JP3831292B2 - 円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、円筒ころ軸受の内輪に超音波を伝播させ、その伝播速度を測定し、上記測定した伝播速度に基いて、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定する疲労度測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、円筒ころ軸受の内輪の特性(たとえば、硬度)を測定するに際し、超音波の送信センサおよび受信センサのセンサ面(装着面)を、内輪の軌道面に沿って密着するような面曲率とし、送信センサから内輪に伝播させた超音波の速度に基いて、内輪の特性を測定していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このため、上記送信センサおよび受信センサは、直径が異なる複数種類の内輪に適用することができず、直径が異なる内輪の種類だけ、送信センサと受信センサを用意することが必要となって、測定工数,測定コストを増大させていた。
【0004】
そこで、この発明の目的は、内輪の直径が変わっても、送信センサおよび受信センサを取り替える必要がなく、測定工数および測定コストを低減できる円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明の円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法は、
円筒ころ軸受の内輪の軌道面に超音波を送信する送信センサと、上記軌道面を伝播する上記超音波を受信する受信センサとを用いて、上記超音波が上記軌道面を伝播する伝播速度を測定して、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定する方法であって、
上記送信センサと受信センサとを、上記内輪の軌道面に対して、周方向に所定間隔を隔てて軸方向の線で線接触させ、
上記送信センサは、超音波の送信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、上記受信センサは、超音波の受信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、
上記送信センサは圧電素子を備え、
上記送信センサが上記軌道面に線接触している接触線と上記内輪の中心とを結ぶ直線と、上記受信センサが上記軌道面に線接触している接触線と上記内輪の中心とを結ぶ直線とがなす角度を2αとし、上記軌道面の半径をr(mm)とし、上記内輪の肉厚をT(mm)とすると、次式
r(1−cosα)<T/2
を満たすように、上記送信センサと受信センサを配置し、
上記送信センサの圧電素子を駆動して送信センサの有効部分を振動させ、上記送信センサの上記接触線から上記軌道面に超音波を伝播させ、
上記内輪の軌道面に沿って進行すると共に上記内輪の軌道面に平行な振幅を有する横波である剪断水平波を上記受信センサで検知し、上記受信センサは上記剪断水平波を検知したことを表す検知信号を出力し、
上記送信センサの圧電素子を駆動したときから、上記受信センサが上記検知信号を出力したときまでの時間と、上記送信センサの接触線から上記受信センサの接触線までの上記軌道面における距離とから上記剪断水平波の伝播速度を算出し、
この算出した伝播速度に基づいて、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定することを特徴としている。
上記請求項1の発明では、上記送信センサと受信センサとを、上記内輪の軌道面に対して、軸方向の線で線接触させて、上記送信センサが内輪の軌道面に送信した超音波を上記受信センサで受信する。この超音波が上記送信センサから受信センサまで伝播する伝播時間と上記軌道面における上記送信センサの線接触位置と受信センサの線接触位置との間の距離(センサ間伝播距離)とから上記超音波の伝播速度が求まる。この伝播速度に基き、上記内輪の疲労度を測定できる。
【0006】
この請求項1の発明では、送信センサと受信センサを内輪の軌道面に対して線接触させて超音波の伝播速度を測定するから、この送信センサと受信センサは異なる直径の内輪に使用可能である。したがって、内輪の直径に応じた複数種類の送信センサ,受信センサを用意する必要がなくなり、測定工数と測定コストを低減できる。
【0007】
また、請求項1の発明では、上記式、r(1−cosα)<T/2を満たすように、送信センサと受信センサを配置することにより、上記内輪の軌道面を伝播する超音波が内輪の内径面で反射した超音波の反射波の干渉を受けることを抑制できる。
【0008】
また、請求項2の発明の円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法は、円筒ころ軸受の内輪の軌道面に超音波を送信する送信センサと、上記軌道面を伝播する上記超音波を受信する受信センサとを用いて、上記超音波が上記軌道面を伝播する伝播速度を測定して、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定する方法であって、
上記送信センサと受信センサとを、上記内輪の軌道面に対して、周方向に所定間隔を隔てて軸方向の線で線接触させ、
上記送信センサは、超音波の送信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、上記受信センサは、超音波の受信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、
上記送信センサは圧電素子を備え、
上記送信センサが上記内輪の軌道面に線接触している接触線と上記受信センサが上記内輪の軌道面に線接触している接触線とに直交する直交直線と、この直交直線と平行である上記軌道面の接線との間の距離を、上記内輪の径方向の肉厚の2分の1未満に設定し、
上記送信センサの圧電素子を駆動して送信センサの有効部分を振動させ、上記送信センサの上記接触線から上記軌道面に超音波を伝播させ、
上記内輪の軌道面に沿って進行すると共に上記内輪の軌道面に平行な振幅を有する横波である剪断水平波を上記受信センサで検知し、上記受信センサは上記剪断水平波を検知したことを表す検知信号を出力し、
上記送信センサの圧電素子を駆動したときから、上記受信センサが上記検知信号を出力したときまでの時間と、上記送信センサの接触線から上記受信センサの接触線までの上記軌道面における距離とから上記剪断水平波の伝播速度を算出し、
この算出した伝播速度に基づいて、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定することを特徴としている。
【0009】
上記請求項2の発明では、上記送信センサと受信センサとを、上記内輪の軌道面に対して、軸方向の線で線接触させて、上記送信センサが内輪の軌道面に送信した超音波を上記受信センサで受信する。この超音波が上記送信センサから受信センサまで伝播する伝播時間と上記軌道面における上記送信センサの線接触位置と受信センサの線接触位置との間の距離(センサ間伝播距離)とから上記超音波の伝播速度が求まる。この伝播速度に基き、上記内輪の疲労度を測定できる。
【0010】
また、請求項2の発明では、上記送信センサが線接触している線と上記受信センサが線接触している線とに直交する直交直線と、この直交直線と平行な上記内輪の軌道面の接線との間の距離を内輪の径方向の肉厚の2分の1未満に設定した。この設定により、上記内輪の軌道面を伝播する超音波が内輪の内径面で反射した超音波の反射波の干渉を受けることを抑制できる。したがって、軌道面を伝播する超音波の測定感度を向上でき、伝播速度の測定精度を向上できる。したがって、この方法を使用すれば、内輪の疲労度を正確に測定できる。
【0011】
また、請求項1 , 2の発明では、上記送信センサは、超音波の送信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、上記受信センサは、超音波の受信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させている。したがって、送信センサはその有効部分から超音波を軌道面に確実に伝播させることができ、受信センサはその有効部分で上記超音波を確実に検出できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0013】
図1,2,3を参照して、この発明の円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法の実施形態を説明する。
【0014】
図1に示すように、この実施形態の疲労度測定方法では、円筒ころ軸受の内輪10の軌道面10Aに送信センサ1と受信センサ2を線接触させる。つまり、送信センサ1は軸方向の接触線3で軌道面10Aに線接触しており、受信センサ2は軸方向の接触線5で軌道面10Aに線接触している。
【0015】
また、図1,図2に示すように、上記送信センサ1の接触線3と受信センサ2の接触線5とに直交する直交直線6と、この直交直線6に平行な上記軌道面10Aの接線7との間の距離H(mm)を、内輪10の径方向の肉厚T(mm)の0.4倍に設定した。また、上記軌道面10Aに対向させる送信センサ1の対向面1Aおよび受信センサ2の対向面2Aは平面形状とした。
【0016】
さらに、送信センサ1は、その対向面1Aのうちの超音波の送信に有効な有効部分11を軌道面10Aに接触させている。また、受信センサ2は、その対向面2Aのうちの超音波の受信に有効な有効部分12を軌道面10Aに接触させている。
【0017】
次に、図3を参照して、上記送信センサ1の構造を説明する。この送信センサ1は、外側樹脂部14の内部に圧電素子15が埋め込まれており、この圧電素子15の振動面15Aは、上記対向面1Aに対して角度β(度)だけ傾斜している。この振動面15Aの両端から振動面15Aに直交する方向に延ばした延長線L1,L2が上記対向面1Aに交わる2点P1,P2よりも所定寸法だけ内側の領域R1が上記有効部分11となる。図3に示すように、圧電素子15の振動面15Aを対向面1Aに対して傾斜させたことで、振動面15Aからの超音波を有効部分11の接触線3から軌道面10Aに沿って伝播する剪断水平波(SH波(Shear Horizontal Wave))を効率よく生成させることができる。
【0018】
より具体的な一例としては、図3に示すように、送信センサ1の端壁1Bと圧電素子15との間の寸法をDa(mm)とし、対向面1Aと平行な方向における圧電素子15の寸法をDb(mm)とし、対向面1Aと圧電素子15との間の寸法をDcとする。さらに、端壁1Bと点P2との間の寸法をDm(mm)とし、端壁1Bと点P1との間の寸法をDn(mm)とする。このとき、上記端壁1Bから有効部分11の一端11Aまでの寸法X1(mm)、および、上記端壁1Bから有効部分11の他端11Bまでの寸法X2(mm)を、次の式(1)および式(2)で算出される値とする。なお、以下では、寸法単位系を(mm)とし、角度単位系を(度)とする。
【0019】
X1=Dm+1=Da−(Dc+Db・tanβ)tanβ+1 …(1)
X2=Dn−1=(Da+Db)−Dc・tanβ−1 …(2)
つまり、この一例では、圧電素子15の振動面15Aを対向面1Aに射影した領域R0よりも1mmだけ内側の領域R1を有効部分11とし、この有効部分11を内輪10の軌道面10Aに線接触させた。
【0020】
図2を参照すれば、この送信センサ1の対向面1Aが軌道面10Aと線接触している接触線3と端壁1Bとの間の寸法X0を、X1≦X0≦X2、に設定することで、送信センサ1の対向面1Aの有効部分11を軌道面10Aに線接触させることができる。この寸法X0を接触位置X0と言う。
【0021】
また、図2に示すように、この送信センサ1の接触線3と軌道面10Aの中心P0とを結ぶ直線Lrが、この中心P0から延びて上記直交直線6に直交する中心線Lcとなす角度をαとする。上記直線Lrと、上記接触位置X0における上記軌道面10Aの接線Lsと上記中心線Lcとがなす直角三角形において、角度αの補角は、(θ/2)であり、図1に示すように、この角度(θ/2)の2倍である角度θをセンサ角度と言う。また、上記送信センサ1の対向面1Aと端壁1Bとの交線Laと上記受信センサ2の対向面2Aと端壁2Bとの交線Lbとの間の距離Wをセンサ間隔と言う。
【0022】
また、接触線3と接触線5との間の軌道面10A上の距離Ddを伝播距離と言う。この伝播距離Ddは次式(3)で算出される。
【0023】
Dd=α・π・r/90 ……(3)
式(3)において、rは軌道面10Aの半径、πは円周率。
【0024】
この実施形態の内輪10の疲労度測定方法では、上記送信センサ1の圧電素子15を駆動して振動面15Aを振動させることで、有効部分11を振動させ、接触線3から軌道面10Aに超音波を伝播させる。この超音波は、上記軌道面10Aに沿って進行するとともに、軌道面10Aに平行な振幅を有する横波であるSH波である。
【0025】
このSH波が上記軌道面10Aを伝播して、上記受信センサ2の有効部分12の接触線5に達すると、受信センサ2はSH波を検知したことを表す検知信号を出力する。上記送信センサ1の圧電素子15を駆動したときから、上記受信センサ2が検知信号を出力したときまでの時間Ttと上記接触線3から接触線5までの軌道面10Aにおける距離Ddとから上記SH波の伝播速度Vを算出できる。つまり、V=Dd/Tt(mm/秒)。この伝播速度Vに基いて、内輪10の疲労度を測定できる。たとえば、内輪10の疲労が進行するのに伴ない、上記SH波の伝播速度Vが低下する。
【0026】
この実施形態によれば、送信センサ1と受信センサ2を内輪10に線接触させて超音波としてのSH波の伝播速度を測定するから、この送信センサ1と受信センサ2は異なる直径の内輪に使用可能である。したがって、内輪10の直径に応じた複数種類の送信センサ,受信センサを用意する必要がなくなり、測定工数と測定コストを低減できる。
【0027】
また、この実施形態では、送信センサ1が線接触している接触線3と受信センサ2が線接触している接触線5とに直交する直交直線6と、この直交直線6と平行な接線7との間の距離Hを内輪10の径方向の肉厚Tの2分の1未満である5分の2に設定した。この設定により、上記内輪10の軌道面10Aを伝播するSH波が内輪10の内径面10Bで反射した超音波の反射波の干渉を受けることを抑制できる。したがって、軌道面10Aを伝播するSH波の測定感度を向上でき、伝播速度の測定精度を向上でき、疲労度を正確に測定できる。
【0028】
また、この実施形態では、送信センサ1は、超音波の送信に有効な有効部分11を内輪10の軌道面10Aに接触させ、受信センサ2は超音波の受信に有効な有効部分12を内輪10の軌道面10Aに接触させている。したがって、送信センサ1はその有効部分11から超音波を軌道面10Aに確実に伝播させることができ、受信センサ2はその有効部分12で上記超音波を確実に検出できる。
【0029】
また、この実施形態では、内輪10の軌道面10Aに対向させる送信センサ1の対向面1Aは平面形状であり、内輪10の軌道面10Aに対向させる受信センサ2の対向面2Aは平面形状である。したがって、送信センサ1および受信センサ2の対向面2Aの形状を特に単純化でき、センサコストを低減できる。
【0030】
また、図2を参照すれば、軌道面10Aの半径rにsinαを乗算した値rsinαからセンサ間隔Wの2分の1を減算した値(rsinα−W/2)は、接触位置X0×cosαに等しいことが分かる。すなわち、次式(4)が成立する。
【0031】
X0=(rsinα−W/2)/cosα … (4)
ただし、角度α=90°−(θ/2)、θは上記センサ角度。
【0032】
この式(4)において、半径r=19.25mmとしたときの、センサ角度θとセンサ間隔Wと接触位置X0との関係の一例を図4に示す。なお、図4において、X1,X2は有効部分11の両端の位置を示している。したがって、図4を参照すれば、接触位置X0がX1とX2の間(有効部分)に入るように、センサ間隔Wとセンサ角度θを容易に設定できる。
【0033】
また、図2を参照すれば、距離Hは、軌道面10Aの半径rから(rcosα)を減算した値であることが分かる。この角度αは、接触線3と中心P0とを結ぶ直線Lrと、接触線5と中心P0とを結ぶ直線Lqとがなす角度2αの2分の1である。すなわち、H=r(1−cosα) …(5)である。この実施形態では、式(5)で算出される距離Hを内輪10の肉厚Tの0.4倍に設定した。
【0034】
図5に、半径r=19.25(mm)において、この式(1)に基づく、センサ角度θ(=2(90°−α))と距離Hとの関係を示す。図5では、センサ角度θが126°以上の領域において、距離Hが肉厚T(=4.25)の2分の1以下になり、反射波の影響を抑制でき、SH波を正確に検出できる。一方、センサ角度θが126°未満では、距離Hが肉厚Tの2分の1を越えるから、反射波の影響を無視できなくなり、SH波を正確に検出できなくなる。
【0035】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項1,2の発明の円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法では、送信センサと受信センサを内輪に線接触させて超音波の伝播速度を測定するから、この送信センサと受信センサは異なる直径の内輪に使用可能である。したがって、内輪の直径に応じた複数種類の送信センサ,受信センサを用意する必要がなくなり、測定工数と測定コストを低減できる。
【0036】
また、請求項1の発明では、r(1−cosα)<T/2を満たすように、送信センサと受信センサを配置した。また、請求項2の発明では、上記送信センサが線接触している線と上記受信センサが線接触している線とに直交する直交直線と、この直交直線と平行な接線との間の距離を内輪の径方向の肉厚の2分の1未満に設定した。この設定により、上記内輪の軌道面を伝播する超音波が内輪の内径面で反射した超音波の反射波の干渉を受けることを抑制できる。したがって、軌道面を伝播する超音波の測定感度を向上でき、伝播速度の測定精度を向上できる。
【0037】
また、請求項1、2の発明では、上記送信センサは、超音波の送信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、上記受信センサは、超音波の受信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させている。したがって、送信センサはその有効部分から超音波を軌道面に確実に伝播させることができ、受信センサはその有効部分で上記超音波を確実に検出できる。
【0038】
したがって、請求項1、2の発明の疲労度測定方法では、内輪の軌道面を伝播する超音波の伝播速度を正確に測定でき、この正確に測定した伝播速度に基いて、内輪の疲労度を正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の円筒ころ軸受の内輪の疲労度測定方法の実施形態における内輪と送信センサ,受信センサの配置を示す配置図である。
【図2】 上記配置図の要部拡大図である。
【図3】 上記送信センサの要部の構造を示す模式図である。
【図4】 上記実施形態における送信センサの接触位置X0とセンサ間隔Wとセンサ角度θとの関係の一例を示すグラフである。
【図5】 上記実施形態におけるセンサ角度θと距離Hとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1…送信センサ、1A…対向面、1B…端壁、2…受信センサ、
2A…対向面、3,5…接触線、6…直交直線、7…接線、10…内輪、
10A…軌道面、11,12…有効部分、14…外側樹脂部、
15…圧電素子、15A…振動面、β…角度、P1,P2…点、
T…肉厚、X0…接触位置、W…センサ間隔。
Claims (2)
- 円筒ころ軸受の内輪の軌道面に超音波を送信する送信センサと、上記軌道面を伝播する上記超音波を受信する受信センサとを用いて、上記超音波が上記軌道面を伝播する伝播速度を測定して、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定する方法であって、
上記送信センサと受信センサとを、上記内輪の軌道面に対して、周方向に所定間隔を隔てて軸方向の線で線接触させ、
上記送信センサは、超音波の送信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、上記受信センサは、超音波の受信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、
上記送信センサは圧電素子を備え、
上記送信センサが上記軌道面に線接触している接触線と上記内輪の中心とを結ぶ直線と、上記受信センサが上記軌道面に線接触している接触線と上記内輪の中心とを結ぶ直線とがなす角度を2αとし、上記軌道面の半径をr(mm)とし、上記内輪の肉厚をT(mm)とすると、次式
r(1−cosα)<T/2
を満たすように、上記送信センサと受信センサを配置し、
上記送信センサの圧電素子を駆動して送信センサの有効部分を振動させ、上記送信センサの上記接触線から上記軌道面に超音波を伝播させ、
上記内輪の軌道面に沿って進行すると共に上記内輪の軌道面に平行な振幅を有する横波である剪断水平波を上記受信センサで検知し、上記受信センサは上記剪断水平波を検知したことを表す検知信号を出力し、
上記送信センサの圧電素子を駆動したときから、上記受信センサが上記検知信号を出力したときまでの時間と、上記送信センサの接触線から上記受信センサの接触線までの上記軌道面における距離とから上記剪断水平波の伝播速度を算出し、
この算出した伝播速度に基づいて、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定することを特徴とする疲労度測定方法。 - 円筒ころ軸受の内輪の軌道面に超音波を送信する送信センサと、上記軌道面を伝播する上記超音波を受信する受信センサとを用いて、上記超音波が上記軌道面を伝播する伝播速度を測定して、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定する方法であって、
上記送信センサと受信センサとを、上記内輪の軌道面に対して、周方向に所定間隔を隔てて軸方向の線で線接触させ、
上記送信センサは、超音波の送信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、上記受信センサは、超音波の受信に有効な有効部分を上記内輪の軌道面に接触させ、
上記送信センサは圧電素子を備え、
上記送信センサが上記内輪の軌道面に線接触している接触線と上記受信センサが上記内輪の軌道面に線接触している接触線とに直交する直交直線と、この直交直線と平行である上記軌道面の接線との間の距離を、上記内輪の径方向の肉厚の2分の1未満に設定し、
上記送信センサの圧電素子を駆動して送信センサの有効部分を振動させ、上記送信センサの上記接触線から上記軌道面に超音波を伝播させ、
上記内輪の軌道面に沿って進行すると共に上記内輪の軌道面に平行な振幅を有する横波である剪断水平波を上記受信センサで検知し、上記受信センサは上記剪断水平波を検知したことを表す検知信号を出力し、
上記送信センサの圧電素子を駆動したときから、上記受信センサが上記検知信号を出力したときまでの時間と、上記送信センサの接触線から上記受信センサの接触線までの上記軌道面における距離とから上記剪断水平波の伝播速度を算出し、
この算出した伝播速度に基づいて、上記円筒ころ軸受の内輪の疲労度を測定することを特徴とする疲労度測定方法。
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