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軸の磨耗による機器トラブルの解決方法とは？
- ベアリング内輪と軸の接触部分の磨耗が問題となっています。内輪に茶色の焼けたような痕があり、軸にも擦れたような痕が見られます。
- 機器はベアリングユニットと六角止めねじ２本を使用して軸を固定しています。内輪はφ３０（０～＋１８μm）、軸φ30公差h9です。
- 問題の解決には、ベアリング内輪と軸の磨耗を防ぐ対策が必要です。適切な潤滑を行い、定期的な点検と保守を行うことが重要です。
- 機械設計
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フレッティングコロージョンはしまりばめにすると発生しないとは言い切れません。 それは、フレコロは振幅が2～20μmといった微少な振動により発生するため 焼きばめしたものでも荷重が大きいと発生します。 鉄道車両の車輪と軸受けは油圧プレスで圧入されますが、それだけではフレコロを完全になくせないため、 極圧添加剤入りのグリースをはめあい面に塗布し、軸にもフレコロ防止の工夫がされています。 今回のケースは重荷重ではなさそうなのではめあい面に極圧添加剤入りグリースを塗り、なおかつアダプター取り付けすればなくなるのではないかと推測します。 なお、H9のハメアイは中間ばめです。ベアリングの内径はΦ30に対し公差は0～プラスになっています。軸がH9だと0～マイナスとなりその組み合わせは中間ばめです。 しまりばめにするにはK6くらいになります。ベアリングのカタログに書いてあると思います。 参考HPの棒グラフのような表記がわかりやすいです。 NSKで出している小冊子にもベアリングの内外径のΔｄｍｐ（公差）とはめあいの関係が棒グラフのように表記されているのがあるのですが 今手元になくて紹介できません。 必要なら後で追記します。
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回答（８）の補足事項にお答えします。 回転慣性については回転体の力学を参照してください。回転体は理想的には回転中心に対しその質量２次モーメント（回転慣性）が釣合っていないと， 回転バランスが悪くなって，振動などの原因になります。慣性バランスとは中心軸回りの質量２次モーメントのモーメント（３次モーメント）の総和が ゼロとなることを意味します。 たとえば自動車のホイルなどはバランス調整錘をつけて回転時のアンバラン スを補正しています。アンバランスがあると回転数によって危険な領域（共 振）が発生します。こうした場合，回転数を少し動かすだけで改善できる場 合もありますが，いずれにしろ回転系のバランスについては配慮が必要で す。お伺いしている内容では慣性質量の大きな部品は無いようにも思えますので，主動ローラーまたは駆動系の歯車等回転軸心のずれの可能性が高いと 思います。振動の原因を正確に把握することが解決への第一歩だと考えま す。
回答８さんがご心配しているようなことがあるのであれば そちらを改善するのが第一です。原因を放置して対処療法というのはよくありませんので。 モーターや軸、フレームに振動はありますか？ 振動測定器があると測定できますが、ベアリングチェッカーのような加速度のみを測定するものはだめです。 今回のケースでは加速度よりも変位、速度が重要です。 200ｒｐｍくらいではベアリングチェッカーでの診断は難しいです。
お礼
ありがとうございます。 フレッティングコロージョン、偏心ということが原因ではないかと推察して 再現性試験の検討をしてみます。 とにかく、試験でフレコロが発生しないこと、偏心ではハイスピードカメラ等で点の軌跡を確認するなどの試験を試みようと思います。 いろいろ本当にありがとうございました。 また質問をした際には、アドバイス宜しくお願い致します。 大変参考になり、ありがとうございました。 まずは、フレコロの発生について再現試験をしてみます。
回答（7）補足事項にお答えします。 やはり軸偏心で回転側（軸）が振動している可能性が高いように思います。 共振等が原因なら,1～2割位回転数を落とす方法もあるとは思います。 ３相交流モーターならインバーターを繋げば容易に減速できます。 減速ができなければやはりはめあいをきつくして,軸心の精度をあげるしか ないかもしれませんが,もう一度回転軸側に偏荷重がないか確認してくださ い。ローラーやギヤまたはスプロケットなど慣性負荷の回転釣合いに問題は ありませんか？回転を上げて回してみればアンバランスの原因はすぐにわか ります。
補足
教えてください。 慣性負荷の回転釣合いに問題とは、具体的にどのような事でしょうか？ 機器には、主動ローラーのみ取り付けられております。 （モーターは中空軸タイプです。）
回答（6）の補足にお答えします。設計強度面ではなんら問題ないように思い ます。搬送荷重も特に問題にするレベルではなく,内輪のはめあいも中間～ すきまばめでよいと思います。ローラー駆動時,軸受に振動が出ていませんか。振動で止めねじが緩み内輪が共回りしていませんか？もしそうなら,ねじ ロック等を塗布して止めねじを確実に締め付け直してください。 また回答（5）で検討されているように,はめあいが甘いと内輪と軸の軸心がずれてシンクロ回転しない（振動する）ことも考えられます。止めねじは2点止めですか？2点め止だとその可能性も拭えません。対向側に止めねじをもう一箇所増やすことは可能ですか？
補足
ありがとうございます。 内輪の「はめあい」ですが、 内輪：３０φ ０～＋１８μm。軸：３０φ ｈ9（０～-５２）になります。 この場合、min７０μm、max０mになりますが、これでも中間ばめと言って良いのでしょうか？ 止めネジですが、既製品で１２０度に２箇所のみで固定する仕様です。このため増やすことができません。 公差をｈ７等にすることや、違う方法で軸を固定する方法を検討することが必要なのでしょうか？ どう思われますか？
提示の機械が設計段階で十分検討されたものどうかかわからないので，設計上の確認をステップを追って説明します。 ?主動軸の軸径の妥当性を確認ください。 モーターの出力P（ｋW)，軸の回転数N（rpm）とすれば軸に発生する最大トルクT（Nm)はT＝9550ηP/N （η：機械系の効率）で計算できます。 たとえば2馬力（1.5ｋW）のモーターであればη＝0.9として T=64.5Nmと求まります。ここにΦ30の軸の極断面係数はZ＝πｄ＾3/16＝5300mm3 ですから 回転負荷に対し軸に発生する最大ねじり応力τは τ＝1000T/Z＝12.2 N/mm2 と計算できます。このレベルなら鋼軸に対し問題はありません。実際には主動軸に加わる荷重による曲げも考慮する必要がありますが，ここでは省略します。 ?ベアリングの選定に問題がないかチェックします。 主動ローラーに掛かる荷重をWとします。主動ローラーはチェン駆動ですか？ そうであれば主動ローラー側のスプロケットのピッチ径をDｓとします。 ベアリングに加わる垂直力の最大値 Wbは Wb＝W＋2T/Ds になります。 Wbはベアリングの基本定格荷重（カタログに記載されている10＾6回動作を保証する荷重）に対し十分余裕がありますか？ ??で問題なければ実使用時に振動負荷や衝撃負荷が加わっている可能性があるので調査してみてください。??の何れかに問題があれば，軸サイズを上げることで解決できます。
補足
?の計算をしてみました（0.4ｋｗモーター） T＝9550×0.9×0.4/200＝17.19Nm τ＝1000×17.19／5300＝3.24N/mm2になります。 見込みとしてはどうでしょうか？ ?モーターは0.4ｋｗ １/7.5のギアードモーターで同心中空軸タイプです。 ３０φの軸の左右にベアリングユニットがあり、ベアリングユニットの外側 にモーターがあります。 荷重の計算ができないのですが、最大毎分7.5kg程度のものを垂直方向に搬送しております。 ベアリングのカタログでは、ラジアル荷重19.5KNと記載されておりました。 何かアドバイスを頂けたらと思います。
参考HPにある写真11-1のような状態でないですか？ フレッティングコロージョンという現象ではめあいが甘いために発生します。 もしフレッティングである場合ははめあい以外の対策もあります。 状況について追記してください フレッティングコロージョンは微動摩耗とも言われており、軸と内輪が微小すべりを起こして腐食しながら摩耗する現象です。 はめあいをきつくする方法もありますが、それが出来ない場合は潤滑する方法があります。 二硫化モリブデンのような極圧添加剤の入った出来れば高粘度のグリースを軸と内輪に塗るといいと思います。 もう一つピローユニットを使っているならばホローセットタイプでなく <<http://www.ntn.co.jp/japan/products/catalog/pdf/bu/pdf/bu-02.pdf のP64～P65にあるアダプタータイプを使用する方法もあります。 これは止めネジのかわりにテーパのアダプターを使用するため軸のはめあいが大きめでも確実に固定できます。
補足
ＨＰを確認しました。 写真のような痕がベアリングの内輪にあります。特徴としては、内輪と軸が接触している箇所だけで、六角止めネジで押さえている部分にはありません（隙間があるためと見ております）。また、軸にも内輪、主動ローラーと接触している箇所には、写真のような痕があります。 宜しくお願い致します。 教えてください。 フレッティングコロージョンは微動摩耗とのことですが、このフレッティングコロージョンにより軸が磨耗（軸径が細くなる）するよなことに至るというのは、微動により、軸又は内輪が磨耗して隙間が大きくなり六角止めネジでの押さえが効かなくなったという考えになるということでしょうか？ フレッティングコロージョンは、隙間が大きい場合に起こりやすい、つまり、隙間を無ければ（締りばめ）起こらないと考えて良いのでしょうか？
主動ローラーとあるので、ベルトコンベヤか何かの機械でしょうか？ 詳しい仕様が判らないし、現場を見ている訳でもないので想像でしかないが、 ベアリングユニットの六角穴付止めネジはメーカーにより適正な締付けトルク が規定されているが、トルクレンチを使わない場合が多く締付け過ぎることが ままあるようです。そこで、もしかしてメネジ部から微細な亀裂でも発生して いれば起動の最大トルク時にスリップし、最高速回転で安定というのも頷ける 出来れば機械停止時にでも内輪止めネジ周辺部を更に詳細に見ることを薦める
お礼
ありがとうございます。 六角止めネジの推奨締め付けトルクを確認し、製造上どのようにしていたのか確認してみます。
１．多分、私が思うにベアリングに対する荷重は足りているとしても スラスト加重も掛かって加重オーバーとなってませんか？ ２．ベアリングユニットに初回の給油を、行いましたか？ 初期段階ではグリスは入って無いので焼き付きますよ （軸がすれた？と言うのはネブレた様な後では） ３．ベアリングユニットとはピローブロック？ ピローは基本的にスラスト加重に対応してませんよ！ ４．もしかして六角止めネジで軸のスラストを固定しようとしてませんか？ 軸がスラスト方向に最初は動き止めネジが緩くなってしまいます 結果的に止めネジが緩んでベアリングの回転負荷より軸とベアリングの インナー負荷が軽い為に軸部分で回転してしまいます。 ＊その場をしのぐには軸が使えるとした場合に、止めネジの穴と同位置に キリ穴で窪みを付け止めネジでその部分を押さえる事と 出来ればスラストをベアリングユニットのインナー部で受ける事かな！
補足
１．スラスト荷重を計算・計ることができないため、不足しているかどうか判断できないのですが、もし不足している場合にはどのようなことが起こるのでしょうか＞ ２・無給油タイプですので給油はしておりません。 ３．ひし形フランジタイプです。 ４．設計寸法から考えると、内輪と軸は「すきまばめ」になります。このため、内輪と軸がシンクロ回転させるために六角止めネジで締めております。 主動ローラーにはベルトが張られており、従動ローラー間で回転しております。ベルトも少しは蛇行しているので、スラスト荷重はあると思っております。
モーターの姿勢次第ではモーターの荷重がすべてベアリングに掛かりますね。 ベアリングユニットの剛性不足が気になります。 取付けネジの選定、もしくは軸の追加工も必要では？
お礼
ありがとうございます。 トルクアームのボルトにも荷重は掛かりますが、殆どの荷重は軸に掛かるものと見ております。 もう少し調べてみます。
特徴からするとベアリングが回転していないように感じます。 ベアリングはスムーズに回転しますか？ 回転していないのであれば、軸ごと交換。 あとはなぜスムーズに回転しなくなったのかを確認しないと再発する恐れがあります。
お礼
早速の回答ありがとうございます。 一応、ベアリングは回転しております。 ベアリングと軸に印を付け、回転していることを確認しました。 何かか原因で、機器稼動後に発生するようです。
お礼
大変参考になりました。ありがとうございました。 教えていただいた点を中心に試験をしてみます。