JP2016070391A5

JP2016070391A5 -

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Publication number: JP2016070391A5
Application number: JP2014200889A
Authority: JP
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2017-11-16

Description

車輪支持用転がり軸受ユニットの一例を示す断面図である。（Ａ）は（Ｙ _０／Ｚ _０）が８未満の場合の圧痕の断面を示す模式図であり、（Ｂ）は（Ｙ _０／Ｚ _０）が８以上の場合の圧痕の断面を示す模式図である。転動体径Ｄと有効硬化層深さＹ _０との関係を示すグラフである。

図２（Ａ）に（Ｙ_０／Ｚ_０）が８未満のときの圧痕の断面、図２（Ｂ）に（Ｙ_０／Ｚ_０）が８以上のときの圧痕の断面をそれぞれ模式的に示す。（Ｙ_０／Ｚ_０）が８以上では尖鋭的な断面形状であるのに対し、（Ｙ_０／Ｚ_０）が８未満のときには圧痕の縁の盛り上がりもなく、尖鋭部の周辺を含めた広い領域全体が沈み込むような断面形状を呈している。（Ｙ_０／Ｚ_０）が８未満の場合は、（Ｙ_０／Ｚ_０）が８以上の場合に比べて、有効硬化層深さ（Ｙ_０）が最大せん断応力深さ（Ｚ_０）に対して小さくなっている状態に相当するが、非硬化部に変形が生じて塑性変形量が著しく大きくなっていると考えられる。

最大接触面圧が４．２ＧＰａ（静定格荷重）のときに、（Ｙ_０／Ｚ_０）を８以上にすることにより変形抵抗性を大きく向上できる。

（試験２）
転動体径Ｄが９．５２５ｍｍまたは１２．７ｍｍである車輪支持用転がり軸受ユニット（図１参照）において、最大接触面圧が４．２ＧＰａとなるような荷重を負荷したときのＺ_０をＳｍｉｔｈの弾性理論解から算出した。表１に、転動体径毎のＺ_０、並びに（Ｚ_０／Ｄ）を示す。

表１に示すように、Ｚ_０は転動体径Ｄと比例関係にあり、「Ｚ_０＝０．０３２×Ｄ」（Ａ式と呼ぶ）と表すことができる。また、変形抵抗性を向上させるためには、上記のように（Ｙ_０／Ｚ_０）が８以上、即ち「Ｙ_０≧８Ｚ_０」であるから、Ａ式を代入すると、「Ｙ_０≧８×０．０３２×Ｄ（＝０．２５×Ｄ）」であり、Ｙ_０を０．２５Ｄ以上にすることにより、変形抵抗性を向上させることができる。

ところで、上記したように自動車では縁石乗り上げ等により想定以上の荷重が作用することがある。このような場合では、転動体と軌道輪とのＨｅｒｔｚ接触による接触面圧は静定格荷重である４．２ＧＰａよりもはるかに大きくなる。例えば、６ＧＰａ程度の最大接触面圧が生じた場合、（Ｙ_０／Ｚ_０）が８以上であっても変形量の大きさの絶対値は非常に大きくなることが予想される。このような場合には、ブリネル圧痕形成による音響・振動特性の劣化を抑えることが困難になる。更に、ブリネル圧痕形成に伴い、圧痕縁に形成される盛り上がり部分(例えば、図２（Ｂ）に示す圧痕断面形状において、圧痕の右縁の盛り上がり部分を参照)が大きくなる。圧痕縁の盛り上がり部分は応力集中源として作用し、剥離や割れ等の重大な２次損傷を引き起こす要因となる。

しかし、図２（Ａ）に示したように、（Ｙ_０／Ｚ_０）が８未満の場合、非硬化部に起因した変形により変形抵抗性は低下するが、変形による圧痕縁の盛り上がりが緩和される。即ち、静定格荷重を超える大きな荷重が作用する場合には、（Ｙ_０／Ｚ_０）を８未満、好ましくは７．５以下にすることにより、非硬化部の変形を積極的に利用することにより、圧痕縁の盛り上がりを緩和して剥離や割れ等の重大な２次損傷を抑制することが可能である。

そこで、同車輪支持用転がり軸受ユニットを用い、最大接触面圧が６．０ＧＰａとなるような荷重を負荷したときの、転動体径毎のＺ_０、並びに（Ｚ_０／Ｄ）を求めた。結果を表２に示す。

表２に示すように「Ｚ_０＝０．０４５×Ｄ」（Ｂ式と呼ぶ）の関係にあり、（Ｙ_０／Ｚ_０）が８未満（Ｙ_０＜８Ｚ_０）にＢ式を代入すると、「Ｙ_０＜８×０．０４５×Ｄ（＝０．３６Ｄ）」となり、Ｙ_０を０．３６Ｄ未満にすることにより、静定格荷重を超えた荷重が作用した場合に形成されるブリネル圧痕に起因する剥離や割れ等を抑制することできる。また、（Ｙ_０／Ｚ_０）が７．５以下（Ｙ_０≦７．５Ｚ_０）にＢ式を代入すると、「Ｙ_０≦７．５×０．０４５×Ｄ（＝０．３４Ｄ）」となり、Ｙ_０を０．３４Ｄ以下にすることが好ましい。

表３及び図３に、最大接触面圧が４．２ＧＰａまたは６．０ＧＰａであるときの、転動体径毎に必要な有効硬化層深さ（Ｙ_０）の下限及び上限を示すが、図中斜線部分が静定格荷重を超える大きな荷重が作用した場合でも変形を起こし難い有効硬化層深さ（Ｙ_０）である。