JP6891674B2

JP6891674B2 - 偏芯回転部品用試験装置

Info

Publication number: JP6891674B2
Application number: JP2017131992A
Authority: JP
Inventors: 誠藤波
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2037-07-05
Also published as: JP2019015566A

Description

本発明は、偏芯回転部品用試験装置に関し、より詳細には、偏芯回転する部位に使用される軸受等の偏芯回転部品に荷重を負荷する偏芯回転部品用試験装置に関する。

従来、減速機やコンプレッサなどの回転機械には、偏芯回転する部位に転がり軸受（以下、偏芯軸受と称す。）が使用されている。例えば、特許文献１に記載の減速機や特許文献２に記載のコンプレッサでは、回転軸の回転に伴って、偏芯軸受にラジアル方向の偏芯回転荷重が負荷される。

偏芯軸受の回転性能や耐久性は、回転機械の寿命に大きく左右することから、偏芯軸受の試験を行うことが求められている。また、従来、偏芯軸受の試験を行う試験装置としては、スラスト転がり軸受にスラスト荷重を負荷し、実機に近い状態で軸受の性能を評価するものが開示されている（例えば、特許文献３及び４参照）。

特許第２８９９０４７号公報特開２００２−３３９９７５号公報特開２００７−２４８３０５号公報特開２００３−１２０６６４号公報

しかしながら、従来の試験機では、特許文献３及び４のように、スラスト転がり軸受にスラスト荷重を負荷して軸受の性能を評価する試験装置は知られているが、ラジアル方向の偏芯回転荷重を再現するものがなく、ラジアル方向の偏芯回転荷重を負荷する転がり軸受を試験する場合、実機を使って該試験を行うしかなかった。また、製品の仕様などが変わった場合に、対応する偏芯軸受の耐久性を試験することが困難であった。

特許文献１には、表面粗さの違いによる偏芯軸受の耐久性を確認する試験を行っているが、試験には単純なラジアル荷重を付与する荷重試験機が用いられており、偏芯回転荷重を再現した試験は行われていない。

本発明は、前述した課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で、偏芯回転部品にラジアル方向の偏心回転荷重を与えることができ、偏芯回転部品の回転性能や耐久性を確認するのに好適な偏芯回転部品用試験装置を提案することである。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）回転中心に対して偏芯し、周囲に偏芯回転部品を配置可能な少なくとも１つの偏芯部を有する回転軸と、
前記回転軸と平行、且つ、該回転軸から離れた位置に配置されており、前記偏芯部と軸方向において重なる位置に荷重負荷部を有する少なくとも１つの荷重軸と、
を備え、
前記荷重負荷部は、前記回転軸の回転に伴って、前記偏芯回転部品又はその周囲に設けられた治具に接触することで、前記偏芯回転部品に偏芯回転荷重を負荷する偏芯回転部品用試験装置。
（２）前記回転軸は、複数の前記偏芯部を有し、
前記荷重負荷部は、複数の前記偏芯部と軸方向において重なる位置に設けられ、
前記荷重負荷部は、複数の前記偏芯部の周囲に配置された複数の前記偏芯回転部品に前記偏芯回転荷重を負荷する（１）に記載の偏芯回転部品用試験装置。
（３）前記回転軸は、複数の前記偏芯部を有し、
前記荷重軸は、前記偏芯部と軸方向において重なる位置に設けられる前記荷重負荷部をそれぞれ有する複数の前記荷重軸を備え、
複数の前記荷重負荷部は、複数の前記偏芯部の周囲に配置された複数の前記偏芯回転部品に前記偏芯回転荷重をそれぞれ負荷する（１）に記載の偏芯回転部品用試験装置。
（４）前記偏芯回転部品は、転がり軸受である（１）〜（３）のいずれかに記載の偏芯回転部品用試験装置。

本発明の偏芯回転部品用試験装置によれば、回転中心に対して偏芯し、周囲に偏芯回転部品を配置可能な少なくとも１つの偏芯部を有する回転軸と、回転軸と平行、且つ、該回転軸から離れた位置に配置されており、偏芯部と軸方向において重なる位置に荷重負荷部を有する少なくとも１つの荷重軸と、を備え、荷重負荷部は、回転軸の回転に伴って、偏芯回転部品又はその周囲に設けられた治具に接触することで、偏芯回転部品に偏芯回転荷重を負荷する。これにより、簡単な構成で、偏芯回転部品にラジアル方向の偏心回転荷重を与えることができ、偏芯回転部品の回転性能や耐久性を簡単に確認することができる。

本発明の第１実施形態に係る偏芯回転部品用試験装置の概略図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。（ａ）は、１本の荷重軸が偏芯回転荷重を負荷する場合の荷重負荷部と治具との位置関係を示す模式図であり、（ｂ）は、その場合の軸受への偏芯回転荷重のかかり方を模式的に示すグラフである。（ａ）は、２本の荷重軸が偏芯回転荷重を負荷する場合の荷重負荷部と治具との位置関係を示す模式図であり、（ｂ）は、その場合の軸受への偏芯回転荷重のかかり方を模式的に示すグラフである。本発明の第２実施形態に係る偏芯回転部品用試験装置の概略図である。（ａ）は、１本の荷重軸が偏芯回転荷重を負荷する場合の荷重負荷部と治具との位置関係を示す模式図であり、（ｂ）は、その場合の軸受への偏芯回転荷重のかかり方を模式的に示すグラフである。本発明の第３実施形態に係る偏芯回転部品用試験装置の概略図である。（ａ）は、図７のように、荷重軸が２本の場合の荷重負荷部と治具との位置関係を示す模式図であり、（ｂ）は、その場合の軸受への偏芯回転荷重のかかり方を模式的に示すグラフである。本発明の第３実施形態の変形例に係る偏芯回転部品用試験装置の概略図である。

以下、本発明の各実施形態に係る偏芯回転部品用試験装置について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、本試験装置にて偏芯回転荷重が負荷される偏心回転部品として、転がり軸受が用いられている。

（第１実施形態）
先ず、本発明の第１実施形態に係る偏芯回転部品用試験装置１０について説明する。図１及び図２に示すように、偏芯回転部品用試験装置１０は、基台１１に対して互いに平行に起立する１対の支持板１２、１３を備え、１対の支持板１２、１３は、回転軸２０と少なくとも１つの荷重軸（本実施形態では、４本）３０〜３３とを支持する。

回転軸２０は、１対の支持板１２、１３に軸受１４、１４を介して回転自在に支持されている。支持板１２から延出する回転軸２０の端部は、駆動源１５と接続されている。また、回転軸２０には、１対の支持板１２、１３の中間部に、回転中心Ｘに対して偏芯量ｅだけ偏芯し、周囲に偏芯回転部品である転がり軸受１を配置可能な少なくとも１つの円形の偏芯部２１を有する。なお、偏芯部２１は、回転軸２０と一体回転するものであればよく、回転軸２０に嵌合固定されてもよいし、一体に形成されてもよい。また、回転軸２０は、ベルトやギヤやカップリングなどを介して駆動源１５により駆動されてもよい。

また、本実施形態では、転がり軸受１は、転動体２と保持器３とからなるケージアンドローラであるため、転動体２が偏芯部２１の外周面を転動するように配置され、また、転がり軸受１の周囲には、転動体２が転動する内周面を備えるリング状の治具１６が配置される。さらに、回転軸２０の周囲で、偏芯部２１の軸方向両側には、転がり軸受１及び治具１６の軸方向位置を規制するための１対の規制部材２２、２２が取り付けられている。

また、４本の荷重軸３０〜３３は、回転軸２０と平行、且つ、回転軸２０からそれぞれ等しい距離だけ離れた位置に、円周方向等間隔となるように、１対の支持板１２、１３に取り付けられている。なお、図示しないが、各荷重軸３０〜３３は、１対の支持板１２、１３に、調整ボルトなどで固定位置、即ち、回転軸２０と荷重軸３０〜３３との間の軸間距離を調整可能なように取り付けられている。

また、各荷重軸３０〜３３には、回転軸２０の偏芯部２１と軸方向において重なる位置に、治具１６の外周面と接触可能な円筒状の荷重負荷部３４が外嵌固定されている。各荷重軸３０〜３３は、回転軸２０の回転中心Ｘから治具１６の半径分だけ離れた位置に、荷重負荷部３４の外周面が位置するように配置される。

このように構成された偏芯回転部品用試験装置１０では、回転軸２０が回転すると偏芯部２１が偏芯量ｅで偏芯回転する。これに伴い、転がり軸受１及びリング状の治具１６も偏芯回転する。そして、回転軸２０の回転に伴って、各荷重軸３０〜３３の荷重負荷部３４が、リング状の治具１６に順に接触することで、荷重軸３０〜３３の軸たわみにより、転がり軸受１にラジアル方向の偏芯回転荷重Ｐを負荷することができる。

なお、転がり軸受１に偏芯回転荷重Ｐを負荷する荷重軸の本数は、転がり軸受１が使用される実機の負荷状況に応じて決定されればよい。その場合、例えば、転がり軸受１に偏芯回転荷重Ｐを負荷しない荷重軸は、取り外してもよいが、調整ボルトなどで、該荷重を負荷しない位置まで移動すればよい。
例えば、１本の荷重軸３０が転がり軸受１に偏芯回転荷重Ｐを負荷する場合には、図３に示すように、１回転（３６０度）あたり１回の荷重ピークが発生する。

また、１８０°位相離れた２本の荷重軸３０、３２が転がり軸受１に偏芯回転荷重Ｐを負荷する場合には、図４に示すように、１回転（３６０度）あたり２回の荷重ピークが発生する。

偏心回転荷重の大きさは、荷重軸３０〜３３の剛性（軸径、形状、支持スパン）やピッチ円直径（ＰＣＤ）を変えることで容易に変更できる。
また、荷重軸３０〜３３の支持部にばねを設け、ばねの反力で荷重を設定してもよい。
また、本実施形態では、荷重軸３０〜３３のピッチ円直径（ＰＣＤ）を変えることで、転がり軸受１の負荷圏の範囲を容易に変更できる。即ち、ＰＣＤを小さくすると、転がり軸受１の負荷圏が大きくなる。

以上説明したように、本実施形態の偏芯回転部品用試験装置１０では、回転中心Ｘに対して偏芯し、周囲に転がり軸受１を配置可能な偏芯部２１を有する回転軸２０と、回転軸２０と平行、且つ、該回転軸２０から離れた位置に配置されており、偏芯部２１と軸方向において重なる位置に荷重負荷部３４を有する少なくとも１つの荷重軸３０〜３３と、を備え、荷重負荷部３４は、回転軸２０の回転に伴って、リング状の治具１６に接触することで、転がり軸受１に偏芯回転荷重を負荷する。これにより、簡単な構成で、転がり軸受１にラジアル方向の偏心回転荷重を与えることができ、転がり軸受１の回転性能や耐久性を簡単に確認することができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る偏芯回転部品用試験装置１０ａを示す。
本実施形態では、回転軸２０は、互いに隣接する複数の偏芯部２１ａ、２１ｂ（本実施形態では、２つ）を有する。各偏芯部２１ａ、２１ｂは、回転中心Ｘに対して偏芯量ｅだけ偏芯しており、互いの偏芯方向が１８０°位相でずれている。各偏芯部２１ａ、２１ｂの周囲には、複数の転がり軸受１ａ、１ｂが配置されると共に、転がり軸受１ａ、１ｂの周囲には、複数のリング状の治具１６ａ、１６ｂが配置される。

また、本実施形態の偏芯回転部品用試験装置１０ａは、２本の荷重軸３０ａ、３１ａを有する構成とし、各荷重軸３０ａ、３１ａの荷重負荷部３４は、複数の偏芯部２１ａ、２１ｂの両方と軸方向において重なるように位置及び大きさが設定されている。

このように構成された偏芯回転部品用試験装置１０ａでは、回転軸２０が回転すると偏芯部２１ａ、２１ｂが偏芯量ｅで偏芯回転する。これに伴い、転がり軸受１ａ、１ｂ及びリング状の治具１６ａ、１６ｂも偏芯回転する。そして、回転軸２０の回転に伴って、各荷重軸３０ａ、３１ａの荷重負荷部３４が、リング状の治具１６ａ、１６ｂに順に接触することで、荷重軸３０ａ、３１ａの軸たわみにより、転がり軸受１ａ、１ｂに偏芯回転荷重Ｐを負荷することができる。この場合、各転がり軸受１ａ、１ｂには、それぞれ１回転（３６０度）あたり２回の荷重ピークが発生する。

また、１本の荷重軸３０ａが転がり軸受１ａ、１ｂに偏芯回転荷重Ｐを負荷する場合には、図６に示すように、各転がり軸受１ａ、１ｂには、それぞれ１回転（３６０度）あたり１回の荷重ピークが発生する。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

（第３実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係る偏芯回転部品用試験装置１０ｂを示す。
本実施形態では、回転軸２０側の構成、即ち、複数の転がり軸受１ａ、１ｂ、転がり軸受１ａ、１ｂ、及び、複数のリング状の治具１６ａ、１６ｂの構成については、第２実施形態と同様とする。
一方、２本の荷重軸３０ｂ、３１ｂは、円周方向において近接して配置されており、偏芯部２１ａ、２１ｂと軸方向においてそれぞれ重なる位置に設けられる複数の荷重負荷部３４ａ、３４ｂを有する。即ち、荷重軸３０ｂの荷重負荷部３４ａは、偏芯部２１ａと軸方向において重なる位置に設けられ、荷重軸３１ｂの荷重負荷部３４ｂは、偏芯部２１ｂと軸方向において重なる位置に設けられる。

このため、本実施形態の偏芯回転部品用試験装置１０ｂでは、回転軸２０が回転すると偏芯部２１ａ、２１ｂの偏芯回転に伴い、転がり軸受１ａ、１ｂ及びリング状の治具１６ａ、１６ｂも偏芯回転する。そして、回転軸２０の回転に伴って、各荷重軸３０ｂ、３１ｂの荷重負荷部３４ａ、３４ｂが、リング状の治具１６ａ、１６ｂに順に接触することで、荷重軸３０ｂ、３１ｂの軸たわみにより、転がり軸受１ａ、１ｂに偏芯回転荷重Ｐをそれぞれ負荷することができる。この場合、図８に示すように、各転がり軸受１ａ、１ｂに発生する１回転（３６０度）あたり１回の荷重ピークが、略１８０度ごとに交互に発生する。
その他の構成及び作用については、第１及び第２実施形態のものと同様である。

なお、図９に示す変形例の偏芯回転部品用試験装置１０ｃのように、２本の荷重軸３０ｂ、３１ｂは、１８０度位相がずれた位置に配置されてもよい。この場合、各転がり軸受１ａ、１ｂに発生する１回転（３６０度）あたり１回の荷重ピークが、同時に発生する。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、上記実施形態では、偏芯回転部品として、転動体と保持器とからなる転がり軸受（所謂、ケージアンドローラ）を用いているが、これに限らず、転動体と保持器の他に、外輪及び内輪の少なくとも一つを含む転がり軸受であってもよい。例えば、転がり軸受が外輪を有する場合、荷重負荷部は、回転軸の回転に伴って、転がり軸受の外輪に接触するようにしてもよい。
また、試験対象である偏芯回転部品は、転がり軸受に限らず、偏芯部の周囲に取り付けられるものであればよく、例えば、ワンウェイクラッチを試験対象としてもよい。

１、１ａ、１ｂ転がり軸受（偏芯回転部品）
１０偏芯回転部品用試験装置
１６リング状の治具
２０回転軸
２１偏芯部
３０、３０ａ、３０ｂ、３１、３１ａ、３１ｂ、３２、３３荷重軸
３４、３４ａ、３４ｂ荷重負荷部
Ｘ回転中心

Claims

回転中心に対して偏芯し、周囲に偏芯回転部品を配置可能な少なくとも１つの偏芯部を有する回転軸と、
前記回転軸と平行、且つ、該回転軸から離れた位置に配置されており、前記偏芯部と軸方向において重なる位置に荷重負荷部を有する少なくとも１つの荷重軸と、
を備え、
前記荷重負荷部は、前記回転軸の回転に伴って、前記偏芯回転部品又はその周囲に設けられた治具に接触することで、前記偏芯回転部品に偏芯回転荷重を負荷する偏芯回転部品用試験装置。
前記回転軸は、複数の前記偏芯部を有し、
前記荷重負荷部は、複数の前記偏芯部と軸方向において重なる位置に設けられ、
前記荷重負荷部は、複数の前記偏芯部の周囲に配置された複数の前記偏芯回転部品に前記偏芯回転荷重を負荷する請求項１に記載の偏芯回転部品用試験装置。
前記回転軸は、複数の前記偏芯部を有し、
前記荷重軸は、前記偏芯部と軸方向において重なる位置に設けられる前記荷重負荷部をそれぞれ有する複数の前記荷重軸を備え、
複数の前記荷重負荷部は、複数の前記偏芯部の周囲に配置された複数の前記偏芯回転部品に前記偏芯回転荷重をそれぞれ負荷する請求項１に記載の偏芯回転部品用試験装置。
前記偏芯回転部品は、転がり軸受である請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏芯回転部品用試験装置。