JP2012088176A - Device and method for strength confirmation of ring member - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、リング部材として軸受の軌道輪等にセラミックスを用いる場合の、リング部材の強度確認装置および強度確認方法に関する。 The present invention relates to a ring member strength confirmation device and a strength confirmation method in the case where ceramics are used as a ring member for a bearing ring or the like.
軸受の軌道輪に軽量で線膨張係数が小さく電気的に絶縁であるセラミックスを利用する機会が増加してきている。例えば、工作機械関連では、内輪にセラミックスを適用し、温度上昇と遠心力により膨張量を抑制しながら予圧増加を軽減して高速化を目的とするものがある。また、セラミックスが電気的に絶縁となる特性を利用して磁気軸受等のように磁力場内での利用もある。 Opportunities to use ceramics that are lightweight, have a low coefficient of linear expansion, and are electrically insulating for bearing rings are increasing. For example, in the machine tool-related industry, there is a machine tool intended to increase the speed by applying ceramics to the inner ring and reducing an increase in preload while suppressing an expansion amount by a temperature rise and centrifugal force. In addition, there is use in a magnetic field such as a magnetic bearing by utilizing a characteristic that ceramics are electrically insulated.
セラミックスを軸受に用いる場合、問題となるのが脆性による破損(脆性破壊)である。特に回転側となる内輪にセラミックスを用いるとき、この内輪と軸との初期嵌め合い、軸の温度上昇および回転により生じる周方向の垂直応力成分であるフープ応力(たが応力)の検討が必要である。内輪は薄肉円筒とみなすことができ、内圧や遠心力を受ける場合には、一般に内輪内径に作用するフープ応力が、他の方向の応力に比べて大きいからである。 When ceramics are used for bearings, the problem is brittle damage (brittle fracture). In particular, when ceramics are used for the inner ring on the rotating side, it is necessary to examine the initial fit between the inner ring and the shaft, the temperature rise of the shaft, and the hoop stress, which is the normal stress component in the circumferential direction caused by the rotation. is there. This is because the inner ring can be regarded as a thin-walled cylinder, and when receiving an internal pressure or centrifugal force, the hoop stress acting on the inner diameter of the inner ring is generally larger than the stress in other directions.
内輪にセラミックスを用いた工作機械用軸受において、運転中に生じるフープ応力を想定してセラミックス内輪の強度を検討した例がある(非特許文献1)。この例は、セラミック内輪を軸に締まり嵌めして、恒温槽で加温しながら締め代と温度より計算で求められる材料力学的なフープ応力値を基に、実際に運転した時に予想される計算フープ応力値を比較することで、材料の強度を確認する方法である。 In bearings for machine tools that use ceramics for the inner ring, there is an example in which the strength of the ceramic inner ring is examined assuming a hoop stress generated during operation (Non-Patent Document 1). In this example, a ceramic inner ring is fitted on the shaft, and the calculation is expected when actually operating based on the material mechanical hoop stress value calculated from the tightening allowance and temperature while heating in a thermostatic bath. In this method, the strength of the material is confirmed by comparing the hoop stress values.
従来のセラミックス内輪の強度確認方法は、軸とセラミックス内輪をタイト嵌め合い、つまり締まり嵌めとして加温する。これによりセラミックス内輪に、軸の熱膨張による応力を与える。この方法は、試験室レベルでの実施には問題ないが、実製品の品質保証方法としては手間がかかりすぎる。したがって、強度確認に労力と時間を要し、量産時の全数検査には不向きである。 In a conventional method for confirming the strength of the ceramic inner ring, the shaft and the ceramic inner ring are tightly fitted, that is, heated as an interference fit. This gives stress to the ceramic inner ring due to thermal expansion of the shaft. Although this method has no problem for implementation at the laboratory level, it is too laborious as a quality assurance method for actual products. Therefore, it takes labor and time to confirm the strength, and is not suitable for 100% inspection at the time of mass production.
この発明の目的は、セラミックス製のリング部材の強度を簡便に確認することができ、このリング部材の量産時の全数検査にも対応することができるリング部材の強度確認装置および強度確認方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a strength confirmation device and strength confirmation method for a ring member that can easily confirm the strength of a ring member made of ceramics, and can also be used for 100% inspection during mass production of this ring member. It is to be.
この発明のリング部材の強度確認装置は、セラミックス製のリング部材の強度を確認する強度確認装置であって、前記リング部材を内周面で嵌め込み状態に装着可能な被装着部、およびこの被装着部に装着されたリング部材を支持する支持部を有し、前記被装着部に装着されたリング部材の内周面に対向して開口し同内周面に油圧を与える油路が形成された油圧力負荷座と、前記被装着部に装着されたリング部材を覆い、油圧力負荷座に開閉自在に設けられる蓋と、前記油圧力負荷座の油路に配管接続されて定められた油圧をリング部材の内周面に供給可能な油圧供給源とを有することを特徴とする。 The strength confirmation device for a ring member according to the present invention is a strength confirmation device for confirming the strength of a ceramic ring member, and a mounted portion capable of mounting the ring member in a fitted state on an inner peripheral surface, and the mounted An oil passage is formed which has a support portion for supporting the ring member mounted on the portion and opens to face the inner peripheral surface of the ring member mounted on the mounted portion and applies hydraulic pressure to the inner peripheral surface. An oil pressure load seat, a ring member mounted on the mounted portion, a lid provided on the oil pressure load seat so as to be openable and closable, and a hydraulic pressure determined by piping connected to an oil passage of the oil pressure load seat And a hydraulic pressure supply source capable of being supplied to the inner peripheral surface of the ring member.
この構成によると、蓋を開いた状態で、セラミックス製のリング部材の内周面を、油圧力負荷座の被装着部に嵌め込み状態に装着し、同リング部材を支持部に支持する。次に、油圧力の負荷時にリング部材が破損して外部に飛散しないように、リング部材を覆う蓋を閉じボルト等により固定する。次に、油圧供給源から油路を介してリング部材の内周面に定められた油圧を負荷する。その後、前記油圧を負荷した後のリング部材を、例えば、目視確認等して破損等の問題がなければ、このリング部材を製品として使用する。このようにセラミックス製のリング部材の強度を、従来の圧入を要する昇温式の技術よりも簡便に確認することができ、このリング部材の量産時の全数検査にも対応することができる
前記「定められた油圧」について説明する。
リング部材の強度確認に先だって、油圧力に対するフープ応力を予め計算して両者の関係を求めておき、リング部材が破損する応力値と実際の運転で作用する応力値を基に応力の閾値を設定する。この応力の閾値に対応する負荷油圧力を決定する。このように決定された負荷油圧力が前記「定められた油圧」である。
According to this configuration, with the lid open, the inner peripheral surface of the ceramic ring member is fitted in the fitted portion of the hydraulic pressure load seat, and the ring member is supported by the support portion. Next, the lid covering the ring member is closed and fixed with a bolt or the like so that the ring member is not damaged and scattered outside when an oil pressure is applied. Next, a predetermined hydraulic pressure is applied to the inner peripheral surface of the ring member from the hydraulic pressure supply source via the oil passage. Thereafter, if there is no problem such as breakage after visually checking the ring member after loading the hydraulic pressure, this ring member is used as a product. Thus, the strength of the ring member made of ceramics can be confirmed more easily than the conventional temperature raising type technique that requires press-fitting, and it can also be used for 100% inspection at the time of mass production of the ring member. The “determined oil pressure” will be described.
Prior to checking the strength of the ring member, the hoop stress against the oil pressure is calculated in advance to determine the relationship between the two, and the stress threshold is set based on the stress value at which the ring member breaks and the stress value that acts in actual operation. To do. The load oil pressure corresponding to this stress threshold is determined. The load oil pressure determined in this way is the “predetermined oil pressure”.
前記油圧力負荷座の油路を、リング部材の内周面に対し円周方向複数箇所に等配に配設しても良い。この場合、円周方向複数箇所の油路から、リング部材の内周面の全周に油圧力を偏り無く作用させることができる。これにより、リング部材の強度確認の信頼性をより高めることができる。 You may arrange | position the oil path of the said oil pressure load seat equally in the circumferential direction several places with respect to the internal peripheral surface of a ring member. In this case, the oil pressure can be applied to the entire circumference of the inner peripheral surface of the ring member from a plurality of oil passages in the circumferential direction without deviation. Thereby, the reliability of the strength confirmation of the ring member can be further increased.
前記リング部材を、軸受のセラミックス製内輪としても良い。セラミックス製内輪の強度を簡便に確認することができる。
前記油圧力負荷座は、支持部に、セラミックス製内輪を含む軸受組立品を支持可能としても良い。この場合、転動体荷重も考慮した強度を確認することとなり、より実用的な応力値での強度検討が可能となる。
The ring member may be a ceramic inner ring of a bearing. The strength of the ceramic inner ring can be easily confirmed.
The hydraulic pressure load seat may support a bearing assembly including a ceramic inner ring on a support portion. In this case, the strength considering the rolling element load is confirmed, and the strength can be examined with a more practical stress value.
前記軸受組立品を、工作機械主軸用軸受に適用しても良い。
この発明のリング部材の強度確認方法は、いずれかの強度確認装置を用いて、リング部材の強度を確認するものである。強度確認するリング部材の内周面に油圧力を負荷することで、油圧力に対応したフープ応力をリング部材に発生させる。発生させたフープ応力値を基に、製品として使用するうえでの強度上の閾値を設定して耐フープ応力評価を行うことができる。
The bearing assembly may be applied to a machine tool spindle bearing.
The strength confirmation method for a ring member according to the present invention is to confirm the strength of a ring member using any strength confirmation device. By applying an oil pressure to the inner peripheral surface of the ring member whose strength is to be confirmed, a hoop stress corresponding to the oil pressure is generated in the ring member. Based on the generated hoop stress value, a threshold value on strength for use as a product can be set to evaluate hoop stress resistance.
この発明のリング部材の強度確認装置は、セラミックス製のリング部材の強度を確認する強度確認装置であって、前記リング部材を内周面で嵌め込み状態に装着可能な被装着部、およびこの被装着部に装着されたリング部材を支持する支持部を有し、前記被装着部に装着されたリング部材の内周面に対向して開口し同内周面に油圧を与える油路が形成された油圧力負荷座と、前記被装着部に装着されたリング部材を覆い、油圧力負荷座に開閉自在に設けられる蓋と、前記油圧力負荷座の油路に配管接続されて定められた油圧をリング部材の内周面に供給可能な油圧供給源とを有するため、セラミックス製のリング部材の強度を簡便に確認することができ、このリング部材の量産時の全数検査にも対応することができる。 The strength confirmation device for a ring member according to the present invention is a strength confirmation device for confirming the strength of a ceramic ring member, and a mounted portion capable of mounting the ring member in a fitted state on an inner peripheral surface, and the mounted An oil passage is formed which has a support portion for supporting the ring member mounted on the portion and opens to face the inner peripheral surface of the ring member mounted on the mounted portion and applies hydraulic pressure to the inner peripheral surface. An oil pressure load seat, a ring member mounted on the mounted portion, a lid provided on the oil pressure load seat so as to be openable and closable, and a hydraulic pressure determined by piping connected to an oil passage of the oil pressure load seat Since it has a hydraulic pressure supply source that can be supplied to the inner peripheral surface of the ring member, the strength of the ceramic ring member can be easily confirmed, and it can also be used for 100% inspection during mass production of this ring member. .
この発明の第1の実施形態を図1ないし図3と共に説明する。
この実施形態に係る強度確認装置により強度確認に供されるセラミックス製のリング部材は、転がり軸受の内輪である。前記転がり軸受の例として後述の円筒ころ軸受が適用されるが、円筒ころ軸受だけに限定されるものではない。転がり軸受として、例えば、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円錐ころ軸受、自動調心玉軸受、スラスト軸受等を適用することも可能である。本強度確認装置により、転がり軸受のセラミックス製の外輪の強度を確認することも可能である。なお、以下の説明は、リング部材の強度確認方法についての説明をも含む。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The ring member made of ceramics subjected to strength confirmation by the strength confirmation device according to this embodiment is an inner ring of a rolling bearing. Although the below-mentioned cylindrical roller bearing is applied as an example of the rolling bearing, it is not limited to the cylindrical roller bearing. As the rolling bearing, for example, a deep groove ball bearing, an angular ball bearing, a tapered roller bearing, a self-aligning ball bearing, a thrust bearing, or the like can be applied. It is also possible to confirm the strength of the ceramic outer ring of the rolling bearing with this strength confirmation device. In addition, the following description also includes the description about the strength confirmation method of a ring member.
図1に示すように、強度確認装置は、主に、油圧力負荷座1と、蓋2と、油圧供給源3とを有する。油圧力負荷座1は略円筒状に形成され、例えば、基台4等の上部に固定される。この油圧力負荷座1は、被装着部5、支持部6、および軸部7を有する。被装着部5は、リング部材Wを内周面Waで嵌め込み状態に装着可能な円筒部から成り、前記支持部6は、被装着部5にすきま嵌めで装着されたリング部材Wの一側面を支持する座面部から成る。これら被装着部5および支持部6は、油圧力負荷座1の上部の外周面に形成される環状段部によって設けられる。環状段部のうち軸方向に垂直な平面を成す段差が前記支持部6となり、この支持部6の内周側に続き且つ油圧力負荷座1の下部の外周面よりも小径に形成される円筒部が前記被装着部5となる。
As shown in FIG. 1, the strength confirmation apparatus mainly includes an oil
油圧力負荷座1の上面には、蓋2の嵌合孔2aに嵌合される軸部7が突出されている。この軸部7は油圧力負荷座1の軸中心に設けられている。蓋2の嵌合孔2aを軸部7に嵌合することで、油圧力負荷座1と蓋2とが同心に位置決めされて配置される。なお軸部7の先端部の外周には、面取り7aが形成されている。蓋2の嵌合孔2aを軸部7に嵌合するとき、前記面取り7aにより円滑に行うことができる。
蓋2は、断面凹形状に形成され、被装着部5に装着され支持部6に支持されたリング部材Wの外周面および他側面を覆う。この蓋2は、油圧力負荷座1に開閉自在に設けられる。前記油圧力負荷座1の上部に、円周方向一定間隔おきに複数の雌ねじ8が形成され、蓋2には、これら雌ねじ8に対応する貫通孔9が形成されている。前記のように被装着部5にリング部材Wを装着した状態で、蓋2の嵌合孔2aを前記軸部7に嵌合しつつ、この蓋2を閉じ、複数のボルト10を貫通孔9を介して雌ねじ8にそれぞれ螺合することで、前記蓋2は油圧力負荷座1に固定されるようになっている。
A
The
図2に示すように、油圧力負荷座1、蓋2には、それぞれOリングから成る環状シール部材11,12,13が設けられている。油圧力負荷座1の上部における、被装着部5の外周面付近には、環状溝14が形成され、この環状溝14に環状シール部材11が設けられている。この環状シール部材11により、油圧力負荷座1の上部と蓋2の下面との合わせ面15が密封され、同合わせ面15からの油圧力の漏れを防止している。油圧力負荷座1のうち、支持部6の内周付近に環状溝16が形成され、この環状溝16に環状シール部材12が設けられている。蓋2の下面における外周付近にも、環状溝17が形成され、この環状溝17に環状シール部材13が設けられている。これら環状シール部材12,13は、軸方向に対向するように配置されるうえ、リング部材Wの一側面および他側面にそれぞれ接触して同リング部材Wを弾性支持するようになっている。
As shown in FIG. 2, the oil
油圧力負荷座1には、油路18が形成されている。
この油路18は、被装着部5に装着されたリング部材Wの内周面Waに対向して開口し、同内周面Waに油圧を与える。油路18は、油の供給方向上流側から、軸方向に延びる第1油路18aと、この第1油路18aの軸方向先端部に繋がり径方向に放射状に延びる複数の第2油路18bと、これら第2油路18bの外径側の先端部に繋がり環状に延びる環状溝18cとを有する。被装着部5を成す円筒部の外周面のうち軸方向中間部に、前記環状溝18cが形成されている。前記複数の第2油路18bは、円周等配に配設されている。
図1に示すように、油圧力負荷座1において、第1油路18aの基端部には、図示外の継手部材が螺合されて設けられ、前記継手部材に配管19を介して油圧供給源3が接続されてい。油圧供給源3は油圧ポンプ等から成る。
An
The
As shown in FIG. 1, in the hydraulic
リング部材Wの強度確認に先だって、図3に示すように、油圧力に対するフープ応力を予め計算して両者の関係を求めておき、リング部材Wが破損する応力値と実際の運転で作用する応力値を基に応力の閾値を設定する。計算条件として、構造用セラミックスである窒化ケイ素(Si3N4)から成る内輪(リング部材)で、例えば、内径70mmの円筒ころ軸受用の内輪を適用する。前記閾値は、セラミックス製内輪の使用用途で設定されるもので、閾値を高めに設定すれば信頼性は増すが、歩留まりが悪くなってしまう。逆に、閾値を低めに設定すると歩留まりは良くなるが、信頼性は低下してしまうことになる。図3の例では、閾値は実用応力値の約2倍に設定したものである。この応力の閾値に対応する負荷油圧力を決定する。前記油圧供給源3により、約40MPaの油圧力をリング部材Wの内周面Waに負荷して問題がなければ、実用値の2倍以上の応力に耐えられることになる。前記実用値は、内輪内径が例えば70mmの円筒ころ軸受を35000min−1で運転したときの発生フープ応力に相当する。 Prior to confirming the strength of the ring member W, as shown in FIG. 3, the hoop stress with respect to the oil pressure is calculated in advance to obtain a relationship between the two, and the stress value at which the ring member W is damaged and the stress acting in actual operation A stress threshold is set based on the value. As calculation conditions, an inner ring (ring member) made of silicon nitride (Si 3 N 4 ), which is a structural ceramic, is used, for example, an inner ring for a cylindrical roller bearing having an inner diameter of 70 mm. The threshold value is set depending on the use application of the ceramic inner ring. If the threshold value is set higher, the reliability increases, but the yield deteriorates. On the contrary, if the threshold value is set low, the yield is improved, but the reliability is lowered. In the example of FIG. 3, the threshold value is set to about twice the practical stress value. The load oil pressure corresponding to this stress threshold is determined. If there is no problem when an oil pressure of about 40 MPa is applied to the inner peripheral surface Wa of the ring member W by the hydraulic pressure supply source 3, it can withstand a stress that is twice or more the practical value. The practical value corresponds to the generated hoop stress when a cylindrical roller bearing having an inner ring inner diameter of, for example, 70 mm is operated at 35000 min −1 .
以上説明した強度確認装置によると、蓋2を開いた状態で、セラミックス製のリング部材Wの内周面Waを、油圧力負荷座1の被装着部5にすきま嵌めでセットし、同リング部材Wを支持部6に支持する。次に、蓋2を閉じ複数のボルト10により固定する。次に、油圧供給源3から油路18を介してリング部材Wの内周面Waに定められた油圧を所定時間負荷する。その後、蓋2を開け、油圧を負荷したリング部材Wを、例えば、目視確認して破損等の問題が無ければ、このリング部材Wを製品として使用する。このようにセラミックス製のリング部材Wの強度を、従来の圧入を要する昇温式の技術よりも簡便に確認することができ、このリング部材Wの量産時の全数検査にも対応することができる。
According to the strength checking device described above, with the
前記油路18のうち複数の第2油路18bは、円周等配に配設されているため、円周方向複数箇所の第2油路18bから、リング部材Wの内周面Waの全周に油圧力を偏り無く作用させることができる。これにより、リング部材Wの強度確認の信頼性をより高めることができる。
また、環状溝18cは、複数の第2油路18bの外径側の先端部に繋がり環状に延びるため、リング部材Wの内周面Waへの油圧力は、第1および第2の油路18a,18bを介して環状溝18cに供給されて、均一に負荷されることになる。これにより、リング部材Wの強度確認の信頼性をより高めることができる。
The plurality of
Further, since the
油圧力負荷座1、蓋2に、それぞれOリングから成る環状シール部材11,12,13を設けたため、装置外への油圧力の漏れを防止することができる。これにより、リング部材Wの内周面Waに定められた油圧を確実に負荷することができる。環状シール部材12,13は、軸方向に対向するように配置されるうえ、リング部材Wの一側面および他側面にそれぞれ接触して同リング部材Wを弾性支持する。このため、リング部材Wは、油圧力負荷座1と蓋2の干渉もなく、環状シール部材12,13のみに接触する。これにより、リング部材Wには油圧力のみ作用することになり、リング部材Wの強度確認の信頼性をより高めることができる。
Since the oil
図4は、軸受組立品による強度確認例を示す強度確認装置の断面図である。
同図に示すように、軸受組立品として、円筒ころ軸受を適用している。この円筒ころ軸受は、セラミックス製内輪W1と、外輪20と、内外輪W1,20の軌道面間に介在された複数の転動体21(ころ)と、これら転動体21を円周方向一定間隔おきに保持するリング状の保持器22とを有する。この強度確認装置における蓋2は、円筒ころ軸受の外輪外周面20a、および内外輪W1,20の他側面全体を覆うようになっている。その他図1および図2と同様の構成になっている。
この場合、転動体荷重も考慮した強度を確認することとなり、より実用的な応力値での強度検討が可能となる。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a strength confirmation device showing an example of strength confirmation by a bearing assembly.
As shown in the figure, a cylindrical roller bearing is applied as a bearing assembly. This cylindrical roller bearing includes a ceramic inner ring W1, an
In this case, the strength considering the rolling element load is confirmed, and the strength can be examined with a more practical stress value.
1…油圧力負荷座
2…蓋
3…油圧供給源
5…被装着部
6…支持部
18…油路
W…リング部材
Wa…内周面
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記リング部材を内周面で嵌め込み状態に装着可能な被装着部、およびこの被装着部に装着されたリング部材を支持する支持部を有し、前記被装着部に装着されたリング部材の内周面に対向して開口し同内周面に油圧を与える油路が形成された油圧力負荷座と、
前記被装着部に装着されたリング部材を覆い、油圧力負荷座に開閉自在に設けられる蓋と、
前記油圧力負荷座の油路に配管接続されて定められた油圧をリング部材の内周面に供給可能な油圧供給源とを有することを特徴とするリング部材の強度確認装置。 A strength confirmation device for confirming the strength of a ceramic ring member,
The ring member has a mounted portion that can be mounted in a fitted state on an inner peripheral surface, and a support portion that supports the ring member mounted on the mounted portion. An oil pressure load seat having an oil passage that opens opposite the peripheral surface and applies hydraulic pressure to the inner peripheral surface;
A lid that covers the ring member mounted on the mounted portion and is provided on the hydraulic pressure load seat so as to be freely opened and closed;
An apparatus for confirming the strength of a ring member, comprising: a hydraulic pressure supply source capable of supplying a predetermined hydraulic pressure connected to an oil passage of the hydraulic pressure load seat to an inner peripheral surface of the ring member.
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