偏心運動生成駆動ギアの回転運動を主軸と可動コーンの偏心(軌道)運動に変換し、可動コーンと固定コーンの間の隙間を周期的に開閉することで破砕作用を生み出します。
トルク伝達: ピニオンギアからのトルクを(偏心ギアとの噛み合いを介して)メインシャフトに伝達し、鉱石や岩石などの硬い材料を粉砕するのに十分な力を確保します。
耐荷重: 破砕中に発生する半径方向および軸方向の荷重(最大数千キロニュートン)を支え、フレームとベアリングに均等に分散します。
潤滑チャネルハウジング内部のオイル通路からメインシャフトとベアリングに潤滑油が供給され、高速回転時(通常 150~300 回転数)の摩擦と熱の蓄積が軽減されます。
ブッシング本体高強度合金鋼(例:42CrMo、35CrMo)または高品質鋳鋼(ZG42CrMo)製の厚肉円筒構造。外周には、ピニオンギアと噛み合う大きなギア(偏心ギア)が備えられていることが多く、その弾性係数は10~25、歯数は30~80です。
偏心ボア: 外径に対してオフセット(偏心)を持つ中央の穴。通常、破砕機のモデルに応じて5~20mmです。このオフセットによって可動コーンのストロークが決定され、破砕効率と処理量に直接影響します。
ギアの歯: ブッシングの外周面に一体成形または溶接され、インボリュート歯形(圧力角20°)によりピニオンギアとのスムーズな噛み合いを確保します。歯幅は150~400mmで、高トルク伝達用に設計されています。
潤滑通路: 主な潤滑システムに接続する内部のドリル穴または溝。ブッシングとメインシャフト間のインターフェース、および上部ベアリングと下部ベアリングにオイルを供給します。
フランジまたはショルダーブッシングの一端にある放射状の突起で、スラスト軸受面として機能し、軸方向の荷重を吸収してフレームに対する軸方向の動きを制限します。
耐摩耗ライナー: ベアリング青銅(例:ZCuSn10Pb1)またはバビット金属で作られた交換可能な内側スリーブで、ブッシングとメインシャフト間の摩擦を減らすために内腔に押し込まれます。
材料の選択:
高強度鋳鋼(ZG42CrMo)は、その優れた機械的特性(引張強度800MPa以上、降伏強度600MPa以上、衝撃靭性45J/cm²以上)から選ばれています。熱処理後も良好な焼入れ性と耐摩耗性を示します。
パターンメイキング:
木材、発泡材、または3Dプリント樹脂を用いて、ブッシングの外径、偏心穴、ギア歯(簡略化)、フランジ、潤滑通路の位置を再現した実物大のパターンを作成します。収縮許容値(2~2.5%)が加えられており、ギア歯と厚肉部にはより大きな収縮許容値が設定されています。
パターンには偏心内部ボアとオイル通路を形成するコアが含まれており、オフセットの寸法精度を保証します。
成形:
内径とギア歯部をそれぞれ独立した中子で成形した樹脂結合砂型を作製します。鋳型と中子には、金属の浸入を防ぎ、表面仕上げを向上させるため、耐火性コーティング(アルミナ系)を施します。
金型は、偏心(オフセット)が設計仕様(許容差±0.1 んん)を満たすように、内部コアを正確に位置合わせして組み立てられます。
溶かして注ぐ:
鋳鋼は電気炉で1530~1570℃で溶解され、強度と靭性のバランスをとるために化学成分がC 0.38~0.45%、Cr 0.9~1.2%、モ 0.15~0.25%に制御されます。
注湯は底注ぎ取鍋を用いて行われ、乱流を抑制し、鋳型、特に歯車の歯の細部への完全な充填を確実にするため、流量(100~200 kg/s)を制御します。注湯温度は1490~1530℃に維持されます。
冷却とシェイクアウト:
鋳物は熱応力を最小限に抑えるため、鋳型内で72~120時間冷却され、その後振動によって除去されます。残留砂はショットブラスト(G18鋼グリット)で洗浄され、表面粗さはRa50~100μmに抑えられます。
熱処理:
焼準(860~900℃、空冷)により結晶構造が微細化され、続いて焼戻し(600~650℃)が行われ、硬度が220~260 HBWに低下して加工性が向上します。
荒加工:
鋳造ブランクは、偏心治具を備えたCNC旋盤に取り付けられ、外径、フランジ面、および外歯車基準面を5~8mmの仕上げ代を残して加工します。内径は、±0.2mmの許容差で偏心量を確保するために荒削りされます。
ギア加工:
外歯歯車はCNCホブ盤を用いて荒削りされ、仕上げ代は0.5~1mmです。歯車パラメータ(弾性係数、圧力角、歯数)は、ピニオンギアと一致するように精密に制御されています。
硬化のための熱処理:
ギア歯部と外面は2~5mmの深さまで高周波焼入れされ、HRC 50~55の表面硬度を実現することで耐摩耗性を向上させています。内径と軸受面は靭性を高めるため、硬度を低く抑え(HRC 25~35)、硬度を低く抑えています。
200~250℃で焼戻しを行うと、硬化による残留応力が軽減され、その後の機械加工中に割れが発生するのを防ぎます。
仕上げ加工:
外径とギア歯数:外面と歯車の歯はCNC歯車研削盤を使用して仕上げ研削され、歯形偏差≤0.02mm、表面粗さRa0.8μmのAGMA6~7の精度を実現します。
内径: 偏心内孔は仕上げ加工され、IT6 の寸法公差でホーニング加工され、表面粗さは ラ0.4 μm で、耐摩耗性ライナーとの適切なフィットを保証します。
潤滑通路: オイル穴と溝は、メインシャフトの潤滑システムに合わせて正確な位置(±0.2 んん)でドリルで穴あけされ、タップされています。
耐摩耗ライナーの取り付け:
ブロンズ製またはバビット製のライナーは、油圧プレスを用いて内径に圧入されます。確実な接合を確保するため、0.05~0.1 mmの締まりばめが行われます。ライナーの内面は、メインシャフトの直径に合わせて仕上げ旋削加工されます。
バランス調整:
組み立てられた偏心ブッシングは、質量偏心を補正するためにバランシング マシンで動的にバランス調整され、動作速度での振動レベルが 0.1 んん/s 以下になることが保証され、ベアリングの過度の摩耗が防止されます。
材料試験:
化学組成分析(発光分光法)により、合金の含有量が基準を満たしていることを確認します(例:42CrMo:C 0.38~0.45%、Cr 0.9~1.2%)。
鋳造サンプルの引張試験により、引張強度 ≥ 800 MPa、伸び ≥ 12% の機械的特性が確認されます。
寸法精度チェック:
座標測定機 (CMM) は、偏心 (内軸と外軸のオフセット、許容差 ±0.05 んん)、ギア パラメータ、内径/外径許容差などの主要な寸法を検査します。
レーザー トラッカーは、外側のギアと内側の穴の同心度を検証し、メイン シャフトとの位置合わせを保証します。
硬度および微細構造試験:
歯車の歯の表面硬度は、ロックウェル硬度計を使用して測定されます(HRC 50~55 が必要)。
金属組織分析により、硬化層の深さと均一性がチェックされ、過剰なマルテンサイトや亀裂がないことが保証されます。
非破壊検査(非破壊検査):
超音波検査(ユタ州)では、ブッシング本体の内部欠陥(収縮孔、亀裂など)をφ2mm以内のサイズ制限で検査します。
磁性粒子試験 (MPT) は、ギアの歯や応力が集中する領域 (フランジの根元など) の表面の亀裂を検出します。
パフォーマンステスト:
回転テスト: ブッシングをテスト装置に取り付け、動作速度で 2 時間回転させ、振動と温度を監視して安定性を確認します。
荷重テスト: 模擬軸方向荷重 (定格荷重の 120%) を 1 時間適用し、テスト後の検査で変形やベアリングの故障は確認されません。