高温ベアリングの究極ガイド

高温ベアリングの究極ガイド

高温ベアリングは現代の産業において不可欠かつ重要なコンポーネントです。極端な温度環境での使用向けに設計されており、高温条件下でも安定した性能と信頼性を維持します。高温軸受は冶金、窯、ガラス製造、熱処理炉、自動車塗装炉などの分野で広く使用されています。このような用途では、通常のベアリングは高温に耐えられないため故障しやすいため、高温ベアリングの使用が特に重要です。この記事では、高温用ベアリングの定義、利点、材質、種類、用途、設置方法、主要メーカー、選定方法について詳しく説明し、よくある質問への包括的な回答を提供します。

高温におけるベアリングの課題

高温環境でベアリングを使用する場合、多くの課題があります。ここでは、いくつかの一般的な問題とその詳細な説明を示します。

材料の劣化

高温では軸受材料の老化と疲労が促進されます。金属やプラスチックは高温で脆くなり、機械的特性が低下します。高温環境に長期間さらされると、軸受材料の微細構造が変化し、強度と靱性が低下し、最終的には軸受の故障につながります。

潤滑不良

高温環境は潤滑剤にとって大きな課題となります。従来の潤滑油やグリースは高温で熱分解し、潤滑特性を失い、摩耗と摩擦が増加します。潤滑剤の劣化は軸受の潤滑効果に影響を与えるだけでなく、摩擦熱の増大を引き起こし、軸受の使用環境をさらに悪化させます。

熱膨張

材料は高温で膨張し、材料が異なれば熱膨張係数も異なるため、ベアリング内部のすきまが変化する可能性があります。軸受の内輪と外輪の隙間が小さくなりすぎると、軸受が焼き付きを起こし、摩擦や摩耗が増大し、最終的には軸受の故障につながる可能性があります。

腐食促進

高温環境において、腐食性のガスや液体が存在すると、高温により化学反応が促進され、軸受材料の腐食が発生します。腐食はベアリングの表面を損傷するだけでなく、内部構造にも影響を及ぼし、ベアリングの寿命と性能を低下させます。

内部クリアランスの問題

高温によりベアリングの内部クリアランスが変化する可能性があります。適切に設計されていない場合、熱膨張により内圧が上昇し、構造的損傷を引き起こす可能性があります。標準ギャップは高温では適用できなくなる可能性があるため、実際の状況に応じて調整する必要があります。

信頼性とメンテナンスの問題

高温環境では、ベアリングの信頼性と耐久性がさらに高まると同時に、メンテナンスと検査のサイクルを頻繁に行う必要が生じる場合があります。高温は潤滑剤の劣化と材料の老化を加速させます。予期せぬ故障を防ぐために、潤滑剤の頻繁な交換とベアリングの状態の検査が必要です。

ベアリングの過熱
軸受鋼工場

具体的な事例分析

NSKの深溝玉軸受を例にとると、一般的な玉軸受は100℃を超える環境下で使用すると寸法が変化し、軸受座に対して内輪の回転が遅くなります。この現象を内輪クリープといいます。内輪のクリープはベアリングに傷、異音、振動、摩耗を引き起こす可能性があり、最終的にはベアリングの早期故障につながります。さらに、標準のシールと潤滑剤は、温度が 100°C を超えると急速に劣化します。深溝玉軸受の標準ニトリルゴムシールの最大使用温度は約 110℃で、標準グリースはこの温度範囲に制限されています。

内輪クリープ

内輪のクリープは、高温環境下でベアリングが直面する深刻な問題です。温度上昇による材料膨張により、ベアリングの内輪がハウジング内でゆっくり回転する場合があります。この現象は軸受の回転時に異常振動や異音を発生させ、軸受の摩耗を悪化させます。

シールと潤滑剤の故障

高温により、ベアリングのシール材や潤滑剤の性能が急速に低下する可能性があります。ニトリルゴムシールは、最高使用温度を超えると故障し、潤滑剤の漏れや汚染を引き起こす可能性があります。グリースは高温で分解し、潤滑効果が失われ、ベアリングの摩擦や摩耗が増加します。

NSKベアリングの故障

熱膨張の影響

ベアリングは、フィット感と熱膨張を補償するために内部クリアランスを持たせて設計されています。ただし、高い温度差が存在すると、標準すきまが大幅に減少する可能性があり、ベアリングにラジアル荷重がかかり、その後ベアリング内の軌道が疲労剥離して、ベアリングの故障につながることがよくあります。

高温軸受とは何ですか?

高温ベアリング 高温環境で動作するように特別に設計されたベアリングです。通常のベアリングは通常 -20°C ~ 120°C の温度範囲で動作しますが、高温ベアリングは 150°C ~ 350°C、またはそれ以上の温度でも性能と信頼性を維持できます。高温ベアリングは耐熱性が必要なだけでなく、高温による材料の膨張、潤滑の問題、その他の関連する熱力学および化学的安定性の問題にも対処する必要があります。

高温軸受の設計では、高温環境下で長期安定した動作を保証するために、耐熱材料の選択、潤滑剤の使用、特殊な製造プロセスなどのさまざまな要素が考慮されています。代表的な高温軸受には、深溝玉軸受、ころ軸受、スラスト軸受などがあり、高温での使用が必要なさまざまな機械や装置に広く使用されています。

高温ベアリング

高温ベアリングの利点

高温ベアリングには産業用途において大きな利点があり、それは主に次の側面に反映されます。

1。 耐高温性:高温ベアリングは、極端な温度条件下でも安定した性能を維持でき、温度上昇による変形や故障がありません。

2。 長い人生:特殊な材質と潤滑剤を使用した高温用軸受は、高温環境下でも長寿命を実現し、交換頻度を低減します。

3.耐食性: 高温軸受材料は通常、優れた耐食性を備えており、過酷な化学環境での使用に適しています。

4. メンテナンスの手間がかかりません: 高温軸受の設計により、高温条件下でも良好な潤滑性と耐摩耗性が維持され、メンテナンスや交換の頻度が軽減されます。

5。 高信頼性: 高温および高負荷条件下でも、安定した信頼性の高い動作を提供し、機器の故障率を低減し、生産効率を向上させることができます。

高温軸受材料

高温ベアリングの材料選択は非常に重要です。一般的な高温軸受材料には次のものがあります。

セラミック材料

セラミックベアリング 優れた耐高温性、耐食性、低密度により広く使用されています。一般的に使用されるセラミック材料には、窒化ケイ素 (Si3N4) や酸化ジルコニウム (ZrO2) があります。これらの材料は高温でも安定した性能を維持することができ、高い精度と信頼性が要求される用途に適しています。

ステンレス鋼

ステンレス鋼ベアリングは機械的強度と耐食性に優れており、高温や負荷に耐える用途によく使用されます。 440Cや630(17-4PH)などの高温ステンレス鋼材には特殊処理が施されており、高温環境下でも長時間安定して動作します。

ハイブリッド材料軸受は、通常、セラミックボールと鋼の内外輪を組み合わせ、セラミックの低摩擦性と高温耐性、鋼の高負荷容量を利用し、高速および高温環境で広く使用されています。

高性能ポリマー

一部の高温ベアリングには、ポリテトラフルオロエチレン (PTFE) やポリエーテルエーテルケトン (PEEK) などの高性能ポリマーが使用されています。これらの材料は高温でも優れた強度と安定性を維持し、汚染や耐食性を必要としない食品加工や化学加工に適しています。

高温軸受の種類

高温ベアリングは、設計と用途に応じてさまざまなタイプに分類できます。

深溝玉軸受

この種の軸受は高温耐性に優れ、幅広い用途に使用され、自動車のエンジン、オーブン、窯などの機器によく使用されます。深溝玉軸受はラジアル荷重とアキシアル荷重に耐えるように設計されており、高速運転での使用に適しています。

ころ軸受

円筒ころ軸受や自動調心ころ軸受などは、高温および高負荷の環境に適しており、鉄鋼生産や抄紙機などの用途で一般的に使用されています。ローラーベアリングは耐荷重能力が高く、高温でも安定した性能を維持できます。

スラストベアリングは高いアキシアル荷重に耐えることができ、高温環境でも優れた性能を発揮します。高い精度と安定性が要求される機械によく使用されます。スラストベアリングは、高温でも良好な潤滑と低摩擦を維持するように設計されています。

セラミック深溝玉軸受
セラミック円筒ころ軸受
セラミックスラストベアリング

航空宇宙

ジェット エンジンや宇宙船の部品では、高温ベアリングは極端な温度と高速動作の過酷な条件に耐えます。航空宇宙産業ではベアリングに対する非常に高い要求があり、非常に高い信頼性と耐久性が求められます。

自動車産業

高温ベアリングは、ターボチャージャー、排気システム、エンジン部品において重要な役割を果たしており、高温高圧の作業環境に耐えることができます。自動車産業における高温ベアリングには、優れた耐摩耗性と長い耐用年数が必要です。

製鉄

連続鋳造機、圧延機、高炉などの設備では、高温軸受は極度の高温と重荷重に耐えることができ、生産の継続性と安定性を確保します。鉄鋼製造における高温軸受には、優れた耐熱性と耐疲労性が求められます。

化学工業

化学反応器、ポンプ、コンプレッサーでは、高温ベアリングは腐食性ガスや液体による腐食に耐え、装置の長期安定した動作を維持します。化学産業では、高温ベアリングの耐食性と耐久性に対して高い要件が求められます。

高温ベアリングの取り付け

高温ベアリングの取り付けは、ベアリングの性能と寿命に重要な影響を与えます。インストールに関するいくつかの注意事項を次に示します。

1. クリーンな環境: 取り付けプロセス中は、塵や異物がベアリングに侵入しないように、清浄な環境を確保してください。
2. 正しいインストールツール: ベアリングへの不均一な応力や損傷を避けるために、適切な取り付け工具を使用してください。
3. 適切な潤滑:軸受の種類や使用条件に応じて、適切な高温潤滑剤を選択し、十分な潤滑を確保してください。
4. 正確にフィット: ベアリング、シャフト、ベアリングシートの間のはめあいは、ベアリングの性能に影響を与える不十分または過剰な干渉を避けるために正確である必要があります。
5. 温度管理: 高温環境で作業する場合は、ベアリングの取り付け後に局所的な温度分布を避けるために均一な温度分布を確保してください。 過熱.

高温ベアリングのメーカー

市場には多くの有名な高温ベアリング メーカーがあり、さまざまな高性能高温ベアリング製品を提供しています。

1.SKF: SKFは、優れた性能と信頼性を備え、さまざまな高温用途に適した高温深溝玉軸受およびころ軸受を幅広く提供しています。

2.NSK:NSKの高温軸受製品には、特殊な材料と潤滑剤を使用し、高温環境下でも長期間安定した動作を維持する深溝玉軸受やスラスト軸受などがあります。

3.FAG: FAG は、鉄鋼、自動車、化学産業で広く使用されている高温ローラー ベアリングとボール ベアリングを提供しています。

4.TIMKEN: TIMKEN の高温軸受製品は、優れた高温耐性と耐摩耗性を備えており、過酷な高温環境に適しています。

高温軸受 1

高温ベアリングを選択するにはどうすればよいですか?

高温ベアリングを選択するときは、次の要素を考慮する必要があります。

1. 動作温度: 装置の最高および連続動作温度を決定し、この温度範囲に適したベアリングを選択します。

2. 耐荷重:装置の使用荷重に応じて、ラジアル荷重、アキシアル荷重に耐えられる軸受を選定してください。

3. 潤滑要件: 高温環境に適した潤滑剤を選択し、潤滑システムの信頼性を確保してください。

4. 耐食性: 腐食環境で作業する場合は、耐食性のある材料とコーティングを選択してください。

5. 設置とメンテナンス: ベアリングの設置の利便性とメンテナンスの要件を考慮し、設置とメンテナンスが簡単なベアリングを選択してください。

高温ベアリング-500x500

高温軸受を選択する場合は、上記の基本的な考慮事項に加えて、特定の用途シナリオに基づいた詳細な分析も必要です。詳細な選択手順は次のとおりです。

動作温度の確認

装置の実使用温度範囲に応じて、その温度で長時間安定して動作できる高温用軸受を選定してください。環境中の腐食性ガス、液体、その他の潜在的な化学的影響を考慮し、対応する耐食性を備えた材料を選択してください。

ペイロードのタイプとサイズを評価する

装置にかかる荷重の種類(ラジアル荷重、アキシアル荷重、合成荷重)に応じて、これらの荷重に耐えられる軸受の種類を選定してください。動作中に機器が遭遇する可能性のある最大荷重を計算し、選択したベアリングがこの荷重下でも故障することなく正常に動作できることを確認します。

適切な潤滑剤を選択する

潤滑は、高温ベアリングの性能を保証する重要な要素です。潤滑剤は、高温用グリスや固体潤滑剤(グラファイト、二硫化モリブデン)など、高温でも安定した性能を維持できるものを選択してください。ベアリングは常に良好な潤滑状態にあります。

ベアリングの内部すきまを求める

高温環境では、軸受材料が熱膨張し、軸受の内部すきまに影響を与えます。高温条件下での膨張に適応してベアリングが高温下でもスムーズに動作できるように、適切なクリアランス タイプ (C3、C4 など) を選択します。

ベアリングの取り付けとメンテナンスを検討する

高温環境での取り付けプロセスをスムーズに行うために、取り付けとメンテナンスが簡単なベアリングを選択してください。高温にさらされる軸受は頻繁な点検やメンテナンスが必要となるため、メンテナンス性に優れた軸受タイプを選択することで、ダウンタイムやメンテナンスコストを削減できます。

まとめ

高温軸受は高温環境で広く使用されています。優れた耐高温性、耐食性、長寿命により、多くの産業分野で重要な役割を果たしています。適切な高温ベアリングを選択し、それらを正しく設置し、保守することで、機器の動作効率と信頼性が大幅に向上し、ダウンタイムと保守コストを削減できます。高温ベアリングの将来の開発は、その性能と適応性を継続的に向上させるために、新材料と新技術の適用に依存し続けるでしょう。

よくある質問(FAQ)

Q: 高温ベアリングの最高使用温度は何度ですか?
A: 高温ベアリングの最大使用温度は、通常 150°C ~ 350°C です。一部の特殊なタイプの高温ベアリングは、500°C 以上の高温に耐えることができます。

Q: 高温ベアリングの主な材料は何ですか?
回答: 高温ベアリングの主な材料には、セラミック (窒化ケイ素、ジルコニアなど)、ステンレス鋼、ハイブリッド材料 (スチールの内輪および外輪と組み合わせたセラミックボール)、および高性能ポリマー (PTFE、PEEK など) が含まれます。

Q: 適切な高温ベアリング潤滑剤を選択するにはどうすればよいですか?
回答: 適切な高温軸受潤滑剤を選択するには、動作温度と環境条件を考慮する必要があります。高温用潤滑剤は、高温用グリース、グラファイト、または二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤など、良好な熱安定性と高温耐性を備えている必要があります。

Q: 高温ベアリングの一般的な用途は何ですか?
回答: 高温軸受は航空宇宙、自動車産業、製鉄、化学産業などの分野で広く使用されており、高温、高荷重、腐食環境に適しています。

Q: 高温ベアリングを取り付ける際に注意すべき点は何ですか?
回答: 高温ベアリングを取り付けるときは、清潔な環境を確保し、正しい取り付け工具を使用し、適切な高温潤滑剤を選択し、ベアリング、シャフト、ベアリングシート間の正確な調整を確保し、温度分布を均一に制御し、局所的な過熱を避けてください。

上記の詳細な紹介を通じて、高温ベアリングについての理解が深まったと思います。適切な高温ベアリングを選択し、それらを正しく取り付け、保守することで、装置の効率的かつ安定した動作が確実に保証されます。