JP5908356B2 - 転がり軸受の寿命推定装置および寿命推定方法 - Google Patents
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Description
オンラインでの余寿命推定の中には、使用している軸受の荷重および回転回数、潤滑油の状態、異物によって形成される圧痕サイズを各種センサーの値から推定し、転がり軸受の余寿命推定を行うものがある(特許文献3)。この方法では、圧痕サイズと転がり軸受の寿命の関係は以下のように表されている。
前述のように、圧痕が形成されたときの転がり軸受の寿命は、圧痕サイズだけでなく、圧痕周辺の盛上がり高さ、数、面積および荷重によって決まるが、それらの因子を考慮して転がり軸受の寿命を推定する方法はなかった。
前記寿命推定手段8は、転がり軸受の寿命Lnを下記式を用いて計算することを特徴とする。前記圧痕14の平面的な大きさとは、平面視における圧痕の直径寸法等の長さ、または面積であり、例えば、圧痕14が平面視で円形状である場合にこの圧痕14の最大の直径寸法を言い、圧痕14が平面視で非円形状である場合にこの圧痕14の略中央部から最大の外周縁までの距離を2倍した値を言う。
前記圧痕の盛上がり高さが1.0μmより大のとき、前記内外輪の転走面と前記転動体との接触面の接触応力の最大値に応じて、前記圧痕補正係数における定数b,cをそれぞれ規定しても良い。前記接触応力の最大値が、例えば、3.0GPa,2.6GPa,2.1GPaのとき定数b,cをそれぞれ以下の値を用いて計算する。
接触応力最大値が3.0GPaのとき、b=0.10〜0.26、c=1.0〜1.3
2.6GPaのとき、b=0.26〜0.42、c=1.3〜1.5
2.1GPaのとき、b=0.42〜0.50、c=1.5〜1.7
接触応力最大値が3.0GPaのとき、b=0.13、c=1.14
2.6GPaのとき、b=0.38、c=1.45
2.1GPaのとき、b=0.46、c=1.57
上記3水準の接触面圧以外の寿命推定式は、上記3水準の式を用いて、内挿または外挿することによって計算しても良い。例えば、2.8GPaのときは、2.6GPaと3.0GPaの値を用いて、内挿することで、b=0.255、c=1.295を求めることができる。また、1.6GPaのときは、2.1GPaと2.6GPaのときの値を用いて外挿することで、b=0.54、c=1.69を求めることができる。
前記転がり軸受は、円すいころ軸受または円筒ころ軸受であっても良い。
前記内外輪のいずれかの転走面に形成された圧痕の深さまたは圧痕の平面的な大きさである圧痕サイズが入力されてこの入力された圧痕の深さまたは圧痕サイズから、定められた規則に従って前記圧痕の転走面からの盛上がり高さを推定する盛上り高さ推定過程と、
推定した圧痕の盛り上がり高さと転動疲労寿命の低下率の関係と、動等価荷重とから転がり軸受の寿命を推定する寿命推定過程とを有し、
前記寿命推定過程では、転がり軸受の寿命Lnを下記式を用いて計算することを特徴とする。
ここで、転がり軸受の寿命は一般に以下の式で表される。
例えば、接触面圧が3.0GPaのとき、b=0.10〜0.26、c=1.0〜1.3
2.6GPaのとき、b=0.26〜0.42、c=1.3〜1.5
2.1GPaのとき、b=0.42〜0.50、c=1.5〜1.7
定数b、cの最適値として以下の値を用いて計算しても良い。
接触面圧が、3.0GPaのとき、b= 0.13 c= 1.14
2.6GPaのとき、b= 0.38 c= 1.45
2.1GPaのとき、b=0.46 c= 1.57
但し、h≦1のとき 圧痕補正係数ad=1とする。
これは、試験により圧痕盛り上がり高さhが1μm以下では、明確な寿命低下が認められず、圧痕起点の損傷が発生しなかったことから定めた。
試験条件は以下の表1の通りである。
参考提案例として、前記式(4)に代えて、下記式を用いても良い。
実際の転がり軸受の転走面では、圧痕の盛上がり高さが異なる圧痕が分布する。これを考慮するには、転がり軸受の推定寿命において2つの考え方が必要になる。1つは、転がり軸受の寿命は概ね最大の盛上がり高さを持つ圧痕によって決まると考え、最大付近の盛上がり高さを持つ圧痕だけを考慮して推定寿命を補正するという考え方である。もう1つは、全ての圧痕に対して破損する確率が存在すると考え、それら全ての圧痕を考慮するために、確率乗法定理を用いて推定寿命を補正するという考え方である。いずれの考え方でも、推定寿命を補正することが可能である。
全ての圧痕を考慮して軸受寿命を求める場合、寿命演算部8aは、圧痕の盛上がり高さ毎に、式(5)または式(6)により寿命を計算し、それぞれの寿命に圧痕数の影響を考慮した式(7)の補正係数を乗じた寿命を、以下の式(8)に代入することによって、推定寿命を補正する。
比較的高価な大型の転がり軸受では、定期的な点検で余寿命を推定し、その結果から軸受の使用を継続したいという要求がある。寿命推定手段8は、推定した転がり軸受の寿命と、軸受の回転回数とから軸受の余寿命を推定する余寿命演算部8bを有するものであっても良い。つまり余寿命演算部8bは、動等価荷重と圧痕の盛上がり高さから寿命を推定し、軸受の回転回数から余寿命を推定する。転がり軸受の寿命はL10(90%の転がり軸受が破損していない回転回数)を基準にすることが多いため、このときの余寿命はL10から回転回数を差し引いた値とするのが一般的である。L10を基準にしたときの残存寿命がマイナスになった場合を転がり軸受の交換時期と決定した場合、点検されている転がり軸受のグループの90%は良好に運転されることになる。転がり軸受では、少しの比率の転がり軸受の破損でも問題になる使用用途がある。この場合、累積破損確立を10%以下に設定すれば良い。
前述の余寿命推定は、軸受にかかる荷重が一定の場合について説明したが、荷重が回転回数毎に変化する場合、以下の式(9)で表される線形累積損傷則を用いて余寿命を推定する。
7…盛上がり高さ推定手段
7a…記憶手段
7b…計算手段
8…寿命推定手段
8a…寿命演算部
8b…余寿命演算部
10…内輪
11…外輪
10a,11a…転走面
12…転動体
14…圧痕
Claims (13)
- 内外輪と、これら内外輪の転走面間に介在する複数の転動体とを備えた転がり軸受の寿命を推定する寿命推定装置であって、
前記内外輪のいずれかの転走面に形成された圧痕の深さまたは圧痕の平面的な大きさである圧痕サイズが入力されてこの入力された圧痕の深さまたは圧痕サイズから、定められた規則に従って前記圧痕の転走面からの盛上がり高さを推定する盛上り高さ推定手段と、
推定した圧痕の盛上がり高さと転動疲労寿命の低下率の関係と、動等価荷重とから定められた規則に従って転がり軸受の寿命を推定する寿命推定手段と、
を有し、
前記寿命推定手段は、転がり軸受の寿命Lnを下記式を用いて計算することを特徴とする転がり軸受の寿命推定装置。
- 内外輪と、これら内外輪の転走面間に介在する複数の転動体とを備えた転がり軸受の寿命を推定する寿命推定装置であって、
前記内外輪のいずれかの転走面に形成された圧痕の深さまたは圧痕の平面的な大きさである圧痕サイズが入力されてこの入力された圧痕の深さまたは圧痕サイズから、定められた規則に従って前記圧痕の転走面からの盛上がり高さを推定する盛上り高さ推定手段と、
推定した圧痕の盛上がり高さと転動疲労寿命の低下率の関係と、動等価荷重とから定められた規則に従って転がり軸受の寿命を推定する寿命推定手段と、
を有し、
前記寿命推定手段は、転がり軸受の寿命Lnを下記式を用いて計算することを特徴とする転がり軸受の寿命推定装置。
- 請求項1または請求項2において、前記前記盛上り高さ推定手段は、
軸受の特定の使用条件における圧痕サイズと、圧痕の盛上がり高さとの関係を記憶する記憶手段と、
入力された圧痕サイズを前記記憶手段に記憶された前記関係に照らして、前記圧痕の盛上がり高さを計算する計算手段と、
を有する転がり軸受の寿命推定装置。 - 請求項4において、前記寿命演算部は、圧痕の最大の盛上がり高さに基づき推定された寿命に、前記補正係数を乗じて転がり軸受の寿命を演算するものとした転がり軸受の寿命推定装置。
- 請求項4において、前記寿命演算部は、転走面に形成された全ての圧痕の盛上がり高さに基づき圧痕に対する圧痕個別対応寿命を推定し、それぞれの推定された圧痕個別対応寿命に、前記補正係数を乗じて転がり軸受の寿命を演算するものとした転がり軸受の寿命推定装置。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、前記盛上り高さ推定手段により圧痕の盛上がり高さが1.0μm以下と推定されたとき、前記寿命推定手段は、前記圧痕補正係数をad=1として転がり軸受の寿命Lnを計算する転がり軸受の寿命推定装置。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項において、前記寿命推定手段は、前記推定した転がり軸受の寿命と、軸受の回転回数とから軸受の余寿命を推定する余寿命演算部を有する転がり軸受の寿命推定装置。
- 請求項8において、前記余寿命演算部は、累積破損確立10%以下の寿命を超えた回転回数で、余寿命が0回転と判断する転がり軸受の寿命推定装置。
- 請求項1ないし請求項9のいずれか1項において、前記圧痕補正係数は、荷重条件によって、異なる値を用いる転がり軸受の寿命推定装置。
- 請求項10において、前記圧痕の盛上がり高さが1.0μmより大のとき、前記内外輪の転走面と前記転動体との接触面の接触応力の最大値に応じて、前記圧痕補正係数における定数b,cをそれぞれ規定した転がり軸受の寿命推定装置。
- 請求項1ないし請求項11のいずれか1項において、前記転がり軸受は、円すいころ軸受または円筒ころ軸受である転がり軸受の寿命推定装置。
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