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回転シャフトとベアリングの材料選定に関する問題
2023/10/19 10:44
- 回転シャフトとベアリングの材料選定に関する問題が発生しています。
- ステンレスシャフトと真鍮ベアリングの組み合わせで回転不良が起こっており、その原因を知りたいとのことです。
- 現在の材料ではステンレスと真鍮の金属同士がこすれ合い、摩耗や色付けが起こっている可能性があるようです。
回転シャフトとベアリングの材料選定に関し
2015/12/14 10:03
現在、50回転/s程度で回転するギアシャフトに
SUS304センターレス丸棒を加工したシャフトに
真鍮で加工したスリーブをベアリング代わりにしギアを回転させています。
潤滑材はリチウム石鹸系グリスを塗布しております。
公差はレンジで0.1mmあり熱膨張も考慮したつもりです。
しかし、ロットによりステンレスシャフトと真鍮ベアリングに食付きが起こり
回転不良を起こしてしまいます。
分解してみると、ステンレスシャフトに金色に真鍮がこすれて色がついています。
真鍮内部は表面粗度0.8にしておりましたが、ヤスリでこすった様に
削られています。
なぜこの様な現象が起こってしまうのでしょうか?
勝手な想像ですが、ステンレス304が粘りがあるからでしょうか?
これから、SUSは303、真鍮を砲金 グリス粘度を下げてみようと考えて
いますが、根拠はありません。
原因がわかる方がいらっしゃいましたらアドバイスお願いします。
質問者が選んだベストアンサー
軸と軸受けのクリアランスが大きすぎて接触部面圧が高く、油膜破壊が起きて
焼け付、凝着に至ったのではないかと推測します。
まずは最高温度の見積もりをしてクリアランスをできるだけ小さくし、接触部面圧を下げることが必要と考えます。
さらなる対策:
イグス、大同メタル、オイレスなどの無給油軸受けやTAKANOなどの含油樹脂を採用するのは難しいのでしょうか?
無給油でも使えるだけで給油すると低摩擦係数化や寿命増加が見込めます。
あと、軸の方もできればバニシング加工や弾性砥粒ブラスト等で表面の凸部を除去するとか、硬質クロムメッキやPTFE含有ニッケルメッキなどのメッキやコーティングも凝着防止に役立つと思います。
真鍮にこだわるならグリスのちょう度は上げて、二硫化モリブデンやPTFE、窒化ホウ素等の極圧剤入りのグリスを利用することをお勧めします。
(軸に焼き付けるのもあり。)
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その他の回答 (7件中 1~5件目)
もう皆さんが記載していますが、軸受には、
? すべりところがりとでは、周速度で切り訳があります
すべりは、オイレス、三協オイレス、DUブッシュ、等々のカタログを確認すれは、
PV値等の説明で記載があります
ころがりは、NTN、NSK、旧KOYOのカタログが参考になります
? すべりでも、隙間と潤滑油の種類により、すみ分けがあります
会社毎に、標準を作成し、運用していますよ(ネットでも公開ありかな?)
さて、内容ですが、ステンレスは粘りがあり、使用時に摩耗等でや酸化膜で、摩擦係数が
が高くなり、発熱をして焼付きをおこしていると考えられます。
冷却目的の潤滑油が必要かもしれません、(使用時に、温度を定期的に計るか、モニタリング
してみたら、必要か必要でないかが判るのでは?)
お礼
2015/12/15 11:21
年末で、お忙しい中ありがとうございます。
全てではありませんが、ベアリングメーカーに来ていただきアドバイスを
貰ったのですが、ここへきて不具合が発生してしまったのです。
(この部分以外はNTN、NSK、オイレスの摺動部品を使っているので
それ以外のメーカーは聞くに聞けないので聞いておりません)
ですが、シャフトの公差はセンターレスなので決まっているとして、
スリーブベアリングとの公差はどの程度が良いのか色々試験するしかなく
数種類のレンジで色々試作確認した経緯があります。
サーモセンサーで計ってもシャフトの温度は30℃程度なので気にしていませんでした。
ただ、摺動面は真鍮が焼き付いているので、実際は高温になっていたかは不明です。
分解した時には、冷めてますから
まず、御指摘にあるように、酸化膜を疑って再調査と試験をしてみます。
ありがとうございました。
>>50回転/s程度
って
50RPS=3000RPM
なんで
普通にベアリング入れないと
削れちゃうわな
お礼
2015/12/15 10:59
年末の、お忙しい中御教授ありがとうございます。
たっ確かにそうですですよね。
私の質疑の仕方が問題ありでした。反省します。
確かに、50rpsって「程度」では済まされませんよね
これは、連続動作ではなく最長でも20秒程度の動作で実際の回転数本来もっと少ないのです。
いやっまだ表現が難しい。すみません。
まぁ通常考えればおっしゃる通りベアが必要なのですが、何十回と試作して
いままで基準値の5~6倍の動作でも支障が無かったのに、ここへきて基準値までも行かなかったのが???になってしまったのです。
もう一度、以前の試験データを考察し一からやり直してみます。
ありがとうございました。
使用温度が明記されていないが、此処らが最もネックなのである。
低粘度のリチウム系グリースでは温度により油膜が切れて焼き付き易くなる。
50℃以上であればグリースよりも固形潤滑剤入りワックスという乾式の方が、
遥かに焼き付き難くなることは、既に広く知られていると思われます。
何れにせよ潤滑の良否が焼き付きに直結するので注意深く検討しなければ。。
更に突っ込んで考えればヘルツ応力と表面硬さからピッチングなども荷重に
よって、表面疲労も考慮しなければなりませんから侮れませんよ潤滑は。。。
オイレスブッシュは既に紹介されているが、固形潤滑剤を特注できますから
最良の潤滑材を選定し、まづ使用環境で実際に使って試験する他はない。
ここらの塩梅を最も分かっているのは設計者である貴殿であろうと思います。
回答(4)氏の、お礼に↓が在ったので・・・50 r/s は無いだろーと思ったが?
>当初は、オイレスで検討もしていましたが回転も少ないので
そもそも
>現在、50回転/s程度で回転するギアシャフトに
回転数の表示に規定があるのかは知らんが一般にはr/mかr/sで表示するだろう
・・・調べてみるか・・・w
「rpm(アールピーエム)は、回毎分(英語:revolution per minute)または
回転毎分(英語:rotation per minute)の略で、回転などの周期的現象が1分
間に繰り返される回数を示す単位である。回毎分、回転/分 や r/min などと
も表記される。1 rpm = 1 min-1 = (1/60) rps = (1/60) s-1 である。国際単
位系 (SI) に含まれる単位は s-1(毎秒)だが、併用単位として min-1(毎
分)も使え、計量法では rpm(回毎分)も認められている。」by wiki ペチャ
貼り
ん?確かJISでは r/mだった気がするが?役所向けはこうだぞ??
・・・調べてみるか・・・汗
JISZ8000-3 「量及び単位-第3部:空間及び時間」
回転数(rotaition)?・・・時間がない断念・・・
お礼
2015/12/15 10:52
何末のお忙しい所、御教授ありがとうございます。
すみません、正規に記載するのが筋ですよね。お恥ずかしいです。
温度の件ですが、サーモセンサーで計っても、約30℃程度で温度による潤滑剤の劣化は考えにくいかな?と判断しておりました。
回転数は程度と記載していましたが、実際連続動作時間は少なく、本来であればベアリングを使用するのが良いのでしょうが、精密機械でも産業用機械でもなく、建築用の金物なので、仕様頻度も少ないので、極力そういった部品を削除
すると言うのが本来の目的なのです。
元々はこのアセンブリ品で耐久テスト(使用を考慮した試験)の動作回数の5~6倍以上持久していたのですが、ここへきて初期の動作不良が起こって
しまったのです、しかも規定回数以下で。。。
そこで、試作からの変更点と言えば、シャフトとグリスだけなのに
どうして、こんなことになるのかその原因が解らなかったので、質疑させて
もらいました。
昨日から、いろいろ調査した結果、みなさまの御意見に有った様に
グリスが悪い可能性がおおきくなりました。
グリスは某ベアリングメーカーとグリスメーカーとで共同開発したグリスなのですが、摺動性能が以前使っていた汎用とちがい、防錆性能を強化しており
それが悪さしているのではないかとの見解です。
正直、グリスってなんでも一緒だろ。などと思っていましたが
まさかの状態です。
おっしゃる通り、あなどるなかれでした。
また、色々確認試験をしてみます。
ありがとうございました。
プレーンメタルの場合、硬度差が大きい方が良いと思います。
SUS系が必要ならこんなものもあります。(耐蝕性は落ちます)
めっき材は、かえって悪くなる場合があるので、あまりおすすめはしません。
http://www.e-mss.co.jp/product/shaft3.html
お礼
2015/12/14 16:16
何末のお忙しい所、御教授ありがとうございます。
なるほどです。
ただ、こだわってはいないのですが、シャフトの長手方向と直角に
押しピン用の穴が必要で、その加工が焼き入れする場合非常にコストが
掛かった事で、断念したのです。
真鍮の方が硬度が低いので良いかと考えておりました。
再度、本件も視野に入れ検討して試験してみます。
ありがとうございました。
シャフトには特定のラジアル方向に負荷が掛かってういますか?
掛かっていればその方向に特に真鍮が削られていますか?
対策は、スーパーオールラウンダーの回答(1)さんが挙げられている
通りです
寸法さえ適合すれば、真鍮の代わりに市販のオイレスブッシュにする
ことをお勧めします
それが叶わなければ
・シャフトに油溝を設けると共にグリースを定期的に補充する
・潤滑油滴下による強制潤滑にする
などが考えられます
お礼
2015/12/14 16:28
何末のお忙しい所、御教授ありがとうございます。
はい、おっしゃる通りです。
オイレスブッシュも当初検討しておりましたが、金属ノンボールベアで検討すると、非常に高価で採用を見送りました。
シャフトとギアの接面にグリスとラップを設けていますが
今度は、真鍮スリーブとの接面にも一カ所今度はオイルトラップを追加し
再度岩魚内さんの御意見も参考に再度試験してみたいと思います。
ただ、ノーメンテで封印した内部構造なので、注油が今後どうなるか考え物です。
ありがとうございました。
お礼
2015/12/14 16:13
何末のお忙しい所、御教授ありがとうございます。
当初は、オイレスで検討もしていましたが回転も少ないので真鍮切削で
最終確認し、問題は無かったのですがここへきて異常が発生してしまいました。
公差も当初は少なかったのですが、症状が発生したので少々大きくした経緯が
あるのです。
もしかしたら、逆だったのかもしれません。再度公差に関し逆修正してみます。
また、メッキの以降の件、こちらも試験してみます。
先程、某グリスメーカーが来社し、打合せしたところ、どうもグリスが
悪影響を及ぼしているそうで、使用しているリチウム石鹸が悪い可能性が
出てきたので、合わせて確認してみます。
ありがとうございました。