DE112012000490T5

DE112012000490T5 - Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer und Verfahren zur Schätzung der Lebensdauer für ein Wälzlager

Info

Publication number: DE112012000490T5
Application number: DE112012000490T
Authority: DE
Inventors: Takashi Ito; Takumi Fujita
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2011-01-17
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2013-12-19
Also published as: CN103328947B; US20130298704A1; JP2012149892A; US9329100B2; WO2012098979A1; CN103328947A; JP5615726B2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer einer Wälzlagervorrichtung, die mit einem inneren und einem äußeren Ring und mehreren Wälzelementen, welche zwischen jeweiligen Wälzoberflächen des inneren und des äußeren Rings eingefügt sind, ausgerüstet ist, bereitgestellt. Die Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer umfasst eine Erhebungshöhenschätzungseinheit zur Schätzung der von einer der Wälzoberflächen des inneren und des äußeren Rings, in der sich die Eindrückung gebildet hat, gemessenen Erhebungshöhe der Eindrückung aus der Tiefe oder der Eindrückungsgröße der Eindrückung gemäß einer vorherbestimmten Regel und eine Lebensdauerschätzungseinheit zur Schätzung der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus gemäß einer Regel, die durch die Beziehung zwischen der Erhebungshöhe der geschätzten Eindrückung und der Rate der Abnahme der Wälzermüdungslebensdauer und einer dynamischen äquivalenten Belastung bestimmt ist.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beruht auf der am 17. Januar 2011 eingereichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-006569 , deren gesamte Offenbarung hier durch Nennung als Teil dieser Anmeldung aufgenommen ist, und beansprucht ihre Priorität gemäß PVÜ.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
(Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer und ein Verfahren zur Schätzung der Lebensdauer für einen Wälzlageraufbau, die fähig sind, die Lebensdauer und die Restlebensdauer des Wälzlageraufbaus genau zu schätzen.
(Beschreibung des Stands der Technik)
Es ist seit langem bekannt, dass die Lebensdauer eines Wälzlageraufbaus von verschiedenen Bedingungen einschließlich zum Beispiel der Betriebsbelastung, dem Schmierzustand und den Materialien, die zur Bildung des Wälzlageraufbaus verwendet wurden, abhängt. Die Bewertung der Lebensdauer des Lageraufbaus wurde bisher durch die Verwendung einer mathematischen Lebensdauerberechnungsformel durchgeführt, die unter gebührender Berücksichtigung von Bedingungen wie zum Beispiel der Betriebsbelastung, dem Informationszustand und den verwendeten Materialien formuliert wurde (siehe das nachstehend angeführte Nichtpatentdokument 1). Diese mathematische Lebensdauerberechnungsformel wird gegenwärtig verwendet, um den Zeitraum zu schätzen, für den der Wälzlageraufbau eingesetzt werden kann, wenn er unter einer bestimmten Bedingung verwendet wird, oder um die Bedingung zu schätzen, unter der der Wälzlageraufbau während der erforderlichen Einsatzzeit verwendet werden kann, ohne einen Bruch zu erleiden. Der Wälzlageraufbau wird im Allgemeinen unter der Einsatzbedingung verwendet, die gemäß der Lebensdauerformel vorgeschrieben wird, weshalb kein Problem auftreten sollte, solange der Lageraufbau unter der gewöhnlichen Einsatzbedingung eingesetzt wird.
Es wurde jedoch herausgefunden, dass die Lebensdauer des Wälzlagers auf dem Markt oft problematisch ist. Dies scheint daran zu liegen, dass der tatsächlich verwendete Wälzlageraufbau unter einer Bedingung eingesetzt wird, die sich von der Gestaltungsbedingung unterscheidet und/oder, dass ein Fremdstoff, der in ein Schmiermittel eingemischt ist, eine Schädigung wie etwa zum Beispiel eine Eindrückung oder dergleichen an einer Lageroberflächenschicht hervorruft. Aus diesen Gründen wurden einige Verfahren vorgeschlagen, um die Restlebensdauer des Wälzlageraufbaus im Einsatz abzuschätzen. Diese bisher in der Technik vorgeschlagenen Verfahren zur Schätzung der Restlebensdauer umfassen, unter anderem, ein off-line-Verfahren von einer Art, bei der eine Veränderung in dem Material eines der im Einsatz stehenden Wälzlageraufbauten, der als Probe gezogen wurde, untersucht wird, um den Zeitpunkt des Austauschs der gesamten Lageraufbauten zu bewerten, wie in dem nachstehend angeführten Nichtpatentdokument 2 besprochen ist, und ein on-line-Verfahren von einer Art, bei der die Verwendungsbedingungen der einzelnen Lageraufbauten an ihrer Verwendungsstelle untersucht werden, um den Zeitpunkt des Austauschs der einzelnen Lageraufbauten zu bewerten, wie in jedem der nachstehend angeführten Patentdokumente 1 bis 3 besprochen ist.
Als eines der on-line-Restlebensdauerschätzungsverfahren wurde wie in dem nachstehend angeführten Patentdokument 3 offenbart ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die Belastung auf den Lageraufbau im Einsatz, die Anzahl seiner Umdrehungen, der Zustand eines Schmieröls und die Größe einer Eindrückung, die durch den Fremdstoff gebildet wird, aus Werten, die von verschiedenen Sensoren ausgegeben werden, geschätzt werden, so dass die Restlebensdauer dieses Lageraufbaus geschätzt werden kann. Nach diesem Verfahren ist die Beziehung zwischen der Eindrückungsgröße und der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus durch die folgende Formel ausgedrückt. L₁₀ = L_10c × 10^{(0,0038dlog(P/C)-0,272log(d)+0,416)} (1), wobei L₁₀ eine Lebensdauer (h) von 10% darstellt, L_10c die berechnete Lebensdauer (h) darstellt, d den Durchmesser der Eindrückung (μm) darstellt, P die Belastung (kgf) darstellt, und C die dynamische Tragfähigkeit (kgf) darstellt.
(Dokumente des Stands der Technik)
(Patentdokumente)

Patentdokument 1: Japanische Patentschrift Nr. 3880455
Patentdokument 2: Japanische Patentschrift Nr. 3842055
Patentdokument 3: Japanische Patentschrift Nr. 4504065

(Nichtpatentdokumente)

Nichtpatentdokument 1: Junzo Okamoto, "Korogarijikuuke to Korojikuuke no Doteki Fukayouryou – Lun D1 berg-Palmgren Riron no Shoukai –", Chiba Daigaku Kougaku-bu Kikai Kogaku Youso Kouza (1988) (Junzo Okamoto, "Wälzlager und dynamische Belastungskapazitäten von Wälzlagern – Ausführliche Protokolle zur Theorie von Lun D1 berg-Palmgren –", Vorlesungen zu mechanischen Elementen an der Universität Chiba, Abteilung Maschinenbau, Technische Fakultät (1988))
Nichtpatentdokument 2: Noriyuki Tsushima, Kukuo Maeda, "Bearingu Enjinia", 49 (1984), pp. 25–34 (N. Tsushima et al., "Bearing Engineer", 49 (1984), pp. 25–34)
Nichtpatentdokument 3: Kazutoshi Toda, Tsuyoshi Mikami, Teruo Hoshino, "Toraiborojitsuto", 6 (1993) pp. 526–532 (K. Toda et aql., "Tribologen", 6 (1993), pp. 526–532)

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die oben genannte Formel (1) scheint anzugeben, dass die Eindrückungsgröße und die Belastung für die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus bestimmend sind. Es wurde jedoch herausgefunden, dass in Anbetracht des Umstands, dass die Lebensdauer eines Wälzlageraufbaus mit einer darin gebildeten Eindrückung durch die Höhe einer in der Nähe der Eindrückung entwickelten Erhebung (wie in dem oben angeführten Nichtpatentdokument 3 besprochen) bestimmt wird, die Beziehung der Eindrückungsgröße und der Höhe der oben genannten Erhebung insbesondere dann nicht einzigartig festgelegt sein mag, wenn Formen der Fremdstoffe, denen die Bildung der Eindrückung zugeschrieben wird, nicht gleichmäßig sind. Daher ist eine genaue Schätzung der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus ausschließlich durch die Eindrückungsgröße nicht möglich. Außerdem schwankt die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus, wenn darin die Eindrückung gebildet ist, abhängig von der Anzahl der Eindrückungen und dem Bereich der Fläche, der von der Eindrückung oder den Eindrückungen eingenommen wird, weshalb eine genaue Schätzung der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus ausschließlich durch die Eindrückungsgröße nicht möglich ist. Wie oben besprochen ist nicht nur die Eindrückungsgröße, sondern sind auch die Höhe der Erhebung in der Nähe der Eindrückung, die Anzahl der entwickelten Eindrückungen, der von der Eindrückung oder den Eindrückungen eingenommene Bereich der Fläche und die im Einsatz auf den Wälzlageraufbau ausgeübte Belastung alle für die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus bestimmend, wenn die Eindrückung so gebildet ist, doch wurde bis jetzt noch kein Verfahren zur Schätzung der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus verfügbar gemacht, bei dem diese Faktoren in Betracht gezogen werden.
Angesichts des Obigen ist es die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Schätzung der Lebensdauer eines Wälzlageraufbaus bereitzustellen, wobei die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus, wenn darin eine Eindrückung gebildet ist, unter gebührender Berücksichtigung der Höhe der Erhebung in der Nähe der Eindrückung und anderer Faktoren genau geschätzt werden kann. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird die vorliegende Erfindung mit Hilfe von Bezugszeichen, die in den beiliegenden Zeichnungen eingesetzt werden, um Einzelteile bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu zeigen, zusammengefasst werden.
Die Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer nach der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer, um die Lebensdauer eines Wälzlageraufbaus zu schätzen, der einen inneren und einen äußeren Ring 10 und 11, wobei jeder Ring eine entsprechende daran definierte Wälzoberfläche 10a und 11a aufweist, und mehrere Wälzelemente 12, die wälzend zwischen den jeweiligen Wälzoberflächen 10a und 11a des inneren und des äußeren Rings 10 und 11 eingefügt sind, umfasst. Die Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer von der oben genannten Art umfasst eine Erhebungshöhenschätzungseinheit 7 zum Erhalt eines Eingangs, der die Tiefe h2 einer Eindrückung 14, die in einer der Wälzoberflächen 10a und 11a des inneren und des äußeren Rings 10 und 11 gebildet ist, oder eine Größe D1 der Eindrückung 14, die eine flache Größe darstellt, angibt, um auf Basis der eingegebenen Tiefe der Eindrückung oder der Eindrückungsgröße gemäß einer vorherbestimmten Regel die von der Wälzoberfläche 10a oder 11a, in der diese Eindrückung 14 gebildet wurde, gemessene Höhe h1 einer Erhebung der Eindrückung 14 zu schätzen, und eine Lebensdauerschätzungseinheit 8 zur Schätzung der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus gemäß der Regel, die durch eine Beziehung zwischen der geschätzten Erhebungshöhe h1 der Eindrückung und der Rate der Abnahme der Wälzermüdungslebensdauer und einer dynamischen äquivalenten Belastung bestimmt ist. Es ist zu bemerken, dass die oben genannte flache Eindrückungsgröße 14 eine in einer Ebene betrachtete Länge wie etwa die diametrale Abmessung der Eindrückung oder den Bereich ihrer Fläche bedeuten soll und zum Beispiel durch die größte diametrale Abmessung der Eindrückung 14 dargestellt ist, wenn die Eindrückung 14 in einer Ebene betrachtet eine runde Form aufweist, oder durch einen Wert dargestellt ist, der das Doppelte des Abstands von einem wesentlichen Mittelabschnitt der Eindrückung 14 zu ihrem äußersten Umfangsrand beträgt, wenn die Eindrückung 14 in einer Ebene betrachtet eine nicht runde Form aufweist.
In der Technik ist bekannt, dass die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus aus der dynamischen äquivalenten Belastung geschätzt werden kann. Andererseits ist die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus in einem Zustand, in dem sich ein Fremdstoff in den Lageraufbau einmischen kann, aufgrund der Beanspruchungskonzentration, die in einem Erhebungsabschnitt in der Nähe der durch den Fremdstoff herbeigeführten Eindrückung auftritt, kürzer als die geschätzte Lebensdauer. Daher wurde die Notwendigkeit erkannt, die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus zu korrigieren, wenn in wenigstens einer der jeweiligen Wälzoberflächen 10a und 11a des inneren und des äußeren Rings 10 und 11 eine Eindrückung 14 gebildet ist. Außerdem ist es bei dem tatsächlich verwendeten Lageraufbau schwierig, die Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 im Anfangsstadium der Bildung der Eindrückung direkt zu messen. Dies liegt daran, dass die Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 als Ergebnis der plastischen Verformung während des Wälzens dazu neigt, verringert zu werden. Entsprechend ist es dort, wo die Lebensdauer des Lageraufbaus geschätzt werden soll, nötig, die Erhebungshöhe h1 der anfänglichen Eindrückung 14, die in dem tatsächlich verwendeten Lageraufbau gebildet ist, zu schätzen.
Der Anmelder der vorliegenden Erfindung hat umfangreiche Untersuchungen vorgenommen, um die Beziehung zwischen der Tiefe h2 der Eindrückung 14 und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 und die Beziehung zwischen der Eindrückungsgröße D1 und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 zu bestimmen, während in den Laufringflächen 10 und 11 Eindrückungen 14 mit unterschiedlichen Formen gebildet wurden. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass die Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 die Neigung aufweist, mit der Zunahme der Tiefe h2 der Eindrückung 14 linear anzusteigen, und dass sich diese Neigung nicht abhängig von der Form der Eindrückung verändert. Dies hat einen Hinweis darauf geliefert, dass die Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 in erster Linie aus der Tiefe h2 der Eindrückung 14 geschätzt werden kann.
Andererseits wurde in Bezug auf die Beziehung zwischen der Eindrückungsgröße D1 und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 herausgefunden, dass zwar eine lineare Beziehung gefunden wurde, die der Beziehung zwischen der Tiefe h2 der Eindrückung 14 und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 ähnlich ist, aber sich diese lineare Beziehung abhängig von einer Veränderung der Form der Eindrückung verändert. Die bei dieser Ausführung eingesetzte Erhebungshöhenschätzungseinheit 7 schätzt die von den Wälzoberflächen 10a und 11a gemessene Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 aus der Tiefe h2 der in den Wälzoberflächen 10a und 11 gebildeten Eindrückung 14 oder der Eindrückungsgröße D1 gemäß der vorherbestimmten Regel. Außerdem wird aus dem Ergebnis von durchgeführten Versuchen angenommen, dass zwischen der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 und der Lebensdauer des Wälzlagers eine bestimmte Beziehung besteht; und die Lebensdauerschätzungseinheit 8 schätzt die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus aus der Beziehung zwischen der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung, die durch die Erhebungshöhenschätzungseinheit 7 geschätzt wird, und der Rate der Abnahme der Wälzermüdungslebensdauer und einer dynamischen äquivalenten Belastung. Entsprechend kann die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus, wenn in den Wälzoberflächen 10a und 11a eine Eindrückung 14 gebildet ist, genau geschätzt werden.
Die oben genannte Erhebungshöhenschätzungseinheit 7 kann einen Speicherabschnitt 7a zur Speicherung der Beziehung zwischen der Eindrückungsgröße D1 und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 unter bestimmten Verwendungsbedingungen des Lageraufbaus und einen Berechnungsabschnitt 7b zur Berechnung der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 durch Vergleichen der eingegebenen Erhebungsgröße D1 mit der in dem Speicherabschnitt 7a gespeicherten Beziehung umfassen. Die Beziehung zwischen der Eindrückungsgröße D1 und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 ändert sich abhängig von der Form der Eindrückung 14 und/oder der Wälzbedingung, d. h., der bestimmten Verwendungsbedingung des Lageraufbaus. Entsprechend ist die Beziehung zwischen der Eindrückungsgröße D1 unter der bestimmten Verwendungsbedingung des Lageraufbaus und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 in dem Speicherabschnitt 7a gespeichert und kann die Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 berechnet werden, indem der Berechnungsabschnitt 7b dazu gebracht wird, die eingegebene Eindrückungsgröße D1 mit der in dem Speicherabschnitt 7a gespeicherten Beziehung zu vergleichen.
Die oben genannte Lebensdauerschätzungseinheit 8 kann einen Lebensdauerberechnungsabschnitt 8a zur Berechnung der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus durch Multiplizieren der geschätzten Lebensdauer des Wälzlageraufbaus mit einem durch die folgende Formel ausgedrückten Korrekturkoeffizienten der Wälzermüdungslebensdauer, der von einer Zunahme des Bereichs der Fläche des Erhebungsabschnitts der Eindrückung abhängt, umfassen. a_v = (1/n_d)^e wobei a_v einen Korrekturkoeffizienten darstellt, der von der Eindrückungsgröße und der Anzahl der Eindrückungen abhängt, n_d die Rate der Zunahme des Bereichs der Fläche des Erhebungsabschnitts der Eindrückung darstellt, und e die Weibull-Steigung (im Fall eines Kugellageraufbaus ist e = 10/9, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist e = 9/8) darstellt.
Angesichts der Tatsache, dass das Volumen, das belastet werden kann, besonders zunimmt, wenn in den Wälzoberflächen 10a und 11 eine Eindrückung 14 von einer großen Größe gebildet ist, oder die Anzahl der Eindrückungen 14 zunimmt, scheint die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus verkürzt zu werden. Entsprechend multipliziert der oben genannte Lebensdauerberechnungsabschnitt 8a die geschätzte Lebensdauer mit dem Korrekturkoeffizienten, so dass das Volumen, das belastet wird, berücksichtigt werden kann. Dadurch kann die Lebensdauer gemäß dem Volumen, das belastet wird, geschätzt werden.
Wenn die Lebensdauerschätzungseinheit 8 den oben genannten Lebensdauerberechnungsabschnitt umfasst, kann der Lebensdauerberechnungsabschnitt 8a so gestaltet sein, dass er die Lebensdauer, die auf Basis der größten Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 geschätzt wurde, mit dem oben genannten Korrekturkoeffizienten multipliziert. In den Wälzoberflächen 10a und 11a des inneren und des äußeren Rings 10 und 11, die in dem tatsächlich verwendeten Wälzlageraufbau eingesetzt werden, sind Eindrückungen 14 mit jeweiligen Erhebungshöhen h1 der Eindrückung 14 verteilt. Um dies zu berücksichtigen, werden beim Schätzen der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus zwei Konzepte benötigt. Eines dieser Konzepte ist, dass die geschätzte Lebensdauer unter der Annahme, dass die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus im Wesentlichen durch die Eindrückung mit der größten Erhebungshöhe h1 bestimmt wird, unter gebührender Berücksichtigung nur der Eindrückung 14 mit der nahe an dem Höchstwert liegenden Erhebungshöhe h1 korrigiert wird. Das verbleibende Konzept ist, dass die geschätzte Lebensdauer unter der Annahme, dass im Hinblick auf alle Eindrückungen 14 die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung besteht, mit Hilfe des wahrscheinlichkeitstheoretischen Multiplikationstheorems korrigiert wird, so dass alle diese Eindrückungen 14 in Betracht gezogen werden können. Jedes dieser Konzepte ist wirksam, um die geschätzte Lebensdauer zu korrigieren.
Wenn die Lebensdauerschätzungseinheit 8 den oben genannten Lebensdauerberechnungsabschnitt 8a umfasst, kann der Lebensdauerberechnungsabschnitt 8a so gestaltet sein, dass er die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus durch Schätzen der einer einzelnen Eindrückung entsprechenden Lebensdauer für jede Eindrückung 14 auf Basis der Erhebungshöhe h1 aller Eindrückungen 14, die an den Wälzoberflächen 10a und 11a gebildet sind, und dann Multiplizieren der jeweiligen geschätzten Lebensdauer, die einer einzelnen Eindrückung entspricht, mit dem oben genannten Korrekturkoeffizienten berechnet.
Die oben genannte Lebensdauerschätzungseinheit 8 kann von einer Art sein, die die Lebensdauer L_n des Wälzlageraufbaus unter Verwendung der folgenden Formel berechnen kann. L_n = a_da₁(C/P)^p wobei a_d = e^(–b×h) ist, und a₁ = [(ln(1 – 0,01n)/ln0,9]^1/e ist, und wobei L_n eine Lebensdauer von n% darstellt, a_d den Eindrückungskorrekturkoeffizienten darstellt, b eine Konstante darstellt, h die Eindrückungserhebungshöhe (μm) darstellt, a₁ den Verlässlichkeitskoeffizienten darstellt, P die Belastung (kgf) darstellt, C die dynamische Tragfähigkeit (kgf) darstellt, p den Index der belasteten Lebensdauer (im Fall eines Kugellageraufbaus ist p = 3, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist p = 10/3) darstellt, und e die Weibull-Steigung (im Fall eines Kugellageraufbaus ist e = 10/9, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist e = 9/8, außer im Fall einer Lebensdauer von 10% oder weniger, bei der e = 1,5 ist) darstellt.
Alternativ kann die oben genannte Lebensdauerschätzungseinheit 8 von einer Art sein, die die Lebensdauer L_n des Wälzlageraufbaus unter Verwendung der folgenden Formel berechnen kann. In diesem Fall kann eine geschätzte Lebensdauer mit einer noch höheren Genauigkeit bestimmt werden. L_n = a_da'₁(C/P)^p wobei a_d = e^(–b×h) ist, und a'₁ = {0,95 × [(ln(1 – 0,01n)/ln0,9]^1/e + 0,05} ist, und wobei L_n eine Lebensdauer von n% darstellt, a_d den Eindrückungskorrekturkoeffizienten darstellt, b eine Konstante darstellt, h die Eindrückungserhebungshöhe (μm) darstellt, a₁ den Verlässlichkeitskoeffizienten darstellt, P die Belastung (kgf) darstellt, C die dynamische Tragfähigkeit (kgf) darstellt, p den Index der belasteten Lebensdauer (im Fall eines Kugellageraufbaus ist p = 3, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist p = 10/3) darstellt, und e die Weibull-Steigung (im Fall eines Kugellageraufbaus ist e = 10/9, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist e = 9/8, außer im Fall einer Lebensdauer von 10% oder weniger, bei der e = 1,5 ist) darstellt.
Wenn die Erhebungshöhenschätzungseinheit 7 bestimmt, dass die Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 kleiner als 1,0 μm ist, kann die Lebensdauerschätzungseinheit 8 von einer Art sein, die fähig ist, die Lebensdauer L_n des Wälzlageraufbaus zu berechnen, wobei der Parameter a_d gleich 1 ist. Da im Fall einer Eindrückung 14 mit einer Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 von weniger als 1,0 μm keine eindrückungsinduzierte Abblätterung auftritt, wird die geschätzte Lebensdauer nicht nachteilig beeinflusst. Entsprechend wird es dann, wenn der Eindrückungskorrekturkoeffizient a_d als 1 gewählt wird, möglich, die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus ohne Hinzufügen eines wesentlichen Korrekturkoeffizienten zu berechnen.
Die Lebensdauerschätzungseinheit 8 kann einen Restlebensdauerschätzungsabschnitt 8b zur Schätzung der Restlebensdauer des Lageraufbaus aus der wie oben beschrieben geschätzten Lebensdauer des Wälzlageraufbaus und der Anzahl der Umdrehungen des Lageraufbaus umfassen. Bei einem verhältnismäßig teuren Wälzlageraufbau von einer großen Größe ist der Wunsch entstanden, die Restlebensdauer durch eine regelmäßige Wartungsinspektion schätzen zu können und den Lageraufbau auf Basis des so erhaltenen Ergebnisses fortgesetzt im Einsatz zu verwenden. Der oben genannte Restlebensdauerberechnungsabschnitt 8b schätzt die Lebensdauer aus der dynamischen äquivalenten Belastung und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 und dann die Restlebensdauer aus der Anzahl der Umdrehungen der Lagereinheit. Aus dem Ergebnis dieser Schätzung ist es möglich, zu bestimmen, ob der Lageraufbau fortgesetzt im Einsatz verwendet werden kann, oder ob dieser Lageraufbau auszutauschen ist.
Der oben genannte Restlebensdauerberechnungsabschnitt 8b kann von einer Art sein, die fähig ist, zu bestimmen, dass die Restlebensdauer Null Umdrehungen beträgt, falls die Anzahl der Umdrehungen, die die Lebensdauer überschreitet, eine kumulative Versagenswahrscheinlichkeit von weniger als 10% aufweist. Da die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus häufig auf dem Parameter L₁₀ beruht (der Anzahl von Umdrehungen, bei der 90% der Wälzlageraufbauten noch nicht versagt haben), wird die Restlebensdauer zu dieser Zeit im Allgemeinen als der Wert angenommen, der durch die von dem Parameter L₁₀ subtrahierte Anzahl von Umdrehungen dargestellt ist. Wenn der Zeitpunkt, zu dem es dazu kommt, dass die auf dem Parameter L₁₀ beruhende Restlebensdauer einen negativen (–) Wert darstellt, als die Zeit des Austauschs des Wälzlageraufbaus bestimmt wird, können 90% der Gruppe von Wälzlageraufbauten, die untersucht werden, als akzeptabel arbeitend angesehen werden. Bei den Wälzlageraufbauten gibt es eine Anwendung dafür, bei der ein Versagen eines kleinen Prozentsatzes der Wälzlageraufbauten zu einem Problem werden wird. In diesem Fall wird empfohlen, dass die kumulative Versagenswahrscheinlichkeit auf einen Wert von weniger als 10% gesetzt wird. Es ist zu bemerken, dass die oben genannten Wälzlageraufbauten entweder Kegelrollenlageraufbauten oder Zylinderrollenlageraufbauten sein können.
Das Verfahren zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau, das gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltet ist, ist ein Lebensdauerschätzungsverfahren zur Schätzung der Lebensdauer einer Wälzlagervorrichtung von einer Art, die einen inneren und einen äußeren Ring 10 und 11, welche jeweils eine daran definierte Wälzoberfläche 10a und 11a aufweisen, und mehrere Wälzelemente 12, die zwischen den jeweiligen Wälzoberflächen 10a und 11a des inneren und des äußeren Rings 11 eingefügt sind, umfasst. Das Verfahren zur Schätzung der Lebensdauer umfasst einen Schritt S2a der Schätzung der Erhebungshöhe zur Bestimmung der von der Wälzoberfläche 10a oder 11a, in der eine Eindrückung 14 gebildet wurde, gemessenen Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 unter Eingabe der Tiefe h2 der Eindrückung 14, die in einer der Wälzoberflächen 10a und 11 des inneren und des äußeren Rings 10 und 11 gebildet ist, oder der Größe D1 der Eindrückung 14, die die flache Größe darstellt, gemäß einer vorherbestimmten Regel, und einen Schritt S2b der Schätzung der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus gemäß der Beziehung zwischen der geschätzten Erhebungshöhe h1 der Eindrückung und der Rate der Abnahme der Wälzermüdungslebensdauer und einer dynamischen äquivalenten Belastung.
Während der Ausführung des Schritts S2a der Schätzung der Erhebungshöhe wird die von der Wälzoberfläche gemessene Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 gemäß der vorherbestimmten Regel aus der Tiefe der Eindrückung 14, die in den Wälzoberflächen 10a und 11a gebildet ist, oder der Eindrückungsgröße D1 geschätzt. Außerdem wird aus dem Ergebnis von Versuchen angenommen, dass die Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 und die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus eine bestimmte Beziehung aufweisen, und wird während der Ausführung des Schritts S2b der Schätzung der Lebensdauer die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus aus der Beziehung zwischen der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14, die während des Schritts S2a der Schätzung der Erhebungshöhe geschätzt wurde, und der Rate der Abnahme der Wälzermüdungslebensdauer und der dynamischen äquivalenten Belastung bestimmt. Entsprechend kann die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus zu der Zeit der Bildung der Eindrückung 14 in den Wälzoberflächen 10a und 11a genau geschätzt werden.
Jede beliebige Kombination von wenigstens zwei Ausführungen, die in den beiliegenden Ansprüchen und/oder der Beschreibung und/oder den beiliegenden Zeichnungen offenbart sind, sollte als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden. Im Besonderen sollte jede beliebige Kombination von zwei oder mehr der beiliegenden Ansprüche ebenfalls als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Auf jeden Fall wird die vorliegende Erfindung aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen davon näher verstanden werden, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen herangezogen wird. Die Ausführungsformen und die Zeichnungen werden jedoch lediglich zum Zweck der Erläuterung und der Erklärung präsentiert und sollen keineswegs als Beschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung aufgefasst werden, welcher Umfang durch die beiliegenden Ansprüche bestimmt werden soll. In den beiliegenden Zeichnungen werden über die mehreren Ansichten hinweg gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Teile zu bezeichnen, wobei
1A ein Ablaufdiagramm ist, das eine Abfolge eines Verfahrens zur Schätzung der Lebensdauer für einen Wälzlageraufbau nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
1B ein Ablaufdiagramm ist, das ein Unterprogramm eines in 1A gezeigten Berechnungsschritts zeigt;
2 ein Blockdiagramm ist, das einen konzeptuellen Aufbau einer Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau nach dieser Ausführungsform zeigt;
3 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Erhebungshöhe einer Eindrückung und der Rate der Abnahme der Wälzermüdungslebensdauer zeigt;
4A eine Draufsicht ist, die die Eindrückung in einem Laufflächenring in einem vergrößerten Maßstab gesehen zeigt;
4B eine Längsschnittansicht ist, die einen Erhebungshöhenabschnitt in der Nähe der Eindrückung des Laufflächenrings zeigt;
5A ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Tiefe der Eindrückung und der Erhebungshöhe der Eindrückung zeigt;
5B ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Eindrückungsgröße und der Erhebungshöhe der Eindrückung zeigt;
6A eine Längsschnittansicht eines Kegelrollenlageraufbaus ist, bei dem es sich um einen der Wälzlageraufbauten handelt;
6B eine Längsschnittansicht eines Zylinderrollenlagers ist, bei dem es sich um einen anderen der Wälzlageraufbauten handelt; und
7 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Eindrückungsgröße und der Tiefe der Eindrückung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun wird unter besonderer Bezugnahme auf 1A und 1B bis 6A und 6B eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben werden. Eine Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für einen Wälzlageraufbau nach dieser Ausführungsform ist eine Vorrichtung zur Schätzung einer Lebensdauer oder einer Restlebensdauer zum Beispiel eines Kegelrollenlageraufbaus, der am besten in 6A gezeigt ist, oder eines Zylinderrollenlageraufbaus, der am Besten in 6B gezeigt ist, unter Verwendung eines Computers oder dergleichen. Wie in 6A und 6B gezeigt umfasst der Wälzlageraufbau einen inneren und einen äußeren Ring 10 und 11, die jeweils eine daran definierte Wälzoberfläche 10a und 11a aufweisen, mehrere Wälzelemente 12, die zwischen den jeweiligen Wälzoberflächen 10a und 11a des inneren und des äußeren Rings 10 und 11 eingefügt sind, und einen Haltering 13 zum Halten der Wälzelemente 12. Es ist jedoch zu bemerken, dass der oben genannte Wälzlageraufbau entweder ein Schrägkugellageraufbau oder ein Rillenkugellageraufbau sein kann. Die folgende Beschreibung ist so zu verstehen, dass sie die Beschreibung eines Verfahrens zur Schätzung der Lebensdauer für die Wälzlageraufbauten enthält.
1A veranschaulicht ein Ablaufdiagramm, das die Abfolge der Schritte des Verfahrens zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau nach dieser Ausführungsform zeigt. Dieses darin gezeigte Verfahren zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau umfasst einen Vorbereitungsprozess S1, während dem verschiedene Daten, die zur Schätzung der Lebensdauer erforderlich sind, in einem später besprochenen Speicherabschnitt gespeichert werden, einen Berechnungsprozess S2, während dem die Lebensdauer des Lageraufbaus mit Hilfe der so vorbereiteten Werte berechnet wird, und einen Ausgabeprozess S3, während dem ein Ergebnis der Berechnung ausgegeben wird. Wie in 1B gezeigt umfasst der oben genannte Berechnungsprozess S2 einen Schritt S2a der Schätzung der Erhebungshöhe, während dem die von den Wälzoberflächen 10a und 11a gemessene Erhebungshöhe h1 aus der Tiefe h2 einer Eindrückung 14, die sich in einer der jeweiligen Wälzoberflächen 10a und 11a des inneren und des äußeren Rings 10 und 11 gebildet hat, oder einer Eindrückungsgröße geschätzt wird, und einen Schritt S2b der Schätzung der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus aus einer Beziehung zwischen der geschätzten Erhebungshöhe h1 der Eindrückung und der Rate der Abnahme der Wälzermüdungslebensdauer und einer dynamischen äquivalenten Belastung.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine konzeptuelle Konstruktion der Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau veranschaulicht. Die darin gezeigte Vorrichtung 1 zur Schätzung der Lebensdauer umfasst eine Zentrale Verarbeitungseinheit (ZVE), die nicht gezeigt ist, und einen Speicherabschnitt wie etwa zum Beispiel einen Speicher oder dergleichen und bildet durch Hardware (einschließlich eines Betriebssystems) der Vorrichtung 1 zur Schätzung der Lebensdauer und ein durch die Vorrichtung 1 zur Schätzung der Lebensdauer ausgeführtes Programm verschiedene Blöcke, die in 2 als schematische Aufbauten gezeigt sind; das heißt, es sind ein Eingabenverarbeitungsblock 2A eines Vorbereitungsblocks 2, ein Speicherblock 2B für vorbereitende Informationen, ein Ausgabenverarbeitungsblock 3, und ein Berechnungsblock 4 gebildet. Der Speicherblock 2B für vorbereitende Informationen ist zum Beispiel durch einen Speicherbereich gebildet, der ein Teil des Speicherabschnitts ist, mit dem die Vorrichtung 1 zur Schätzung der Lebensdauer ausgestattet ist. Die Vorrichtung 1 zur Schätzung der Lebensdauer ist mit einer Eingabevorrichtung 5 und einer Ausgabevorrichtung 6 versehen. Die Eingabevorrichtung 5 kann zum Beispiel in der Form einer Tastatur, einer Zeigevorrichtung, einer Kommunikationseinrichtung oder einer Auslesevorrichtung für ein Speicherelement oder dergleichen ausgeführt sein. Die Ausgabevorrichtung 6 umfasst eine Anzeige, einen Drucker und/oder eine Kommunikationseinrichtung oder dergleichen.
Der Vorbereitungsblock 2 umfasst den Eingabenverarbeitungsblock 2A und den Speicherblock 2B für vorbereitende Informationen. Der Eingabenverarbeitungsblock 2A ist zur Eingabe verschiedener Daten, die für die Berechnung nötig sind, und zu ihrer Speicherung in dem Speicherblock 2B für vorbereitende Informationen betriebsfähig. Neben der Funktion zur Speicherung der Eingabedaten, wie sie sind, in dem Speicherblock 2B für vorbereitende Informationen kann der oben genannte Eingabenverarbeitungsblock 2A eine zusätzliche oder alternative Funktion zur Durchführung einer Berechnung der eingegebenen Daten, die ein Vorprozess zu der durch den Berechnungsblock 4 durchgeführten Berechnung ist, und dann der Speicherung eines Ergebnisses dieser Berechnung in dem Speicherabschnitt 2B für vorbereitende Daten aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 1A ist der vorher genannte Vorbereitungsprozess S1 ein Prozess der Speicherung verschiedener Informationen, die beim Schätzen der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus verwendet werden, in dem Speicherblock 2B für vorbereitende Informationen von 2. Diese Informationen können einen Verlässlichkeitskoeffizienten, eine Belastung, eine dynamische Tragfähigkeit, einen Index der Lebensdauer unter Belastung, eine Weibull-Steigung, eine Konstante eines Eindrückungskorrekturkoeffizienten und anderes umfassen. Der in 2 gezeigte Vorbereitungsblock 2 ist zur Durchführung des in 1A gezeigten Vorbereitungsprozesses S1 betriebsfähig. Der Prozess des Speicherns verschiedener Informationen in dem Speicherblock 2B für vorbereitende Informationen kann durch Eingeben dieser Informationen von der Eingabevorrichtung 5 oder alternativ, in Bezug auf einige dieser Informationen, nachdem sie durch die Berechnung, die durch den Eingabenverarbeitungsblock 2A durchgeführt wird, aus den eingegebenen Informationen bestimmt wurden, wobei die so bestimmten Werte in dem Speicherblock 2B für vorbereitende Informationen gespeichert werden, bewerkstelligt werden.
Der in 2 gezeigte Berechnungsblock 4 ist zur Durchführung des Prozesses des in 1A gezeigten Berechnungsschritts S2 betriebsfähig und umfasst die Erhebungshöhenschätzungseinheit 7 und die Lebensdauerschätzungseinheit 8. Die oben genannte Erhebungshöhenschätzungseinheit 7 ist zur Durchführung des Prozesses des in 1B gezeigten Schritts S2a der Schätzung der Erhebungshöhe betriebsfähig, und die Lebensdauerschätzungseinheit 8 ist zur Durchführung des Prozesses des Schritts S2b der Schätzung der Lebensdauer betriebsfähig. In diesem Fall ist die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus im Allgemeinen durch die folgenden Formeln ausgedrückt. L_n = a₁(C/P)^P (2), wobei a₁ = [ln(1 – 0,01n)/ln0,9)]^1/e L_n = a'₁(C/P)^P (3), wobei a'₁ = {0,95 × [(ln(1 – 0,01n)/ln0,9]^1/e + 0,05} ist, wobei L_n eine Lebensdauer von n% darstellt, a₁ den Verlässlichkeitskoeffizienten darstellt, P die Belastung (kgf) darstellt, C die dynamische Tragfähigkeit (kgf) darstellt, p den Index der belasteten Lebensdauer darstellt (im Fall eines Kugellageraufbaus ist p = 3, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist p = 10/3) darstellt, und e die Weibull-Steigung (im Fall eines Kugellageraufbaus ist e = 10/9, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist e = 9/8) darstellt, wobei jedoch zu bemerken ist, dass e für eine Lebensdauer von 10% oder weniger 1,5 beträgt.
Es wird leicht ersichtlich sein, dass die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus durch die oben genannten Formeln (2) und (3) aus der dynamischen äquivalenten Belastung geschätzt werden kann. Es ist zu bemerken, dass die oben genannte Formel (2) bis zu den 1990ern benutzt wurde, während die oben genannte Formel (3) eine Formel ist, die kürzlich standardisiert wurde und benutzt wird, um die geschätzte Lebensdauer genauer zu berechnen, als die durch die Formel (2) berechnete. Die vorher genannte dynamische äquivalente Belastung bedeutet eine bestimmte zentrale axiale Belastung, die auf den Lageraufbau ausgeübt wird, oder eine statische radiale Belastung, die auf den Lageraufbau ausgeübt ist, je nachdem, welche davon von einer Art ist, die fähig ist, eine Lebensdauer bereitzustellen, die einer in einem tatsächlich belasteten Zustand erzielten Lebensdauer des Lageraufbaus ähnlich ist, und steht insbesondere dann, wenn sowohl eine radiale Belastung als auch eine axiale Belastung auf den Lageraufbau wirken, für jene, die nur durch eine radiale oder eine axiale Komponente ausgedrückt wird. Die Lebensdauer des Wälzlagers in einem Zustand, in dem ein Fremdstoff zur Einmischung in den Lageraufbau neigt, wird aufgrund der Beanspruchungskonzentration, die an einem Erhebungshöhenabschnitt 15 in Teilen der Wälzoberflächen 10a und 11a in der Nähe der in 4B gezeigten Eindrückung 14 auftritt, kürzer als die durch die Formeln (2) und (3) ausgerückte Lebensdauer, wovon später gesprochen werden wird. Entsprechend muss jede der Formeln (2) und (3) mit dem Eindrückungskorrekturkoeffizienten multipliziert werden, der verwendet wird, um die Lebensdauer des Lageraufbaus zu korrigieren, wenn die Eindrückung 14 gebildet ist.

Das in 3 gezeigte Diagramm veranschaulicht die Beziehung zwischen der Erhebungshöhe h1 der in 4A und 4B, auf die später Bezug genommen wird, gezeigten Eindrückung 14 und der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus. In 3 wurde zuerst die Lagerlebensdauer eines wie in 6A und 6B gezeigten Lageraufbaus, bei dem an den Laufflächenring-Wälzoberflächen 10a und 11a des Lageraufbaus kein von einer Eindrückung 14 stammender Erhebungshöhenabschnitt 15 gebildet ist, durch eine Reihe von Versuchen bestimmt. Dann wurde im Hinblick auf einen Lageraufbau mit einer wie in 4A und 4B gezeigten Eindrückung 14 unter Verwendung der gleichen Versuchsbedingung wie jener, die zur Bestimmung der vorher beschriebenen Lagerlebensdauer verwendet worden war, die Lagerlebensdauer in Bezug auf die vorher beschriebene Lagerlebensdauer bestimmt. Während der Reihe der durchgeführten Versuche bestimmte ein Computer oder ein an dem Versuch teilnehmender Arbeiter, dass der geprüfte Lageraufbau das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat, wenn die Wälzoberfläche eines Laufflächenrings, bei dem es sich entweder um den inneren oder den äußeren Ring handelte, abblätterte, zum Beispiel, wenn ein durch einen Schwingungssensor oder dergleichen bereitgestellter Wert einen Wert erreichte, der einem vorherbestimmten Schwellenwert gleich oder höher als dieser war. Die oben genannten Versuchsbedingungen waren wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1: Versuchsbedingungen

geprüfter Lageraufbau	Kegelrollenlageraufbau
Abmessungen (Innendurchmesser, Außendurchmesser und Breite)	30 mm × 62 mm × 17,25 mm
radiale Belastung	17,65 kN
axiale Belastung	1,47 kN
Umdrehungsgeschwindigkeit der Welle	2000 min^–1

Wenn auf Basis der in dem Diagramm von 3 gezeigten Ergebnisse angenommen wird, dass die Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 und die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus eine durch eine Exponentialfunktion ausgedrückte Beziehung aufweisen, benötigt jede der Formeln (2) und (3) eine Korrektur durch Multiplizieren mit dem folgenden Eindrückungskorrekturkoeffizienten. a_d = e^(–b×h) (4) wobei a_d den Eindrückungskorrekturkoeffizienten darstellt, b eine Konstante darstellt und h die Erhebungshöhe der Eindrückung (μm) darstellt.
Die oben genannte Formel (4) dient nur zum Zweck der Erläuterung, und die Form dieser Formel kann zum Beispiel durch einen proportionalen Ausdruck, einen Polynomausdruck oder durch jede beliebige andere Form ausgedrückt werden. Außerdem ist es wie durch die obige Formel (1) ausgedrückt möglich, die Lebensdauer der Wälzlagervorrichtung im Fall der Bildung einer Eindrückung 14 in den Laufflächenring-Wälzoberflächen 10a und 11, falls diese als je nach der Belastung veränderlich angesehen wird, durch die folgende Form der Formel auszudrücken. L₁₀ = L_10c × 10^{(0,0038dlog(P/C)-0,272log(d)+0,416)}, wobei L₁₀ eine Lebensdauer (h) von 10% darstellt, L_10c die berechnete Lebensdauer (h) darstellt, d den Durchmesser der Eindrückung (μm) darstellt, P die Belastung (kgf) darstellt, und C die dynamische Tragfähigkeit (kgf) darstellt.
Aus dem Obigen kann die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus im Fall der Bildung einer Eindrückung 14 in den Wälzoberflächen 10a und 11a durch die folgenden Formeln (5) und (6) geschätzt werden, bei denen die Formeln (2) und (3) mit dem durch die obigen Formel (4) ausgedrückten Eindrückungskorrekturkoeffizienten multipliziert werden. Entsprechend kann die Lebensdauerschätzungseinheit einen Prozess des Schritts der Schätzung der Lebensdauer durch die Formel (5) oder die Formel (6) ausführen. L_n = a_da₁(C/P)^P (5), L_n = a_da'₁(C/P)^P (6).
Wenn in diesem Fall berücksichtigt wird, dass bei einer Eindrückung 14 von einer geringen Größe mit einer Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 von nicht mehr als 1,0 μm an den Wälzoberflächen 10a und 11a kein eindrückungsinduziertes Abblättern auftritt, braucht der durch die Formel (4) ausgedrückte Eindrückungskorrekturkoeffizient im Fall einer Eindrückung von einer Größe mit einer Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 von nicht mehr als 1,0 μm nicht berücksichtigt werden. Mit anderen Worten wird die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus mit einem als 1 angenommen Eindrückungskorrekturkoeffizienten geschätzt.
Im Fall eines tatsächlich verwendeten Lageraufbaus ist es schwierig, die Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 im Anfangsstadium der Bildung der Eindrückung direkt zu messen. Dies liegt daran, dass die Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 dazu neigt, als Ergebnis der während des Wälzens stattfindenden plastischen Verformung abzunehmen. Entsprechend wird beim Schätzen der Lebensdauer des Lageraufbaus nach der Formel (5) oder der Formel (6) ein Verfahren zur Schätzung der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 im Anfangsstadium, die in dem Laufflächenring des tatsächlich verwendeten Lageraufbaus gebildet wird, benötigt.
Hier veranschaulicht 4A eine Draufsicht, die die Eindrückung 14 in der Wälzoberfläche 10a des Laufflächenrings, zum Beispiel des inneren Rings 10, in einem vergrößerten Maßstab zeigt, und veranschaulicht 4B eine Längsschnittansicht, die den Erhebungshöhenabschnitt 15 in der Nähe der in 4A gezeigten Eindrückung in dem Laufflächenring zeigt. Der oben genannte Erhebungshöhenabschnitt 15 stellt eine Form eines ringförmigen Vorsprungs dar, der von einem Abschnitt der Laufringoberfläche 10a neben der Eindrückung 14 vorspringt. Der Erhebungshöhenabschnitt 15 weist eine Erhebungshöhe h1 auf, die durch die von der Wälzoberfläche 10a gemessene größte Erhebungshöhe des ringförmigen Vorsprungs dargestellt ist. Die Tiefe h2 der Eindrückung ist durch die von der Wälzoberfläche 10a gemessene größte Tiefenposition der Eindrückung 14 dargestellt. Die Eindrückungsgröße ist insbesondere dann durch die größte diametrale Abmessung D1 der Eindrückung angegeben, wenn die in einer Ebene betrachtete Eindrückung 14 eine runde Form darstellt.
5A und 5B veranschaulichen jeweilige Ergebnisse von Untersuchungen, die durchgeführt wurden, um die Beziehung (in 5A gezeigt) zwischen der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 und der in 4B gezeigten Tiefe h2 der Eindrückung 14 und die Beziehung (in 5B gezeigt) zwischen der in 4B gezeigten Eindrückungsgröße D1 und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 zu bestimmen, wenn Eindrückungen von unterschiedlicher Form, das heißt, die Eindrückung 14, bei der ein Rockwell-Eindrückkörper aufgepresst wurde, und die Eindrückung 14, bei der ein konischer Eindrückkörper aufgepresst wurde, in den Wälzoberflächen von jeweiligen Laufflächenringprodukten aus abgeschrecktem und gehärtetem SUJ 2 gebildet wurden. Bei diesen Diagrammen, die jeweils in 5A und 5B gezeigt sind, geben schwarze Kreise die Erhebungshöhen h1 der Eindrückungen 14 an, wenn der während der Rockwell-Versuche verwendete Rockwell-Eindrückkörper gegen die jeweiligen Laufringoberflächen der Laufflächenringe gepresst wurde, während weiße Kreise die Erhebungshöhen h1 der Eindrückungen 14 angeben, wenn der zu seiner Eindrückkörperspitze hin verjüngte konische Eindrückkörper, dessen Eindrückkörperspitze in 150 Grad abgewinkelt war, gegen die jeweiligen Laufringflächen der Laufflächenringe gepresst wurde. Die x-Achse des in 5B gezeigten Diagramms stellt die Eindrückungsgröße D1 dar, die durch einen Wert dargestellt ist, der durch Korrigieren der flachen Eindrückungsgröße zu einer kreisäquivalenten diametralen Abmessung berechnet wurde.
Wie in 5A gezeigt wies die Erhebungshöhe h1 der in 4B gezeigten Eindrückung 14 die Neigung auf, mit der Zunahme der Tiefe h2 der Eindrückung 14 linear anzusteigen, und veränderte sich diese Neigung nicht abhängig von der Form der Eindrückung. Andererseits war die Beziehung zwischen der in 5B gezeigten Eindrückungsgröße D1 und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14, obwohl sich eine lineare Beziehung zeigte, die der in 5A gezeigten ähnlich war, derart, dass die durch den aufgepressten Rockwell-Eindrückkörper gebildete Eindrückung 14 und die durch den aufgepressten konischen Eindrückkörper gebildete Eindrückung 14 unterschiedliche lineare Tendenzen zeigen. Mit anderen Worten veränderte sich die Beziehung zwischen der Eindrückungsgröße D1 und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 abhängig von der Form der Eindrückung.
Die Form der Eindrückung 14 verändert sich abhängig von der Form des Fremdstoffs und/oder der Wälzbedingung. Daher ist zur Schätzung der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 aus der Eindrückungsgröße 14 für jede der Versuchsbedingungen eine Beziehung der Erhebungshöhe h1 von der Eindrückungsgröße D1 nötig. In einem solchen Fall umfasst die in 2 gezeigte Erhebungshöhenschätzungseinheit 7 den Speicherabschnitt 7a zur Speicherung der Beziehung zwischen der Eindrückungsgröße D1 bei einer bestimmten Verwendungsbedingung des Lageraufbaus und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 und den Berechnungsabschnitt 7b zur Berechnung der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung durch Vergleichen der eingegebenen Eindrückungsgröße D1 mit der vorher beschriebenen Beziehung, die in dem Speicherabschnitt 7a gespeichert ist. Die oben genannte bestimmte Verwendungsbedingung kann zum Beispiel die radiale Belastung, die axiale Belastung, die Umdrehungsgeschwindigkeit, die Umgebungstemperatur, die Art eines Schmiermittels, und das Vorhandensein oder Fehlen einer Dichtung zum Abdichten des Schmiermittels umfassen.
Es ist zu bemerken, dass der in 2 gezeigte Speicherabschnitt durch den vorher beschriebenen Speicherblock 2B für vorbereitende Informationen ersetzt werden kann. Wenn die Tiefe der Eindrückung 14 zum Beispiel von einer Nachbildung der Wälzoberfläche gemessen werden kann, ist das Verfahren zur Schätzung der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 von der Tiefe h2 der Eindrückung 14 ziemlich bequem. In einem solchen Fall umfasst die Erhebungshöhenschätzungseinheit 7 den Speicherabschnitt 7a zur Speicherung der Beziehung zwischen der Tiefe h2 der Eindrückung 14 und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 und den Berechnungsabschnitt 7b zur Berechnung der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 durch Vergleichen der gemessenen Tiefe h2 der Eindrückung 14 mit der in dem Speicherabschnitt 7a gespeicherten Beziehung.
Aus dem Obigen berechnet die Erhebungshöhenschätzungseinheit 7 in dem Berechnungsblock 4 die Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 durch Bezugnahme auf die in dem Speicherabschnitt 7a (oder dem Speicherblock 2B für vorbereitende Informationen) gespeicherte und in 5A oder 5B gezeigte Beziehung. Wenn die Erhebungshöhe h1 als ein Wert berechnet wird, der nicht größ0er als 1,0 μm ist, berechnet die Lebensdauerschätzungseinheit 8 die Lebensdauer L_n des Wälzlageraufbaus gemäß der Formel (5) oder der Formel (6), wobei der in der Formel (4) oder anderen ausgedrückte Eindrückungskorrekturkoeffizient a_d gleich 1 gesetzt wird. Wenn die Erhebungshöhe durch die Erhebungshöhenschätzungseinheit 7 als ein Wert berechnet wird, der größer als 1,0 μm ist, berechnet die Lebensdauerschätzungseinheit 8 die Lebensdauer L_n des Wälzlageraufbaus gemäß der Formel (5) oder der Formel (6) auf Basis des erhaltenen Eindrückungskorrekturkoeffizienten, der durch Einsetzen der Eindrückungserhebungshöhe in die Formel (4) erhalten wird. Auf diese Weise kann die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus, wenn in den in 6A und 6B gezeigten Laufflächenring-Wälzoberflächen 10a und 11a eine Eindrückung 14 gebildet ist, unter Verwendung der Formel (5) oder (6) aus dem geschätzten Wert der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 geschätzt werden.
Die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus, die durch das vorher beschriebene Verfahren geschätzt werden kann, ist durch einen Wert dargestellt, der anwendbar ist, wenn in den in 6A und 6B gezeigten Wälzoberflächen nur eine Eindrückung 14 gebildet ist. Wenn in den Wälzoberflächen 10a und 11a eine große Eindrückung 14 gebildet ist oder die Anzahl der Eindrückungen 14 zunimmt, scheint es, dass die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus durch eine Zunahme des Volumens, das eine Belastung erfährt, verkürzt wird. Angesichts dessen wird die geschätzte Lebensdauer zur Berücksichtigung des Volumens, das die Belastung erfährt, gemäß der folgenden Formel (7) korrigiert. a_v = (1/n_d)^e (7), wobei a_v einen Korrekturkoeffizienten darstellt, der durch die Eindrückungsgröße und die Anzahl der Eindrückungen erforderlich gemacht ist, n_d die Rate der Zunahme des Bereichs der Fläche des Erhebungsabschnitts der Eindrückung darstellt, und e die Weibull-Steigung (im Fall eines Kugellageraufbaus ist e = 10/9, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist e = 9/8) darstellt.
Die obige Formel (7) stellt die Korrektur der geschätzten Lebensdauer auf Basis der Weibull-Theorie dar, nach der die Lebensdauer mit einer Zunahme des belasteten Volumens an den Wälzoberflächen 10a und 11a abnimmt. Wenn mehrere Eindrückungen 14 vorhanden sind oder Eindrückungen 14 von unterschiedlichen Größen gebildet sind, umfasst die Lebensdauerschätzungseinheit 8 den Lebensdauerberechnungsabschnitt 8a zur Berechnung der Lebensdauer L_n des Wälzlageraufbaus durch Multiplizieren der Formel (5) oder der Formel (6) mit dem Korrekturkoeffizienten gemäß der obigen Formel (7).
In den Wälzoberflächen des tatsächlich verwendeten Wälzlageraufbaus sind Eindrückungen mit unterschiedlichen Erhebungshöhen h1 der Eindrückung 14 verteilt. Um dies zu berücksichtigen, werden beim Schätzen der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus zwei Konzepte benötigt. Eines dieser Konzepte ist, dass die geschätzte Lebensdauer unter der Annahme, dass die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus im Wesentlichen durch die Eindrückung mit der größten Erhebungshöhe h1 bestimmt wird, unter gebührender Berücksichtigung nur der Eindrückung 14 mit der nahe an dem Höchstwert liegenden Erhebungshöhe h1 korrigiert wird. Das andere Konzept ist, dass die geschätzte Lebensdauer unter der Annahme, dass im Hinblick auf alle Eindrückungen 14 die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung besteht, mit Hilfe des wahrscheinlichkeitstheoretischen Multiplikationstheorems korrigiert wird, so dass alle diese Eindrückungen 14 in Betracht gezogen werden können. Jedes dieser Konzepte ist wirksam, um die geschätzte Lebensdauer zu korrigieren.
Wenn die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus durch die Eindrückung mit der größten Erhebungshöhe bestimmt wird, berechnet der Lebensdauerschätzungsberechnungsabschnitt 8a die Lebensdauer L_n des Wälzlageraufbaus durch Multiplizieren der auf Basis der größten Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 geschätzten Lebensdauer mit dem Korrekturkoeffizienten, der durch die oben genannte Formel (7) ausgedrückt wird. Mit anderen Worten ist es akzeptabel, die Lebensdauer L_n des Wälzlageraufbaus durch Messen der Anzahl der Eindrückungen und des Bereichs der Fläche der Eindrückung 14, die eine Erhebungshöhe h1 nahe an dem Höchstwert der Eindrückungen aufweist, und Multiplizieren der Formel (5) oder der Formel (6) mit einem Korrekturkoeffizienten der oben genannten Formel (7) zu bestimmen.
Wenn die Lagerlebensdauer unter Berücksichtigung aller Eindrückungen 14 bestimmt werden soll, korrigiert der Lebensdauerberechnungsabschnitt 8a die geschätzte Lebensdauer durch Messen der Lebensdauer nach der Formel (5) oder der Formel (6) für jede der Erhebungshöhen h1 der Eindrückungen 14 und Einsetzen der Lebensdauer, die mit dem Korrekturkoeffizienten der Formel (7), in dem Einflüsse der Anzahl der Eindrückungen berücksichtigt werden, multipliziert wurde, in die folgende Formel (8).
wobei L die Lebensdauer unter Berücksichtigung aller Eindrückungen darstellt, L_i die Lebensdauer darstellt, die der Summe aller Lebensdauern der Eindrückungen mit den einzelnen Größen, zu denen die Korrektur, die sich aus der Anzahl der Eindrückungen ergibt, addiert wurde, entspricht, und e die Weibull-Steigung (im Fall eines Kugellageraufbaus ist e = 10/9, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist e = 9/8) darstellt.
Es kann vorkommen, dass es im Fall eines tatsächlich verwendeten Wälzlageraufbaus im Hinblick auf die Struktur des Lageraufbaus schwierig ist, jeweilige Nachbildungen der Wälzoberflächen 10a und 11 anzufertigen, weshalb die Tiefe der Eindrückung 14 nicht gemessen werden kann. In einem solchen Fall ist es nötig, die Erhebungshöhe h1 durch Anfertigen einer Datenbank von Eindrückungsgrößen D1 und Erhebungshöhen h1 von Eindrückungen 14 unter bestimmten Verwendungsbedingungen zu schätzen, wobei die Wälzoberflächen 10a und 11a des Lageraufbaus mit Hilfe eines Endoskops betrachtet werden und die Eindrückungsgröße D1 der betrachteten Wälzoberflächen 10a und 11a unter Bezugnahme auf die Datenbank geprüft wird.
Das in 7 gezeigte Diagramm veranschaulicht das Ergebnis einer Untersuchung, die durchgeführt wurde, um die Beziehung zwischen der Eindrückungsgröße D1 und der Tiefe h2 der Eindrückung 14 in jedem von drei Lageraufbauten, die unter den gleichen Verwendungsbedingungen verwendet wurden, zu bestimmen. Die x-Achse des Diagramms von 7 stellt Werte der flachen Größe der Eindrückungen 14 dar, die zu einer kreisäquivalenten diametralen Abmessung korrigiert wurden. Wie darin gezeigt wurde in der Beziehung zwischen der Eindrückungsgröße D1 und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung 14 trotz des Umstands, dass die Anzahlen der Eindrückungen 14 in diesen drei Lageraufbauten voneinander verschieden waren, eine im Wesentlichen lineare Beziehung gefunden. Die vorher genannte Datenbank ist überschreibbar in dem Speicherabschnitt 7a oder dem Speicherblock 2B für vorbereitende Daten untergebracht. Entsprechend kann die Erhebungshöhenschätzungseinheit 7 die Erhebungshöhe h1 leicht durch Vergleichen der Eindrückungsgrößen D1 der betrachteten Wälzoberflächen 10a und 11a mit der Datenbank schätzen, ohne dass es nötig ist, Nachbildungen der Wälzoberflächen 10a und 11a anzufertigen.
Nun wird das Verfahren zur Schätzung der Restlebensdauer des im Einsatz stehenden Wälzlageraufbaus unter Verwendung des vorher besprochenen Verfahrens zur Schätzung der Lebensdauer des Lageraufbaus beschrieben werden. Im Fall eines verhältnismäßig teuren Wälzlageraufbaus von einer großen Größe besteht der Wunsch, die Verwendung des Lageraufbaus unter Bezugnahme auf das Ergebnis einer Schätzung der Restlebensdauer, die durch regelmäßige Untersuchungen vorgenommen wird, fortzusetzen. Die oben genannte Lebensdauerschätzungseinheit 8 kann den Restlebensdauerberechnungsabschnitt 8b zur Schätzung der Restlebensdauer des Lageraufbaus aus der geschätzten Lebensdauer des Wälzlageraufbaus und der Anzahl der Umdrehungen des Lageraufbaus umfassen. Mit anderen Worten schätzt die Restlebensdauerberechnungseinheit 8b die Lebensdauer aus der dynamischen äquivalenten Belastung und der Erhebungshöhe h1 der Eindrückung, und schätzt sie die Restlebensdauer aus der Anzahl der Umdrehungen des Lageraufbaus. Da die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus in den meisten Fällen von L₁₀ (der Anzahl der Umdrehungen, bei der 90% der Wälzlageraufbauten nicht brechen) als Standard Gebrauch macht, wird der Unterschied zwischen L₁₀ und der Anzahl der Umdrehungen typischerweise als die Restlebensdauer zu dieser Zeit eingesetzt. Falls der Zeitpunkt, zu dem es dazu kommt, dass die Restlebensdauer auf Basis des Parameters L₁₀ einen negativen (–) Wert darstellt, als der Zeitpunkt des Austauschs des Wälzlageraufbaus bestimmt wird, können 90% der Gruppe von geprüften Wälzlageraufbauten als akzeptabel betrieben angesehen werden. Bei Wälzlageraufbauten gibt es eine Anwendung, bei der das Versagen eines kleinen Prozentsatzes der Wälzlageraufbauten zu einem Problem werden wird. In diesem Fall kann die kumulative Versagenswahrscheinlichkeit auf einen Wert festgelegt werden, der geringer als 10% ist.
Da am Beginn der Verwendung des Lageraufbaus keine Bildung einer Eindrückung 14 in den Laufflächenring-Wälzoberflächen 10a und 11a besteht, muss der Betrieb mit einem auf 1 gesetzten Eindrückungskorrekturkoeffizienten a_d fortgesetzt werden, bis die Restlebensdauer ein negativer (–) Wert wird, oder bis zu der nächstfolgenden Überprüfung fortgesetzt werden. Wenn zur Zeit der Überprüfung festgestellt wird, das sich in der Wälzoberfläche eine Eindrückung 14 gebildet hat, wird die Lebensdauer unter Verwendung des aus der Erhebungshöhe h1 der geschätzten Eindrückung 14 bestimmten Eindrückungskorrekturkoeffizienten a_d geschätzt, um dadurch die Restlebensdauer zu bestimmen. Da zu dieser Zeit nicht offensichtlich ist, zu welchem Zeitpunkt sich die durch die Nachbildung oder zum Beispiel durch Verwenden eines Endoskops beobachtete Eindrückung 14 gebildet hat, ist es nicht möglich, die genaue Anzahl der Umdrehungen festzulegen. Wenn die Sicherheitsüberlegung besteht, den Lageraufbau so bald als möglich auszutauschen, bevor er bricht, wird die Anzahl der Umdrehungen in Form der Gesamtanzahl der Umdrehungen eingesetzt. Wenn die Restlebensdauer, die unter Annahme des Umstands der Bildung einer Eindrückung 14 berechnet wurde, kein negativer (–) Wert wird, wird der Betrieb fortgesetzt, bis die Restlebensdauer zu einem negativen (–) Wert wird, oder bis zu der Zeit, zu der die nächstfolgende Überprüfung stattfindet, fortgesetzt.
Wenn der Betrieb des Lageraufbaus bis zum Stattfinden der nächstfolgenden Überprüfung fortgesetzt wird, findet eine Untersuchung der Eindrückungsform unter Verwendung von, zum Beispiel, einer Nachbildung oder eines Endoskops oder dergleichen statt. Wenn die Verteilung der Eindrückungen 14 mit jener während der ersten Untersuchung identisch ist, wird die Lebensdauer unter Verwendung des während der vorhergehenden Überprüfung bestimmten Eindrückungskorrekturkoeffizienten a_d geschätzt, um dadurch die Restlebensdauer zu bestimmen. Danach wird der Wert des Eindrückungskorrekturkoeffizienten a_d unter Bezugnahme auf eine neu gebildete Eindrückung geschätzt, um dadurch die Restlebensdauer zu bestimmen. Sollten beide Restlebensdauern nicht zu einem negativen (–) Wert werden, wird der Betrieb fortgesetzt, bis die Restlebensdauer zu einem negativen (–) Wert wird, oder bis zu der Zeit, zu der die nächstfolgende Überprüfung stattfindet, fortgesetzt. Die Vorgänge des Schätzens der Restlebensdauer im Anschluss an die zweite Überprüfung sind dem oben beschriebenen Vorgang gleich. Obwohl die oben beschriebene Restlebensdauerschätzung als unter Ausübung einer konstanten Belastung auf den Lageraufbau ausgeführt beschrieben wurde, wird die Restlebensdauer unter Verwendung einer linearen akkumulierten Versagensregel, die durch die folgende Formel (9) ausgedrückt ist, geschätzt, wenn sich die Belastung mit jeder der Anzahlen von Umdrehungen verändert.
wobei I die Anzahl der Schritte des Belastungsstandards darstellt, L_i die Lebensdauer bei dem durch i ausgedrückten Belastungspegel darstellt, und n_i die Anzahl der Belastungen oder die Anzahl der Umdrehungen bei dem durch i ausgedrückten Belastungspegel darstellt. Wenn diese Formel verwendet wird, ist der Zeitpunkt, zu dem der Wälzlageraufbau ausgetauscht wird, dann gekommen, wenn die Summe aus n_i/L_i 1 erreicht.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, welche nur zum Zweck der Erläuterung verwendet werden, vollständig beschrieben wurde, werden sich Fachleute beim Lesen der hier gebotenen Beschreibung der vorliegenden Erfindung leicht zahlreiche Änderungen und Abwandlungen innerhalb des Rahmens des Offensichtlichkeit vorstellen können. Entsprechend sollen derartige Änderungen und Abwandlungen, sofern sie nicht von dem Umfang der vorliegenden Erfindung, der durch die hier beigefügten Ansprüche bestimmt wird, abweichen, als darin enthalten aufgefasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer
7: Erhebungshöhenschätzungseinheit
7a: Speicherabschnitt
7b: Berechnungsabschnitt
8: Lebensdauerschätzungseinheit
8a: Lebensdauerberechnungsabschnitt
8b: Restlebensdauerberechnungsabschnitt
10: innerer Ring
11: äußerer Ring
10a, 11a: Wälzoberfläche
12: Wälzelement
14: Eindrückung
15: Erhebungshöhenabschnitt
D1: Eindrückungsgröße
h1: Erhebungshöhe der Eindrückung
h2: Tiefe der Eindrückung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-006569 [0001]
JP 3880455 [0006]
JP 3842055 [0006]
JP 4504065 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Junzo Okamoto, ”Korogarijikuuke to Korojikuuke no Doteki Fukayouryou – Lun D1 berg-Palmgren Riron no Shoukai –”, Chiba Daigaku Kougaku-bu Kikai Kogaku Youso Kouza (1988) (Junzo Okamoto, ”Wälzlager und dynamische Belastungskapazitäten von Wälzlagern – Ausführliche Protokolle zur Theorie von Lun D1 berg-Palmgren –”, Vorlesungen zu mechanischen Elementen an der Universität Chiba, Abteilung Maschinenbau, Technische Fakultät (1988)) [0007]
Noriyuki Tsushima, Kukuo Maeda, ”Bearingu Enjinia”, 49 (1984), pp. 25–34 (N. Tsushima et al., ”Bearing Engineer”, 49 (1984), pp. 25–34) [0007]
Kazutoshi Toda, Tsuyoshi Mikami, Teruo Hoshino, ”Toraiborojitsuto”, 6 (1993) pp. 526–532 (K. Toda et aql., ”Tribologen”, 6 (1993), pp. 526–532) [0007]

Claims

Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer, um eine Lebensdauer eines Wälzlageraufbaus, der einen inneren und einen äußeren Ring, wobei jeder Ring eine daran definierte Wälzoberfläche aufweist, und mehrere Wälzelemente, die wälzend zwischen den jeweiligen Wälzoberflächen des inneren und des äußeren Rings eingefügt sind, umfasst, zu schätzen, wobei die Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer Folgendes umfasst: eine Erhebungshöhenschätzungseinheit zum Erhalt eines Eingangs, der eine Tiefe einer Eindrückung, die in einer der Wälzoberflächen des inneren und des äußeren Rings gebildet ist, oder eine Eindrückungsgröße, die eine flache Größe der Eindrückung darstellt, angibt, um auf Basis der eingegebenen Tiefe der Eindrückung oder der Eindrückungsgröße gemäß einer vorherbestimmten Regel eine von der Wälzoberfläche gemessene Erhebungshöhe der Eindrückung zu schätzen; und eine Lebensdauerschätzungseinheit zur Schätzung der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus gemäß einer Regel, die durch eine Beziehung zwischen der geschätzten Erhebungshöhe der Eindrückung und der Rate der Abnahme der Wälzermüdungslebensdauer und einer dynamischen äquivalenten Belastung bestimmt ist.
Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau nach Anspruch 1, wobei die Erhebungshöhenschätzungseinheit Folgendes umfasst: einen Speicherabschnitt zur Speicherung einer Beziehung zwischen der Eindrückungsgröße und der Erhebungshöhe der Eindrückung unter bestimmten Verwendungsbedingungen des Lageraufbaus; und einen Berechnungsabschnitt zur Berechnung der Erhebungshöhe der Eindrückung durch Vergleichen der eingegebenen Erhebungshöhe mit der in dem Speicherabschnitt gespeicherten Beziehung.
Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau nach Anspruch 1, wobei die Lebensdauerschätzungseinheit Folgendes umfasst: einen Lebensdauerberechnungsabschnitt zur Berechnung der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus durch Multiplizieren der geschätzten Lebensdauer des Wälzlageraufbaus mit einem durch die folgende Formel ausgedrückten Korrekturkoeffizienten der Wälzermüdungslebensdauer, der von einer Zunahme des Bereichs der Fläche des Erhebungsabschnitts der Eindrückung abhängt, a_v = (1/n_d)^e wobei a_v einen Korrekturkoeffizienten darstellt, der von der Eindrückungsgröße und der Anzahl der Eindrückungen abhängt, n_d die Rate der Zunahme des Bereichs der Fläche des Erhebungsabschnitts der Eindrückung darstellt, und e die Weibull-Steigung (im Fall eines Kugellageraufbaus ist e = 10/9, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist e = 9/8) darstellt.
Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau nach Anspruch 3, wobei der Lebensdauerberechnungsabschnitt die Lebensdauer des Wälzlagers durch Multiplizieren der auf Basis der größten Erhebungshöhe der Eindrückung geschätzten Lebensdauer mit dem Korrekturkoeffizienten berechnet.
Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau nach Anspruch 3, wobei der Lebensdauerberechnungsabschnitt die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus durch Schätzen der einer einzelnen Eindrückung entsprechenden Lebensdauer für jede Eindrückung auf Basis der Erhebungshöhen aller Eindrückungen, die an den Wälzoberflächen gebildet sind, und dann durch Multiplizieren der jeweiligen geschätzten Lebensdauer, die einer einzelnen Eindrückung entspricht, mit dem oben genannten Korrekturkoeffizienten berechnet.
Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau nach Anspruch 1, wobei die Lebensdauerschätzungseinheit die Lebensdauer L_n des Wälzlageraufbaus unter Verwendung der folgenden Formel berechnet: L_n = a_da₁(C/P)^p wobei a_d = e^(–b×h) ist, und a₁ = [(ln(1 – 0,01n)/ln0,9]^1/e ist, und wobei L_n eine Lebensdauer von n% darstellt, a_d einen Eindrückungskorrekturkoeffizienten darstellt, b eine Konstante darstellt, h die Eindrückungserhebungshöhe (μm) darstellt, a₁ einen Verlässlichkeitskoeffizienten darstellt, P die Belastung (kgf) darstellt, C eine dynamische Tragfähigkeit (kgf) darstellt, p einen Index der belasteten Lebensdauer (im Fall eines Kugellageraufbaus ist p = 3, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist p = 10/3) darstellt, und e die Weibull-Steigung (im Fall eines Kugellageraufbaus ist e = 10/9, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist e = 9/8, außer im Fall einer Lebensdauer von 10% oder weniger, bei der e = 1,5 ist) darstellt.
Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau nach Anspruch 1, wobei die Lebensdauerschätzungseinheit die Lebensdauer L_n des Wälzlageraufbaus unter Verwendung der folgenden Formel berechnet: L_n = a_da'₁(C/P)^p wobei a_d = e^(–b×h) ist, und a'₁ = {0,95 × [(ln(1 – 0,01n)/ln0,9]^1/e + 0,05} ist, und wobei L_n eine Lebensdauer von n% darstellt, a_d einen Eindrückungskorrekturkoeffizienten darstellt, b eine Konstante darstellt, h die Eindrückungserhebungshöhe (μm) darstellt, a₁ einen Verlässlichkeitskoeffizienten darstellt, P die Belastung (kgf) darstellt, C die dynamische Tragfähigkeit (kgf) darstellt, p einen Index der belasteten Lebensdauer (im Fall eines Kugellageraufbaus ist p = 3, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist p = 10/3) darstellt, und e die Weibull-Steigung (im Fall eines Kugellageraufbaus ist e = 10/9, und im Fall eines Rollenlageraufbaus ist e = 9/8, außer im Fall einer Lebensdauer von 10% oder weniger, bei der e = 1,5 ist) darstellt.
Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau nach Anspruch 6, wobei die Lebensdauerschätzungseinheit die Lebensdauer L_n des Wälzlageraufbau unter Setzen des Korrekturkoeffizienten a_d auf 1 berechnet, wenn die Erhebungshöheneinheit schätzt, dass die Erhebungshöhe der Eindrückung 1,0 μm oder weniger beträgt.
Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau nach Anspruch 7, wobei die Lebensdauerschätzungseinheit die Lebensdauer L_n des Wälzlageraufbau unter Setzen des Korrekturkoeffizienten a_d auf 1 berechnet, wenn die Erhebungshöheneinheit schätzt, dass die Erhebungshöhe der Eindrückung 1,0 μm oder weniger beträgt.
Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau nach Anspruch 1, wobei die Lebensdauerschätzungseinheit einen Restlebensdauerberechnungsabschnitt umfasst, um aus der Lebensdauer des Wälzlageraufbaus, die so geschätzt wurde, und der Anzahl der Umdrehungen des Lageraufbaus eine verbleibende Lebensdauer des Lageraufbaus zu schätzen.
Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau nach Anspruch 10, wobei der Restlebensdauerberechnungsabschnitt bestimmt, das die Restlebensdauer Null Umdrehungen beträgt, falls die Anzahl der Umdrehungen, die die Lebensdauer überschreitet, eine kumulative Versagenswahrscheinlichkeit von weniger als 10% oder geringer aufweist.
Vorrichtung zur Schätzung der Lebensdauer für den Wälzlageraufbau nach Anspruch 1, wobei der Wälzlageraufbau ein Kegelrollenlageraufbau oder ein Zylinderrollenlageraufbau ist.
Verfahren zur Schätzung der Lebensdauer, um die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus, der einen inneren und einen äußeren Ring, wobei jeder Ring eine jeweilige daran definierte Wälzoberfläche aufweist, und mehrere Wälzelemente, die zwischen den jeweiligen Wälzoberflächen des inneren und des äußeren Rings eingefügt sind, umfasst, zu schätzen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Schritt der Schätzung der Erhebungshöhe, um einen Eingang zu erhalten, der eine Tiefe einer Eindrückung, die in einer der Wälzoberflächen des inneren und des äußeren Rings gebildet ist, oder eine Eindrückungsgröße, die eine flache Größe der Eindrückung darstellt, angibt, um auf Basis der eingegebenen Tiefe der Eindrückung oder der Eindrückungsgröße gemäß einer vorherbestimmten Regel eine von der Wälzoberfläche gemessene Erhebungshöhe der Eindrückung zu schätzen; und einen Schritt der Schätzung der Lebensdauer, um die Lebensdauer des Wälzlageraufbaus gemäß einer Beziehung zwischen der geschätzten Erhebungshöhe der Eindrückung und der Rate der Abnahme der Wälzermüdungslebensdauer und mit einer dynamischen äquivalenten Belastung zu schätzen.