JP2015138018A - 転がり支持装置や動力伝達装置用構成部品の使用限界応力推定方法、及び該構成部品の疲れ寿命予測方法 - Google Patents
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- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
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Abstract
Description
L10=(C/P)p・・・(1)
ここで、Cは転がり軸受の基本動定格荷重、Pは軸受に作用する動等価荷重である。また、pは荷重指数を表し、玉軸受の場合p=3、ころ軸受の場合p=10/3に設定される。この基本定格寿命L10は、信頼度が90%で、普通使用する材料を用いて、通常の製造品質で、且つ普通の使用条件におけるものである。しかしながら、式(1)では、材料清浄度や潤滑状態の影響を寿命に反映させることはできない。
Lna=a1・a2・a3・L10・・・(2)
ここで、a1は信頼度係数であって、信頼度を高める程低い値となる。また、a2は軸受特性係数であって、材料改良による疲れ寿命の延長を補正する係数である。a2は、通常1.0とするが、清浄度が高い材料を使用すると1.0以上となる。また、a3は使用条件係数である。ここで、潤滑が正常であること、すなわち転動体と軌道輪との接触状態における潤滑油膜厚さが接触表面の合成粗さに等しいか、又はわずかに大きいことを前提として、前記基本定格荷重Cを計算している。この必要条件が満たされている場合は、使用条件によって材料の特性が変化して、この係数が小さくならない限り、a3=1となる。そして、潤滑条件が良好でない場合は、a3<1とするが、その値を規定するものでない。具体的には、十分な油膜厚さが期待できる場合にa3≧1となるが、油接触部における潤滑油の粘度が低すぎる場合、転動体の周速が非常に遅い場合、軸受温度が高い場合及び潤滑剤の中に異物、水分が混入した場合にはa3<1となる。
(1) 荷重を受けた状態で繰り返し接触する、転がり支持装置や動力伝達装置用構成部品の使用限界応力推定方法であって、
該構成部品の使用限界応力τwは、τw=A(√area)−1/6によって与えられることを特徴とする使用限界応力推定方法。
ここで、Aは、該構成部品の材料物性によって決まる値であり、√areaは、該構成部品の介在物の欠陥寸法である。
(2) Aは、1000〜1300であることを特徴とする(1)に記載の使用限界応力推定方法。
(3) 荷重を受けた状態で繰り返し接触する、転がり支持装置や動力伝達装置用構成部品の疲れ寿命予測方法であって、
該構成部品の疲れ寿命Lは、L=B(τ/ (√area)−1/6)qによって与えられることを特徴とする疲れ寿命予測方法。
ここで、B、qは、該構成部品の材料物性によって決定する値であり、τは作用するせん断応力であり、√areaは、該構成部品の介在物の欠陥寸法である。
(4) (1)または(2)に記載の使用限界応力推定方法を用いた(3)に記載の疲れ寿命予測方法。
ΔKIIth=Ca1/3・・・(3)
の関係があることを明確にした。ここで、Cは比例定数、aはき裂の半長である。
τw=A(√area)−1/6・・・(6)
の関係が得られる。Aは、転動体や軌道輪の硬さ等の材料物性によって決まる値であり、通常の高炭素クロム軸受鋼を焼入れ焼戻しした材料の転がり方向に平行なせん断疲労限度を求めるのであれば、Aは、1000〜1300の値となる。ただし、τ wの単位はMPa、√areaの単位はμmである。
L=B(τ/(√area)−1/6)q・・・(7)
式(7)より、介在物寸法と作用応力から疲れ寿命を予測することも可能である。なお、Bも、転動体や軌道輪の硬さ等の材料物性によって決まる値である。
(ii) 検査基準面積S0の中で酸化物系の介在物について最大の面積をしめる介在物を選び、介在物面積の平方根√areamax(μm)を測定する。√areamax=√(長径×短径)とする。
(iii) (i)、(ii)をn=30個繰返し、30個の√areamaxを小さいものから順に並べ、√areamax,j(j=1〜30)とする。
(iv) 基準化変数yi=−ln[−ln{j/(n+1)}]を計算し、横軸に√areamax、縦軸にyiのグラフを作成する。
(v) √areamax=α・y+βのα、βの値を最小二乗法により求める。
(vi) 軸受1個の応力体積Sは、P/C=1.0の荷重が作用した場合の、転がり方向に平行なせん断応力τ thが最大となる深さd、接触だ円長径2a、内輪軌道面の最大径Dmax、内輪軌道面の最小径Dminとした場合S=2d・2a・π(Dmax+Dmin)/2/0.01とする。SとS0から、再帰期間Tおよび基準化変数yを以下の式より求める。
再帰期間T=(S+S0)/S0
基準化変数y=−ln[−ln{(T−1)/T}]
(vii) (vi)で求めたyを(v)で求めた式に代入し、√areamaxを求める。
要素型のスラスト寿命試験は、介在物を模擬した人工欠陥付き平板を試験片として行った。供試材は、直径65mmの高炭素クロム軸受鋼SUJ2の丸棒である。直径60mm、幅6mmの円盤状の最終形状に対し、取り代が0.5mmとなる機械加工をした後、840℃で60min保持した後、油焼き入れし、170℃で120minの焼戻しを実施した。研磨加工により寸法を整え、試験面にエメリー研磨とバフ研磨を実施した。その後、試験面の軌道中央部に、直径100μm・深さ25μm、直径100μm・深さ75μm、直径100μm・深さ125μm、直径100μm・深さ175μm、直径50μm・深さ75μmの5種類のドリル穴(深さはドリル穴エッジまでの深さ)を形成した。試験条件は、以下の通りである。
面圧:Pmax=2.5−3.6GPa
回転数:1500min−1
潤滑油:ISO−VG68
打ち切りサイクル数:2.0×108cycle
深溝玉軸受6206寿命試験は、材料清浄度の異なる種々の材料で製作した軌道輪を供試体として用いた。試験に用いた軌道輪材料は、高炭素クロム鋼(SUJ2)であり、ずぶ焼入れ(830〜860℃×1hr、RXガス、油焼入れ)の後、焼き戻し(160℃〜220℃×2hr)を行った後、研磨加工を実施した。研磨完了後の内外輪軌道面の超音波探傷(水浸式、焦点型探傷子、30MHz)を実施し、介在物の大きさ、位置を特定した後、3/8inch鋼球、プラスチック製保持器と組み合わせて、寿命試験をおこなった。試験条件は、以下の通りである。
面圧:Pmax=2.5−3.9GPa
回転数:3900min−1
潤滑油:ISO−VG68
打ち切りサイクル数:2.0×108cycle
例えば、本発明の寿命予測対象としての転がり軸受は、玉軸受や円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、ニードル軸受、スラスト軸受など任意のものに適用可能である。また、本実施例では、転がり軸受に本発明を適用した例を示したが、他の転がり支持装置や歯車、無段変速機等の動力伝達装置など、回転により繰り返し荷重を受けて接触する構成部品に適用しても同様の効果が得られる。
Claims (4)
- 荷重を受けた状態で繰り返し接触する、転がり支持装置や動力伝達装置用構成部品の使用限界応力推定方法であって、
該構成部品の使用限界応力τwは、τw=A(√area)−1/6によって与えられることを特徴とする使用限界応力推定方法。
ここで、Aは、該構成部品の材料物性によって決まる値であり、√areaは、該構成部品の介在物の欠陥寸法である。 - Aは、1000〜1300であることを特徴とする請求項1に記載の使用限界応力推定方法。
- 荷重を受けた状態で繰り返し接触する、転がり支持装置や動力伝達装置用構成部品の疲れ寿命予測方法であって、
該構成部品の疲れ寿命Lは、L=B(τ/ (√area)−1/6)qによって与えられることを特徴とする疲れ寿命予測方法。
ここで、B、qは、該構成部品の材料物性によって決定する値であり、√areaは、該構成部品の介在物の欠陥寸法である。 - 請求項1または請求項2に記載の使用限界応力推定方法を用いた請求項3に記載の疲れ寿命予測方法。
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