JP4244725B2 - Bearing inner ring fatigue measurement method using SH wave - Google Patents
Bearing inner ring fatigue measurement method using SH wave Download PDFInfo
- Publication number
- JP4244725B2 JP4244725B2 JP2003184685A JP2003184685A JP4244725B2 JP 4244725 B2 JP4244725 B2 JP 4244725B2 JP 2003184685 A JP2003184685 A JP 2003184685A JP 2003184685 A JP2003184685 A JP 2003184685A JP 4244725 B2 JP4244725 B2 JP 4244725B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wave
- inner ring
- raceway surface
- rolling
- radius
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
- F16C19/24—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly
- F16C19/26—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for radial load mainly with a single row of rollers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
- F16C23/06—Ball or roller bearings
- F16C23/08—Ball or roller bearings self-adjusting
- F16C23/082—Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface
- F16C23/086—Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface forming a track for rolling elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、SH波を用いた軸受の内輪疲労度測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、軸受の内輪疲労度測定方法としては、電子線マイクロアナライザー(Electron Prove Micro Analyzer : EPMA)を用いた方法がある。この電子線マイクロアナライザーを用いた方法では、内輪を破壊することによって内輪の軌道面の表層部の一部を取出して、この取出された表層部を研磨して試料を作成した後、この試料に電子線を照射してこの試料から炭素の特性X線を発生させて、この炭素の特性X線の測定を行っている。そして、この炭素の特性X線の測定に基づいて上記取出された表層部中の炭素の含有率を検出して、内輪の軌道面の表層部の疲労度を測定している。
【0003】
また、他の軸受の内輪疲労度測定方法としては、X線照射装置を用いた方法もある。このX線照射装置を用いた方法では、内輪の軌道面の表層部にX線を照射することによって、上記表層部の残留応力および残留オーステナイト量を測定している。そして、この測定結果に基づいて内輪の軌道面の表層部の疲労度を測定している(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−304710号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記電子線マイクロアナライザーを用いた内輪疲労度測定方法では、内輪の破壊が必要になるので、疲労度の測定をした内輪を使用できないという問題がある。
【0006】
また、内輪の破壊や、内輪の軌道面の表層部から取出した試料の研磨等を必要とするので、上記軌道面の表層部の疲労度を測定するときの工数が多くなって、上記軌道面の表層部の疲労度の測定に要する時間が長くなり、コストと労力が大きくなるという問題がある。
【0007】
一方、上記X線照射装置を用いた内輪疲労度測定方法では、内輪の疲労度の測定に大掛りなX線照射装置を用いるので、このX線照射装置を自由に疲労度の測定現場に持ち運びできず、上記軌道面の表層部の疲労度の測定を行う場所が限定されるという問題がある。
【0008】
また、人体に危険な放射線のX線を用いるので、X線照射装置の操作に熟練を必要とし、上記軌道面の表層部の疲労度の測定を安全かつ簡単にできないという問題がある。
【0009】
そこで、本発明の目的は、内輪軌道面の疲労度の測定を行う場所が限定されず、かつ、内輪の破壊検査をせずに内輪軌道面の表層部の疲労度を簡単安価かつ安全に測定できる内輪疲労度測定方法を提供することにある。
【0010】
【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の発明の軸受の内輪疲労度測定方法は、
内輪の軌道面上に転動体によって付けられた転走痕の転走痕幅を測定する転走痕幅測定工程と、
上記測定された転送痕幅をb、上記転走痕の幅方向における上記内輪の曲率半径をr1、上記転走痕の幅方向における上記転動体の曲率半径をr2、上記軌道面の周方向の曲率半径をr3、上記転動体の中心を通る軸直角断面の曲率半径をr4としたとき、上記転動体の上記軌道面に対する接触楕円の短半径aを、下記の(1)式から導出する接触楕円短半径導出工程と、
a=(b/2)((1/r1+1/r2)/(1/r3+1/r4))2/3・・・(1)
上記内輪と同じ材質の金属部材に対するSH波(horizontal polalized shear wave)の固有の伝播速度をV、上記転動体の転がり運動による繰り返し応力が最も大きく作用する上記軌道面の表面からの深さの範囲を伝播するSH波の周波数をFとしたとき、下記の(2)式から周波数Fの範囲を計算するSH波周波数計算工程と、
2V/0.35a≧F≧2V/0.5a・・・(2)
SH波送信機とSH波受信機とを上記内輪の軌道面上に互いに離間して配置して、上記SH波送信機から上記周波数Fの範囲内の周波数を有するSH波を送信して、上記軌道面の表面から所定の深さを伝播した上記SH波を、上記SH波受信機で受信して、この受信されたSH波に基づいてSH波の伝播速度を測定するSH波伝播速度測定工程とを備え、
上記SH波伝播速度測定工程で測定されたSH波の伝播速度に基づいて内輪の疲労度を測定することを特徴としている。
【0011】
尚、この明細書で、表層部といった場合、この表層部という表現には、表面を含むものとする。
【0012】
また、上記SH波とは、主振動方向が伝播方向に垂直でかつ材料の表面に略平行な方向で、かつ、材料の表面に沿って伝播する超音波である。上記SH波は、主振動方向が材料の表面の法線方向で、かつ、材料の表面に沿って伝播する超音波である表面波とは異質な超音波である。
【0013】
また、上記疲労度は、内輪表層部のひずみと対応しており、ひずみはSH波の伝播速度と対応している。この発明の軸受の内輪疲労度測定方法は、内輪表層部におけるSH波の伝播速度に基づいて、内輪表層部のひずみの度合いを測定し、このひずみの度合いに基づいて内輪の疲労度の度合いを測定するものである。
【0014】
本発明者は、転動体による軌道面の転走痕の転走痕幅と、上記転動体の転がり運動による繰り返し応力が最も大きく作用する軌道面の表面からの深さを伝播するSH波の周波数に相関関係があることを発見した。
【0015】
詳細には、本発明者は、転送痕幅をb、転走痕の幅方向における上記内輪の曲率半径をr1、転走痕の幅方向における転動体の曲率半径をr2、軌道面の周方向の曲率半径をr3、転動体の中点を通る軸直角断面の曲率半径をr4、上記軌道面と同じ材質の金属部材に対するSH波の固有の伝播速度をVとしたとき、転動体の軌道面に対する接触楕円の短半径aが、上記(1)式から導出できるという事実と、上記繰り返し応力が最も大きく作用する深さが、接触楕円の短半径aに依存するという事実と、SH波が伝播する深さが、SH波の波長に依存するという事実に着目し、上記SH波の周波数Fの範囲が、上記短半径aと上記固有の伝播速度Vを用いて、上記(2)式から導出できるということを発見した。
【0016】
上記請求項1の発明の軸受の内輪疲労度測定方法によれば、SH波送信機と、SH波受信機とを内輪の軌道面上に所定の間隔を隔てて配置して、SH波の伝播速度を測定することにより、内輪の疲労度の測定を行うので、上記電子線マイクロアナライザーを用いる疲労度測定方法とは異なり、内輪の疲労度の測定を行うのに内輪を破壊する必要がない。したがって、内輪の疲労度の測定を行うときの工数を大幅に低減できて、内輪の疲労度の測定に要するコストと労力を大幅に低減できる。
【0017】
また、上記請求項1の発明の軸受の内輪疲労度測定方法によれば、軽くて小型で持ち運び可能なSH波送信機と、SH波受信機とを用い、かつ、人体に安全なSH波の伝播速度に基づいて内輪の疲労度の測定を行うので、大掛りで人体に危険なX線を使用するX線照射装置を用いる疲労度測定方法とは異なり、内輪の疲労度の測定を行う場所が限定されず、かつ、内輪の疲労度の測定を安全に行うことができる。
【0018】
また、上記請求項1の発明の軸受の内輪疲労度測定方法によれば、上記(1)式を用いて、転動体の軌道面に対する接触楕円の短半径aを導出し、更に、上記(1)式から導き出されたaと、上記固有の伝播速度Vとを用いて計算された周波数Fの範囲の周波数のSH波を、内輪の表層部に伝播させて、内輪の軌道面の疲労度の測定を行うので、SH波を、内輪の軌道面の表層部における繰り返し応力が最も大きく作用する箇所を伝播させることができて、内輪の疲労度の測定を精密に行うことができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0020】
尚、以下の実施形態では、全ての物理量の単位として、MKS単位系を採用しているものとする。
【0021】
図1は、内輪10の軌道面10Aの平面図であり、転動体の一例としての円筒ころの転動によって軌道面10Aに付いた転走痕21を示す図である。また、図2は、上記内輪10の軌道面10A上の円筒ころ31を示す軸方向の部分断面図であり、図3は、図2にP1で示す円筒ころ31の中点を通る軸直角部分断面図である。上記内輪10は、普通焼入品であるSUJ2鋼から形成されている。尚、図1の参照番号22は、実際には軌道面10Aに痕としてのこらない軌道面10Aと、円筒ころ31(図2および図3参照)との接触楕円であり、図2の参照番号33は、円筒ころの中心軸である。
【0022】
先ず、図1、図2および図3を用いて、この発明の軸受の内輪疲労度測定方法の一実施形態としての円筒ころ軸受の内輪10の疲労度測定方法の接触楕円短半径導出工程を説明する。
【0023】
この接触楕円短半径導出工程では、軌道面と円筒ころとの接触楕円の長半径の2倍に相当する図1に示す転走痕22の転走痕幅bを、軌道面10Aの転走痕から測定した後、この測定された転走痕幅bと、図2に示す上記転走痕の幅方向における値が既知の上記内輪の曲率半径r1と、図2に示す上記転走痕の幅方向における値が既知の上記転動体の曲率半径r2と、値が既知の図3に示す上記軌道面の周方向の曲率半径r3と、値が既知の図3に示す上記転動体の中点を通る軸直角断面の曲率半径r4とから、以下の(1)式を用いて、aで示す接触楕円の短半径を導き出す。
【0024】
a=(b/2)((1/r1+1/r2)/(1/r3+1/r4))2/3[m] ・・・(1)
次に、SH波周波数計算工程を行う。このSH波周波数計算工程では、軌道面と転動体の接触楕円の短半径をaとしたとき、転動体の転がり運動によって繰り返し応力が最も大きく作用する軌道面の表面からの深さが、0.35a以上0.5以下になるという事実と、SH波の波長をλとしたとき、SH波が2λの深さを伝播するという事実とから導き出された繰り返し応力が最も大きく作用する深さを伝播するSH波の波長の範囲を示す下記の(3)式と、
0.35a≦2λ≦0.5a[m]・・・・(3)
SH波の内輪10を伝播する固有の伝播速度(この固有の伝播速度をVで表わす)と、SH波の波長λと、SH波の周波数(この周波数をFで表わす)との間に成立する下記の(4)式と
F=V/λ[Hz]・・・・(4)
から導き出された繰り返し応力が最も大きく作用する軌道面の表面からの深さを伝播するSH波の周波数Fが満たす関係式である下記の(2)式
0.35a≦2(V/F)≦0.5a[m]
2V/(0.35a)≧F≧2V/(0.5a)[Hz]・・・(2)
を用いて、上記周波数Fの範囲を計算する。
【0025】
この実施形態では、内輪の材質として普通焼入品であるSUJ2鋼を用いているので、SH波のSUJ2鋼における固有の伝播速度(3240m/s)を上記(2)式のVに代入することによって導き出された下記の(5)式から、繰り返し応力が最も大きく作用する深さを伝播するSH波の周波数Fを計算する。
2×3240/(0.35a)≧F≧2×3240/(0.5a)[Hz]
129600/(7a)≧F≧12960/a[Hz]・・・(5)
【0026】
続いて、SH波伝播速度測定工程を行う。このSH波伝播速度測定工程では、SH波送信機1とSH波受信機2が設置された上記軌道面10Aを示す平面図である図4と、SH波送信機1とSH波受信機2が設置された内輪10の正面図である図5に示すように、SH波送信機1と内輪10の軌道面10Aとが接触線3で線接触するように、SH波送信機1を内輪10の軌道面10Aの軸方向の略中央に設置する一方、SH波受信機2と内輪10の軌道面10Aとが接触線5で線接触するように、SH波受信機2をSH波送信機1から周方向に離間した状態で内輪10の軌道面10Aの軸方向の略中央に設置する。そして、上記SH送信機1が内蔵する圧電素子からなるSH波発振部(図示せず)を駆動して、対向面1Aの有効部分7を、上記(5)式で求めた周波数の範囲内の周波数で振動させて、上記SH波送信機1から上記(5)式で求めた周波数の範囲内の周波数を有するSH波を発信して、上記SH送信機1から発信されて内輪10の転動体の転がり運動によって繰り返し応力が最も大きく作用する深さを伝播したSH波をSH波受信機2で受信することによって、SH波の伝播速度の測定を行う。
【0027】
詳細には、SH波送信機1の接触線3と内輪10の中心P0とを結ぶ直線Lrと、SH波受信機2の接触線5と上記中心P0とを結ぶ直線Lqとがなす角度を2αとし、rを軌道面10Aの半径としたとき、SH波の振幅が0になるSH波の波形のゼロクロス点を計時基準にして、SH波送信機1の接触線3からSH波受信機2の線接触5までのSH波の伝播時間tを求め、以下の(6)式から内輪10の軌道面10Aの表層部におけるSH波の伝播速度vを測定する。
v=(2πr・(2α/360°))/t[m/s]・・・(6)
【0028】
最後に、上記SH波伝播速度測定工程で測定された上記内輪10の表層部におけるSH波の伝播速度vに基づいて、SH波の伝播速度と対応している内輪10の表層部のひずみの度合いを測定し、このひずみの度合いに基づいて内輪10の疲労度の度合いを測定する。
【0029】
尚、上記実施形態においては、上記SH波送信機1およびSH波受信機2の軸方向の寸法D1は、内輪10の軸方向の寸法D2の3分の1になっている。また、上記SH波送信機1の接触線3は、SH波送信機1の軌道面10Aに対する対向面1AのうちのSH波を発生する有効部分7に含まれており、上記SH波受信機2の接触線5は、SH波受信機2の軌道面10Aに対する対向面2AのうちのSH波を検知可能な有効部分8に含まれているものとする。
【0030】
図6は、SH波の固有の伝播速度を、マルテンサイト鋼におけるSH波の伝播速度の理論値(3240m/s)に設定したときの、上記接触楕円短半径aと、上記繰り返し応力が最も大きく作用する深さの範囲を伝播するSH波の周波数との関係を示す計算例の図である。
【0031】
例えば、接触楕円短半径aの値が8.0×10−4mである場合、図5に示す関係から、共振周波数(送信されるSH波の周波数)が16.2×106Hz〜23.1×106HzのSH波送信機を用いて、内輪の疲労度の測定を行えば、内輪の疲労度を正確に測定できる。
【0032】
上記実施形態の軸受の内輪疲労度測定方法によれば、SH波送信機1と、SH波受信機2とを内輪10の軌道面10A上に所定の間隔を隔てて配置して、SH波の伝播速度を測定することにより、内輪10の疲労度の測定を行うので、上記電子線マイクロアナライザーを用いる疲労度測定方法とは異なり、内輪10の疲労度の測定を行うのに内輪10を破壊する必要がない。したがって、内輪10の疲労度の測定を行うときの工数を大幅に低減できて、内輪10の疲労度の測定に要するコストと労力を大幅に低減できる。
【0033】
また、上記実施形態の軸受の内輪疲労度測定方法によれば、軽くて小型で持ち運び可能なSH波送信機1と、SH波受信機2とを用い、かつ、人体に安全なSH波の伝播速度に基づいて内輪10の疲労度の測定を行うので、大掛りで人体に危険なX線を使用するX線照射装置を用いる疲労度測定方法とは異なり、内輪10の疲労度の測定を行う場所が限定されず、かつ、内輪10の疲労度の測定を安全に行うことができる。
【0034】
また、上記実施形態の軸受の内輪疲労度測定方法によれば、上記(1)式を用いて、転動体の軌道面に対する接触楕円の短半径aを導出し、更に、このaと、上記固有の伝播速度V(この実施形態では、3240m/s)とを用いて、(5)式より計算された周波数Fの範囲の周波数のSH波を用いて、内輪10の軌道面10Aの疲労度の測定を行うので、SH波を、内輪10の軌道面10Aにおける繰り返し応力が最も大きく作用する深さを伝播させることができる。したがって、内輪10の疲労度の測定を精密に行うことができる。
【0035】
尚、上記実施形態の軸受の内輪疲労度測定方法では、この発明の軸受の内輪疲労度測定方法を、ころ軸受に適用したが、この発明の軸受の内輪疲労度測定方法を、深溝玉軸受の内輪や、単列や複列のアンギュラ玉軸受の内輪に適用しても良い。また、この発明を円錐ころ軸受の内輪に適用しても良い。
【0036】
また、この実施形態の軸受の内輪疲労度測定方法では、内輪の構成素材としてSUJ2(高炭素クロム軸受鋼)の普通焼入品を用いたが、内輪の構成素材として、浸炭焼入を行ったSAE5120鋼等のSUJ2の普通焼入品以外の構成素材を用いても良い。
【0037】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項1の発明によれば、SH波送信機と、SH波受信機とを内輪軌道面上に所定の間隔を隔てて配置して、SH波の伝播速度を測定するだけで、内輪の軌道面の疲労度の測定を行うことができるので、内輪の軌道面の疲労度の測定を行うのに内輪を破壊する必要がない。したがって、内輪の軌道面の疲労度の測定を行うときの工数を大幅に低減できて、内輪の軌道面の疲労度の測定に要するコストと労力を大幅に低減できる。
【0038】
また、請求項1の発明によれば、軽くて小型で持ち運び自由なSH波送信機と、SH波受信機とを用い、かつ、人体に安全なSH波の伝播速度に基づいて内輪の軌道面の疲労度の測定を行うので、内輪の軌道面の疲労度の測定を行う場所が限定されず、かつ、内輪の軌道面の疲労度の測定を安全に行うことができる。
【0039】
また、請求項1の発明によれば、上記(1)式を用いて、転動体の軌道面に対する接触楕円の短半径aを導出し、更に、このaと、上記固有の伝播速度Vとを用いて計算された周波数Fの範囲の周波数のSH波を用いて、内輪の軌道面の疲労度の測定を行うので、SH波を、内輪の軌道面の表層部における上記転動体の転がり運動による繰り返し応力が最も大きく作用する箇所を伝播させることができて、内輪の疲労度の測定を精密に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 内輪の軌道面における円筒ころの転走痕を示す図である。
【図2】 内輪の軌道面上の円筒ころを示す軸方向の部分断面図である。
【図3】 内輪の軌道面上の円筒ころの中点を通る軸直角部分断面図である。
【図4】 SH波送信機とSH波受信機が設置されている軌道面の平面図である。
【図5】 SH波送信機とSH波受信機が設置されている内輪の正面図である。
【図6】 接触楕円短半径と、上記転動体の転がり運動による繰り返し応力が最も大きく作用する上記軌道面の表面からの深さの範囲を伝播するSH波の周波数との関係を示す図である。
【符号の説明】
1 SH波送信機
2 SH波受信機
10 内輪
10A 軌道面
21 転走痕
22 接触楕円
31 円筒ころ
a 接触楕円短半径
b 転走痕幅
p1 円筒ころの中点
r1 転走痕の幅方向における内輪の曲率半径
r2 転走痕の幅方向における転動体の曲率半径
r3 軌道面の周方向の曲率半径
r4 転動体の中点を通る軸直角断面の曲率半径
V 内輪に対するSH波の固有の伝播速度
v 内輪に対するSH波の伝播速度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bearing inner ring fatigue measurement method using SH waves.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for measuring the inner ring fatigue level of a bearing, there is a method using an electron probe micro analyzer (EPMA). In the method using this electron beam microanalyzer, a part of the surface layer portion of the raceway surface of the inner ring is taken out by destroying the inner ring, and the sample is prepared by polishing the extracted surface layer part. A characteristic X-ray of carbon is generated from this sample by irradiation with an electron beam, and the characteristic X-ray of this carbon is measured. And based on the measurement of the characteristic X-rays of carbon, the carbon content in the extracted surface layer portion is detected, and the fatigue level of the surface layer portion of the raceway surface of the inner ring is measured.
[0003]
As another method for measuring the inner ring fatigue level of other bearings, there is a method using an X-ray irradiation apparatus. In the method using this X-ray irradiation apparatus, the residual stress and the residual austenite amount of the surface layer portion are measured by irradiating the surface layer portion of the raceway surface of the inner ring with X-rays. And the fatigue degree of the surface layer part of the track surface of an inner ring is measured based on this measurement result (for example, refer to patent documents 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-304710
[Problems to be solved by the invention]
However, in the inner ring fatigue measurement method using the electron beam microanalyzer, since the inner ring needs to be destroyed, there is a problem that the inner ring whose fatigue degree is measured cannot be used.
[0006]
In addition, because the inner ring is broken or the sample taken from the surface layer of the raceway surface of the inner ring is required, the man-hour when measuring the fatigue level of the surface layer part of the raceway increases, and the raceway surface There is a problem that the time required for the measurement of the fatigue level of the surface layer becomes longer and the cost and labor increase.
[0007]
On the other hand, in the inner ring fatigue measurement method using the X-ray irradiation apparatus, since a large X-ray irradiation apparatus is used to measure the fatigue degree of the inner ring, the X-ray irradiation apparatus can be freely carried to the fatigue measurement site. However, there is a problem that the place where the degree of fatigue of the surface layer portion of the raceway surface is measured is limited.
[0008]
Further, since X-rays of radiation that is dangerous to the human body are used, there is a problem that skill is required for the operation of the X-ray irradiation apparatus, and the measurement of the fatigue level of the surface layer portion of the raceway surface cannot be performed safely and easily.
[0009]
Therefore, the purpose of the present invention is not limited to the place where the fatigue level of the inner ring raceway surface is measured, and the fatigue level of the surface layer portion of the inner ring raceway surface can be measured easily and inexpensively without performing a destructive inspection of the inner ring. An object of the present invention is to provide a method for measuring the inner ring fatigue level.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the method for measuring the inner ring fatigue level of a bearing according to the invention of
A rolling trace width measuring step for measuring a rolling trace width of a rolling trace attached by a rolling element on the raceway surface of the inner ring;
The measured transfer trace width is b, the radius of curvature of the inner ring in the width direction of the rolling trace is r1, the radius of curvature of the rolling element in the width direction of the rolling trace is r2, and the circumferential direction of the raceway surface. When the radius of curvature is r3 and the radius of curvature of the cross section perpendicular to the axis passing through the center of the rolling element is r4, the contact ellipse has a short radius a of the contact ellipse with respect to the raceway surface from the following equation (1). An ellipse short radius deriving step;
a = (b / 2) ((1 / r1 + 1 / r2) / (1 / r3 + 1 / r4)) 2/3 (1)
The inherent propagation speed of SH wave (horizontal polalized shear wave) to the metal member of the same material as the inner ring is V, and the depth range from the surface of the raceway where the repeated stress due to the rolling motion of the rolling element is the largest. When the frequency of the SH wave propagating through the channel is F, the SH wave frequency calculating step for calculating the range of the frequency F from the following equation (2):
2V / 0.35a ≧ F ≧ 2V / 0.5a (2)
An SH wave transmitter and an SH wave receiver are arranged apart from each other on the raceway surface of the inner ring, and SH waves having a frequency within the range of the frequency F are transmitted from the SH wave transmitter. The SH wave propagation velocity measurement step of receiving the SH wave propagating a predetermined depth from the surface of the raceway surface with the SH wave receiver and measuring the propagation velocity of the SH wave based on the received SH wave. And
It is characterized in that the fatigue level of the inner ring is measured based on the SH wave propagation velocity measured in the SH wave propagation velocity measuring step.
[0011]
In this specification, in the case of the surface layer portion, the expression “surface layer portion” includes the surface.
[0012]
The SH wave is an ultrasonic wave that propagates along the surface of the material in a direction in which the main vibration direction is perpendicular to the propagation direction and substantially parallel to the surface of the material. The SH wave is an ultrasonic wave that is different from a surface wave that is an ultrasonic wave that propagates along the surface of the material and whose main vibration direction is the normal direction of the surface of the material.
[0013]
The fatigue level corresponds to the strain of the inner ring surface layer, and the strain corresponds to the propagation speed of the SH wave. The bearing inner ring fatigue level measuring method of the present invention measures the degree of strain of the inner ring surface layer portion based on the propagation speed of the SH wave in the inner ring surface layer portion, and determines the degree of fatigue level of the inner ring based on the degree of strain. Measure.
[0014]
The inventor of the present invention describes the frequency of the SH wave that propagates the rolling trace width of the rolling trace of the raceway surface by the rolling element and the depth from the surface of the raceway surface where the repeated stress due to the rolling motion of the rolling element is the largest. I found that there is a correlation.
[0015]
More specifically, the inventor sets the transfer trace width to b, the radius of curvature of the inner ring in the width direction of the rolling trace to r1, the radius of curvature of the rolling element in the width direction of the rolling trace to r2, and the circumferential direction of the raceway surface. The radius of curvature of the rolling element is r3, the radius of curvature of the cross section perpendicular to the axis passing through the middle point of the rolling element is r4, and the inherent propagation velocity of the SH wave to the metal member of the same material as the above-mentioned raceway surface is V. The fact that the short radius a of the contact ellipse can be derived from the above equation (1), the fact that the depth at which the repeated stress acts most greatly depends on the short radius a of the contact ellipse, and the propagation of SH waves. Focusing on the fact that the depth to be dependent on the wavelength of the SH wave, the range of the frequency F of the SH wave is derived from the equation (2) using the short radius a and the inherent propagation velocity V. I discovered that I can do it.
[0016]
According to the method for measuring the inner ring fatigue level of the bearing according to the first aspect of the present invention, the SH wave transmitter and the SH wave receiver are arranged on the raceway surface of the inner ring at a predetermined interval to propagate the SH wave. Since the fatigue level of the inner ring is measured by measuring the speed, unlike the fatigue level measurement method using the electron beam microanalyzer, it is not necessary to destroy the inner ring in order to measure the fatigue level of the inner ring. Therefore, the man-hour for measuring the fatigue level of the inner ring can be greatly reduced, and the cost and labor required for measuring the fatigue level of the inner ring can be greatly reduced.
[0017]
According to the bearing inner ring fatigue level measuring method of the first aspect of the present invention, a light, small and portable SH wave transmitter and SH wave receiver are used. Because the inner ring fatigue level is measured based on the propagation speed, it is different from the fatigue level measurement method using an X-ray irradiation device that uses X-rays that are large and dangerous to the human body. However, it is possible to safely measure the fatigue level of the inner ring.
[0018]
Further, according to the method for measuring the inner ring fatigue level of the bearing according to the first aspect of the present invention, the short radius a of the contact ellipse with respect to the raceway surface of the rolling element is derived using the above equation (1), and the above (1) ) And the SH wave having a frequency in the range of the frequency F calculated using the inherent propagation velocity V is propagated to the surface layer portion of the inner ring, and the fatigue level of the raceway surface of the inner ring is calculated. Since the measurement is performed, the SH wave can be propagated through the portion where the repeated stress in the surface layer portion of the raceway surface of the inner ring acts most, and the fatigue degree of the inner ring can be accurately measured.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
[0020]
In the following embodiment, it is assumed that the MKS unit system is adopted as the unit of all physical quantities.
[0021]
FIG. 1 is a plan view of the
[0022]
First, the contact ellipse short radius deriving step of the fatigue measurement method of the
[0023]
In this contact ellipse short radius deriving step, the rolling trace width b of the rolling
[0024]
a = (b / 2) ((1 / r1 + 1 / r2) / (1 / r3 + 1 / r4)) 2/3 [m] (1)
Next, an SH wave frequency calculation step is performed. In this SH wave frequency calculation process, when the short radius of the contact ellipse between the raceway surface and the rolling element is a, the depth from the surface of the raceway surface where the repeated stress is the largest due to the rolling motion of the rolling element is 0. Propagating the depth at which the repeated stress derived from the fact that it is 35a or more and 0.5 or less and the fact that the SH wave propagates to a depth of 2λ when the wavelength of the SH wave is λ is the largest. The following formula (3) showing the range of the wavelength of the SH wave to be
0.35a ≦ 2λ ≦ 0.5a [m] (3)
It is established between the inherent propagation speed (this inherent propagation speed is represented by V) of the SH wave
The following equation (2) 0.35a ≦ 2 (V / F) ≦ which is a relational expression satisfied by the frequency F of the SH wave propagating through the depth from the surface of the raceway surface where the repeated stress derived from the maximum is applied. 0.5a [m]
2V / (0.35a) ≧ F ≧ 2V / (0.5a) [Hz] (2)
Is used to calculate the range of the frequency F.
[0025]
In this embodiment, SUJ2 steel, which is a normal hardened product, is used as the material of the inner ring. Therefore, the inherent propagation velocity (3240 m / s) of the SU wave in SUJ2 steel is substituted for V in the above equation (2). The frequency F of the SH wave propagating through the depth at which the repeated stress acts most greatly is calculated from the following equation (5) derived from the above.
2 × 3240 / (0.35a) ≧ F ≧ 2 × 3240 / (0.5a) [Hz]
129600 / (7a) ≧ F ≧ 12960 / a [Hz] (5)
[0026]
Subsequently, an SH wave propagation velocity measurement step is performed. In this SH wave propagation velocity measurement step, FIG. 4 is a plan view showing the
[0027]
Specifically, an angle formed by a straight line Lr connecting the
v = (2πr · (2α / 360 °)) / t [m / s] (6)
[0028]
Finally, based on the SH wave propagation velocity v in the surface layer portion of the
[0029]
In the embodiment, the axial dimension D1 of the
[0030]
FIG. 6 shows that when the inherent propagation velocity of SH waves is set to the theoretical value (3240 m / s) of the propagation velocity of SH waves in martensitic steel, the contact ellipse short radius a and the repetitive stress are the largest. It is a figure of the example of calculation which shows the relationship with the frequency of the SH wave which propagates the range of the depth which acts.
[0031]
For example, when the value of the contact ellipse short radius a is 8.0 × 10 −4 m, the resonance frequency (frequency of the transmitted SH wave) is 16.2 × 10 6 Hz to 23 from the relationship shown in FIG. The fatigue level of the inner ring can be accurately measured by measuring the fatigue level of the inner ring using a SH wave transmitter of .1 × 10 6 Hz.
[0032]
According to the bearing inner ring fatigue measurement method of the above embodiment, the
[0033]
In addition, according to the method for measuring the inner ring fatigue level of the bearing according to the above-described embodiment, the
[0034]
Further, according to the method for measuring the inner ring fatigue level of the bearing according to the above embodiment, the short radius a of the contact ellipse with respect to the raceway surface of the rolling element is derived using the equation (1). Of the
[0035]
In the bearing inner ring fatigue measurement method of the above embodiment, the inner ring fatigue measurement method of the bearing of the present invention is applied to a roller bearing. However, the inner ring fatigue measurement method of the bearing of the present invention is applied to a deep groove ball bearing. The present invention may be applied to an inner ring or an inner ring of a single row or double row angular ball bearing. Further, the present invention may be applied to an inner ring of a tapered roller bearing.
[0036]
Further, in the inner ring fatigue measurement method of the bearing of this embodiment, SUJ2 (high carbon chromium bearing steel) is used as the inner ring constituent material, but carburizing and quenching was performed as the inner ring constituent material. Constituent materials other than SUJ2 ordinary quenching products such as SAE5120 steel may be used.
[0037]
【The invention's effect】
As apparent from the above, according to the first aspect of the invention, the SH wave transmitter and the SH wave receiver are arranged on the inner ring raceway surface at a predetermined interval, and the propagation speed of the SH wave is measured. Thus, since the fatigue level of the raceway surface of the inner ring can be measured, it is not necessary to destroy the inner ring in order to measure the fatigue level of the raceway surface of the inner ring. Therefore, the man-hour when measuring the fatigue level of the raceway surface of the inner ring can be greatly reduced, and the cost and labor required for measuring the fatigue level of the raceway surface of the inner ring can be greatly reduced.
[0038]
According to the invention of
[0039]
According to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing rolling traces of a cylindrical roller on a raceway surface of an inner ring.
FIG. 2 is a partial sectional view in the axial direction showing a cylindrical roller on a raceway surface of an inner ring.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view perpendicular to an axis passing through a midpoint of a cylindrical roller on a raceway surface of an inner ring.
FIG. 4 is a plan view of a track surface on which an SH wave transmitter and an SH wave receiver are installed.
FIG. 5 is a front view of an inner ring in which an SH wave transmitter and an SH wave receiver are installed.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the contact ellipse short radius and the frequency of the SH wave propagating through the range of the depth from the surface of the raceway where the repeated stress caused by the rolling motion of the rolling element acts most greatly. .
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
上記測定された転送痕幅をb、上記転走痕の幅方向における上記内輪の曲率半径をr1、上記転走痕の幅方向における上記転動体の曲率半径をr2、上記軌道面の周方向の曲率半径をr3、上記転動体の中心を通る軸直角断面の曲率半径をr4としたとき、上記転動体の上記軌道面に対する接触楕円の短半径aを、下記の(1)式から導出する接触楕円短半径導出工程と、
a=(b/2)((1/r1+1/r2)/(1/r3+1/r4))2/3・・・(1)
上記内輪と同じ材質の金属部材に対するSH波の固有の伝播速度をV、上記転動体の転がり運動による繰り返し応力が最も大きく作用する上記軌道面の表面からの深さの範囲を伝播するSH波の周波数をFとしたとき、下記の(2)式から周波数Fの範囲を計算するSH波周波数計算工程と、
2V/0.35a≧F≧2V/0.5a・・・(2)
SH波送信機とSH波受信機とを上記内輪の軌道面上に互いに離間して配置して、上記SH波送信機から上記周波数Fの範囲内の周波数を有するSH波を送信して、上記軌道面の表面から所定の深さを伝播した上記SH波を、上記SH波受信機で受信して、この受信されたSH波に基づいてSH波の伝播速度を測定するSH波伝播速度測定工程とを備え、
上記SH波伝播速度測定工程で測定されたSH波の伝播速度に基づいて内輪の疲労度を測定することを特徴とする軸受の内輪疲労度測定方法。A rolling trace width measuring step for measuring a rolling trace width of a rolling trace attached by a rolling element on the raceway surface of the inner ring;
The measured transfer trace width is b, the radius of curvature of the inner ring in the width direction of the rolling trace is r1, the radius of curvature of the rolling element in the width direction of the rolling trace is r2, and the circumferential direction of the raceway surface. When the radius of curvature is r3 and the radius of curvature of the cross section perpendicular to the axis passing through the center of the rolling element is r4, the contact ellipse has a short radius a of the contact ellipse with respect to the raceway surface from the following equation (1). An ellipse short radius deriving step;
a = (b / 2) ((1 / r1 + 1 / r2) / (1 / r3 + 1 / r4)) 2/3 (1)
The inherent propagation velocity of the SH wave to the metal member made of the same material as the inner ring is V, and the SH wave propagating through the range of the depth from the surface of the raceway surface where the repeated stress due to the rolling motion of the rolling element acts most greatly. When the frequency is F, an SH wave frequency calculation step for calculating the range of the frequency F from the following equation (2):
2V / 0.35a ≧ F ≧ 2V / 0.5a (2)
An SH wave transmitter and an SH wave receiver are arranged apart from each other on the raceway surface of the inner ring, and SH waves having a frequency within the range of the frequency F are transmitted from the SH wave transmitter. The SH wave propagation velocity measurement step of receiving the SH wave propagating a predetermined depth from the surface of the raceway surface with the SH wave receiver and measuring the propagation velocity of the SH wave based on the received SH wave. And
A bearing inner ring fatigue degree measuring method, comprising: measuring an inner ring fatigue degree based on the SH wave propagation speed measured in the SH wave propagation speed measuring step.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003184685A JP4244725B2 (en) | 2003-06-27 | 2003-06-27 | Bearing inner ring fatigue measurement method using SH wave |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003184685A JP4244725B2 (en) | 2003-06-27 | 2003-06-27 | Bearing inner ring fatigue measurement method using SH wave |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005017188A JP2005017188A (en) | 2005-01-20 |
JP4244725B2 true JP4244725B2 (en) | 2009-03-25 |
Family
ID=34184373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003184685A Expired - Lifetime JP4244725B2 (en) | 2003-06-27 | 2003-06-27 | Bearing inner ring fatigue measurement method using SH wave |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4244725B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106596106A (en) * | 2016-12-26 | 2017-04-26 | 怀宁吉利来精密机械科技有限公司 | Bearing outer sheath surface processing process |
JP7286092B2 (en) | 2019-12-24 | 2023-06-05 | 日立建機株式会社 | Gear reusability determination method and gear reusability determination system |
-
2003
- 2003-06-27 JP JP2003184685A patent/JP4244725B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005017188A (en) | 2005-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103808805A (en) | Ultrasonic non-destructive testing method for residual stress of inner and outer roller paths of roller bearing | |
JPS60500461A (en) | Method for measuring stress in a medium and element for implementing the method | |
JP4244725B2 (en) | Bearing inner ring fatigue measurement method using SH wave | |
Wu et al. | Defect detection in pipe structures using stochastic resonance of Duffing oscillator and ultrasonic guided waves | |
Sato et al. | Theoretical and experimental investigation of propagation of guide waves in cylindrical pipe filled with fluid | |
JP4437305B2 (en) | Method and apparatus for measuring thickness of surface heterogeneous layer | |
JP4066795B2 (en) | Inspection method for surface layer of metal parts | |
Kędra et al. | Research on assessment of bolted joint state using elastic wave propagation | |
JP2007120946A (en) | Method for measuring physical property value of solid material surface layer part | |
Kober et al. | In situ calibration of acoustic emission transducers by time reversal method | |
Matlack et al. | Nonlinear Rayleigh waves to detect initial damage leading to stress corrosion cracking in carbon steel | |
CN104297345B (en) | One-dimensional structure incontinuity on-line detection method | |
JPH05281201A (en) | Method and apparatus for measurement of depth of quenched and hardened layer | |
JP2017032478A (en) | Residual stress evaluation method | |
McGovern et al. | Non-destructive evaluation and characterisation of high-temperature hydrogen attack in carbon steel pressure vessels | |
JP2008107101A (en) | Nondestructive inspection method | |
JP2005083907A (en) | Defect inspection method | |
JPS62277554A (en) | Measuring method for depth of surface cured layer by ultrasonic wave | |
JP2005315800A (en) | Ultrasonic flaw detector | |
JP4093039B2 (en) | Inspection method for decarburization of steel parts and inspection method for polishing and firing of steel parts | |
JP4060751B2 (en) | Ultrasonic propagation velocity measuring method and bearing inner ring raceway surface inspection method | |
JP4631055B2 (en) | Stress evaluation method and apparatus using surface acoustic waves | |
Budenkov et al. | Principal regularities of Pochhammer-wave interaction with defects | |
Shlyakhova et al. | Effect of X46Cr13 Microstructure on the Ultrasound Rate Propagation under Plastic Deformation | |
JPH01161144A (en) | Measuring method for hardening depth of columnar material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060524 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080829 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081216 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081229 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4244725 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120116 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130116 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130116 Year of fee payment: 4 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |