転がり軸受の過熱の原因は何ですか?技術的な根本原因分析

転がり軸受の過熱の主な原因

過熱が単一の単独の要因によって引き起こされることはほとんどありません。多くの場合、熱ストレスを悪化させる相互に関連した条件の結果として発生します。次のカテゴリは、産業用途で最も頻繁に特定される根本原因を表しています。

潤滑不良

潤滑は転がり軸受の生命線です。その主な機能には、転動体を軌道から分離し、熱を放散し、腐食を防止することが含まれます。潤滑が失敗すると、摩擦が指数関数的に増加し、過剰な熱が発生します。

• 潤滑剤の種類または粘度が間違っている: 作動速度に対して粘度が高すぎるオイルやグリースを使用すると、抵抗が増加し発熱が大きくなります。逆に、粘度が低いと十分な弾性流体力学 (EHD) 膜を維持できず、金属間の接触や摩擦加熱が発生します。
• 潤滑剤の劣化: 高温、汚染、または酸化にさらされると、潤滑油基油と増ちょう剤が分解され、膜形成能力が低下します。劣化したグリースは硬化したり、転動体を分離する能力を失ったりすることがあります。
• グリースが過剰または不足している場合: 過剰なグリースがベアリングキャビティを満たすと、撹拌や動作温度の上昇が発生します。グリースが不足すると、グリース不足や境界潤滑状態が発生します。研究によると、より硬いグリース (より高い NLGI グレード) は、回転経​​路への落ち込みを防ぎ、抵抗を低減するため、高速用途でより優れた性能を発揮する可能性があります。
• 非互換性: 異なるグリース化学物質（リチウムベースとポリウレアベースなど）を混合すると、軟化、硬化、油分離が発生し、熱安定性が損なわれる可能性があります。

不適切な取り付けと適合

転がり軸受とその隣接するコンポーネント (シャフトとハウジング) との関係により、内部すきまと荷重分散が決まります。不適切な取り付けは熱性能に直接影響します。

• 過剰な締まりばめ: シャフトまたはハウジングへのはめ込みがきつすぎると、軸受リングが圧縮され、内部ラジアルすきまが減少します。この減少により動作クリアランスがなくなり、転動体が挟まれて極度の摩擦が発生する可能性があります。
• 不十分なクリアランス: 正しくはめ込まれている場合でも、予想される熱膨張に対して低すぎる初期クリアランスを持つベアリングを選択すると、ベアリングが加熱して膨張するにつれて焼き付きが発生する可能性があります。
• 位置ずれ: シャフトとハウジングの間の角度のずれにより、転動体が斜めの経路に沿って移動することになり、不均一な応力と局所的な加熱が発生します。これは、ミスアライメント能力が限られている円筒ころ軸受や針状ころ軸受にとって特に有害です。

過負荷または偏荷重

すべての転がり軸受は、特定の動的および静的負荷容量に対して定格されています。これらの制限を超えて動作したり、ベアリングに不均一な荷重分布がかかると、応力と摩擦が増加します。

• 過負荷: ベアリングの計算された定格荷重を超えると、転動体と軌道の界面での接触応力が増加します。応力が高くなると、弾性変形と摩擦エネルギーが大きくなり、熱として現れます。
• 一方向ベアリングのアキシアル荷重: 大きなアキシアル力を考慮して設計されていないベアリング (標準的な円筒ころベアリングなど) にスラスト荷重を加えると、エッジ荷重と過剰な発熱が発生します。円すいころ軸受またはアンギュラ玉軸受は、複合荷重に対処できるように特別に設計されています。
• アンバランスな回転コンポーネント: シャフトやローターのバランスが崩れると、ベアリングの動的定格を超える周期的な負荷がかかり、摩擦の変動や温度のスパイクが発生します。

汚染と異物

ベアリングに侵入する汚れ、ほこり、金属片、プロセスの破片などの粒子は、熱挙動に大きな影響を与えます。

• 圧痕ダメージ： 粒子は転動体によって転がり、軌道にくぼみができることがあります。これらの「ブリネリング」マークは表面粗さを増大させ、後続の回転要素が接触するときに摩擦を発生させます。
• 摩耗: 潤滑剤中に浮遊する細かくて硬い粒子が研磨剤として作用し、徐々に材料を除去してベアリングの形状を変化させ、ランニングクリアランスの増加と過度の熱を引き起こします。
• 湿気の侵入: 水の汚染により油膜の厚さが減少し、腐食が促進され、表面が荒れて摩耗が促進され、摩擦と温度が上昇します。

不十分な冷却または換気

通常の動作負荷下でも、転がり軸受は放散する必要があるベースライン量の熱を生成します。冷却が不十分であると、徐々に温度が蓄積する可能性があります。

• 空気の流れの制限: 自然対流冷却を備えたマシンでは、ハウジングの周囲に隙間がなかったり、冷却フィンが汚れていたりすると、熱が閉じ込められる可能性があります。
• 冷却システムの故障: 液冷ハウジングでは、冷却剤通路の詰まり、冷却剤レベルの低下、またはポンプの故障により、軸受領域からの熱の除去が妨げられます。
• 周囲温度が高い場合: すでに暖かい環境で動作すると、熱放散に利用できる温度差が減少します。