JP2009229288A - Testing method of rolling-contact fatigue life - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は転動疲労寿命の試験方法に関し、より特定的には、異物混入潤滑下における転動疲労寿命を調査するための転動疲労寿命の試験方法に関するものである。 The present invention relates to a test method for rolling fatigue life, and more particularly to a test method for rolling fatigue life for investigating the rolling fatigue life under lubrication mixed with foreign matter.
転がり軸受など、転動疲労を受ける機械要素は、金属の摩耗粉やカーボン粒子などの硬質の異物が侵入する潤滑環境下（異物混入潤滑下）において使用される場合も多い。そのため、機械要素において、異物混入潤滑下における転動疲労寿命は重要な特性の１つである。 Machine elements that undergo rolling fatigue, such as rolling bearings, are often used in a lubrication environment (under foreign matter lubrication) in which hard foreign matter such as metal wear powder and carbon particles enter. For this reason, in a machine element, the rolling fatigue life under the contamination with foreign matters is one of important characteristics.
異物混入潤滑下における転動疲労寿命の試験方法としては、潤滑油中に所定量の硬質の異物（金属の粉末など）を添加した上で攪拌し、当該潤滑油による潤滑環境下で試験を行なう方法が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。この方法は、混入する異物の種類や量などを変更することにより、実際の機械要素の使用環境を模擬した試験を実施することが可能であり、汎用性に富んだ試験方法であるといえる。
しかし、上記試験方法においては、潤滑油中に異物を添加した後、攪拌が実施されるものの、たとえば転がり軸受の軌道輪と転動体との間における異物の噛み込みの状態を完全にコントロールすることはできない。そのため、試験結果のばらつきが大きくなるという問題があった。 However, in the above test method, foreign matter is added to the lubricating oil, and then stirring is performed. However, for example, the state of foreign matter biting between the bearing ring of the rolling bearing and the rolling element is completely controlled. I can't. For this reason, there has been a problem that variation in test results becomes large.
そこで、本発明の目的は、試験結果のばらつきを抑制しつつ、異物混入潤滑下における耐久性を調査することが可能な転動疲労寿命の試験方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a rolling fatigue life test method capable of investigating the durability under the contamination with foreign matters while suppressing the variation of the test results.
本発明に従った転動疲労寿命の試験方法は、軌道面を有し、鋼からなる軌道部材を準備するステップと、圧子を用いて軌道面に圧痕を形成するステップと、軌道面上を、セラミックスからなる転動体を転走させることにより、軌道面に剥離を生じさせるステップとを備えている。 A rolling fatigue life test method according to the present invention includes a step of preparing a raceway member having a raceway surface and made of steel, a step of forming an indentation on the raceway surface using an indenter, and on the raceway surface, And rolling the rolling elements made of ceramics to cause separation on the raceway surface.
異物混入潤滑下における転動疲労では、以下のようなメカニズムで破損（剥離）が発生する。軌道部材の軌道面上を転動体が転走すると、潤滑油中の異物が転動体と軌道部材との間に噛み込まれる。これにより、軌道面に圧痕が生じる。このとき、圧痕の外縁部には盛り上がり部が形成される。そして、当該盛り上がり部を転動体が通過すると、盛り上がり部に応力が集中し、亀裂が発生する。そして、この亀裂が成長することにより、軌道面に剥離が発生する。上述の潤滑油中に異物を混入する試験では、上記圧痕の形成状態にばらつきがあるため、試験結果がばらつくものと考えられる。 In rolling fatigue under lubrication mixed with foreign matter, damage (peeling) occurs by the following mechanism. When the rolling element rolls on the raceway surface of the race member, the foreign matter in the lubricating oil is caught between the rolling element and the race member. Thereby, an indentation is generated on the raceway surface. At this time, a raised portion is formed at the outer edge portion of the indentation. And if a rolling element passes the said swelling part, stress will concentrate on a swelling part and a crack will generate | occur | produce. As the crack grows, peeling occurs on the raceway surface. In the test in which foreign matter is mixed in the above-described lubricating oil, the test results are considered to vary because the formation state of the indentation varies.
一方、予め軌道面に圧痕を形成しておき、潤滑油中に異物を混入することなく試験を実施すれば、試験結果のばらつきを抑制できるとも考えられる。しかしながら、単に軌道面に圧痕を形成した上で、軌道部材の軌道面上を、転動体を転走させた場合、転動体に波紋状剥離が発生するという特異な現象が発生する。そのため、実際の異物混入潤滑下における疲労現象とは異なったメカニズムにより、剥離が発生するという問題が生じる。 On the other hand, if indentations are formed in advance on the raceway surface and the test is performed without mixing foreign matter in the lubricating oil, it is considered that variation in test results can be suppressed. However, when the rolling element rolls on the raceway surface of the raceway member after simply forming indentations on the raceway surface, a unique phenomenon occurs in which ripple-like separation occurs on the rolling body. Therefore, there arises a problem that peeling occurs due to a mechanism different from the fatigue phenomenon under actual foreign matter mixed lubrication.
これに対し、本発明の転動疲労寿命の試験方法では、圧子を用いて軌道面に圧痕を形成した上で、当該軌道面上を、転動体を転走させている。そのため、圧痕の形成状態をコントロールすることが容易となり、圧痕の形成状態に起因した試験結果のばらつきを抑制することができる。また、転動体としてセラミックスからなる転動体を採用することにより、転動体における上記波紋状剥離の発生が抑制され、実際の異物混入潤滑下における疲労現象と同様のメカニズムにより、剥離を発生させることができる。その結果、本発明の転動疲労寿命の試験方法によれば、試験結果のばらつきを抑制しつつ、異物混入潤滑下における耐久性を調査することが可能な転動疲労寿命の試験方法を提供することができる。 In contrast, in the rolling fatigue life test method of the present invention, an indentation is formed on the raceway surface using an indenter, and then the rolling elements are rolled on the raceway surface. Therefore, it becomes easy to control the formation state of the indentation, and variation in test results due to the formation state of the indentation can be suppressed. In addition, by adopting a rolling element made of ceramics as a rolling element, the occurrence of the ripple-like peeling in the rolling element is suppressed, and peeling can be caused by the same mechanism as the fatigue phenomenon under actual foreign matter mixed lubrication. it can. As a result, according to the rolling fatigue life test method of the present invention, there is provided a rolling fatigue life test method capable of investigating the durability under the contamination with foreign matters while suppressing the variation of the test results. be able to.
上記転動疲労寿命の試験方法において好ましくは、上記圧痕を形成するステップでは、圧痕の外縁の、転動体が転走する方向における一方の端部の軌道面からの高さをｈ１１、他方の端部の軌道面からの高さをｈ１２とした場合、ｈ１＝（ｈ１１＋ｈ１２）／２で定義されるｈ１とｈ２＝｜ｈ１２−ｈ１１｜で定義されるｈ２とがｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすように、圧痕が形成される。 Preferably, in the rolling fatigue life test method, in the step of forming the indentation, the height of the outer edge of the indentation from the raceway surface at one end in the rolling direction of the rolling element is h 11 , If the height from the raceway surface of the end portion was set to h 12, h 1 = (h 11 + h 12) / 2 h 1 defined by and h 2 = | h 12 -h 11 | defined by h 2 And the indentation are formed so that the relationship of h 2 / h 1 <0.1 is satisfied.
本発明者は、試験結果のばらつきを一層抑制するための構成について更なる検討を行なった。その結果、圧痕の外縁部の高さを制御することにより、試験結果のばらつきを一層抑制可能であることを見出した。すなわち、上記にｈ１対するｈ２の比を小さくすることにより、より具体的には、ｈ２／ｈ１＜０．１を満たすように圧痕を形成することにより、試験結果のばらつきを一層抑制することができる。 The present inventor has further studied a configuration for further suppressing variation in test results. As a result, it was found that variation in test results can be further suppressed by controlling the height of the outer edge of the indentation. That is, by reducing the ratio of h 2 to h 1 as described above, more specifically, by forming indentations so as to satisfy h 2 / h 1 <0.1, the variation in test results is further suppressed. can do.
上記転動疲労寿命の試験方法において好ましくは、上記圧子は、円錐形状を有している。これにより、容易に、外縁部の高さが均一な圧痕を形成することが可能となり、試験結果のばらつきを抑制することが容易となる。 Preferably, in the rolling fatigue life test method, the indenter has a conical shape. Thereby, it is possible to easily form an indentation having a uniform height at the outer edge portion, and it is easy to suppress variation in test results.
上記転動疲労寿命の試験方法において好ましくは、上記圧子は、少なくとも先端がダイヤモンドからなっている。鋼に比べて大幅に硬度の高いダイヤモンドを圧子の先端の素材として採用することにより、外縁部の高さが均一な圧痕を形成することが一層容易となる。ここで、少なくとも先端がダイヤモンドからなる円錐形状の圧子としては、たとえばロックウェルＣスケール（ＪＩＳ規格Ｚ２２４５参照）の圧子を採用することができる。 In the test method for rolling fatigue life, preferably, the indenter has at least a tip made of diamond. By adopting diamond, which is significantly harder than steel, as the material for the tip of the indenter, it becomes easier to form an indentation with a uniform outer edge. Here, for example, a Rockwell C scale (see JIS standard Z2245) indenter can be used as the conical indenter having at least a tip made of diamond.
上記転動疲労寿命の試験方法においては、軌道部材は環状の軌道面を有していてもよい。この場合、圧痕を形成するステップでは、軌道面に圧子を押し付けることにより、軌道面に圧痕を形成するステップと、圧子と軌道部材との位置関係を維持した状態で軌道部材を軌道面の周方向に回転させるステップとを交互に繰り返すことにより、軌道面に複数の圧痕が形成されることが好ましい。これにより、複数の圧痕を均質に、かつ効率的に形成することができる。また、統一された条件で複数の圧痕を形成できるため、複数の圧痕のうち１つの圧痕の形状を確認することで、他の圧痕の形状を推定することが可能となる。 In the rolling fatigue life test method, the race member may have an annular raceway surface. In this case, in the step of forming the indentation, by pressing the indenter against the raceway surface, the step of forming the indentation on the raceway surface and the track member in the circumferential direction of the raceway surface while maintaining the positional relationship between the indenter and the raceway member It is preferable that a plurality of indentations are formed on the raceway surface by alternately repeating the step of rotating the track. Thereby, a plurality of indentations can be formed uniformly and efficiently. In addition, since a plurality of indentations can be formed under unified conditions, it is possible to estimate the shape of another indentation by confirming the shape of one indentation among the plurality of indentations.
以上の説明から明らかなように、本発明の転動疲労寿命の試験方法によれば、試験結果のばらつきを抑制しつつ、異物混入潤滑下における耐久性を調査することが可能な転動疲労寿命の試験方法を提供することができる。 As is apparent from the above description, according to the rolling fatigue life test method of the present invention, it is possible to investigate the durability under lubrication mixed with foreign substances while suppressing variation in test results. Test methods can be provided.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
図１は、本発明の一実施の形態における転動疲労寿命の試験方法の手順を示すフローチャートである。また、図２は、図１の工程（Ｓ１０）において準備される軌道部材の一例を示す概略断面図である。また、図３は、図１の工程（Ｓ２０）における圧痕の形成方法を説明するための概略断面図である。また、図４は、図１の工程（Ｓ２１）において形成される圧痕の一例を示す写真である。また、図５は、図４の線分Ａ−Ａ’の断面における軌道面の高さを示す図である。また、図６は、図１の工程（Ｓ２１）において形成される圧痕の他の一例を示す写真である。また、図７は、図６の線分Ｂ−Ｂ’の断面における軌道面の高さを示す図である。ここで、図５および図７においては、横軸は線分Ａ−Ａ’または線分Ｂ−Ｂ’に沿った方向における距離、縦軸は軌道面からの高さを示している。また、図８は、圧痕の形状に関するｈ１１およびｈ１２の定義を説明するための図である。また、図９は、軌道部材が転がり軸受に組み立てられた状態を示す概略断面図である。また、図１０は、軌道面上を、転動体を転走させるための転動疲労寿命試験機の構成を示す概略図である。以下、図１〜図１０を参照して、本発明の一実施の形態における転動疲労寿命の試験方法について説明する。 FIG. 1 is a flowchart showing a procedure of a rolling fatigue life test method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a raceway member prepared in the step (S10) of FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for forming an indentation in the step (S20) of FIG. FIG. 4 is a photograph showing an example of an indentation formed in the step (S21) of FIG. FIG. 5 is a diagram showing the height of the track surface in the cross section taken along line AA ′ in FIG. 4. FIG. 6 is a photograph showing another example of the indentation formed in the step (S21) of FIG. FIG. 7 is a diagram showing the height of the raceway surface in the cross section of the line segment BB ′ in FIG. 6. Here, in FIGS. 5 and 7, the horizontal axis indicates the distance in the direction along the line segment AA ′ or BB ′, and the vertical axis indicates the height from the track surface. FIG. 8 is a diagram for explaining the definition of h 11 and h 12 regarding the shape of the indentation. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the race member is assembled to the rolling bearing. FIG. 10 is a schematic view showing the configuration of a rolling fatigue life tester for rolling the rolling elements on the raceway surface. Hereinafter, with reference to FIGS. 1-10, the rolling fatigue life test method in one embodiment of this invention is demonstrated.
図１を参照して、本実施の形態における転動疲労寿命の試験方法では、まず、工程（Ｓ１０）として、軌道部材を準備する工程が実施される。具体的には、図２を参照して、たとえば環状の軌道面１Ａを有し、鋼からなる軌道部材としての深溝玉軸受の内輪１が準備される。内輪１の準備は、たとえば所望の鋼からなる鋼材を内輪１の形状に加工し、焼入硬化などの熱処理を実施した上で、軌道面１Ａを研磨加工して仕上げることにより、行なうことができる。ここで、試験の目的に応じて、鋼の成分組成、熱処理、研磨加工の精度などを所望の状態に調整することができる。 Referring to FIG. 1, in the rolling fatigue life test method according to the present embodiment, a step of preparing a race member is first performed as a step (S10). Specifically, referring to FIG. 2, for example, an inner ring 1 of a deep groove ball bearing as a race member made of steel having an annular raceway surface 1A is prepared. The inner ring 1 can be prepared by, for example, processing a steel material made of a desired steel into the shape of the inner ring 1, performing a heat treatment such as quench hardening, and polishing and finishing the raceway surface 1A. . Here, depending on the purpose of the test, the component composition of the steel, the heat treatment, the accuracy of the polishing process, and the like can be adjusted to a desired state.
次に、図１を参照して、工程（Ｓ２０）として、圧子を用いて軌道面に圧痕を形成するステップが実施される。この工程（Ｓ２０）では、圧子を軌道面に押し付けることにより、軌道面に圧痕を形成するステップ（工程（Ｓ２１））と、圧子を軌道面から離脱させた上で、圧子と軌道部材との位置関係を維持した状態で軌道部材を軌道面の周方向に回転させるステップ（工程（Ｓ２２））とを交互に繰り返すことにより、軌道面に複数の圧痕が形成される。 Next, referring to FIG. 1, as a step (S20), a step of forming indentations on the raceway surface using an indenter is performed. In this step (S20), the step of forming an indentation on the raceway surface by pressing the indenter against the raceway surface (step (S21)), and the position of the indenter and the raceway member after separating the indenter from the raceway surface By alternately repeating the step (step (S22)) of rotating the raceway member in the circumferential direction of the raceway surface while maintaining the relationship, a plurality of indentations are formed on the raceway surface.
より具体的には、工程（Ｓ２０）では、図３を参照して、まず、長手方向に垂直な断面が円形である軸５３の外周面に内周面が接触するように、内輪１が嵌め込まれて固定される。次に、工程（Ｓ２０）に含まれる工程（Ｓ２１）として、円錐形状を有し、ダイヤモンドからなるロックウェルＣスケール用の圧子５２を先端に備えた圧痕形成部材５１が矢印α１の向きに移動することにより、圧子５２が軌道面１Ａに押し付けられ、軌道面１Ａに圧痕が形成されるステップが実施される。その後、圧痕形成部材５１が矢印α２の向きに移動することにより、圧子５２が軌道面１Ａから離脱する。 More specifically, in step (S20), referring to FIG. 3, first, inner ring 1 is fitted so that the inner peripheral surface is in contact with the outer peripheral surface of shaft 53 whose cross section perpendicular to the longitudinal direction is circular. Fixed. Then move, as a step (S21) included in the step (S20), has a conical shape, a Rockwell C indenter 52 for scale consisting of diamond indentation forming member 51 is an arrow alpha 1 orientation with the tip As a result, the step of pressing the indenter 52 against the raceway surface 1A and forming indentations on the raceway surface 1A is performed. Thereafter, the impression forming member 51 is moved in the arrow alpha 2 orientation, the indenter 52 is separated from the raceway surface 1A.
次に、工程（Ｓ２０）に含まれる工程（Ｓ２２）として、軸５３を周方向に回転させることにより、内輪１を周方向である矢印βの向きに所定の角度だけ回転させるステップが実施される。このとき、圧痕形成部材５１は、矢印α１およびα２の向きに所定の距離だけ移動可能であるものの、軸５３と圧痕形成部材５１との位置関係はこの範囲で固定されている。その結果、上述の手順により、圧子５２と内輪１との位置関係を維持した状態で内輪１を軌道面１Ａの周方向に回転させることができる。その後、上記工程（Ｓ２１）と（Ｓ２２）とが繰り返して実施されることにより、内輪１の軌道面１Ａに複数の圧痕が形成される。 Next, as a step (S22) included in the step (S20), a step of rotating the inner ring 1 by a predetermined angle in the direction of the arrow β in the circumferential direction is performed by rotating the shaft 53 in the circumferential direction. . At this time, indentation forming member 51, while the arrow alpha 1 and alpha 2 orientations is movable by a predetermined distance, positional relationship between the shaft 53 and the impression forming member 51 is fixed in this range. As a result, the inner ring 1 can be rotated in the circumferential direction of the raceway surface 1A while maintaining the positional relationship between the indenter 52 and the inner ring 1 by the above-described procedure. Thereafter, the steps (S21) and (S22) are repeatedly performed, whereby a plurality of indentations are formed on the raceway surface 1A of the inner ring 1.
ここで、図４〜図７を参照して、上記工程（Ｓ２０）において形成される圧痕は、図６および図７に示すように、圧痕の外縁の高さ（圧痕の外縁に形成される盛り上がり部の高さ）が、転動体が転走する方向（軌道面の周方向；線分Ｂ−Ｂ’に沿った方向）の両端において異なっていてもよいが、図４および図５に示すように、均一であることが好ましい。より具体的には、図８を参照して、圧痕の外縁の、転動体が転走する方向（荷重移動方向）における一方の端部（前方側の端部）の軌道面からの高さをｈ１１、他方の端部（後方側の端部）の軌道面からの高さをｈ１２とした場合、ｈ１＝（ｈ１１＋ｈ１２）／２で定義されるｈ１とｈ２＝｜ｈ１２−ｈ１１｜で定義されるｈ２との関係がｈ２／ｈ１＜０．１を満たすことが好ましい。 Here, referring to FIG. 4 to FIG. 7, the indentation formed in the step (S20) is the height of the outer edge of the indentation (the bulge formed on the outer edge of the indentation, as shown in FIG. 6 and FIG. 7. The height of the part may be different at both ends in the direction in which the rolling element rolls (the circumferential direction of the raceway surface; the direction along the line segment BB ′), as shown in FIGS. Furthermore, it is preferable that it is uniform. More specifically, referring to FIG. 8, the height of the outer edge of the indentation from the raceway surface at one end (front end) in the direction in which the rolling element rolls (load movement direction) is determined. h 11 , where h 12 is the height from the raceway surface of the other end (rear end), h 1 and h 2 = | defined by h 1 = (h 11 + h 12 ) / 2 it is preferable that the relationship between h 2 defined by satisfies h 2 / h 1 <0.1 | h 12 -h 11.
次に、図１を参照して、工程（Ｓ３０）として、軌道面上を、転動体を転走させる工程が実施される。具体的には、図９を参照して、まず、工程（Ｓ２０）において圧痕が形成された内輪１が、別途準備された外輪２、転動体としての玉３、保持器４などと組み合わせることにより試験軸受１０が組み立てられる。玉３は、セラミックスからなっている。玉３を構成するセラミックスとしては、たとえば窒化珪素、サイアロン、アルミナなどの焼結体を採用することができる。 Next, with reference to FIG. 1, the process of rolling a rolling element on a track surface is implemented as process (S30). Specifically, referring to FIG. 9, first, inner ring 1 in which indentations are formed in step (S20) is combined with separately prepared outer ring 2, ball 3 as a rolling element, cage 4 and the like. A test bearing 10 is assembled. The ball 3 is made of ceramics. As the ceramic constituting the ball 3, for example, a sintered body such as silicon nitride, sialon, or alumina can be employed.
ここで、試験軸受１０は、環状の外輪２と、外輪２の内側に配置された環状の内輪１と、外輪２と内輪１との間に配置され、円環状の保持器４に保持された転動体としての複数の玉３とを備えている。外輪２の内周面には外輪軌道面２Ａが形成されており、内輪１の外周面には軌道面１Ａが形成されている。そして、軌道面１Ａと外輪軌道面２Ａとが互いに対向するように、外輪２と内輪１とは配置されている。さらに、複数の玉３は、その表面である玉転走面３Ａにおいて軌道面１Ａおよび外輪軌道面２Ａに接触し、かつ保持器４により周方向に所定のピッチで配置されることにより、円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、試験軸受１０の外輪２および内輪１は、互いに相対的に回転可能となっている。 Here, the test bearing 10 is disposed between the annular outer ring 2, the annular inner ring 1 disposed inside the outer ring 2, and the outer ring 2 and the inner ring 1, and is held by the annular cage 4. A plurality of balls 3 as rolling elements are provided. An outer ring raceway surface 2 </ b> A is formed on the inner peripheral surface of the outer ring 2, and a raceway surface 1 </ b> A is formed on the outer peripheral surface of the inner ring 1. The outer ring 2 and the inner ring 1 are arranged so that the raceway surface 1A and the outer ring raceway surface 2A face each other. Further, the plurality of balls 3 come into contact with the raceway surface 1A and the outer ring raceway surface 2A on the ball rolling surface 3A that is the surface of the balls 3, and are arranged at a predetermined pitch in the circumferential direction by the cage 4, thereby forming an annular shape. It is held so that it can roll on the track. With the above configuration, the outer ring 2 and the inner ring 1 of the test bearing 10 are rotatable relative to each other.
次に、組み立てられた試験軸受１０が、転動疲労寿命試験機にセットされ、軌道面１Ａ上を、玉３を転走させることにより、軌道面１Ａに剥離を生じさせる。ここで、本実施の形態において使用される転動疲労寿命試験機について説明する。図１０を参照して、転動疲労寿命試験機２０は、プーリ２１と、プーリ２１に接続された第１の軸２２Ａと、第１の軸２２Ａに接続されたカップリング２３と、カップリング２３を介して第１の軸２２Ａに接続された第２の軸２２Ｂと、第２の軸２２Ｂの外周面に、内輪の内周面が接触するように嵌め込まれた負荷用玉軸受２４と、負荷用玉軸受２４の外輪の外周面に接触するように配置された負荷棒２５と、負荷棒２５を負荷用玉軸受２４の外輪の径方向に押し付け可能なように配置された負荷用コイルばね２６とを備えている。そして、転動疲労寿命試験機２０は、２つの試験軸受１０を、内輪１の内周面が第２の軸２２Ｂに接触するように、かつ負荷用玉軸受２４を挟むように、嵌め込み可能な構成を有している。より具体的には、試験軸受１０が第２の軸２２Ｂに嵌め込まれると、試験軸受１０は、外輪２が固定され、かつ内輪１が第２の軸２２Ｂと一体に回転可能となる。 Next, the assembled test bearing 10 is set in a rolling fatigue life tester, and the balls 3 roll on the raceway surface 1A, thereby causing the raceway surface 1A to peel off. Here, the rolling fatigue life tester used in the present embodiment will be described. Referring to FIG. 10, a rolling fatigue life tester 20 includes a pulley 21, a first shaft 22A connected to the pulley 21, a coupling 23 connected to the first shaft 22A, and a coupling 23. A second shaft 22B connected to the first shaft 22A via a load, a load ball bearing 24 fitted so that the inner peripheral surface of the inner ring contacts the outer peripheral surface of the second shaft 22B, and a load A load rod 25 disposed so as to contact the outer peripheral surface of the outer ring of the ball bearing 24 and a load coil spring 26 disposed so as to be able to press the load rod 25 in the radial direction of the outer ring of the load ball bearing 24. And. The rolling fatigue life tester 20 can fit the two test bearings 10 such that the inner peripheral surface of the inner ring 1 is in contact with the second shaft 22B and the load ball bearing 24 is sandwiched therebetween. It has a configuration. More specifically, when the test bearing 10 is fitted into the second shaft 22B, the outer ring 2 is fixed and the inner ring 1 can rotate integrally with the second shaft 22B.
次に、転動疲労寿命試験機２０の動作について説明する。プーリ２１の外周面に掛けられた駆動ベルト（図示しない）が回転すると、プーリ２１に接続された第１の軸２２Ａが周方向に回転する。この回転は、カップリング２３を介して第２の軸２２Ｂに伝達され、第２の軸２２Ｂが周方向に回転する。これにより、試験軸受１０においては、外輪２が固定されつつ内輪１が第２の軸２２Ｂと一体に回転する。その結果、内輪１の軌道面１Ａ上を、玉３が転走する。 Next, the operation of the rolling fatigue life tester 20 will be described. When a drive belt (not shown) hung on the outer peripheral surface of the pulley 21 rotates, the first shaft 22A connected to the pulley 21 rotates in the circumferential direction. This rotation is transmitted to the second shaft 22B via the coupling 23, and the second shaft 22B rotates in the circumferential direction. Thereby, in the test bearing 10, the inner ring 1 rotates integrally with the second shaft 22B while the outer ring 2 is fixed. As a result, the balls 3 roll on the raceway surface 1A of the inner ring 1.
ここで、負荷用コイルばね２６により負荷棒２５が負荷用玉軸受２４の外輪の径方向に押し付けられると、第２の軸２２Ｂは撓み、その結果、試験軸受１０に対して、ラジアル方向の荷重が負荷される。この状態で転動疲労寿命試験機２０の運転を継続することにより、試験軸受１０の内輪１の軌道面１Ａに剥離が発生する。 Here, when the load rod 25 is pressed in the radial direction of the outer ring of the load ball bearing 24 by the load coil spring 26, the second shaft 22B bends, and as a result, a radial load is applied to the test bearing 10. Is loaded. By continuing operation of the rolling fatigue life tester 20 in this state, separation occurs on the raceway surface 1A of the inner ring 1 of the test bearing 10.
そして、図１を参照して、工程（Ｓ４０）では、内輪１の軌道面１Ａに剥離が発生するまでの時間、応力くり返し数などを内輪１の寿命として記録する。以上の手順により、本実施の形態における転動疲労寿命の試験方法が完了する。 Then, referring to FIG. 1, in step (S <b> 40), the time until separation occurs on the raceway surface 1 </ b> A of the inner ring 1, the number of repeated stresses, and the like are recorded as the life of the inner ring 1. With the above procedure, the rolling fatigue life test method in the present embodiment is completed.
上記本実施の形態における転動疲労寿命の試験方法では、圧子５２を用いて軌道面１Ａに圧痕を形成した上で、軌道面１Ａ上を、玉３を転走させている。そのため、圧痕の形成状態をコントロールすることが容易となり、圧痕の形成状態に起因した試験結果のばらつきが抑制されている。また、転動体にセラミックスからなる玉３を採用することにより、玉３における波紋状剥離の発生が抑制され、実際の異物混入潤滑下における疲労現象と同様のメカニズムにより、剥離を発生させることが可能となっている。その結果、本実施の形態における転動疲労寿命の試験方法によれば、試験結果のばらつきを抑制しつつ、異物混入潤滑下における耐久性を調査することが可能となっている。 In the rolling fatigue life test method in the present embodiment, the ball 3 is rolled on the raceway surface 1A after forming an indentation on the raceway surface 1A using the indenter 52. Therefore, it becomes easy to control the formation state of the indentation, and variation in test results due to the formation state of the indentation is suppressed. In addition, by using the balls 3 made of ceramics as the rolling elements, the occurrence of ripple-like peeling on the balls 3 is suppressed, and peeling can be caused by the same mechanism as the fatigue phenomenon under actual foreign matter lubrication. It has become. As a result, according to the rolling fatigue life test method in the present embodiment, it is possible to investigate the durability under the contamination with foreign matters while suppressing the variation of the test results.
以下、本発明の実施例１について説明する。圧痕の形状が試験結果のばらつきに及ぼす影響について調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。 Embodiment 1 of the present invention will be described below. An experiment was conducted to investigate the effect of the shape of the indentation on the variation in test results. The experimental procedure is as follows.
実験では、上記実施の形態において図１に基づいて説明した手順で転動疲労寿命試験を実施することにより、圧痕の形状が試験結果のばらつきに及ぼす影響について調査した。ここで、図１を参照して、工程（Ｓ１０）では、まず、ＪＩＳ規格に規定された高炭素クロム軸受鋼であるＳＵＪ２を素材として採用し、ＪＩＳ規格６２０６型番の深溝玉軸受の内輪の概略形状を有する鋼部材を複数個準備した。その後、当該複数個の鋼部材の一部に対して焼入および焼戻を実施するとともに（通常焼入）、複数個の鋼部材の残部に対しては浸炭窒化処理を実施した上で焼入および焼戻を実施した（浸炭窒化焼入）。そして、仕上げ加工を実施することにより、通常焼入を実施した内輪と浸炭窒化焼入を実施した内輪とを作製した。 In the experiment, the rolling fatigue life test was performed according to the procedure described with reference to FIG. 1 in the above embodiment to investigate the influence of the shape of the indentation on the variation in the test results. Here, referring to FIG. 1, in step (S10), first, an outline of an inner ring of a deep groove ball bearing of JIS standard 6206 model number, which employs SUJ2, which is a high carbon chromium bearing steel defined in JIS standard, as a material. A plurality of steel members having a shape were prepared. After that, quenching and tempering are performed on a part of the plurality of steel members (normal quenching), and the remaining part of the plurality of steel members is subjected to carbonitriding treatment and then quenched. And tempering (carbonitriding and quenching). And the inner ring which performed normal hardening and the inner ring which performed carbonitriding quenching were produced by implementing finishing.
図１１は、浸炭窒化焼入を実施した内輪の表面付近における炭素濃度および窒素濃度を示す図である。図１１において、横軸は表面（軌道面）からの深さ、縦軸は炭素濃度および窒素濃度を示している。また、図１１において、γは炭素濃度、δは窒素濃度を示している。図１１を参照して、浸炭窒化処理の結果、内輪の表面近傍には０．１質量％を超える窒素が侵入していることが確認される。 FIG. 11 is a diagram showing the carbon concentration and the nitrogen concentration in the vicinity of the surface of the inner ring subjected to carbonitriding and quenching. In FIG. 11, the horizontal axis represents the depth from the surface (orbital plane), and the vertical axis represents the carbon concentration and the nitrogen concentration. In FIG. 11, γ represents the carbon concentration and δ represents the nitrogen concentration. Referring to FIG. 11, as a result of the carbonitriding process, it is confirmed that nitrogen exceeding 0.1% by mass has entered the vicinity of the inner ring surface.
次に、図１を参照して、工程（Ｓ２０）においては、図３に基づいて説明した上記実施の形態と同様の手順で、内輪の軌道面の周方向に均等に３０個の圧痕を形成した。圧子にはロックウェルＣスケールの圧子を用い、当該圧子を軌道面に対して２０ｋｇｆの荷重で押し付けることにより、圧痕を形成した。そして、形成した圧痕を三次元表面形状測定装置により調査し、ｈ２／ｈ１の値を算出した。 Next, referring to FIG. 1, in the step (S <b> 20), 30 indentations are formed uniformly in the circumferential direction of the raceway surface of the inner ring in the same procedure as the above-described embodiment described based on FIG. 3. did. A Rockwell C scale indenter was used as the indenter, and the indenter was pressed against the raceway surface with a load of 20 kgf to form an indentation. Then, the formed indentation investigated by three-dimensional surface shape measuring apparatus to calculate the value of h 2 / h 1.
その後、上記実施の形態の場合と同様に、当該内輪を含む転がり軸受を組み立てることにより、ＪＩＳ規格６２０６型番の深溝玉軸受を完成させ、試験軸受とした。そして、この試験軸受を図１０に基づいて説明した転動疲労寿命試験機にセットして運転し、内輪に剥離が発生するまでの寿命を調査した。このとき、試験軸受における内輪と玉との接触面圧Ｐｍａｘは３．１ＧＰａ、回転速度は３０００ｒｐｍ、潤滑はタービン５６油の潤滑給油、試験軸受のラジアルスキマはＣ３スキマとした。 Thereafter, as in the case of the above embodiment, a deep groove ball bearing of JIS standard 6206 model number was completed by assembling a rolling bearing including the inner ring, and a test bearing was obtained. Then, this test bearing was set and operated in the rolling fatigue life tester described with reference to FIG. 10, and the life until peeling occurred in the inner ring was investigated. At this time, the contact surface pressure P max between the inner ring and the ball in the test bearing was 3.1 GPa, the rotation speed was 3000 rpm, the lubrication was lubrication of turbine 56 oil, and the radial clearance of the test bearing was C3 clearance.
次に、実験結果について説明する。表１に実験結果を示す。 Next, experimental results will be described. Table 1 shows the experimental results.
表１を参照して、同一の熱処理であれば、荷重移動方向に対して後方に位置する圧痕外縁の盛り上がり部の高さｈ１２が大きいほど寿命が低下する傾向が確認される。そして、この表１の実験結果を、熱処理条件ごとに、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすものと満たさないものとに分けて整理した。 Referring to Table 1, if the same heat treatment, tend to more life height h 12 of the raised part of the indentation edge located behind large drops are verified against a load direction of movement. Then, the experimental results in Table 1 were divided into those satisfying the relationship of h 2 / h 1 <0.1 and those not satisfying for each heat treatment condition.
図１２は、実施例１における転動疲労寿命試験の結果を示す図（ワイブルプロット）である。図１２において、横軸は試験軸受の内輪に負荷された応力くり返し数、縦軸は累積破損確率を示している。また、図１２において、中空のデータ点は熱処理が通常焼入であるもの、中実のデータ点は熱処理が浸炭窒化焼入であるものを示している。また、図１２において、丸印のデータ点はｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすもの、三角印のデータ点はｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たさないものを示している。また、図１３および図１４は、ｈ２／ｈ１の値とＬ５０寿命に対するΔＬの比との関係を示す図である。図１３には、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たす試験軸受の結果が示されており、図１４にはｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たさない試験軸受の結果が示されている。ここで、Ｌ５０とは累積破損確率が５０％となる寿命値をいう。また、ΔＬは、各試験軸受の寿命とＬ５０寿命との差の絶対値をあらわしている。すなわち、図１３および図１４においては、データ点の縦方向のばらつきが小さいほど、試験結果のばらつきが小さかったことを示している。 12 is a diagram (Weibull plot) showing the results of a rolling fatigue life test in Example 1. FIG. In FIG. 12, the horizontal axis represents the number of repeated stresses applied to the inner ring of the test bearing, and the vertical axis represents the cumulative failure probability. In FIG. 12, hollow data points indicate that the heat treatment is normal quenching, and solid data points indicate that the heat treatment is carbonitriding and quenching. In FIG. 12, the data points with circles satisfy the relationship h 2 / h 1 <0.1, and the data points with triangles indicate those that do not satisfy the relationship h 2 / h 1 <0.1. ing. 13 and 14 are diagrams showing the relationship between the value of h 2 / h 1 and the ratio of ΔL to the L 50 life. FIG. 13 shows the result of the test bearing that satisfies the relationship of h 2 / h 1 <0.1, and FIG. 14 shows the result of the test bearing that does not satisfy the relationship of h 2 / h 1 <0.1. It is shown. Here, L 50 is a life value at which the cumulative failure probability is 50%. ΔL represents the absolute value of the difference between the life of each test bearing and the L 50 life. That is, FIG. 13 and FIG. 14 indicate that the variation in the test result is smaller as the variation in the vertical direction of the data points is smaller.
図１２を参照して、熱処理が浸炭窒化焼入であったものは、熱処理が通常焼入であったものに比べて寿命が長い傾向が確認される。そして、図１２〜図１４を参照して、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たす試験軸受の試験結果は、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たさない試験軸受の試験結果に比べて、試験結果のばらつきが大幅に抑制されていることが分かる。このことから、軌道部材に圧痕を形成するに際しては、ｈ２／ｈ１＜０．１の関係を満たすようにすることにより、試験結果のばらつきを抑制可能であることが確認された。 Referring to FIG. 12, it is confirmed that the heat treatment using carbonitriding and quenching tends to have a longer life than the heat treatment using normal quenching. Then, with reference to FIGS. 12 to 14, the test results of the test bearing satisfies the relationship h 2 / h 1 <0.1, the test of the test bearing does not satisfy the relationship h 2 / h 1 <0.1 Compared to the results, it can be seen that the variation in test results is greatly suppressed. From this, it was confirmed that when forming the indentation on the raceway member, it is possible to suppress variation in test results by satisfying the relationship of h 2 / h 1 <0.1.
以下、本発明の実施例２について説明する。本発明の転動疲労寿命の試験方法を、潤滑油中に硬質の異物を混入させる従来の試験方法と比較する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。 Embodiment 2 of the present invention will be described below. An experiment was conducted in which the rolling fatigue life test method of the present invention was compared with a conventional test method in which hard foreign matter was mixed in the lubricating oil. The experimental procedure is as follows.
まず、上記実施例１の場合と同様の内輪（通常焼入を実施したものおよび浸炭窒化焼入を実施したもの）を準備し、圧痕を形成することなく試験軸受に組み立てた。試験軸受を構成する玉の素材としては、焼入硬化したＪＩＳ規格ＳＵＪ２を採用した。その後、実施例１と同じ転動疲労寿命試験機において、潤滑油中に粒径１００〜１８０μｍ、硬さ約８００ＨＶの硬質の金属粉末を１０００ｃｃあたり１ｇの割合で添加した油浴給油による潤滑とする点を除き、実施例１の場合と同様の条件で実験を行なった（従来の試験方法；比較例）。そして、実施例１において実施した本発明の試験方法の結果（ｈ２／ｈ１＜０．１の条件を満たすもの；実施例）とともに統計的に処理することによりＬ１０寿命（累積破損確率が１０％となる寿命）、Ｌ５０寿命およびワイブルスロープを算出した。 First, inner rings similar to those in Example 1 (normally quenched and carbonitrided and quenched) were prepared and assembled into test bearings without forming indentations. As the material of the balls constituting the test bearing, JIS standard SUJ2 that has been hardened by hardening was adopted. Thereafter, in the same rolling fatigue life tester as in Example 1, lubrication is performed by oil bath lubrication in which hard metal powder having a particle size of 100 to 180 μm and a hardness of about 800 HV is added to the lubricant at a rate of 1 g per 1000 cc. Except for the point, the experiment was performed under the same conditions as in Example 1 (conventional test method; comparative example). The results (satisfying the condition of h 2 / h 1 <0.1; Example) of the method of testing the invention was carried out in Example 1 L 10 life (the cumulative failure probability by statistical processing with Life span of 10%), L 50 life span and Weibull slope were calculated.
次に、実験結果について説明する。表２に、実施例２における実験の結果を示す。表２において、本発明の試験方法および従来の試験方法の試験結果のうち、通常焼入を実施したものがそれぞれ実施例Ａおよび比較例Ａ、浸炭窒化焼入を実施したものがそれぞれ実施例Ｂおよび比較例Ｂとして標記されている。また、図１５は、従来の試験方法において発生した内輪の軌道面における剥離の状態を示す光学顕微鏡写真である。また、図１６は、本発明の試験方法において発生した内輪の軌道面における剥離の状態を示す光学顕微鏡写真である。図１５および図１６において、写真下側から上側に向かって荷重が移動している。 Next, experimental results will be described. Table 2 shows the results of the experiment in Example 2. In Table 2, among the test results of the test method of the present invention and the conventional test method, Example A and Comparative Example A were subjected to normal quenching, and Example B was subjected to carbonitriding and quenching, respectively. And Comparative Example B. FIG. 15 is an optical micrograph showing the state of separation on the raceway surface of the inner ring generated in the conventional test method. FIG. 16 is an optical micrograph showing the state of separation on the raceway surface of the inner ring generated in the test method of the present invention. In FIGS. 15 and 16, the load moves from the lower side to the upper side of the photograph.
図１５および図１６を参照して、本発明の試験方法において発生した剥離を従来の試験方法において発生した剥離と比較すると、いずれの場合も荷重移動方向に対して後方に位置する圧痕外縁の盛り上がり部を起点とした同様の形態となっている。このことから、両者の試験方法において、剥離発生のメカニズムは同様であるものと考えられる。 Referring to FIGS. 15 and 16, when the peeling generated in the test method of the present invention is compared with the peeling generated in the conventional test method, the rise of the indentation edge located rearward with respect to the load movement direction in any case It has the same form starting from the part. From this, it is considered that the mechanism of occurrence of peeling is the same in both test methods.
また、表２を参照して、転動疲労寿命の評価において重視されるＬ１０寿命を通常焼入のものと浸炭窒化焼入のものとで比較すると、その比は、従来の試験方法において２．１であったのに対し、本発明の試験方法では３．２となっており、大きな差異は認められなかった。 Further, referring to Table 2, when comparing the L 10 life, which is important in the evaluation of rolling fatigue life, between the normal quenching and the carbonitriding quenching, the ratio is 2 in the conventional test method. The test method of the present invention was 3.2 while it was 0.1, and no significant difference was observed.
一方、表２を参照して、試験結果のばらつきの小ささを示すワイブルスロープを比較すると、本発明の試験方法は、従来の試験方法に比べて格段に大きくなっていた。このことから、本発明の試験方法によれば、従来の試験方法と同様のメカニズムでの剥離に対する耐久性を、試験結果のばらつきを抑制しつつ調査可能であることが確認された。 On the other hand, referring to Table 2, when the Weibull slope indicating the small variation of the test result is compared, the test method of the present invention is much larger than the conventional test method. From this, according to the test method of the present invention, it was confirmed that the durability against peeling by the same mechanism as the conventional test method can be investigated while suppressing the variation in the test results.
なお、上記実施の形態および実施例においては、本発明の転動疲労寿命の試験方法の一例として、ラジアル玉軸受を用いた試験方法について説明したが、本発明の転動疲労寿命の試験方法はこれに限られず、ラジアルころ軸受、スラスト玉軸受、スラストころ軸受など、種々の形態の転がり軸受のほか、所望の形状の試験片を用いて試験を実施することができる。 In the above-described embodiments and examples, the test method using a radial ball bearing has been described as an example of the test method for rolling fatigue life of the present invention. However, the test method for rolling fatigue life of the present invention is as follows. The present invention is not limited to this, and the test can be performed using various types of rolling bearings such as radial roller bearings, thrust ball bearings, thrust roller bearings, and other desired test pieces.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明の転動疲労寿命の試験方法は、異物混入潤滑下における転動疲労寿命を調査するための転動疲労寿命の試験方法に、特に有利に適用され得る。 The rolling fatigue life test method of the present invention can be particularly advantageously applied to the rolling fatigue life test method for investigating the rolling fatigue life under the contamination with foreign matter.
１ 内輪、１Ａ 軌道面、２ 外輪、２Ａ 外輪軌道面、３ 玉、３Ａ 玉転走面、４ 保持器、１０ 試験軸受、２０ 転動疲労寿命試験機、２１ プーリ、２２Ａ 第１の軸、２２Ｂ 第２の軸、２３ カップリング、２４ 負荷用玉軸受、２５ 負荷棒、５１ 圧痕形成部材、５２ 圧子、５３ 軸。 1 inner ring, 1A raceway surface, 2 outer ring, 2A outer ring raceway surface, 3 balls, 3A ball rolling surface, 4 cage, 10 test bearing, 20 rolling fatigue life tester, 21 pulley, 22A first shaft, 22B Second shaft, 23 coupling, 24 ball bearing for load, 25 load rod, 51 indentation forming member, 52 indenter, 53 shaft.
Claims (5)
圧子を用いて前記軌道面に圧痕を形成するステップと、
前記軌道面上を、セラミックスからなる転動体を転走させることにより、前記軌道面に剥離を生じさせるステップとを備えた、転動疲労寿命の試験方法。 Providing a raceway member having a raceway surface and made of steel;
Forming an indentation on the raceway surface using an indenter;
A rolling fatigue life test method comprising: rolling a rolling element made of ceramics on the raceway surface to cause separation of the raceway surface.
前記圧痕を形成するステップでは、前記軌道面に前記圧子を押し付けることにより、前記軌道面に前記圧痕を形成するステップと、前記圧子と前記軌道部材との位置関係を維持した状態で前記軌道部材を前記軌道面の周方向に回転させるステップとを交互に繰り返すことにより、前記軌道面に複数の前記圧痕が形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の転動疲労寿命の試験方法。 The track member has an annular track surface,
In the step of forming the indentation, by pressing the indenter against the raceway surface, the step of forming the indentation on the raceway surface, and maintaining the positional relationship between the indenter and the raceway member, The rolling fatigue life test according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of the indentations are formed on the raceway surface by alternately repeating the step of rotating the raceway surface in the circumferential direction. Method.
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