セラミック軸受の高温における定格寿命および摩擦摩耗特性に関する研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650101
• Research Institution: Takushoku University
• Principal Investigator: 市川 茂樹 拓殖大学, 工学部, 講師 (80193431)
• Keywords: セラミック軸受 / 高温寿命 / ステアケース法 / 基本動定格荷重 / 14-SN 試験法 / 寿命試験

Research Abstract

従来のweibull法に変えて疲れ試験方法のひとつであるステアケース法を軸受の寿命試験に適用することを試みてきた。ステアケース法は、比較的少ないサンプルサイズで精度良く平均値を求めることができ、weibull法に比べ試験期間の短縮が可能である。常温油潤滑の結果では、市販の軸受鋼(SUJ-2)を用いてステアケース法を実施し、その定格寿命である基本動定格荷重がWeibull法の結果と良く一致する示した。
本研究では、他の軸受材質、潤滑、高温雰囲等の実験条件における定格寿命を求め、各軸受寿命のデータベース化を図ることを目的としている。これまでの成果は、大気中雰囲気200℃における高温域において、SUS軸受および窒化ケイ素軸受のグリース潤滑によるステアケース法を実施し、基本動定格荷重を明らかにした。軸受潤滑では200℃が限界で常温潤滑に比べて、各軸受の基本動定格荷重は約50%程度減少する。SUS軸受に比べ窒化ケイ素軸受は約1.1倍定格寿命が大きくなるが、その優位性は僅かで有ると言える。
大気中200℃・無潤滑での試験結果では、基本動定格荷重は常温の約1/100まで減少するが、SUS軸受に比べ窒化ケイ素軸受の寿命は約1.5倍となることがわかった。寿命に至る破壊の様式も無潤滑では、すべて磨耗寿命となる。磨耗メカニズムは、SUS軸受が接触部の磨耗・磨耗粉の移着で寿命に至るのに対し、窒化ケイ素軸受の磨耗は著しく小さく、破壊の原因は金属材質(SPCC)の保持器の破損が主である。窒化ケイ素軸受では、軸受材質を耐摩耗性材料にすれば定格寿命の向上が期待される。
新たに試験方法として、参考となる定格寿命がない場合にステアケース法を実施する方法を提案した。これは、S-N曲線の傾斜部8個の試験を実施し、その曲線の傾きと標準偏差をステアケース法の初期値(y0およびd)とする方法である。上記の無潤滑による結果は、本方法を用いた結果であり、サンプルサイズの軽減が図れた。