JPWO2020255476A1 - 転がり機械要素の疲労診断方法および転がり機械要素の疲労診断システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】転がり機械要素を分解せずに、構成部品の近傍に配置した磁気センサにより、該構成部品の軸方向および径方向の磁束密度を測定し、該構成部品の使用開始前の磁束密度に相当する基準磁束密度からの変化量を算出して、該変化量から転がり機械要素の疲労進行度を判定する。
【選択図】図14
Description
本発明の実施の形態の第1例について、図1(A)〜図7を用いて説明する。
図1(A)および図1(B)に、第1例の疲労診断システムを示す。疲労診断システム1は、磁気センサ(磁場測定器)3と、情報処理装置により構成された診断装置4とを備える。本例では、転がり機械要素として、転がり軸受を診断対象としている。以下、診断対象となる転がり軸受2について説明を行った後、本例の疲労診断システム1について説明を行う。
転がり軸受2としては、深溝型、アンギュラ型などの玉軸受、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、ニードル軸受、自動調心ころ軸受などの転がり軸受が挙げられ、その種類(軸受形式)や大きさは問われない。本例の疲労診断システム1は、疲労の進行状態に応じて変化する転がり機械要素の磁場情報、より具体的には、転がり機械要素のうちの軌道面を有する構成部品の磁束密度(磁場)を測定して診断を行うものであるから、少なくとも、転がり軸受2のうちの構成部品、すなわち、本例では軌道輪であり、磁束密度の測定対象である外輪5は、磁性体材料製である必要がある。磁性体材料としては、軸受鋼を含む鋼、その他の鉄、コバルト、およびニッケルのうちの少なくとも1種を含む合金などの強磁性体材料を挙げることができるが、本発明は、磁性体材料として常磁性体材料あるいは反磁性体材料を用いた構成部品を含む転がり機械要素に広く適用可能である。
磁気センサ3は、磁束密度(磁場)を計測する計測器であり、図1(A)および図1(B)に示すように、本体部15と、プローブ12とを有する。本体部15は、箱型に構成されており、手で持ち運び可能で、かつ、計測値を表示可能である。プローブ12は、本体部15に対し、信号線16を介して接続されている。プローブ12の端部には、感磁部11を有する。感磁部11の内部には、磁束密度に比例した電圧を出力するホール素子が備えられている。プローブ12の内部には、ホール素子の出力電圧から磁束密度を計測する処理部13がパッケージ化されている。
本例の疲労診断方法では、図5に示すように、転がり軸受2の負荷圏側に、磁気センサ3を構成する感磁部11を配置する。このような位置に感磁部11を配置する理由は、転がり軸受2は、負荷圏側において、外輪軌道8の軌道面の表面下(表面およびその内部を含む部分)に生じる疲労により磁場を生じ、磁界分布に変動を生じさせるという知見に基づいている。また、このように、外輪軌道8の軌道面の表面下に生じる磁場の強度(磁束密度の大きさ)は、自然に存在する外部磁場よりも十分に大きい。
実施の形態の第1例の磁気センサ3を用いた転がり軸受2の疲労診断方法の実施例について説明する。
本発明の実施の形態の第2例について、図8〜図14を用いて説明する。
本例の疲労診断システム1aは、診断対象となる転がり軸受2の疲労の進行状態を診断するもので、磁気センサ3aと、診断装置4aとを備える。疲労診断システム1aは、X線回折装置に比べて十分に小型に構成されており、持ち運び可能である。診断対象となる転がり軸受2の構成については、第1例と同様であるため、転がり軸受2に関する説明は省略する。本例でも、転がり機械要素として転がり軸受に本発明を適用した場合について説明する。具体的には、転がり軸受2の構成部品である、外輪および内輪では、磁性体材料として、高炭素クロム軸受鋼(SUJ2)に代表される軸受鋼が用いられている。ただし、本例の疲労診断システムおよび疲労診断方法も、構成部品としてその他の磁性体材料を用いた転がり軸受や、軌道面を有する構成部品を備えた直動装置などに、広く適用することが可能である。
磁気センサ3aは、1方向ないし複数方向の磁束密度(磁場)を測定可能な計測器であり、接続ケーブル18を介して、診断装置4aに接続されている。本例では、磁気センサ3aを1つだけ備えているが、複数備えることもできる。
診断装置4aは、転がり軸受2の疲労進行度を判定する機能を有している。診断装置4aは、データを入力するための入力部19と、データを記憶するための記憶部20と、磁束密度の変化量を算出するための算出部21と、転がり軸受2の疲労進行度を判定するための判定部22と、判定結果を出力するための出力部23とを備えている。
本例の疲労診断システム1aを用いて、転がり軸受2の疲労診断を行う方法を説明する。本例では、図9に示すように、転がり軸受2の疲労診断を行うにあたり、準備工程と、実行工程とを実行する。なお、本例の疲労診断方法では、本発明の疲労診断方法における診断工程に相当する実行工程は、必須の工程であり、準備工程は任意的である。
本例における準備工程は、転がり軸受2と同型の複数の試験用軸受を利用して、判定データを求めるために行う工程であり、通常、転がり軸受2が組み込まれた設備を備えた工場などの現場で行うのではなく、X線回折装置などを備えた別の施設で行う。このような準備工程は、転がり軸受2の疲労診断を行う際に、毎回行う必要はなく、1回だけ実施すれば足りる。本例では、準備工程は、次の第1準備工程(Sp1)と、第2準備工程(Sp2)と、第3準備工程(Sp3)とを備える。なお、準備工程を実施する前に、試験用軸受には脱磁処理を施しておく。
疲労進行度(%)=k×(マルテンサイト半価幅の減少量+a×残留オーステナイトの減少量)・・・(1)
上記(1)式中、kは軸受使用環境により定まる係数であり、aは金属材料により定まる係数である。
疲労進行度(%)=60×マルテンサイト半価幅の減少量・・・(2)
実行工程は、転がり軸受2を対象として疲労診断を行う工程(診断工程)であり、準備工程とは異なり、転がり軸受2が組み込まれた設備を備えた工場などの現場で行う。本例では、実行工程は、次の測定工程(Sa1)と、変化量算出工程(Sa2)と、判定工程(Sa3)とを備え、図11に示すように行う。
本例において、判定データを作成するために行った準備工程の実施例について説明する。本実施例では、試験用軸受として、円すいころ軸受(型番:HR32017XJ)を72個用意した。そして、72個の試験用軸受を対象に、内輪回転式の使用態様にて、強制潤滑給油により各部を潤滑しながら、回転軸(内輪)を1500min−1で回転させ、かつ、回転軸に対し試験荷重として、ラジアル荷重Frを61740N(6300kgf)負荷するとともに、アキシャル荷重Faを18620N(1900kgf)負荷する試験を行った。なお、試験用軸受(HR32017XJ)は、外径が130mm、内径が85mmであり、軸受部品(外輪、内輪、および円すいころ)はいずれも高炭素クロム軸受鋼製であった。
2 転がり軸受
3、3a、3X、3Y 磁気センサ
4、4a 診断装置
5 外輪
6 内輪
7 転動体
8 外輪軌道
9 内輪軌道
10 保持器
11 感磁部
12 プローブ
13 処理部
14 外部出力部
15 本体部
16 信号線
17 回転軸
18 接続ケーブル
19 入力部
20 記憶部
21 算出部
22 判定部
23 出力部
Claims (14)
- 転がり機械要素の疲労の進行状態を診断する方法であって、
前記転がり機械要素の磁場情報の変化に基づいて、前記転がり機械要素の疲労状態を診断する診断工程を備える、
転がり機械要素の疲労診断方法。 - 前記転がり機械要素は、磁性体材料製の軌道面を有する構成部品を備えた、転がり軸受または直動装置である、請求項1に記載の転がり機械要素の疲労診断方法。
- 前記診断工程は、前記構成部品の近傍に配置した磁気センサにより前記構成部品の磁場情報を測定する、測定工程を備える、請求項2に記載の転がり機械要素の疲労診断方法。
- 前記測定工程で測定した前記磁場情報に対応する磁束密度の値と、該磁束密度の値に設定されている閾値とを比較して、前記転がり軸受の疲労状態を診断する、請求項3に記載の転がり機械要素の疲労診断方法。
- 前記磁場情報は、前記構成部品の軸方向または/および径方向の磁束密度である、請求項3または4に記載の転がり機械要素の疲労診断方法。
- 前記診断工程は、前記構成部品の使用開始前における磁束密度に相当する基準磁束密度から、前記測定工程で測定した前記磁束密度への変化量を算出する、変化量算出工程を備える、請求項5に記載の転がり機械要素の疲労診断方法。
- 前記基準磁束密度は、前記構成部品のうちで、円周方向に関して非負荷圏に対応する部分おける磁束密度、または、前記構成部品のうちで、円周方向に関して負荷圏に対応する部分における使用開始前の磁束密度であり、および、前記測定工程で測定する磁束密度は、前記構成部品のうちで、円周方向に関して負荷圏に対応する部分における磁束密度である、請求項6に記載の転がり機械要素の疲労診断方法。
- 前記診断工程は、前記転がり機械要素と同型の試験用転がり機械要素を利用して、X線測定により予め求めておいた該試験用転がり機械要素の疲労進行度と、前記転がり機械要素と同型の試験用転がり機械要素を利用して、該試験用転がり機械要素の構成部品の軸方向または/および径方向の磁束密度の変化量との相関を示す判定データを利用して、前記変化量算出工程で算出した前記磁束密度の前記変化量から、前記転がり機械要素の疲労進行度を判定する、判定工程を備える、請求項6または7に記載の転がり機械要素の疲労診断方法。
- 前記判定データを求めるための準備工程をさらに備え、
前記準備工程は、
試験前後における前記試験用転がり機械要素の前記構成部品の軸方向または/および径方向の磁束密度の変化量を求める、第1準備工程と、
試験後の前記試験用転がり機械要素の疲労進行度を求める、第2準備工程と、
第2準備工程で求めた前記疲労進行度と、第1準備工程で求めた前記磁束密度の変化量との相関を示す判定データを作成する、第3準備工程と、
を備える、
請求項8に記載の転がり機械要素の疲労診断方法。 - 第1準備工程において、前記磁束密度の変化量を軸方向および径方向の両方で求め、前記判定データを、前記疲労進行度と、前記軸方向の磁束密度の変化量および前記径方向の磁束密度の変化量との相関を示すデータにより構成する、請求項8または9に記載の転がり機械要素の疲労診断方法。
- 前記判定データを、前記軸方向の磁束密度の変化量と前記径方向の磁束密度の変化量とを2軸とする座標上に、疲労進行度をマッピングした、判定マップにより構成する、請求項10に記載の転がり機械要素の疲労診断方法。
- 前記判定データを、前記疲労進行度と、前記軸方向または径方向のいずれかの前記磁束密度の変化量との相関を示すデータにより構成する、請求項8または9に記載の転がり機械要素の疲労診断方法。
- 前記転がり機械要素を分解することなく診断する、請求項1〜12のいずれかに記載の転がり機械要素の疲労診断方法。
- 診断対象となる転がり機械要素の構成部品の軸方向または/および径方向の磁束密度を測定可能な磁気センサと、
前記構成部品の使用開始前における磁束密度に相当する基準磁束密度から、前記磁気センサによって測定された前記磁束密度への変化量を算出可能な算出部と、
前記転がり機械要素と同型の試験用転がり機械要素を利用して、X線測定により予め求めておいた該試験用転がり機械要素の疲労進行度と、該試験用転がり機械要素の構成部品の軸方向または/および径方向の磁束密度の変化量との相関を示す、判定データを記憶した記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記判定データに基づき、前記算出部が算出した前記磁束密度の変化量から、前記転がり機械要素の疲労進行度を判定する判定部と、
を備える、転がり機械要素の疲労診断システム。
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