JP2008046064A

JP2008046064A - 転がり軸受の回転試験装置

Info

Publication number: JP2008046064A
Application number: JP2006223876A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Kondo; 博光近藤; Yukimitsu Yamamoto; 幸光山本
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】転がり軸受の回転試験装置により内外輪回転かつ循環給油の使用条件を実回転時により近い状態で再現する。
【解決手段】転がり軸受の回転試験装置を、内輪１ａ、２ａが固定される回転軸１０と、外輪１ｂ、２ｂが固定されるハウジング２０とを備え、回転軸１０とハウジング２０とがそれぞれ独立に回転駆動が可能になっており、油をハウジング２０外から回転軸１０の内部に通して試験軸受１、２に流す油導入路１４ａ、１４ｂ、１４ｃと、その試験軸受１、２から流出した油をハウジング２０の内周に連続する油排出路２５からハウジング２０の外に出し、油回収カバー４０で回収するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、転がり軸受を作動させて各種の軸受特性を評価するために利用される転がり軸受の回転試験装置に関する。

転がり軸受を作動させて各種の評価を行い、その評価結果を製品の設計に反映させることが広く行われている。この種の評価は、実際の使用条件に近い程に利用価値が高い。

従来、転がり軸受の使用条件を近似的に再現する試験装置として、回転軸に試験軸受の内輪を装着し、試験軸受の外輪をハウジングに装着し、回転軸の外周とハウジングの内周の間に試験軸受を組み込んだ状態で内輪を回転させるようにした回転試験装置がある（特許文献１、特許文献２）。

上述の回転試験装置では、内輪を回転させることにより試験軸受の作動状態を想定する使用条件に近づけ、温度上昇、摩耗、振動などの軸受特性の評価が行われる。

特開２００３−２５４８６６号公報特開平７−３３３２００号公報

しかしながら、各種機械の増速機、減速機等の回転軸に備わるクラッチギアに嵌合された転がり軸受は、内外輪回転で使用される。この種の内外輪回転の使用条件を従来の転がり軸受の回転試験装置で近似する場合、例えば、内輪の回転数が２０００（ｍｉｎ^−１）、外輪の回転数が１２０００（ｍｉｎ^−１）の回転方向が同じ使用条件を想定すると、内輪の回転数を内外輪の回転数差１００００（ｍｉｎ^−１）で回転させる他ない。

ところが、内外輪回転の使用条件を内外輪の回転数差で近似する回転試験装置では、例えば、循環給油法で油を流すと、実際には油の流れが内外輪の両方から回転の影響を受けるため、軸受の冷却や潤滑の効果が実回転時と異なる問題がある。これらの効果が異なると、結果的に軌道、鍔、転動面、保持器等の摩耗の程度も実運転時とは異なってしまう。

そこで、この発明は、転がり軸受の回転試験装置により内外輪回転かつ循環給油の使用条件を実回転時により近い状態で再現することを課題とする。

上記の課題を達成するため、この発明は、試験軸受の内輪が固定される回転軸と、前記試験軸受の外輪が固定されるハウジングとを備え、前記ハウジングと前記回転軸との間に前記試験軸受を組み込んだ状態で前記回転軸の回転駆動が可能である転がり軸受の回転試験装置において、前記回転軸と前記ハウジングとがそれぞれ独立に回転駆動が可能になっており、油を前記ハウジング外から前記回転軸の内部に通して前記試験軸受に供給する油導入路と、その試験軸受から流出した油を前記ハウジング外に流す油排出路とを有することを特徴とする構成を採用したものである。

具体的には、前記回転軸と前記ハウジングとがそれぞれ独立に回転駆動が可能になっている構成によれば、回転軸とハウジングとをそれぞれ所定の回転数で回転させて内外輪回転を再現することができる。すなわち、内外輪回転の使用条件を内外輪の回転数差で近似する必要はない。
油を前記ハウジング外から前記回転軸の内部に通して前記試験軸受に流す油導入路を有する構成によれば、ハウジングの回転状態にかかわらず、回転軸の内部を通してハウジング内の試験軸受に油を流すことができる。
その試験軸受から流出した油を前記ハウジング外に流す油排出路を有する構成によれば、その試験軸受から流出した油が油排出路によりハウジングの外に出るため、油を試験軸受に連続的に流すことができる。
ここで、油が試験軸受を流れるとき、内外輪の両方を回転させられるため、実回転時と同じように両輪の回転の影響を受ける。

したがって、この発明の構成によれば、内外輪回転かつ循環給油の使用条件を実回転時により近い状態で再現することができる。その結果、軸受の冷却や潤滑の効果が実回転時により近づき、軌道、鍔、転動面、保持器等の摩耗の程度も実運転時に近づく。

上記構成において、前記試験軸受から流出した油は、前記ハウジング、前記回転軸、及び試験軸受の回転に伴う遠心力の影響を受ける。このため、前記油排出路が前記ハウジングの内周に連続している構成を採用すれば、前記試験軸受から流出した油は、遠心力で前記油排出路に円滑に送り込まれる。

前記油排出路が前記ハウジングの内周に連続している構成の採用に伴い、前記油排出路をそのハウジングに通すことになる。このため、前記ハウジングの外に油排出路内の油を放出させることができる。このような油排出路は、ハウジングに簡単に設けることができる。

ここで、試験場の環境、試験装置の他の構造部との関係から、油放出口からの外部放出が好ましくない場合、前記油排出路から放出された油を受ける環状溝が形成された油回収カバーを固定側に備えている構成を採用すればよい。
この構成によれば、前記ハウジングが回転しても、前記油放出口から放出された油を油回収カバーの環状溝で受けて飛散を防止することができる。環状溝で受けた油の貯留や循環は、油回収カバーが固定側にあるため、支障なく行うことができる。

上述のように、この発明に係る転がり軸受の回転試験装置は、上記特徴的構成の採用により、内外輪回転かつ循環給油の使用条件を実回転時により近い状態で再現することができる。

以下、この発明の第１実施形態に係る転がり軸受の回転試験装置を図１に基づいて説明する。
第１実施形態に係る転がり軸受の回転試験装置は、試験軸受１、２の内輪１ａ、２ａが固定される回転軸１０と、試験軸受１、２の外輪１ｂ、２ｂが固定されるハウジング２０とを備えている。

この第１実施形態では、試験軸受１、２のそれぞれが、アンギュラ玉軸受であり、一対を構成する同型のものとなっている。

回転軸１０は、固定支持台３０により水平に支持されている。固定支持台３０の支持脚３１、３１に一対の支持軸受３２、３２を介して回転自在かつ水平に支持されている。一対の支持軸受３２、３２のそれぞれは、支持脚３１の内周と回転軸１０の外周との間に組み込まれ、軸受ナット３３と支持脚３１にボルト止めされた蓋３４ａ、３４ｂとで固定されている。

一対の内輪１ａ、２ａは、内輪間座１１と、軸受ナット１２ａとで回転軸１０の大径部分に固定されている。

一対の外輪１ａ、２ｂは、外輪間座２１と、蓋２２ａ、２２ｂとでハウジング２０に固定されている。

回転軸１０の一端部外周には、プーリ１３が取り付けられている。一方、ハウジング２０の蓋２２ｂの側面には、プーリ２３がスペーサ２４を介して取り付けられている。

回転軸１０とハウジング２０との間に前記試験軸受１、２を組み込んだ状態で、プーリ１３、２３には、互いに別々の回転駆動源（図示省略）からタイミングベルト（図示省略）を介して回転力を伝達することができる。

ハウジング２０は、一対の試験軸受１、２によりその内方に挿通された回転軸１０に対して回転自在に支持されている。この支持状態でプーリ１３、２３をそれぞれ独立に回転させることにより、回転軸１０及びハウジング２０は、それぞれ独立に回転駆動させることができる。なお、回転軸１０及びハウジング２０の回転方向、回転速度、回転トルク等は、プーリ１３用、プーリ２３用の回転駆動源の回転制御、変速機の設定等により適宜に調節することができる。

前記回転軸１０には、ハウジング２０の外から内輪間座１１の内方まで連続する外部導通穴１４ａと、内輪間座１１の内方で軸外周に開口し、外部導通穴１４ａと連続する交差穴１４ｂとが形成されている。内輪間座１１には、交差穴１４ｂと連通するノズル孔１４ｃが形成されている。

外部導通穴１４ａの外部開口部には、油の供給系統（図示省略）を接続することができる。これにより、外部導通穴１４ａに送り込まれた油は、交差穴１４ｂを通ってノズル孔１４ｃから流出する。この流出した油は、回転軸１０の遠心力の作用により外輪間座２１の内周に当って確実に分流されるので、試験軸受１、２のそれぞれに油を流すことができる。すなわち、この第１実施形態では、外部導通穴１４ａと交差穴１４ｂとノズル孔１４ｃとは、油をハウジング２０の外から回転軸１０の内部に通して試験軸受１、２に流す油導入路を構成している。

ここで、回転軸１０が一本の部材からなり、外部導通穴１４ａは、回転軸１０の一端面から軸心に沿って内輪間座１１の内方まで穿たれている。これは、回転軸１０の一端面から直線的に穴あけ加工が可能になり、加工の単純化を図ることができるからである。また、回転軸１０の一端面の軸心に外部導通穴１４ａが開口していると、回転軸１０の回転中心で油の供給系統と接続することができ、接続の容易化を図ることができると共に、遠心力の影響を抑制して交差穴１４ｂまで送油することができるからである。

さらに、交差穴１４ｂは、径方向に穿たれている。これは、回転軸１０の外周から直線的に穴あけ加工が可能になり、加工の単純化を図ることができると共に、交差穴１４ｂに達した油を遠心力によって効率よく送り出すことができるからである。

なお、回転軸１０の加工の単純化より確実な油導入を優先するのであれば、交差穴１４ｂを径方向外側に進む程に縮径するテーパ穴とすることにより、遠心力による送油付勢をより効果的に得ることができる。

交差穴１４ｂは、周方向に等間隔で複数形成されている。これは、試験軸受１、２に対する油供給を周方向にバランスさせるためである。

例えば、試験軸受の内輪が内径に開口する油孔を有する場合、その油孔に交差穴１４ｂを連通させることができる。また、穿設後の内部仕上げを省略するため、回転軸１０や内輪間座１１にスリーブを通して外部導通穴１４ａ等を設けることもできる。

ハウジング２０は、その内周のうち、蓋２２ａ、２２ｂで構成される部分に連続し、ハウジング２０の外に達する油排出路２５を有する。

ノズル１４ｃから各試験軸受１、２の一側方より軸受内に流れた油は、各試験軸受１、２の他側方から流出し、その大部分は遠心力によりハウジング２０の内周側に集まる。油排出路２５は、試験軸受１、２の両側にそれぞれ形成されているため、各試験軸受１、２の他側方から流出した油をハウジング２０の外に流すことができる。

ここで、油排出路２５がハウジング２０の内周に連続するため、遠心力によりハウジング２０の内周側に集まった油は、円滑にハウジング２０の外に流すことができる。なお、油排出路２５の入口が外輪１ｂ、２ｂの側方にあれば、ある程度円滑な油排出がなされる。このため、油排出路２５がハウジング２０の内周に連続している構成には限定されない。

また、油排出路２５は、ストレート孔になっている。これは、穴あけ加工の容易化のためである。また、油排出路２５は、軸方向に対し径方向外側に傾斜している。これは、遠心力に逆らうことなく油を円滑に放出させることができるためである。

外部導通穴１４ａ、交差穴１４ｂ、ノズル孔１４ｃからなる油導入路及び油排出路２５の本数、配置、内径、構造等は、要求される油の流れを近似できればよく、試験条件に支障がない限り、適宜に決定することができる。

この第１実施形態では、回転軸１０が水平軸のため、試験軸受１、２から流出した油の一部が回転軸１０側に下降する。このため、ハウジング２０の蓋２２ａ、２２ｂの内端部にシール２６を設けることにより、油の漏洩を防止している。

また、第１実施形態では、油排出路２５から放出された油を受ける環状溝４１が形成された油回収カバー４０を固定側に備えている。

具体的には、油回収カバー４０は、支持台３０に固定されている。環状溝４１は、蓋２２ａ、２２ｂの外側に位置し、油排出路２５の回転軌跡領域に臨んでいる。このため、ハウジング２０が回転しても、油が周囲に飛散しない。

なお、油排出路２５内の油は、遠心力により勢いをもって放出されるため、油回収カバー４０とハウジング２０の蓋２２ａ、２２ｂの間に摺接防止の隙間４２を設けられる。低速回転の試験条件を設定する場合、ハウジング２０と油回収カバー４０間での油漏洩を防止するシールを油回収カバー４０に設けることができる。

環状溝４１に受けられた油は、底に集まり、図示省略のドレンから排出される。ドレンから排出された油は、再度、外部導通穴１４ａに接続された供給系に送ったり、タンクに貯留したりすることができる。

また、この第１実施形態では、回転軸１０の他端面から一方の試験軸受２の内輪２ａに熱電対５１を接触させるための配線路５２が形成されている。また、回転軸１０の他端外周にはスリップリング５３が装着されており、回転軸１０を回転させつつ熱電対５１の出力をスリップリング５３を介して測定できるようになっている。なお、試験軸受１、２の軸受特性を評価するため、その他の測定装置を適宜に配設することができるのは勿論である。

この第１実施形態は、上記の構成を有するものであり、回転軸１０とハウジング２０とをそれぞれ所定の回転数で回転させて内輪１ａ、２ａと外輪１ｂ、２ｂとを回転させ、内外輪回転の使用状態を再現すると、ハウジング２０の回転状態にかかわらず、図１中に矢線で示すように、回転軸１０の内部の外部導入路１４ａを通してノズル孔１４ｃよりハウジング２０内の試験軸受１、２に油を流し、その試験軸受１、２から流出した油が油排出路２５によりハウジング２０の外に出ていく。このため、油を試験軸受１、２に連続的に流すことができる。試験軸受１、２を流れる油は、内輪１ａ、２ａと外輪１ｂ、２ｂの両方を回転させられるため、実回転時と同じように両輪の回転の影響を受ける。

したがって、この第１実施形態によれば、内外輪回転かつ循環給油の使用条件を実回転時により近い状態で再現することができる。その結果、試験軸受１、２の冷却や潤滑の効果が実回転時により近づき、軌道、鍔、転動面、保持器等の摩耗の程度も実運転時に近づく。

この第１実施形態において、一つの試験軸受のみを評価する場合、１つの試験軸受に変えてリング部材を組み込み、ノズル孔１４ｃからの油を試験軸受に流すようにすることができる。なお、回転軸１０、ハウジング２０を一つの試験軸受の評価専用に構成することができる。縦軸での使用条件を再現する場合、回転軸１０を縦向きに支持すればよい。

この第１実施形態では、回転軸１０に一対の試験軸受１、２の内輪１ａ、２ａを固定することができ、その回転軸１０の両端間が一連なので、油導入路１４ａ及び配線路５２を各端側に分けて設けることができ、これにより、限られた軸断面積の中で油導入路１４ａ及び配線路５２を大きく確保することが容易である。なお、回転軸１０の両端面又はいずれか一方の端面からのみ油導入路、配線路を形成することもできる。

また、この第１実施形態では、油導入路１４ａの出口であるノズル孔１４ｃの孔中心軸を含み、回転軸１０と直交する平面に関して、一対の試験軸受１、２が組み込まれた状態で回転軸１０の外周とハウジング２０の内面とで形成される軸受設置空間Ｓ、ノズル孔１４ｃ及び油排出路２５が対称の関係になっている。すなわち、この第１実施形態では、一対の試験軸受１、２に対して油が同一条件で給排されるので、軸受特性の評価に便利である。

以下、この発明の第２実施形態を図２に基づいて説明する。なお、以下では、上記第１実施形態との相違点を中心に述べ、また、先に述べたのと同じ構成は、説明を省略して同符号を付すのみとする。
第２実施形態に係る転がり軸受の回転試験装置は、ハウジング６０のうち、試験軸受１、２の外輪嵌合部となっているスリーブ６１の外周にプーリ構造が一体に設けられている。このため、ハウジング６０の側面に回転駆動用のプーリがない。その結果、一対の支持軸受３２、３２間の軸方向間隔は、上記第１実施形態よりも短縮されると共に、油回収カバー６２は、上記第１実施形態よりも径方向内側に大型化されている。

また、この第２実施形態に係る転がり軸受の回転試験装置は、振動センサ６３、６３が一対の支持軸受３２、３２の径方向外側に配置されており、試験軸受１、２の振動を回転軸の振動として間接的に検出できるようになっている。

また、この第２実施形態に係る転がり軸受の回転試験装置は、ノズル孔１４ｃの孔中軸を含み、回転軸１０と直交する平面Ｐに関して、一対の支持軸受３２、３２間の軸方向間隔が等しく、その平面Ｐ上に伝達ベルトの幅中心が位置するようになっている。このため、同型の試験軸受１、２を一対で組み込めば、油を同一条件で給排できることに加え、一対の試験軸受１、２の支持荷重も正背の向きを除いて同一条件になる。
したがって、この第２実施形態に係る転がり軸受の回転試験装置は、一対の試験軸受間で測定値の算術補正、出力信号の補正等を行い易くなり、軸受特性の評価により便利である。

以下、発明の第３実施形態を図３に基づいて説明する。
第３実施形態に係る転がり軸受の回転試験装置は、ハウジング７０の一方の蓋７１ａの側面が閉じられ、他方の蓋７１ｂ側のみが開放されている。回転軸８０は、他方の蓋７１ｂ側からハウジング７０内に差し込まれ、その一端側が一対の支持軸受８１ａ、８１ｂで支持され、他端側が試験軸受１、２で支持されている。

ハウジング７０の一方の蓋７１ａの側面には、回転軸８０と同軸に回転する軸部７２が設けられている。軸部７２の一端側は、一対の支持軸受７３ａ、７３ｂにより支持されている。軸部７２の他端側は、試験軸受１、２で支持されている。軸部７２の一端部外周には、ハウジング７０の回転駆動用のプーリ７４が取り付けられている。

油排出路７５は、蓋７１ａ、７１ｂ及び試験軸受１、２の外輪嵌合部となっているスリーブ７６を径方向に連通している。このため、第３実施形態に係る転がり軸受の回転試験装置は、ハウジング７０の内周に達した油を径方向の油排出路７５から遠心力により特に効率よく放出することができる。

なお、油回収カバー９０は、ハウジング７０の外周から径方向外側に向けて油を放出するため、スリーブ７６の径方向外側に配置されており、全ての油排出路７５からの油を受けられる溝幅になっている。

上記第１〜第３実施形態に例示したように、この発明では、回転軸とハウジングとをそれぞれ所定の回転数で回転させて内外輪回転を再現することができ、ハウジングの回転状態にかかわらず、回転軸の内部を通してハウジング内の試験軸受に油を流すことができ、試験軸受から流出した油をハウジング外に出すことができる限り、試験軸受、回転軸及びハウジングの構造、これらの支持構造等を、適宜に変更することができる。

また、この発明は、円錐ころ軸受、深溝玉軸受等の接触角を有する転がり軸受に適用可能であり、また、単列、複列、背面組合せ、正面組合せに適用可能であることは勿論である。

この発明において、前記油は、実機での運転状態に近似するため、実際に使用されているものを流すことが好ましい。例えば、エクソンモービル社製のギヤ油６２９、出光社製のダフニー１５０Ｓが挙げられる。その油の導入、排出の経路は、１系統に限定されない。

第１実施形態に係る転がり軸受の試験装置の縦断正面図第２実施形態に係る転がり軸受の試験装置の縦断正面図第３実施形態に係る転がり軸受の試験装置の縦断正面図

符号の説明

１、２試験軸受
１ａ、２ａ内輪
１ｂ、２ｂ外輪
１０、８０回転軸
１１内輪間座
１２ａ軸受ナット
１３、８２プーリ
１４ａ外部導通穴
１４ｂ交差穴
１４ｃノズル孔
２０、６０、７０ハウジング
２２ａ、２２ｂ、７１ａ、７１ｂ蓋
２３、７４プーリ
２５、７５油排出路
３０固定支持台
４０、６２、９０油回収カバー
４１環状溝

Claims

試験軸受の内輪が固定される回転軸と、前記試験軸受の外輪が固定されるハウジングとを備え、前記ハウジングと前記回転軸との間に前記試験軸受を組み込んだ状態で前記回転軸の回転駆動が可能である転がり軸受の回転試験装置において、
前記回転軸と前記ハウジングとがそれぞれ独立に回転駆動が可能になっており、
油を前記ハウジング外から前記回転軸の内部に通して前記試験軸受に流す油導入路と、その試験軸受から流出した油を前記ハウジング外に流す油排出路とを有することを特徴とする転がり軸受の回転試験装置。
前記油排出路が前記ハウジングの内周に連続している請求項１に記載の転がり軸受の回転試験装置。
前記油排出路から放出された油を受ける環状溝が形成された油回収カバーを固定側に備えている請求項２に記載の転がり軸受の回転試験装置。