ハイブリッドセラミックベアリングは接触応力が大きいのに、一般ベアリングに比べて寿命が長いのはなぜですか?

ハイブリッド セラミック ベアリングは、潤滑不良や深刻な汚染などの過酷な作業条件に適しています [2-3]。 セラミック材料の剛性が本質的に高いため、ハイブリッド セラミック ベアリングのヘルツ接触面積はわずかに小さくなり、その結果、同じサイズの全鋼製ベアリングよりも接触応力と表面下の応力が大きくなります。 理論的には、これはベアリングの疲労寿命の短縮につながります。 ただし、一部の特定の用途では、ハイブリッド ベアリングの耐用年数が長いことが観察されています。 この異常現象はどうやって説明すればいいのでしょうか？ それをモデル化するにはどうすればよいでしょうか? この論文は、これらの質問に答えるだけでなく、一般的な軸受寿命モデルが現場観察をうまくシミュレートし、説明できることも示しています。 ハイブリッドベアリング用のSKF汎用ベアリング寿命モデルが利用可能になりました。

ハイブリッドベアリングのリング材質は軸受鋼で、転動体の材質はベアリンググレードの窒化ケイ素（Si3N4）です（図1）。 窒化ケイ素は、高硬度、高弾性率、高温耐性および耐薬品性、低密度、低導電率、および低延性を特徴とするセラミック（非金属）材料です。 窒化ケイ素セラミック材料は優れた絶縁体であるため、ハイブリッド セラミック ベアリングを AC および DC モーターおよび発電機に使用して、ケーシングとシャフトの間に効果的な絶縁を形成できます。 全鋼製ベアリングと比較すると、ハイブリッド ベアリングは潤滑不良や固形汚染物質が存在する条件下でも良好に機能しますが、同じ荷重下ではセラミック転動体の剛性が高いため、接触応力は高くなります。

図 1 ハイブリッド ボール ベアリングとローラー ベアリングはさまざまなサイズのセグメントで利用可能

さらに、ハイブリッド ベアリングは、同じ動作条件で同じサイズの全鋼製ベアリングよりも高速性能が向上し、ほとんどの場合寿命が長くなります。 ハイブリッド ベアリングは、高加速度、振動、または振り子運動の条件下でも非常に優れた性能を発揮します。 工作機械のスピンドルやターボチャージャーなどの高速アプリケーションには、特別なベアリング設計、特別な材料、潤滑システムが必要です。 この傾向は今後も続くと予想されており、他の多くの現代の産業用途でハイブリッド ベアリングの独自の機能が認識され、活用されるようになるでしょう。

セラミックを軸受材料として使用することは、航空宇宙用途向けの極温度軸受を製造するために 1960 年代に初めて提案されました。 完全に緻密なホットプレス窒化ケイ素は、コンポーネントの転がり接触疲労試験により、他のセラミック材料と比較して最高の転がり接触疲労 (RCF) 耐性を持つことが証明されています。 一見同一に見えるセラミックボールの製造ロット間でも、疲労耐性に大きな違いが観察されました。 1980 年代に、Lorösch ら。 (1980) [4] ハイブリッドセラミックアンギュラ玉軸受の疲労寿命試験を実施しました。 最高品質のセラミック ボールを使用した結果、接触応力が 12% 増加したにもかかわらず、ハイブリッド セラミック ベアリングの転がり接触疲労耐性は、同じ荷重下で全鋼製ベアリングのそれに匹敵することがわかりました。 しかし、セラミック ボールの 2 番目のバッチに対する追加のテストでは疲労寿命が低いことが判明し、セラミック ボールの品質が疲労寿命性能にとって重要であることが示唆されました。

セラミック転動体の品質と信頼性は、ここ数年で大幅に向上しました。 非破壊検査 (NDE) 法の導入と、窒化ケイ素材料の精製と焼結における継続的な進歩のおかげで、エンジニアは最終的に、信頼性の高い転がり接触疲労耐性を備えたセラミック ボールを開発することができました (Galbato et al.、1992)[5]。 このため、高速工作機械スピンドルでのハイブリッド セラミック ベアリングの使用が 1990 年代に大幅に増加し、これらの機械コンポーネントの高速性能と精度に大きく貢献しました (Cundill、1993) [6]。 図 2 は、セラミックスの疲労強度の向上を示しています (Cundill、1990) [7]。
これは、製造プロセス全体にわたるホットプレス焼結プロセスの改善と、空隙率と表面欠陥の継続的な減少（現在は非破壊検査によって制御できるようになりました）に起因します。

SUN RISES GROUP LIMITED SKF ハイブリッドセラミックベアリング 在庫表示;