JP4753654B2

JP4753654B2 - 転がり軸受部品の評価法

Info

Publication number: JP4753654B2
Application number: JP2005224911A
Authority: JP
Inventors: 良信赤松
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2025-08-03
Also published as: DE112006002009T5; JP2007040815A; US7877215B2; WO2007015360A1; US20100089162A1

Description

この発明は、転がり軸受の内輪，外輪，転動体などの部品の形状を評価する転がり軸受部品の評価法に関する。

転がり軸受の部品に形状誤差が存在すると、転がり軸受を組み込んだ機械装置に振動が発生する。このような振動の原因となる転がり軸受の内輪および外輪の軌道面である転動面、並びに転動体の転動面を管理する方法として、従来は、これらの転動面について、目視で傷の検出を行ったり、表面粗さ計を用いて粗さの大きさを測定したり、真円度測定器を用いて真円度を測定したりして、これらの結果を規格値と比較していた。
また、予圧を負荷した軸受では、その幾何学的な関係から振動を発生させるうねりの角数が決まっているので（引用文献１）、その角数の値を独立して管理することも行われている。この場合、うねりの角数の振幅は、真円度測定器を用いてハーモニック解析を行うことで定量化できる。
坂口智也、赤松良信，「玉軸受の振動シミュレーション」，ＮＴＮテクニカルレビュー，第６９巻，２００１年発行、ｐ６９〜７５赤松良信，「軸受振動に及ぼす転動体材質の影響」，トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集，２００１年１１月発行，ｐ２９１〜２９２

しかし、隙間状態で使用する軸受、すなわち負荷域と非負荷域が存在する条件で使用する軸受では、負荷域を通過する転がり要素（転動体ならびに軌道輪）が静止輪を加振するため、特定の角数のうねりが加振することはなく、全ての角数のうねりが軸受を加振する。したがって、振動に対する管理をうねりの角数に基づいて行う場合には、特異な角数のうねりの振幅が大きいことを容易に検出できる手法が必要となる。

ところで、上記うねりの角数と振幅の関係を対数軸目盛り上に表現したとき、正常な加工では線形となる（引用文献２）。この理由は、加工機の振動が軸受の形状誤差となり、一般に高次の振動ほど振幅が小さいためである。したがって、軸受部品における加工面の形状誤差の振幅は角数とともに減少する。しかし、加工面に異常なうねりが存在すると、うねり角数の振幅が線形関係から乖離する。

この発明の目的は、転がり軸受部品の軌道面の形状崩れを、容易にかつ適正に検出することができる転がり軸受部品の評価法を提供することである。

この発明の転がり軸受部品の評価法は、転がり軸受における軌道輪または転動体からなる転がり軸受部品を評価する方法であって、転がり軸受部品における転動面の各点の真円からの差を測定して測定値のハーモニック解析により転動面のうねりの角数と振幅の関係を求める過程と、求められた前記うねりの角数と振幅の関係を対数変換する過程と、この対数変換された座標上における、うねりの角数と振幅の関係の回帰直線を求める過程と、前記対数変換された座標上における、うねりと角数の関係を示す各点の前記回帰直線からの偏差により前記転動面の形状崩れを評価する過程とを含むことを特徴とする。
なお、軌道輪の転動面は軌道面のことである。また、前記偏差により前記転動面の形状崩れを評価する過程では、必ずしも偏差そのものを計算しなくてもよく、例えば、直線回帰した値に所定の値を加えた基準値と、偏差を含む値である測定値とを比較して形状崩れを評価しても良い。

この評価法によると、転動面の真円度のハーモニック解析結果から、角数と振幅を対数変換し、回帰直線からの偏差を基準に形状崩れを評価するため、線形関係にあるうねりの角数と振幅の関係からの乖離の程度によって異常点を検出することができる。そのため、転がり軸受部品における転動面の形状崩れを容易にかつ適正に検出でき、その形状崩れの対策を施すことで、転がり軸受の振動を低減することができる。

この場合に、線形関係からの乖離を、対数変換された座標上の回帰直線からの偏差と標準偏差との比で管理することができる。
例えば、前記対数変換された座標上における、うねりの角数と振幅の関係の標準偏差を基準として適宜定めた基準値を用い、前記偏差が基準値以上の場合に、前記形状崩れの評価として異常と判定しても良い。

より具体的には、対数変換の過程では、角数ｎ（ｎは自然数）をＸ＝Ｌｏｇ（ｎ）に、ｎ角の振幅ｒｎをＹ＝Ｌｏｇ（ｒｎ）に変換し、回帰直線を求める過程では回帰直線としてＹ＝ａＸ＋ｂ（ａ，ｂは定数）を求め、前記標準偏差をσとし、ｎ角のうねりの測定値Ｙｎが、直線回帰したａＸ＋ｂの値に標準偏差σを基準とした値ｍσ（ｍは任意に設定される定数）を加えた値以上となった場合に、異常と判定するようにしても良い。

この発明の転がり軸受部品の評価法は、転がり軸受における軌道輪または転動体からなる転がり軸受部品を評価する方法であって、転がり軸受部品における転動面の各点の真円からの差を測定して測定値のハーモニック解析により転動面のうねりの角数と振幅の関係を求める過程と、求められた前記うねりの角数と振幅の関係を対数変換する過程と、この対数変換された座標上における、うねりの角数と振幅の関係の回帰直線を求める過程と、前記対数変換された座標上における、うねりと角数の関係を示す各点の前記回帰直線からの偏差により前記転動面の形状崩れを評価する過程とを含む、方法であるため、転がり軸受部品の軌道面の形状崩れを、容易にかつ適正に検出することができる。

この発明の一実施形態を図面と共に説明する。この転がり軸受部品の評価法は、転がり軸受における軌道輪または転動体である転がり軸受部品を評価する方法である。図１に示すように、転がり軸受は、例えば軌道輪である内輪１と外輪２の軌道面１ａ，２ａ間に、鋼球からなる複数の転動体３を介在させ、これら転動体３を保持器４で保持した深溝玉軸受である。ここでは前記転動体３が評価対象の転がり軸受部品とされる。

図２に示すように、この転がり軸受部品の評価法は、転がり軸受部品における転動面の各点の真円からの差を測定して測定値のハーモニック解析により転動面のうねりの角数と振幅の関係を求める過程（Ｓ１）と、求められた前記うねりの角数と振幅の関係を対数変換する過程（Ｓ２）と、この対数変換された座標上における、うねりの角数と振幅の関係の回帰直線、および標準偏差を求める過程（Ｓ３）と、前記対数変換された座標上における、うねりと角数の関係を示す各点の偏差により前記転動面の形状崩れを評価する過程（Ｓ４）とを含む。各過程の詳細は、次に図３〜図５と共に説明する。

図３は、転動体３の外球面からなる転動面のうねり角数と振幅の関係の測定例を示す。同図は、転動体３の転動面の各点の真円からの差を測定してその測定値のハーモニック解析結果により得られたうねり角数と振幅の関係を示す。転動面の各点の真円からの差は、真円度測定器（図示せず）を用いて得た。同図は、対数表示の横軸（ｘ軸）を角数とし、同じく対数表示の縦軸（ｙ軸）を振幅として、両対数ｘ−ｙ座標上に各測定点をプロットしたものである。同図中には、これらの測定点の回帰直線も示している。
この両対数のｘ−ｙ座標のグラフ上で、角数と振幅との関係が線形関係にあることがわかる。また、回帰直線より大きな振幅を示す角数が、３角、４角、６角、１５角であることが確認できる。

この評価法では、上記線形関係を使用して異常値（転動体３の転動面の形状崩れ）を検出するために、図３のｘ軸をＸ＝Ｌｏｇｘに、ｙ軸をＹ＝Ｌｏｇｙに変数変換する。その変換結果を図４に示す。このＸ−Ｙ座標におけるＹの標準偏差σを算出する。

図５には、図４の回帰直線に対して、Ｙ＋σ並びにＹ＋２σとした直線を付加したグラフを示す。同図において、例えばＹ＋２σの直線より右側にある計測値は１５角うねりであることが分かる。すなわち、図５のグラフから、１５角うねりが統計的に大きな振幅を有すると判断できる。

そこで、この評価法では、ｎ角（ｎは自然数）うねりの振幅測定値Ｙｎが、直線回帰した値ａＸ＋ｂに標準偏差を基準とした値ｍσを加えた値（ａＸ＋ｂ＋ｍσ）以上となった場合に、異常と判断する。ａ，ｂは定数である。ｍは任意に設定される定数である。全体の振幅の大きさを管理する場合には、直線回帰した値におけるａ，ｂの値を管理すれば良い。

この実施形態によると、このように転がり軸受部品のうねりの角数と振幅の測定結果において、角数ｎからＸ＝Ｌｏｇ（ｎ）を、ｎ角の振幅ｒｎからＹ＝Ｌｏｇ（ｒｎ）を定義し、回帰直線ａＸ＋ｂ、並びに標準偏差σを求め、測定値Ｙｎが回帰直線の値＋ｍσ以上であれば異常とするうねりの評価方法としたため、線形関係にあるうねりの角数と振幅の関係から、転がり軸受部品である転動体３における転動面の形状崩れを、容易にかつ適正に検出できる。そのため、転がり軸受の振動の低減、すなわち転がり軸受を使用する機械装置の振動を低減することができる。

ところで、転がり軸受のうねりによる振動は、この転がり軸受が組み込まれる機械装置の振動となり問題であることは当然であるが、人間の聴覚に不快であっても困る。一般に、機械の回転速度を毎分Ｎ回転とすると、聴覚で感度がよい周波数帯は２０００Ｈｚ前後であるので、例えば回転輪が内輪１の場合、２０００＝（Ｎ／６０）ｎとなるうねりの角数が加振源となる。モータの定格速度が毎分１８００ｒｐｍの場合、ｎは約６７角となる。したがって、上記の評価法を用いて、使用される条件に合わせて特定の角数の振幅を管理しても良い。

特に、聴覚に対する角数の振幅を管理したい場合には、ｍσのｍを角数によって変化させても良い。例えば、ｍを１／ｎ，ｎ^1/2とするなどして、角数が大きいほど管理値を厳しくしても良い。また、機械装置の固有振動数との共振を避ける場合には、対象とする角数域を抽出して管理しても良い。例えば、機械装置の固有振動数が２０００Ｈｚであり、内輪１の回転速度が１８００ｒｐｍの場合、内輪１の６７角前後の６０角から８０角程度の範囲の角数を管理しても良い。

なお、この実施形態では、転がり軸受における転動体である鋼球３の転動面の形状崩れを評価する場合につき説明したが、内輪１や外輪２等の軌道輪である転がり軸受部品についても、その転動面である軌道面１ａ，２ａの形状崩れについて、上記と同様の評価法により、容易かつ適正に検出することができる。加えて、転動体が円筒ころ、円すいころ、球面ころ、ニードルローラの場合も同じである。

この発明の一実施形態にかかる転がり軸受部品の評価法が適用される転がり軸受の断面図である。同評価法の流れ図である。同評価法における第１段階のデータ処理によるグラフである。同評価法における第２段階のデータ処理によるグラフである。同評価法における第３段階のデータ処理によるグラフである。

符号の説明

１…内輪（軌道輪）
２…外輪（軌道輪）１ａ，２ａ…軌道面（転動面）
３…転動体

Claims

転がり軸受における軌道輪または転動体からなる転がり軸受部品を評価する方法であって、
転がり軸受部品における転動面の各点の真円からの差を測定して測定値のハーモニック解析により転動面のうねりの角数と振幅の関係を求める過程と、
求められた前記うねりの角数と振幅の関係を対数変換する過程と、
この対数変換された座標上における、うねりの角数と振幅の関係の回帰直線を求める過程と、
前記対数変換された座標上における、うねりと角数の関係を示す各点の前記回帰直線からの偏差により前記転動面の形状崩れを評価する過程とを含む、
ことを特徴とする転がり軸受部品の評価法。
請求項１において、前記対数変換された座標上における、うねりの角数と振幅の関係の標準偏差を基準として適宜定めた基準値を用い、前記偏差が基準値以上の場合に、前記形状崩れの評価として異常と判定する転がり軸受部品の評価法。
請求項２において、前記対数変換の過程では、角数ｎ（ｎは自然数）をＸ＝Ｌｏｇ（ｎ）に、ｎ角の振幅ｒｎをＹ＝Ｌｏｇ（ｒｎ）に変換し、前記回帰直線を求める過程では回帰直線としてＹ＝ａＸ＋ｂ（ａ，ｂは定数）を求め、前記標準偏差をσとし、ｎ角のうねりの測定値Ｙｎが、直線回帰したａＸ＋ｂの値に標準偏差σを基準とした値ｍσ（ｍは任意に設定される定数）を加えた値以上となった場合に、異常と判定する転がり軸受部品の評価法。