転動体の欠陥を理解する
転動体の欠陥 転がり軸受の玉やころの損傷、欠陥、不完全性のこと。このような欠陥には、表面の剥離、亀裂、埋め込まれた汚染、材料の介在物、腐食、幾何学的な不完全性などがあります。損傷した玉やころがベアリング内を回転すると、内側と外側の軌道面に衝突し、次のような現象が発生します。 振動 で ボールスピン周波数（BSF） 特徴的な サイドバンド の間隔で配置されている。 ケージ（基本波）周波数（FTF. .転動体の欠陥は、4つの典型的な局所的欠陥の1つである。 ベアリングの欠陥, インナーレース、アウターレース、ケージの故障と並んで。.
軌道面欠陥に比べ、発生頻度は低く、ベアリング故障のおよそ10～15%を占めますが、発生した場合、特徴的な、時には混乱を招くようなシグネチャーが発生し、ベアリングの完全な故障へと急速に進行する可能性があります。この欠陥は、負荷ゾーンに固定されるのではなく、エレメントと共に回転するため、その振動はレース欠陥とは異なる挙動を示します。.
1.定義圧延要素の欠陥とは何か？
転動体とは、ボールベアリングのボール、ローラーベアリングの円柱、針、円錐ローラーなど、転がりながら2つのレース間で実際に荷重を支える部品のことです。その表面は、精密に仕上げられ、焼入れされた軸受鋼の表面であり、きれいに転がるためには幾何学的に完璧でなければなりません。製鉄所で生まれたものであれ、使用中に生じたものであれ、その表面に亀裂が生じれば、それが応力を高め、衝撃の原因となる。.
エレメントの欠陥がレースと接触するたびに、小さなインパルスが発生する。ケージが1周する間に、エレメントは外側レースと内側レースに1回ずつ接触するため、1つの欠陥がエレメント1回転につき2回の衝撃を発生させる傾向があります。これらの衝撃の繰り返し率は、ベアリングの形状（ボール直径、ピッチ直径、接触角、エレメント数）によって固定されるため、この欠陥には、2×BSFとは明らかに異なる、計算可能なシグネチャー周波数が与えられます。 運転速度 またはその 倍音.
2.転動体の欠陥の種類
表面スポール
最も一般的な転動体の欠陥。転がり接触疲労により、材料の薄片が表面から剥がれ落ち、クレーターやピットが残ります。スポールは通常、最初は0.5～3mmの大きさですが、キャビティの鋭利なエッジがレースにぶつかり、さらに破片が流出するにつれて大きくなります。スポールがレースを通過するたびに衝撃が発生し、BSFで振動が発生し、2×BSFが頻繁に支配的になる。参照 剥離 疲労のメカニズムについて)
ひび割れ
クラックは過負荷、衝撃損傷、疲労によって発生し、表面破断と表面下破断がある。クラックは、破片が離脱するまで伝播し、その時点でスポールになる。亀裂は、その前に検出することは困難であり、深刻なケースでは、ボールが破壊され、断片化し、突然の壊滅的な破壊を引き起こす可能性があります。.
材料のインクルージョン
製造上の欠陥で、軸受鋼に異物や空隙が混入すること。介在物は応力集中を引き起こし、早期疲労を引き起こしますが、通常は介在物の周囲で剥離が発生するまで検出されません。クリーンで高品質な軸受鋼が唯一の予防策です。.
汚染の埋め込み
エレメント表面に押し込まれた硬い粒子（汚れ、研削砥粒、金属片）が盛り上がった凹凸を形成し、パスするたびにレースに衝撃を与える。また、このくぼみは応力上昇となり、スポールの核となります。その結果、BSFで衝撃振動が発生し、その根本的な原因は、ほとんどの場合、シーリングや濾過の不備にあります。 ベアリング潤滑 清潔さ。.
腐食と湿気による損傷
水の浸入や結露は錆の原因となる、, ピット, そして表面粗さである。腐食した部分は疲労開始部位として機能する。適切なシーリングと腐食を抑制する潤滑剤がそれを防ぎます。.
ブリネリングとへこみ
ベアリングの落下、取り扱い時の衝撃、静的な過負荷などの衝撃荷重は、エレメント表面に永久的なくぼみを残します。また、機械が静止している間の振動によっても、誤ったブリネリングが発生することがあります。このようなへこみは、衝撃と応力集中を発生させます。慎重な取り扱いと正しい取り付けが治療法です。.
3.振動シグネチャー
周波数コンテンツ
圧延要素の欠陥は、認識可能なパターンを生成する。 振動スペクトル:
- 一次周波数： BSFでは通常2-3倍のスピードで走る。.
- 強いセカンドハーモニック： 2×BSFは基本波より大きいことが多いが、これは素子が回転するたびに欠陥が両方のレースにぶつかるためである。.
- サイドバンドの間隔： FTF（ケージ周波数）サイドバンド ない 1×サイドバンド。これは、インナーレース故障との重要な識別要素である。.
- パターン： BSF±FTF、BSF±2×FTF......というように、ケージ周波数で間隔をあけてピークの「ピケット・フェンス」を構築する。.
衝撃は短時間で高周波であるため、通常は生のスペクトルに埋もれてしまい、復調後に初めてはっきりと現れる。. エンベロープ分析 を整流し、バンドパスフィルタをかけて繰り返しレートを露出させる。 エンベロープスペクトル は、BSF/FTFファミリーが最も目につくところである。近縁の 軸受欠陥周波数 インナーレース、アウターレース、ケージの診断ツールキット。.
ベアリングの4つの故障を見分ける
| 特徴 | アウターレースビーピーエフオー) | インナーレースBPFI) | 転動体（BSF） |
|---|---|---|---|
| 一次周波数 | BPFO (3-5×) | BPFI (5-7×) | BSF (2-3×) |
| サイドバンド間隔 | なしまたは最小限 | ±1×（シャフト速度） | ±FTF（ケージスピード） |
| 振幅安定性 | 比較的安定している | 安定した | 可変（ボールの位置によって異なります） |
| 発生 | 最も一般的なもの（~40%） | 共通 (~35%) | 最も一般的（～10～15%） |
振幅変動
球欠陥の特徴として、測定された振幅が測定値間で揺れ動くことが挙げられる：
- 不良素子がロードゾーンを転がるとき、衝撃は固く、振幅は大きい。.
- 同じエレメントがベアリングの無負荷側にある場合、接触は軽く、振幅は低下する。.
- この変調は、ケージ周波数によって支配され（それゆえ、FTFのサイドバンド）、単純な変調を行うことができる。 トレンド しかし、レベルが上がったり下がったりすること自体が、ローリングエレメントの故障の診断になる。.
4.進行と結果
欠陥の開発
- 開始: 小さな表面クラックや地下の介在物。.
- マイクロ・スポール ほんのわずかな材料が、自由になる。.
- スポールの成長： スポールエッジでの衝撃が損傷を伝播させる。.
- 複数の剥落： 循環する破片が表面を摩耗させ、さらなる欠陥を生む。.
- ボールの断片化： ひどい場合は、ボール全体が割れてバラバラになる。.
- 完全な失敗だ： ベアリングは荷重を支える能力を失い、しばしば焼き付く。.
二次被害
- レースのダメージ 欠陥のあるエレメントは、内側と外側の両方のレースウェイを損傷する。.
- 瓦礫の循環： 剥離した材料は、ベアリング全体に三体磨耗を引き起こす。.
- ケージのダメージ 荒削りな要素がケージポケットを着用している。.
- 急速な劣化： ひとつのエレメントが損傷すると、他のエレメントもすぐに追随するため、検出可能な欠陥と故障の間は短い。.
5.一般的な原因
製造および材料の欠陥
- 元素材料中の内部介在物または空隙。.
- 不適切な熱処理により、不十分な硬度や不均一な硬度が残ること。.
- 表面仕上げの欠陥。.
- 真円でないボールのような幾何学的な欠陥。.
取り付けの損傷
- 取り扱い時の衝撃 - ベアリングを落としたり、ぶつけたりする。.
- 静的過負荷によるブリネリング、または静止中の振動による偽ブリネリング。.
- フィッティング中に混入した汚染物質が表面に埋め込まれる。.
動作条件
- 潤滑が不十分なため、表面が荒れたり、微小溶接が生じたりする。.
- 転がり接触疲労を加速させる過負荷。.
- ベアリングを通過する迷走電流が、フルーティングや孔食を引き起こす。.
- エレメント表面を侵す腐食環境。.
- 硬い粒子による汚染がくぼみを作っている。.
6.検出、診断、是正処置
振動解析
- 特定の軸受形状についてBSFとFTFを計算する - a ベアリング欠陥頻度計算機 は、シャフト速度とベアリング寸法をそのままBPFO、BPFI、BSF、FTFに変換します。.
- エンベロープスペクトルからBSFのピークを探す。.
- FTFサイドバンドパターンを確認する。.
- 2×BSFをチェックすると、振幅が基本波を超えていることが多い。.
- 予想される振幅の変動は、それ自体が確証となる。.
現場では、広帯域レベルの測定、スペクトラムのキャプチャー、エンベロープ分析の実行という一連の流れが、まさにポータブル2チャンネル・アナライザーのために作られたベアリング診断です。その バランセット-1A これにより、分析者は機械を取り外すことなく、その場でBSFファミリーとそのFTFサイドバンドを発見し、次のようなツールで損傷を分類することができます。 ベアリング損傷分類器 (ISO 15243). .また、同じ測定器を使えば、交換を決断する前に、ベアリングの不具合が単なる構造的なものでなく、本物であることを確認することができます。.
身体検査
- ベアリングを分解し、各ボールまたはローラーを個々に点検する。.
- 破片、ひび割れ、埋め込まれた材料、腐食を探す
- 表面の粗さ（滑らかな部分とざらざらした部分）を感じる。.
- 幾何学的精度（真円度外れ）をチェックする。.
- 整備記録のために、すべての不具合を写真に撮る。.
是正措置と根本原因
当面の対応としては、以下のように監視頻度を増やすことである。 欠陥の重大度, ベアリングの交換を計画し、レースに二次的な損傷がないかチェックする。ベアリングの選定と定格の見直し、潤滑の適切性の確認、汚染源の究明、設置方法の監査、故障が早まった場合のベアリング仕様のアップグレードの検討などである。これらの発見を構造化された 状態監視 一過性の失敗を未然に防ぐのがプログラムだ。.
転動体の欠陥は、軌道面の欠陥よりも一般的ではありませんが、正確な診断のためには、FTFサイドバンドを伴う特徴的なBSFシグネチャを明確に理解する必要があります。エンベロープ解析による早期検出により、欠陥が深刻な軸受損傷や致命的な故障に至る前に、計画的なメンテナンスが可能になります。.
