定の位置に取り付けられていないこと、または運転中に急激なアキシアル過負荷が発生したことです。対策としては、軸受を確実に取り付けるか、自由側軸受の外輪はめあいをすきまばめに変更し、軸受に過負荷がかかった場合に補償できるようにする必要があります。

2. チャネルは周方向に対称な位置で剥離します。 内輪は円周対称の位置で剥離し、外輪は円周対称の位置(つまり楕円の短軸方向)で剥離します。その主な理由は、貝殻の穴が楕円形であることです。特大または二分割のハウジング穴構造。これはオートバイのカムシャフトベアリングで特に顕著です。より大きな楕円で軸受をハウジングの穴に圧入したり、別体のハウジングの0.8つの半分を締め付けたりすると、軸受の外輪は楕円形になり、短軸方向のすきまは大幅に減少するか、負の値になる場合があります。荷重が作用すると、軸受の内輪は回転して周方向に剥離痕が発生しますが、外輪は短軸方向の対称位置にのみ剥離痕が発生します。これがベアリングの初期故障の主な原因です。軸受の破損箇所を検査したところ、軸受の外径真円度は当初の工程で管理されていた27μmからXNUMXμmに変化していた。この値はラジアルすきまの値よりもはるかに大きくなります。したがって、軸受は激しい変形とマイナスすきまの状態で運転していると判断でき、初期段階で作動面に異常かつ急速な摩耗や剥離が発生しやすい。対策としては、収容穴の加工精度を向上させるか、収容穴の二分別構造を極力避けるなどがあります。

3. 軌道面の傾斜剥離。 軸受の作動面に傾斜した剥離リングが現れ、軸受が傾いた状態で作動していることがわかります。傾斜角度が臨界状態以上になると、異常かつ急激な摩耗や剥離が早期に発生する場合があります。主な原因は、取り付け不良、シャフトのたわみ、ジャーナルやハウジングの穴精度の低さなどです。ベアリングの取り付け品質を確保し、シャフト肩部と穴肩部の軸振れ精度を向上させるための対策を講じています。

4.フェルールの破損。 フェルールの破損故障は一般にまれで、多くの場合、突然の過負荷によって引き起こされます。原因は複雑で、軸受の素材欠陥(気泡、引け穴)、鍛造欠陥(オーバーバーニング)、熱処理欠陥(過熱)、加工欠陥(局所的な焼けや表面の微小亀裂)、主欠陥(取り付け不良、潤滑不良、瞬間的な過負荷など) 一旦過負荷がかかると、衝撃荷重や激しい振動によりフェルールが破損する場合があります。軸受の製造工程においては、過負荷衝撃荷重の回避、適切なしめしろの選定、取付精度の向上、使用条件の改善、品質管理の強化などの対策を講じています。

5. ケージの骨折。 ケージ破壊は、散発的な異常な故障モードです。主な理由は次のとおりです。

a.ケージに異常な負荷がかかっています。取付位置がズレていたり、傾いていたり、締め代が大きすぎると、クリアランスの減少、摩擦や発熱の悪化、表面の軟化、早期の異常剥離を引き起こしやすくなります。剥離が拡大すると、剥離した異物が保持器のポケットに入り込み、保持器の動作を阻害し、さらなる負荷が発生して保持器の摩耗を悪化させます。このような循環の悪化により、ケージが破損する可能性があります。

b.潤滑不良とは、主に軸受が油分の少ない状態で回転することを意味し、凝着摩耗が発生しやすく、作動面の状態が悪化したり、凝着摩耗による亀裂が保持器内に侵入しやすくなり、保持器に異常が発生したりします。荷重がかかり、ケージが破損する可能性があります。

c.異物の侵入は、ケージ破壊の一般的なモードです。硬い異物の侵入により保持器の摩耗が悪化して異常な付加荷重が発生し、故障の原因にもなります。 壊れる檻。

d.クリープ現象も保持器破壊の原因の一つです。いわゆるクリープ現象とはフェルールの滑り現象を指します。合わせ面のしめしろが不十分な場合、滑りにより荷重点が周方向に移動し、フェルールがシャフトやハウジングに対して周方向にずれてしまいます。クリープが発生すると、相手面の摩耗が著しくなり、軸受内部に摩耗粉が侵入して異常摩耗・軌道剥離・保持器の摩耗・負荷が増大し、保持器の破損に至る場合もあります。

e.ケージの材質の欠陥(亀裂、大きな異物金属の混入、引け巣、気泡など)やリベットの欠陥(釘の欠落、パッド釘、ケージの 2 つの半体間の隙間、リベットの重大な損傷)などにより、ケージが破損する可能性があります。 。対策は製造工程を厳密に管理することだ。

まとめ

要約すると、ベアリングの一般的な故障メカニズムと故障モードから、転がりベアリングは精密で信頼性の高い構造基盤であるにもかかわらず、不適切な使用によって早期故障が発生する可能性があることがわかります。一般に、ベアリングは正しく使用すれば疲労寿命まで使用できます。軸受の初期故障は、主に相手側部品の製造精度、取り付け品質、使用条件、潤滑効果、外部異物の侵入、熱影響、相手側の突然の故障などが原因で発生します。したがって、ベアリングを正しく合理的に使用するには、体系的なプロジェクトが必要です。軸受構造の設計、製造、設置の過程で、初期故障の原因となるリンクに対応する措置を講じることで、軸受と主エンジンの耐用年数を効果的に向上させることができます。これは製造です。工場と顧客は共同責任を負う必要があります。