ブリネリング

ブリネル変形 （/ ˈ b r ɪ n ə l ɪ ŋ /）は、硬い表面の永久的なへこみです。ブリネル硬度スケールにちなんで名付けられました。ブリネル硬度スケールでは、小さなボールをあらかじめ設定されたレベルの力で硬い表面に押し付け、マークの深さと直径が表面のブリネル硬度を示します。ブリネル変形は表面の永久的な塑性変形であり、通常は接触している 2 つの表面が静止しており（転がり要素とベアリングのレースウェイなど）、材料の降伏強度を超えた場合に発生します。

部品は他の部品と非常に接近してかみ合うことが多いため、ブリネル化は望ましくありません。非常に小さなへこみがあると、チャタリングや過剰な振動などの不適切な動作にすぐにつながり、その結果、剥離などの他の摩耗が加速し、最終的にはベアリングが故障する可能性があります。

ブリネリングは、材料限界を超えるヘルツ接触応力によって引き起こされる材料表面の破損です。これは通常、比較的小さな表面積に大きな荷重力が分散される状況で発生します。ブリネリングは通常、停止中または回転中に大きな衝撃荷重または繰り返しの衝撃荷重によって発生しますが、材料限界を超える力が一度だけ加わっただけでも発生することがあります。

ブリネル化は、重い荷重が長時間静止ベアリングに載っていると発生することがあります。その結果、永久的なへこみ、つまり「ブリネルマーク」ができます。ブリネルマークは、ベアリングレースに沿って等間隔のパターンで現れることが多く、ニードルベアリングやローラーベアリングのくぼみの列やボールベアリングの丸いくぼみなど、ベアリングの主要要素に似ています。これは、ローラーベアリングの故障や、硬化ワッシャーを使用しない場合のボルト接合部の予圧損失の一般的な原因です。 ^[1]たとえば、ブリネル化は、スイベルヘッド内のボールベアリングがハードキャップに溝を作るときにキャスターで発生し、必要なスイベル力が増加して性能が低下します。

エンジニアは、計算で材料のブリネル硬度を使用して、このモードの破損を回避できます。 転がり軸受の静荷重定格は、このタイプの破損を回避するために定義されています。 要素の数を増やすと、荷重をより適切に分散できるため、大きな荷重用の軸受には多くのボールが使用されるか、代わりにニードルが使用されることがあります。 これにより、ブリネル現象が発生する可能性は低くなりますが、摩擦やその他の要因が増加します。 ただし、ローラーベアリングとボールベアリングはラジアル荷重とスラスト荷重には適していますが、非常に高い衝撃荷重、横方向荷重、または振動が発生すると、ブリネル現象が発生しやすくなります。自動車のクランクシャフトやプーリーシーブなど、そのような荷重が発生する用途では、ローラーベアリングの代わりにバビットベアリングまたはブロンズ ブッシングがよく使用され、非常に大きな表面積に力を分散することでブリネル現象の可能性を減らします。

ブリネル化の一般的な原因は、不適切な取り付け手順の使用です。ブリネル化は、ベアリングを穴やシャフトに押し込むときによく発生します。通常は、圧力が適切なベアリングレースにかかっていることを確認し、ボールやローラーを介して一方のレースからもう一方のレースに圧力が伝わらないように注意する必要があります。間違ったレースに押圧力がかかると、レースのどちらかまたは両方にブリネル化が発生する可能性があります。また、特にバイスまたはプレスに鋸歯状のジョーまたは粗い表面がある場合は、プレスまたはクランプの動作によってブリネルマークが残ることがあります。ベアリングのプレスには平らなプレスプレートがよく使用され、一方、ブリネルマークがワークピースに押し込まれるのを防ぐために、バイスには柔らかい銅、真鍮、またはアルミニウムのジョーカバーがよく使用されます。^[2]

似たような損傷は、偽ブリネリングと呼ばれ、フレッティング摩耗によって引き起こされます。 フレッティング摩耗は、ギターのフレットのように、その間に隆起した部分または摩耗していない部分がある状態で、局所的な摩耗痕が均等間隔でパターン化されるときに発生します。 偽ブリネリングには、静止型と歳差運動型の 2 つのタイプがあります。

静止した偽ブリネル現象は、ベアリングの回転運動がなくても発生します。これは、接触体が非常に小さな負荷で互いに振動し、接触面から潤滑剤が押し出されるときに発生しますが、ベアリング アセンブリは移動 (または回転) できず、押し出された潤滑剤を再分配できません。その結果、ブリネル マークに似た細かく磨かれた表面になりますが、接触面は永久に変形していません。このタイプの偽ブリネル現象は、通常、製造時から取り付け時までの輸送中にベアリングに発生します。ベアリングに実際の損傷はありませんが、磨かれた表面はブリネル現象と間違われることがよくあります。偽ブリネル現象は、短い慣らし運転期間後に消えます。^[1]

運転中にフレッティング摩耗が発生することもあり、深いへこみが生じる。これは、回転軸に小さな振動が生じ、それが回転速度と調和して同期し、軸に円形の振動が生じる場合に発生する。振動により軸が歳差運動し、回転速度のタイミングにより、ボールまたはローラーは、同様の位置にある場合にのみレースに接触する。これにより、特定の領域ではベアリングとレースが接触し、他の領域では接触しないために摩耗痕が形成され、不均一な摩耗パターンが残り、破損が発生する前にかなり深くなる可能性があり、ブリネリングに似ている。ただし、ベアリングの動きにより、マークは通常幅が広すぎ、転動体の形状と正確に一致しないため、このタイプの摩耗は真のブリネリングと区別できる。^[1]