エムティ精工株式会社
企業広報部
転がり軸受は運転中に故障が発生する可能性があります
転がり軸受は運転中にさまざまな原因で損傷する可能性があり、例えば組み立ての不適切、潤滑不良、湿気や異物の侵入、腐食、過負荷などにより、軸受の早期損傷を引き起こす恐れがあります。取り付け、潤滑、保守が正常であっても、一定期間運転すると、軸受には疲労はく離や摩耗が発生し、正常に動作できなくなります。要するに、転がり軸受の故障原因は非常に複雑です。転がり軸受の主な故障形態と原因は以下の通りです。
1. 疲労はく離
転がり軸受の内外輪軌道面と転動体表面はいずれも荷重を受けながら相対的に転動します。交番荷重の作用により、まず表面下の一定の深さの位置に亀裂が生じ、その後接触面に向かって進展し、表層が剥離してピットが生じ、さらに大規模な剥離へと発展します。この現象が疲労はく離です。疲労はく離は運転中の衝撃荷重、振動、騒音を増大させます。通常の場合、疲労はく離は転がり軸受の故障の主な原因となることが多いです。一般的に、軸受の寿命とは軸受の疲労寿命を指し、軸受の寿命試験は疲労試験のことです。試験規則では、軌道面または転動体に面積0.5mm²の疲労はく離ピットが発生した時点で軸受寿命が終了したとみなすと規定されています。転がり軸受の疲労寿命には大きなばらつきがあり、同一ロットの軸受でも、最高寿命と最低寿命の差は数十倍、場合によっては数百倍に達することがあります。これは別の観点から転がり軸受の故障監視の重要性を示しています。
2. 摩耗
塵埃や異物の侵入により、軌道面と転動体の相対運動によって表面摩耗が生じ、潤滑不良も摩耗を悪化させます。機械の運動精度が低下し、振動や騒音も増大します。産業機械用軸受の場合、摩耗量が軸受の寿命を制限することが多いです。
また、フレッティング摩耗というものも存在します。軸受が回転していない時、振動の作用により転動体と軌道接触面の間に微小かつ繰り返しの相対すべりが生じることで摩耗が発生し、軌道面に振動状の摩耗痕が形成されます。
3. 塑性変形
軸受が過大な衝撃荷重や静荷重を受けた場合、あるいは熱変形による付加荷重が生じた場合、または高硬度の異物が侵入した場合、軌道面に圧痕や傷が形成されることがあります。これにより軸受は運転中に激しい振動と騒音を発生するようになります。そして一度圧痕が生じると、圧痕によって生じた衝撃荷重はさらに周辺の表面のはく離を引き起こす可能性があります。
4. 発錆
腐食は転がり軸受の比較的深刻な問題の1つであり、高精度軸受は表面腐食により精度を失い、使用を継続できなくなる恐れがあります。水や酸性・アルカリ性物質が直接侵入すると軸受の腐食を引き起こします。軸受の運転が停止した際、軸受温度が露点まで低下し、空気中の水分が凝縮して軸受表面に水滴が付着することでも発錆の原因となります。さらに、軸受に電流が流れた場合、電流が軌道面と転動体上の接触点を通過し、薄い油膜がスパークの原因となって電食を引き起こし、表面に洗濯板状の凹凸が形成されることもあります。
5. 破断
過大な荷重により軸受部品が破断する場合があります。研削、熱処理、組み立ての不適切は残留応力を引き起こし、運転中の過大な熱応力も軸受部品の破断を引き起こす可能性があります。また、組み立て方法や組み立てプロセスの不適切により、軸受軌道輪のつばやころの面取り部に欠けが生じる場合もあります。
6. 焼付き
潤滑不良、高速・高負荷の条件下で動作する場合、摩擦熱により軸受部品は極めて短時間で非常に高温に達し、表面の焼損や焼付きが生じます。焼付きとは、一方の部品の表面の金属がもう一方の部品の表面に付着する現象のことを指します。
7. 保持器の損傷
組み立てや使用の不適切により保持器が変形し、転動体との摩擦が増加し、一部の転動体が拘束されて転動できなくなることもあり、また保持器が内外輪と摩擦する場合もあります。この損傷はさらに振動、騒音、発熱を悪化させ、軸受の損傷を引き起こします。