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応力緩和について

軸受を圧力で固定する場合に生じる現象である応力緩和について掲載しています。

軸受をハウジングに固定する方法には様々な様式がありますが、一般的には、軸受とハウジングの間にシメシロを与えて圧入固定することが多い。
このように、軸受にシメシロを与えてハウジングへ拘束した状態において、高温雰囲気にさらされると、シメシロによって発生した応力が緩和される現象が生じる。これを「応力緩和」と称している。

ここで、応力緩和の発生モデルを図1に示す。
ハウジングに圧入されたブッシュは、温度T1(常温)において、ブッシュ-ハウジング間に半径方向応力δr1が生じる。
温度が上昇するに伴い、ブッシュの熱膨張によって応力δrは増加するが、同時に軸受材料の許容応力δmも低下する。
温度T3まで半径方向応力δrは増加するが、温度T3を超えると材料の許容応力δmの低下曲線に沿って材料が降伏し、半径方向応力δrは低下する。
温度T4から冷却が始まると、図1の点線に示すように、半径方向応力δrは消失し、ブッシュ-ハウジング間に隙間が生じる。

図1 応力緩和の発生モデル

応力緩和は、耐熱温度の低い樹脂系材料に多く見られるが、雰囲気温度によっては金属系材料においても生じる。
応力緩和が生じた場合には、常温状態において、圧入固定された軸受がハウジングから脱落したり、軸とのクリアランスが消滅し、軸受が軸に抱き付き軸受の外径側で摺動することなどから、場合によっては作動不良を生じることがある。
応力緩和による不具合を対策するには、ハウジングと軸受間にシメシロを与えない中間バメを適用し、軸受の抜け止めや回り止めの施工を必要とする。さらに軸の熱膨張量を加算したクリアランス設計を実施する必要がある。また、熱膨張係数の小さい軸受を選定することも必要である。

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