JP2018040770A - 軸受部品の寿命診断方法、軸受部品の寿命診断装置、および軸受部品の寿命診断プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
好ましくは、X線分析データは、環状の回折X線の中心角に対応して得られるピークの半価幅である。
好ましくは、X線分析データは、環状の回折X線の中心角と強度との関係を表わすデータ、軸受部品に作用する6成分の残留応力、環状の回折X線の中心角に対応して得られるピークの半価幅、および軸受部品の残留オーステナイトのうちの2つ以上の組合せで表現された値である。
好ましくは、試験用の軸受部品の表面に存在する油膜の厚さと表面の形状の測定結果から得られる油膜パラメータが所定値以下のときに、試験用の軸受部品の合成応力を求めるステップが実行される。
図1は、本発明の実施形態の寿命診断システムの構成を表わす図である。
この寿命診断装置14は、入力部17と、CPU(Central Processing Unit)15と、メモリ16と、表示部18とを備える。
CPU15は、入力部17に入力されたデータを用いて、メモリ16に記憶された寿命診断プログラムを実行する。
図3は、寿命診断装置14の機能構成を表わす図である。
図4は、油膜パラメータの算出処理の手順を表わすフローチャートである。
まず、試験用の軸受部品1に対して、第1回目の疲労試験において、相当応力S11でN11回の負荷が加えられたとする。初期位置P11(0,S11)からN軸方向にN11回移動した点P12(N11,S11)をプロットする。
X線分析データ算出部45は、試験用の軸受部品i(i=1〜試験用の軸受部品の個数)について、疲労試験j(j=1〜故障破壊が発生するまでの回数)ごとの環状の回折X線から得られるX線分析データPijを算出する。たとえば、X線分析データPijは、環状の回折X線の中心角と強度との関係を表すデータとすることができる。
累積疲労度算出部42は、試験用の軸受部品i(i=1〜試験用の軸受部品の個数)について、疲労試験j(j=1〜故障破壊が発生するまでの回数)ごとの累積疲労度Dijを算出する。
累積疲労度算出部42は、図8のS−N曲線を用いて、試験用の軸受部品1について、疲労試験jごとの累積疲労度D1jを順次求める。
診断部37は、S−N曲線記憶部36に記憶されたS−N曲線の式を用いて、図10に示すように、診断用の軸受部品の軸受について算出された合成応力SXに対応する寿命LXを特定する。
図11は、疲労試験においてS−N曲線および累積疲労度を求める手順を表わすフローチャートである。
ステップS102において、制御部50は、制御変数jを1に設定する。
ステップS104において、試験用の軸受部品iが稼働されてから所定時間が経過したときには、処理がステップS105に進む。
ステップS106において、油膜パラメータ算出部31は、試験用の軸受部品iである軌道輪の軌道面と、試験用の軸受部品iと接触する転動体の転動面の間の油膜の油膜パラメータOPを算出する。
ステップS301において、制御部50は、診断用の軸受部品を停止する。
ステップS312において、診断部37は、余寿命RXを表示部18に表示する。
条件Aと条件Bの2つの条件で図11に示すフローチャートに従って、試験片を用いて疲労試験を行った。条件Aと条件Bでは、疲労試験前の試験片の二乗平均平方根傾斜Rdqが相違する。
条件Aおよび条件Bの両方で、負荷回数Nの増加に伴って、二乗平均平方根傾斜Rdqが減少している。
残留応力(rs)はピーリングの増加にともなって減少する(はく離の発生による応力解放)ことが知られている。条件Aの試験では、負荷回数3×105回でピーリング発生による応力解放が起こり、条件Bの試験では、負荷回数1.5×105回で応力解放が発生した。すなわち、これらの試験ではピーリング寿命がそれぞれ3×105回、1.5×105回となる。
次に、条件Aについて、S−N曲線から、負荷回数Nに対する寿命Lを算出した。
複数のサンプルデータを用いることによって、定数e、f、gを特定することによって、X線回折環の測定結果から累積疲労度Dを求めることができる。
(1)残留応力
X線回折環を用いた残留応力の測定方法として、佐々木−広瀬法に代えて、例えば「H.Dolle and V.Hauk、”The Influence of Stress States, Stress Gradients and Elastic Anisotropy on the Evaluation of (Residual) Stresses by X-rays”, J.Appl.Crysr、12 (1979) 489-501」に記載されている方法を用いてもよい。
(2)X線分析データ
X線分析データは、環状の回折X線の中心角と強度との関係を表わすデータに限定するものではない。たとえば、軸受部品に作用する6成分の残留応力{σx(rs)、σy(rs)、σz(rs)、τxy(rs)、τyz(rs)、τxz(rs)}、軸受部品の残留オーステナイト、または環状の回折X線の中心角に対応して得られるピークの半価幅であってもよい。また、X線分析データは、回折強度の平均値、回折強度の最小値と最大値の差、または回折強度の積分幅(ある位置での半価幅と回折強度の積)などであってもよい。また、X線分析データは、環状の回折X線の中心角と強度との関係、6成分の残留応力、残留オーステナイト、環状の回折X線の中心角に対応して得られるピークの半価幅、回折強度の平均値、回折強度の最小値と最大値の差、または回折強度の積分幅(ある位置での半価幅と回折強度の積)のうちの2つ以上の組合せで表現された値であってもよい。
(3)交換時期の通知
診断部37は、診断用の軸受部品の交換が必要か否かのメッセージに替えて、診断用の軸受部品の交換時期を表示部18に表示するものとしてもよい。診断部37は、余寿命に基づいて交換時期を判定することできる。
Claims (19)
- 軸受部品の寿命診断方法であって、
複数個の試験用の軸受部品の各々について、故障破壊するまで複数回の転動疲労試験を行なうステップと、
前記複数個の試験用の軸受部品についての前記複数回の転動疲労試験の各々において、前記試験用の軸受部品の残留応力とミクロ応力との和である前記試験用の軸受部品の合成応力を求めるステップと、
前記複数個の試験用の軸受部品についての前記複数回の転動疲労試験の各々において、前記試験用の軸受部品にX線を照射することによって検出されるX線回折環からX線分析データを求めるステップと、
前記複数個の試験用の軸受部品についての、前記複数回の転動疲労試験における総負荷回数と、前記故障破壊が発生したときの前記試験用の軸受部品の合成応力との関係に基づいてS−N曲線を求めるステップと、
前記S−N曲線に基づいて、前記複数個の試験用の軸受部品についての前記複数回の転動疲労試験の各々における累積疲労度を求めるステップと、
前記試験用の軸受部品のX線分析データと、前記累積疲労度との関係を表わす対応テーブルを作成するステップと、
診断用の軸受部品の残留応力とミクロ応力との和である前記診断用の軸受部品の合成応力を求めるステップと、
前記診断用の軸受部品の合成応力と前記S−N曲線に基づいて、前記診断用の軸受部品の寿命を求めるステップと、
前記診断用の軸受部品にX線を照射することによって検出されるX線回折環からX線分析データを求めるステップと、
前記診断用の軸受部品のX線分析データと前記対応テーブルに基づいて、前記診断用の軸受部品の累積疲労度を求めるステップと、
前記診断用の軸受部品の寿命、および前記累積疲労度に基づいて、前記診断用の軸受部品の余寿命を求めるステップとを備えた軸受部品の寿命診断方法。 - 前記試験用の軸受部品の合成応力を求めるステップは、
前記試験用の軸受部品の表面形状の測定結果から前記試験用の軸受部品のミクロ応力を求めるステップを含む、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。 - 前記試験用の軸受部品の合成応力を求めるステップは、
前記試験用の軸受部品のX線回折結果から前記試験用の軸受部品の残留応力を求めるステップを含む、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。 - 前記診断用の軸受部品の合成応力を求めるステップは、
前記診断用の軸受部品の表面形状の測定結果から前記診断用の軸受部品のミクロ応力を求めるステップを含む、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。 - 前記診断用の軸受部品の合成応力を求めるステップは、
前記診断用の軸受部品のX線回折結果から前記診断用の軸受部品の残留応力を求めるステップを含む、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。 - 前記S−N曲線は、複数個の第1種定数と、故障破壊までの負荷回数Nと、前記合成応力Sを含む式で表され、かつ前記合成応力Sを表す式は、複数個の第2種定数を含み、
前記S−N線曲線を求めるステップは、
各試験用の軸受部品について、前記故障破壊するまでの前記複数回の転動疲労試験の負荷回数の合計をNとし、前記故障破壊したときの合成応力をSとした1つのサンプルを得るステップと、
前記複数個の試験用の軸受部品についての前記サンプルを用いて、前記複数個の第1種定数および前記複数個の第2種定数の値を推定するステップとを含む、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。 - 前記累積疲労度を求めるステップは、
前記S−N曲線に基づいて、前記複数回の転動疲労試験の各々における前記合成応力での故障破壊までの負荷回数を求めるステップと、
前記複数回の転動疲労試験の各々における、実際の負荷回数と、前記故障破壊までの負荷回数の比で表される疲労度を求めるステップと、
前記複数回の転動疲労試験の各々における、前記転動疲労試験の疲労度と前記転動疲労試験よりも過去のすべての転動疲労試験の疲労度との合計を前記累積疲労度として算出するステップとを含む、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。 - 前記X線分析データは、環状の回折X線の中心角と強度との関係を表わすデータである、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。
- 前記X線分析データは、前記軸受部品に作用する6成分の残留応力である、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。
- 前記X線分析データは、環状の回折X線の中心角に対応して得られるピークの半価幅である、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。
- 前記X線分析データは、前記軸受部品の残留オーステナイトである、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。
- 前記X線分析データは、環状の回折X線の中心角と強度との関係を表わすデータ、前記軸受部品に作用する6成分の残留応力、環状の回折X線の中心角に対応して得られるピークの半価幅、および前記軸受部品の残留オーステナイトのうちの2つ以上の組合せで表現された値である、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。
- 前記余寿命を求めるステップは、
累積疲労度をD、寿命をL、余寿命をRとしたときに、式(2)に従って、余寿命を算出するステップを含む、
R=L(1−D)・・・(2)
請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。 - 前記試験用の軸受部品の表面に存在する油膜の厚さと前記表面の形状の測定結果から得られる油膜パラメータが所定値以下のときに、前記試験用の軸受部品の合成応力を求めるステップが実行される、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。
- 前記診断用の軸受部品の表面に存在する油膜の厚さと前記表面の形状の測定結果から得られる油膜パラメータが所定値以下のときに、前記診断用の軸受部品の合成応力を求めるステップが実行される、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。
- 前記軸受部品の寿命診断方法は、
前記余寿命に基づいて、前記診断用の軸受部品が交換を要するか否か、または交換時期を通知するステップをさらに備える、請求項1記載の軸受部品の寿命診断方法。 - 軸受部品の寿命診断装置であって、
複数個の試験用の軸受部品の各々について、故障破壊するまで複数回の転動疲労試験を行なったときに、前記複数個の試験用の軸受部品についての前記複数回の転動疲労試験の各々において、前記試験用の軸受部品の残留応力とミクロ応力との和である前記試験用の軸受部品の合成応力を求め、診断用の軸受部品の残留応力とミクロ応力との和である前記診断用の軸受部品の合成応力を求める合成応力算出部と、
前記複数個の試験用の軸受部品についての前記複数回の転動疲労試験の各々において、前記試験用の軸受部品にX線を照射することによって検出されるX線回折環からX線分析データを求め、前記診断用の軸受部品にX線を照射することによって検出されるX線回折環からX線分析データを求めるX線分析データ算出部と、
前記複数個の試験用の軸受部品についての、前記複数回の転動疲労試験における総負荷回数と、前記故障破壊が発生したときの前記試験用の軸受部品の合成応力との関係に基づいてS−N曲線を求めるS−N曲線算出部と、
前記S−N曲線に基づいて、前記複数個の試験用の軸受部品についての前記複数回の転動疲労試験の各々における累積疲労度を求める累積疲労度算出部と、
前記試験用の軸受部品のX線分析データと、前記累積疲労度との関係を表わす対応テーブルを作成する対応テーブル作成部と、
前記診断用の軸受部品のX線分析データと前記対応テーブルに基づいて、前記診断用の軸受部品の累積疲労度を求め、前記診断用の軸受部品の合成応力と前記S−N曲線に基づいて、前記診断用の軸受部品の寿命を求め、前記診断用の軸受部品の寿命、および前記診断用の軸受部品の累積疲労度に基づいて、前記診断用の軸受部品の余寿命を求める診断部とを備えた、軸受部品の寿命診断装置。 - 軸受部品の寿命診断プログラムであって、
コンピュータに、
複数個の試験用の軸受部品の各々について、故障破壊するまで複数回の転動疲労試験を行なったときに、前記複数個の試験用の軸受部品についての前記複数回の転動疲労試験の各々において、前記試験用の軸受部品の残留応力とミクロ応力との和である前記試験用の軸受部品の合成応力を求めるステップと、
前記複数個の試験用の軸受部品についての前記複数回の転動疲労試験の各々において、前記試験用の軸受部品にX線を照射することによって検出されるX線回折環からX線分析データを求めるステップと、
前記複数個の試験用の軸受部品についての、前記複数回の転動疲労試験における総負荷回数と、前記故障破壊が発生したときの前記試験用の軸受部品の合成応力との関係に基づいてS−N曲線を求めるステップと、
前記S−N曲線に基づいて、前記複数個の試験用の軸受部品についての前記複数回の転動疲労試験の各々における累積疲労度を求めるステップと、
前記X線分析データと、前記累積疲労度との関係を表わす対応テーブルを作成するステップと、
診断用の軸受部品の残留応力とミクロ応力との和である前記診断用の軸受部品の合成応力を求めるステップと、
前記診断用の軸受部品の合成応力と前記S−N曲線に基づいて、前記診断用の軸受部品の寿命を推定するステップと、
前記診断用の軸受部品にX線を照射することによって検出されるX線回折環からX線分析データを求めるステップと、
前記診断用の軸受部品のX線分析データと前記対応テーブルに基づいて、前記診断用の軸受部品の累積疲労度を求めるステップと、
前記診断用の軸受部品の寿命、および前記累積疲労度に基づいて、前記診断用の軸受部品の余寿命を求めるステップとを実行させる、軸受部品の寿命診断プログラム。
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