滑り軸受の材料の概要

機能的な信頼度およびすべり軸受の取り付けの耐久性は、特定の軸受の設計では、2 つの材料、すなわち軸受と軸の特性、および潤滑剤の特性に左右されます。操作条件により、2 つの滑り部品の材料または潤滑剤の影響が大きくなります。

軸受の材料を選択する際には、設計パラメータ、操作条件、経済的な要件が基本となります。滑り特性以外に、荷重の大きさと特性、軸受による滑り速度と動作温度の範囲、潤滑剤の品質と種類、潤滑の信頼度、周辺環境の影響、要求される寿命、経済要因をすべて考慮する必要があります。軸受の材料を正しく選択するためには、滑り、メカニカル、および物理的な各特性を考慮に入れる必要があります。

すべり軸受の需要は多岐にわたるため、一般に使用される軸受の材料ではすべての用途に対応できません。個々のケースで、また選択する部分的なオプションについて、最も優先順位の高い需要を決定する必要があります。静水圧軸受または流体潤滑ゾーンで作動する軸受の場合、強度を維持するために、まず軸受の設計と潤滑剤の選択に注意を向ける必要があります。流体潤滑ゾーンについても計算結果が示されている、制限潤滑ゾーンで作動する軸受、および潤滑剤不要のすべり軸受の場合、材料の滑り特性を考慮する必要があります。このような滑り特性は、摩擦が混合するゾーンの基準指標になります。

軸受の材料を評価するための主な基準は、以下のとおりです。

• シージング耐性
• 硬い粒子のアダプティブと吸収性
• 疲労強度
• 耐食性
• 摩擦耐性
• 摩擦係数の値

上記の基準の意味と順位は、条件により異なります。このような条件では、運転特性、緊急特性、潤滑剤による湿り度、硬度、熱導電率、熱膨張率、密度などの基準も考慮できます。

軸受の材料で最も重要なカテゴリには、錫と鉛の合成、錫と鉛を含む銅合金、アルミ合金、その他の材料(ねずみ鋳鉄、多孔性金属など)、プラスチック、その他の非金属材料(グラファイト、ラバー、木材など)が含まれます。軸受材料の主要なカテゴリの機能的な基準を、次の表に示します。

軸受材料	鋼シャフト使用時のシージング耐性	硬い粒子のアダプティブと吸収性	油に接触した場合の耐食性	疲労強度
錫合成	優良	優良	優良	非常に劣る
鉛合成	優良	優良	平均	非常に劣る
銅錫合金	非常に劣る	非常に劣る	良	優良
銅錫鉛合金	平均	不良	不良	良
アルミ錫合金	良	良	非常に劣る	平均
銅鉛合金	不良	平均	優良	優良
ねずみ鋳鉄	非常に劣る	非常に劣る	平均	優良
混合プラスチック	優良	優良	優良	-
グラファイト	優良	平均	優良	-

軸受の材料の硬度が高くなると、荷重と摩擦耐性も高くなります。軸受の材料が柔軟になると、軸表面への損傷傾向が低くなり、適応性、運転特性、および顕著な特性である硬質粒子の吸収性も向上します。したがって、軸とすべり軸受部品の要素間には材料の硬度の差が絶対必要であるという条件が当てはまります。軸受の材料を使用する場合、次の点を確認する必要があります。

• シャフトの硬度を十分に高くする(通常は 100 HB 以上)。
• 2 つの滑り部品の肌の指示記号を推奨値に合わせる。
• 確実な給油とその清浄性を維持する。

次の仕様表に、すべり軸受の取り付け材に関する特性の概略値を示します。

材料	平均硬度 HB (20 °C)	平均硬度 HB (100 °C)	引張強さ[MPa]	引張弾性係数[MPa]	最大許容動作温度[°C]
錫合成	26	9	80	48 000	110
鉛合成	22	8	77	30 000	100
銅錫合金	80	60	250	110,000t	250
銅鉛合金	30	25	60	85 000	160
銅錫鉛合金	60	50	300	98 000	220
アルミ銅合金	60	40	400	70 000	120
アルミ錫合金	35	30	150	65 000	120
鋼鉄	160	150	550	210 000	250 超
鋳鉄	200	190	250	150 000	250 超

数種類の軸受材料についての主要な特性、最大荷重、適切な使用例を次の項で説明します。