摩耗保護ソケットのベアリングキャビティとメインシャフトを金属同士の直接接触から保護し、高速回転(500~1500 回転数)と軸方向荷重(最大数千キロニュートン)による摩耗を軽減します。
摩擦軽減: 低摩擦表面(潤滑状態での摩擦係数≤0.15)を実現し、メインシャフトとソケット間のエネルギー損失と熱発生を最小限に抑えます。
負荷分散メインシャフトからソケットまでの軸方向および半径方向の荷重を均等に分散し、局所的な応力集中を防ぎ、両方のコンポーネントの耐用年数を延ばします。
アライメント補正: わずかな弾性により主軸とソケット間のわずかなずれを許容し、動作時の振動や騒音を低減します。
ライナー本体: 中空円筒形のスリーブで、軸受青銅(例:ZCuSn10Pb1)、バビット金属(錫ベース:スン 83~85%、SB 11~13%)、または鋼板裏打ちバイメタル(焼結青銅層を有する鋼板)で作られています。壁厚は破砕機のサイズに応じて5~15mmです。
内側ベアリング面: 主軸と直接接触する表面は、低粗さ(ラ0.8~1.6μm)の精密機械加工が施されています。潤滑油を保持し、摩擦を低減するために、多くの場合、円周方向に油溝(深さ0.5~2mm)が設けられています。
外面: ソケットのベアリングキャビティに干渉嵌め合い(0.01~0.05 んん)でフィットし、ソケットに対する回転を防止する円筒形またはわずかにテーパー状の面。
フランジ(オプション): ソケット内の軸方向の動きを制限するために一端にラジアルフランジがあり、大きな軸方向荷重がかかってもライナーが確実に固定された状態を保ちます。
潤滑機能:
オイル溝: 内面の軸方向または螺旋状の溝が接触領域に沿って潤滑剤を均一に分配し、乾いた摩擦を防止します。
油穴:外面と内部の溝をつなぐ小さな穴(φ3~φ6mm)がソケットの潤滑溝と揃い、オイルの流れを確保します。
面取り: 両端のエッジが丸みを帯びており(半径0.5~2mm)、取り付けが容易になり、ライナーとシャフトの接合部での応力集中を防止します。
材料の選択:
軸受青銅(ZCuSn10Pb1)は、高い圧縮強度(300MPa以上)、良好な熱伝導性、そしてスチールシャフトとの適合性から好まれています。その組成は、スン 9~11%、鉛 0.5~1.0%、残部Cuに調整されており、硬度はHB 80~100です。
鋳造:
遠心鋳造溶融青銅を回転する鋳型(1000~3000 回転数)に流し込み、緻密で均一な構造を持つ円筒状のスリーブを成形します。この方法は、同心性を確保し、気孔率を最小限に抑えます(体積比5%以下)。
砂型鋳造フランジ付きライナーの場合、油溝または油穴を形成するための中子付き砂型を使用します。薄肉部への完全な充填を確保するため、注湯温度は1000~1100℃です。
熱処理:
青銅ライナーは、鋳造応力を軽減し、機械加工性を向上させるために、500~600°C で 1~2 時間焼鈍処理され、その後ゆっくり冷却されます。
機械加工と仕上げ:
荒加工鋳造ブランクを旋盤で加工し、外径、内径、フランジ(該当する場合)を0.5~1mmの仕上げ代を残して加工します。
仕上げ加工内外面は精密旋削加工により、寸法公差(IT6~IT7)と表面粗さRa0.8μmを実現しています。内径はホーニング加工により、優れた真円度(≤0.005mm)を実現しています。
オイル溝加工: 潤滑剤の保持を最適化するために、正確な深さと間隔で内面に溝がフライス加工またはブローチ加工されています。
スチールシェルの準備低炭素鋼 (Q235) スリーブを所望の外寸に引き抜きまたは機械加工し、その後洗浄して粗面化 (サンドブラストなど) し、ベアリング層との結合を強化します。
支持層の適用:
焼結青銅粉末(例:CuSn10)を保護雰囲気(窒素)中で800~900℃で鋼殻上に焼結し、0.5~2mmの厚さの多孔質層を形成します。
ロールボンディング薄い青銅板(厚さ0.3~1mm)を高圧(100~200MPa)下で鋼製のシェルに冷間圧延し、冶金結合を形成します。
最終加工: 内面は必要な寸法と粗さに仕上げ加工され、必要に応じて油溝が追加されます。
材料試験:
化学組成分析(分光分析)により、材料規格への準拠を確認します(例:ZCuSn10Pb1:スン 9~11%、鉛 0.5~1.0%)。
硬度試験(ブリネル)により、ブロンズライナーの硬度が HB 70~90 であることが保証され、耐摩耗性と延性のバランスが保たれます。
寸法精度チェック:
座標測定機 (CMM) は、内径/外径、壁の厚さの均一性、フランジの厚さを検査し、重要な寸法の許容差は ±0.01 んん に制御されます。
内面の真円度と円筒度は真円度試験機を使用して測定され、不均一な摩耗を防ぐために 0.005 んん 以下の値を保証します。
微細構造分析:
金属組織検査では、多孔性(青銅の場合 5% 以下)とバイメタル ライナーの結合品質(鋼とベアリング層の間に剥離がない)が検査されます。
パフォーマンステスト:
摩擦係数試験: トライボメータは、シミュレートされた荷重 (10~50 MPa) と速度 (500~1500 回転数) 下での摩擦を測定します。潤滑下では 0.15 以下の値が必要です。
摩耗試験: ピンオンディスクテストでは、ライナー材料を 10⁶ サイクルで試験し、重量損失を 5 ミリグラム 以下に制限して長寿命を確保します。
フィットと組み立てチェック:
ライナーはテストソケットに試しに装着され、干渉嵌合を検証します。歪みのない軽いプレス力 (5~20 キロニュートン) が必要です。
内径は標準のメインシャフトサンプルとの互換性がチェックされ、負荷がかかった状態でも拘束されずにスムーズに回転することが保証されます。