エムティ精工株式会社
企業広報部
軸受の損傷の4つの段階を分析しました
転がり軸受は回転機械に広く使用されている消耗部品の1つでもあります。回転機械の故障の多くは転がり軸受に関連しており、軸受の動作品質は機械の稼働状態に大きな影響を与えます。軸受に不具合が生じると、機器の異常な振動や騒音が発生し、深刻な場合には機器の破損に至ることもあります。転がり軸受の状態を正しく監視・診断することは、現代企業の設備最適化管理および予知保全における重要な側面です。
転がり軸受の故障発生の4つの段階：
転がり軸受の構造に対応し、転がり軸受には4種類の故障周波数が存在します：保持器の故障周波数、転動体の故障周波数、外輪の故障周波数、内輪の故障周波数です。これらの軸受の故障周波数の算出には専用の数式が存在しますが、実務での計算は煩雑です。この機能プラグインを使用すれば、軸受の型番とメーカーを入力するだけで、各種軸受に対応した故障周波数を取得することができます。
第1段階は、軸受の故障が発生し始める萌芽段階です。この時点で温度は正常、騒音は正常、総振動速度および周波数スペクトルは正常ですが、ピークエネルギーの総量と周波数スペクトルに徴候が現れ、故障の初期段階であることを示します。この段階では、超音波域の約20～60kHzの範囲に実際の軸受故障周波数が現れます。
第2段階では、温度は正常、騒音はわずかに増加し、総振動速度はわずかに上昇し、振動スペクトルに顕著な変化はありませんが、ピークエネルギーは大幅に増加し、スペクトルがより明瞭になります。この段階での軸受故障周波数は約500Hz～2kHzの範囲に現れます。
第3段階では、温度はわずかに上昇し、騒音が聞こえるようになり、総振動速度は大幅に上昇し、振動速度スペクトル上に軸受故障周波数とその高調波、側波帯が明確に確認できるようになり、振動速度スペクトル上の騒音レベルが大幅に上昇します。ピークエネルギーの総量は第2段階と比較して大きくなり、スペクトルはより明瞭になります。この段階での軸受故障周波数は約0～1kHzの範囲に現れます。第3段階の後期には軸受の交換を推奨します。この時点では肉眼で確認できる摩耗などの転がり軸受の故障特徴が既に現れているはずです。
第4段階では、温度が大幅に上昇し、騒音の強さが顕著に変化し、総振動速度および振動変位が大幅に上昇し、振動速度スペクトル上の軸受故障周波数が消失し始め、代わりに大きなランダムな広帯域高周波ノイズの地平線が現れます。ピークエネルギーの総量は急激に増加し、不安定な変動が生じる場合があります。故障が第4段階に進んだ軸受を絶対に運転させてはならず、そうした場合、壊滅的な故障が発生する恐れがあります。
そのため、実務で軸受の問題に直面した際には、軸受故障の進展における第4段階には予測不可能な突発的な危険性があることを考慮し、第3段階の後期に軸受を交換することを推奨します。これにより故障の拡大やより深刻な事故を回避することができます。またこの時期には軸受上に肉眼で確認できる摩耗や部品の損傷といった転がり軸受の故障特徴が現れているため、交換の判断における説得力も高まります。第3段階後期の軸受故障の進展の識別については、上述の理論的特徴に基づき、実際の温度、騒音、速度スペクトル、ピークエネルギースペクトル、速度およびピークエネルギーの全体的な推移、ならびに実務経験を組み合わせて総合的に判断する必要があります。