KR101772307B1 - 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치 - Google Patents

래디얼 롤링 베어링용 시험 장치 Download PDF

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닛본 세이고 가부시끼가이샤
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Abstract

래디얼 롤링 베어링용 시험 장치는, 래디얼 롤링 베어링의 내륜이 외감되는 회전축과, 회전축을 회전 구동하는 회전 구동부와, 래디얼 롤링 베어링의 일부를 침지시키는 윤활유를 저류하도록 구성된 윤활유 저류부와, 래디얼 롤링 베어링에 래디얼 하중을 부여하도록 구성된 하중 부여부를 구비한다. 윤활유 저류부의 저면은, 회전축의 중심축과 동심의 부분 원통상의 오목 곡면을 갖는다. 회전축을 지지하는 하우징은, 전체가 일체로 형성되어 있어도 된다.

Description

래디얼 롤링 베어링용 시험 장치{RADIAL-ROLLING-BEARING TESTING DEVICE}
본 발명은, 자동차, 각종 공작 기계, 각종 산업 기계 등의 회전 지지부에 삽입되는 래디얼 롤링 베어링의 내구성 평가를 실시하기 위한 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치에 관한 것이다.
롤링 베어링의 수명은, 롤링 베어링의 궤도륜이나 전동체의 재질, 형상, 크기, 윤활 상태, 하중 등의 각종 인자가 복잡하게 얽혀 변화된다. 따라서, 용도에 따른 적절한 내구성을 갖는 롤링 베어링을 얻기 위해서는, 각종 인자가 롤링 베어링의 수명에 미치는 영향을 알기 위한 시험을 실시할 필요가 있다. 도 7 은, 종래예에 있어서의 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치를 나타내고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치는, 고정 하우징 (1) 의 내측에, 회전축 (2) 의 선단부 (도 7 의 좌단부) 와 기단 근처 부분을, 각각이 공시 베어링인, 1 쌍의 래디얼 롤링 베어링 (3, 3) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하고 있다. 래디얼 롤링 베어링 (3, 3) 의 사이에 위치하는 회전축 (2) 의 중간부의 주위에, 가동 하우징 (4) 을, 회전축 (2) 과 동심으로 배치하고 있다. 가동 하우징 (4) 은, 고정 하우징 (1) 의 내부에, 직경 방향의 변위를 가능하게, 회전 방향의 변위를 저지한 상태로 형성되어 있다. 그리고, 가동 하우징 (4) 의 내주면과 회전축 (2) 의 중간부의 외주면의 사이에, 서포트 베어링 (5) 을 형성하고 있다. 그리고, 서포트 베어링 (5) 및 래디얼 롤링 베어링 (3, 3) 의 하반부를, 고정 하우징 (1) 의 내측에 형성된 윤활유 저류부 (6) 에 저류된 윤활유 중에 침지하고 있다. 윤활유 중에는, 필요에 따라, 금속 분말, 세라믹 분말 등의 이물질 (7, 7) 을 혼입한다. 유압 실린더 등의 가압 장치에 의해, 가동 하우징 (4) 에, 연직 방향 (도 7 의 상하 방향) 으로 향한 소망치의 래디얼 하중 (F) 을 자유롭게 부여하도록 하고 있다.
래디얼 롤링 베어링 (3, 3) 의 수명 시험을 실시하는 경우에는, 가압 장치에 의해 가동 하우징 (4) 을 압압(押壓)하여, 가동 하우징 (4), 서포트 베어링 (5) 및 회전축 (2) 을 개재하여 래디얼 롤링 베어링 (3, 3) 을 연직 방향으로 압압함과 함께, 회전축 (2) 을 회전 구동한다. 이 결과, 원하는 래디얼 하중 (F) 이 부가되면서, 원하는 회전 속도로 회전된 상태로, 래디얼 롤링 베어링 (3, 3) 의 내구성 평가를 위한 수명 시험을 실시할 수 있다. 상기 서술한 바와 같은 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치에 의해, 래디얼 롤링 베어링 (3, 3) 의 수명 시험을 실시하는 경우, 윤활유 저류부 (6) 내에서의 윤활유의 순환성을 확보하고, 윤활유의 유온(油溫) 등의 성상을 윤활유 저류부 (6) 내 전체에서 균일하게 하는 것이 중요하다.
그런데, 상기 서술한 바와 같은 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치의 경우, 신뢰성이 높은 평가를 실시하기 위해서는, 고정 하우징 (1) 의 강성을 충분히 높게 하는 것이 중요하다. 즉, 고정 하우징 (1) 의 강성이 충분하지 않은 경우, 래디얼 하중 (F) 을 지승하는 고정 하우징 (1) 의 부분이 변형 (탄성 변형) 될 가능성이 있다. 이로써, 래디얼 하중 (F) 을 공시 베어링인 래디얼 롤링 베어링 (3, 3) 에 정상적으로 부여할 수 없어, 시험 결과의 편차가 커질 가능성이 있다.
도 8 은, 제 2 종래예에 있어서의 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치를 나타내고 있다. 고정 하우징 (1a) 은, 상방이 개구한 직사각형 상자 모양으로, 평판상의 저판부 (8) 에, 서로 평행한 1 쌍의 측판부 (9, 9) 와, 측판부 (9, 9) 의 단부끼리를 연결한 1 쌍의 단판부를, 각각 용접 등에 의해 지지 고정하여 만든다. 고정 하우징 (1a) 을 구비한 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치에 의해, 래디얼 롤링 베어링 (3a) 의 수명 시험을 실시할 때에는, 래디얼 롤링 베어링 (3a) 의 볼 (10, 10) 의 회전 (공전) 에 수반하여, 고정 하우징 (1a) 의 내측에 형성된 윤활유 저류부 (6a) 내의 윤활유에, 각 볼 (10, 10) 의 회전 방향과 동일한 방향의 흐름이 야기된다. 이 제 2 종래예의 경우, 저판부 (8) 의 상면과 측판부 (9, 9) 의 내측면의 경계 부근의 구석부 (도 8 에 쇄점 α 로 둘러싼 부분) 에서, 윤활유의 체류가 일어나기 쉽다. 이 결과, 윤활유 저류부 (6a) 내에서, 윤활유의 성상이 불균일해질 가능성이 있다. 특히, 윤활유 중에 이물질 (7, 7) 을 혼입했을 경우, 이물질 (7, 7) 이 구석부에 체류하고, 공시 베어링인 래디얼 롤링 베어링 (3a) 의 부하권에 적절히 보낼 수 없게 되어, 신뢰성이 높은 시험을 실시할 수 없을 가능성이 있다.
일본 공개특허공보 2007－003196호
본 발명은, 신뢰성이 높은 시험을 실시할 수 있는 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치는, 래디얼 롤링 베어링의 내구성 평가 (수명 시험) 를 실시하기 위해 사용된다. 수명 시험의 대상이 되는 래디얼 롤링 베어링은, 외륜과 내륜과 복수의 전동체를 구비한다. 외륜은, 외륜 궤도가 형성된 내주면을 갖는다. 내륜은, 내륜 궤도가 형성된 외주면을 갖는다. 전동체는, 외륜 궤도와 내륜 궤도의 사이에 자유롭게 전동하도록 형성되어 있다.
본 발명의 제 1 양태에 의하면, 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치는, 회전축과 윤활유 저류부와 회전 구동부와 하중 부여부를 구비한다. 회전축에는, 공시 베어링인 래디얼 롤링 베어링의 내륜이 외감된다. 회전 구동부는, 회전축을 회전 구동하도록 구성되어 있다. 윤활유 저류부는, 래디얼 롤링 베어링의 일부를 침지하는 윤활유를 저류하도록 구성되어 있다. 하중 부여부는, 래디얼 롤링 베어링에 래디얼 하중을 부여하도록 구성되어 있다.
윤활유 저류부의 저면은, 회전축의 중심축 (래디얼 롤링 베어링의 중심축) 과 동심의 부분 원통상의 오목 곡면을 갖는다. 윤활유 저류부의 저면의 곡률 반경은, 래디얼 롤링 베어링의 외경의 0.6 배 이상, 2 배 이하인 것이 바람직하고, 래디얼 롤링 베어링의 외경 이하인 것이 보다 바람직하다. 회전축을 회전 구동하기 이전 상태로, 윤활유의 유면 (상면) 을, 회전축의 중심축 상에 위치시켜도 된다.
래디얼 롤링 베어링용 시험 장치는, 윤활유의 유온을 원하는 온도로 유지하도록 구성된 히터와, 래디얼 롤링 베어링이 내감되는 지지 슬리브를 추가로 구비해도 된다. 히터는, 윤활유 저류부의 저면 지지 슬리브의 외주면의 사이에 형성된다. 히터는, 히터의 하면과 윤활유 저류부의 저면의 사이, 및 히터의 상면과 지지 슬리브의 외주면의 사이에 간극을 개재시킨 상태로 형성한다. 히터는, 윤활유 저류부의 저면을 따라 만곡시켜도 된다.
윤활유 중에, 금속 분말, 세라믹 분말 등의 이물질을 혼입해도 된다. 하중 부여부는, 수평 방향으로 래디얼 하중을 부여한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치는, 하우징과 회전축과 회전 구동부와 하중 부여부를 구비한다. 회전축은, 상기 하우징의 내측에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되고, 상기 래디얼 롤링 베어링의 내륜이 외감된다. 회전 구동부는, 회전축을 회전 구동하도록 구성되어 있다. 하중 부여부는, 래디얼 롤링 베어링에 래디얼 하중을 부여하도록 구성되어 있다.
하우징은, 복수의 부재를 연결 (고정) 하여 구성하는 것은 아니고, 전체가 일체로 형성되어 있다. 하우징은, 예를 들어, 탄소 강제이다. 이 하우징은, 탄소 강제인 소재에 단조 가공을 실시하고, 추가로 필요에 따라 절삭 가공을 실시함으로써 만든다.
하우징의 내측에, 래디얼 롤링 베어링의 일부를 침지하는 윤활유를 저류하도록 구성된 윤활유 저류부를 형성해도 된다. 하중 부여부는, 수평 방향으로 래디얼 하중을 부여해도 된다. 윤활유 저류부의 저면은, 회전축의 중심축과 동심의 부분 원통상의 오목 곡면을 가져도 된다. 윤활유 저류부의 저면의 곡률 반경은, 래디얼 롤링 베어링의 외경의 0.6 배 이상, 2 배 이하인 것이 바람직하고, 래디얼 롤링 베어링의 외경 이하인 것이 보다 바람직하다. 윤활유 중에, 금속 분말, 세라믹 분말 등의 이물질을 혼입해도 된다.
상기 서술한 시험 장치에 의하면, 윤활유를 저류하는 윤활유 저류부의 저면이, 회전축의 중심축과 동심의 부분 원통상의 오목 곡면을 갖기 때문에, 윤활유가 윤활유 저류부 내에서 체류하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 윤활유를 순환시킬 수 있다. 따라서, 윤활유의 성상을 윤활유 저류부 내 전체에서 균일하게 할 수 있다. 이로써, 래디얼 롤링 베어링의 수명에 관해서, 신뢰성이 높은 평가를 실시하는 것이 가능하게 된다.
상기 서술한 시험 장치에 의하면, 하우징 전체가 일체로 형성되어 있기 때문에, 하우징의 강성을 충분히 높게 할 수 있고, 래디얼 하중을 공시 베어링인 래디얼 롤링 베어링에 정상적으로 부여할 수 있다. 이 결과, 시험 결과의 편차를 억제하고, 래디얼 롤링 베어링의 수명에 관해서, 신뢰성이 높은 평가를 실시하는 것이 가능하게 된다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 있어서의 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치의 단면도.
도 2 는, 도 1 의 II－II 선을 따른 단면도를 포함하는 모식도.
도 3a 는, 고정 하우징의 평면도.
도 3b 는, 고정 하우징의 측면도.
도 4a 는, 래디얼 하중을 연직 방향으로 부여하는 것의 문제점을 설명하기 위한 단면도.
도 4b 는, 래디얼 하중을 연직 방향으로 부여하는 것의 문제점을 설명하기 위한 다른 단면도.
도 5a 는, 회전축의 회전 방향의 규제에 의한 효과를 설명하기 위한 단면도.
도 5b 는, 회전축의 회전 방향의 규제에 의한 효과를 설명하기 위한 다른 단면도.
도 6 은, 고정 하우징을 일체로 형성하는 것에 의한 효과를 설명하기 위한 비교예를 나타내는 도면.
도 7 은, 제 1 종래예에 있어서의 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치의 단면도.
도 8 은, 도 7 의 VIII－VIII 선을 따른 단면에 상당하는, 제 2 종래예에 있어서의 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치의 단면도.
도 1 ∼ 3b 는, 본 발명의 실시형태에 있어서의 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치를 나타내고 있다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 회전축 (2a) 의 선단부와 기단 근처 부분을 고정 하우징 (1b) 에 대해, 각각이 공시 베어링인, 1 쌍의 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 에 의해 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하고 있다. 즉, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 내륜 (11, 11) 을, 회전축 (2a) 의 선단부와 기단 근처 부분에 외감하고 있다. 내륜 (11, 11) 의 내측면은, 회전축 (2a) 의 중간부에 형성한 단차부 (12, 12) 에, 와셔 (13, 13) 를 개재하여 충돌하고 있다. 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 외륜 (14, 14) 을, 회전축 (2a) 의 축방향으로 이격하는 상태에서 연직 방향으로 수직 형성된 고정 하우징 (1b) 의 한 쌍의 축방향 측벽부 (15, 15) 에 지지하고 있다. 축방향 측벽부 (15, 15) 에 형성한 원공 (16, 16) 의 내측에 대략 원통상의 지지 슬리브 (17a, 17b) 를 장착하고 있다. 그리고, 각 외륜 (14, 14) 을, 지지 슬리브 (17a, 17b) 의 선단부 내주면에 형성한 원통면상의 지지부 (18a, 18b) 에 내감하고 있다. 래디얼 롤링 베어링 (3b) 의 외륜 (14) 의 외측면을, 지지 슬리브 (17a) 의 지지부 (18a) 의 안쪽 단부에 형성한 단차면에 충돌하고 있다. 이로써, 래디얼 롤링 베어링 (3b) 을, 와셔 (13) 의 외측면과 지지 슬리브 (17a) 의 지지부 (18a) 의 단차면의 사이에서 축방향으로 강하게 협지하고 있다. 이것에 대해, 타방의 래디얼 롤링 베어링 (3c) 의 외륜 (14) 의 외측면은, 타방의 지지 슬리브 (17b) 의 내측에 축방향 변위를 가능하게 삽입 (끼워 넣음) 한 피스톤부 (19) 의 선단면에 충돌하고 있다. 이로써, 래디얼 롤링 베어링 (3c) 을, 와셔 (13) 의 외측면과 피스톤부 (19) 의 선단면의 사이에서 축방향으로 강하게 협지하고 있다. 본 예의 경우, 피스톤부 (19) 의 기단면을, 도시되지 않은 유압 실린더 등의 가압 장치에 의해 압압함으로써, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 에 소망치의 엑시얼 하중 (Fa) 을 부여할 수 있도록 하고 있다.
회전축 (2a) 의 중간부의 주위에 회전축 (2a) 과 동심으로, 대략 원통상의 가동 하우징 (4a) 을 배치하고 있다. 그리고, 가동 하우징 (4a) 의 내주면과 회전축 (2a) 의 중간부의 외주면의 사이에, 1 쌍의 서포트 베어링 (5a, 5a) 을 형성하고 있다. 가동 하우징 (4a) 은, 고정 하우징 (1a) 의 내부에, 직경 방향의 변위를 가능하게, 또한, 회전 방향의 변위를 저지한 상태로 형성되어 있다. 본 예의 경우, 가동 하우징 (4a) 에, 수평 방향으로 소망치의 래디얼 하중 (Fr) 을 부여할 수 있도록 하고 있다. 즉, 고정 하우징 (1b) 의 축방향 측벽부 (15, 15) 의 단부끼리를 연속시킨 1 쌍의 폭방향 측벽부 (20a, 20b) 중, 폭방향 측벽부 (20a) 에 수평 방향으로 관통하는 상태로 형성한 통공(通孔) (21) 에, 대략 원주상의 압압 지그 (22) 의 선단부를 삽입 통과하고, 압압 지그 (22) 의 기단면 (도 2 의 우단면) 에, 고정 하우징 (1b) 의 (폭방향 측벽부 (20a)) 의 외측에 설치한, 유압 실린더 등의 가압 장치의 압압 로드 (23) 의 선단면 (도 2 의 좌단면) 을, 강구 (24) 및 압압판 (25) 을 개재하여 충돌하여, 래디얼 하중 부여부를 구성하고 있다. 압압판 (25) 의 외측면에 진동 센서 (26) 를 형성하고, 진동 센서 (26) 에 의해 압압판 (25) 의 진동을 검출함으로써, 각 부재 (2a, 5a, 4a, 22) 를 개재하여 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 진동을 자유롭게 검출하도록 하고 있다.
회전축 (2a) 을, 직접 혹은 무단 벨트가 걸쳐진 풀리 및 커플링을 개재하여, 전동 모터 등의 구동원의 출력축에 접속하고, 회전축 (2a) 을 원하는 회전 속도로 회전 구동하기 위한 회전 구동부를 구성하고 있다.
본 예의 경우, 고정 하우징 (1b) 은, 도 3a 에 나타내는 바와 같이, 상방이 개구한 대략 직사각형 상자 모양으로, 탄소 강제의 소재에 단조 가공 및 절삭 가공을 실시하여 만듦으로써, 전체를 일체로 형성하고 있다. 고정 하우징 (1b) 의 내측에는, 윤활유 저류부 (6b) 가 형성되어 있고, 윤활유 저류부 (6b) 의 저면은, 회전축 (2a) 과 동심의 부분 원통상의 오목 곡면으로 되어 있다. 윤활유 저류부 (6b) 의 저면의 곡률 반경 (r) 은, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 외경 (D) 의 0.6 배 이상, 2 배 이하 (0.6D ≤ r ≤ 2D) 바람직하게는 외경 (D) 이하로 하고 있다. 윤활유 중 항상 침지되는 윤활유 저류부 (6b) 의 저부에는, 히터 (27) 를 형성하고 있다. 구체적으로는, 윤활유 저류부 (6b) 의 저면과 가동 하우징 (4a) 및 지지 슬리브 (17a, 17b) 의 외주면의 사이에, 판상의 히터 (27) 를 형성하고 있다. 히터 (27) 의 하면과 윤활유 저류부 (6b) 의 저면의 사이, 그리고, 히터 (27) 의 상면과 가동 하우징 (4a) 및 지지 슬리브 (17a, 17b) 의 외주면의 사이에 간극을 개재시키고 있다. 히터 (27) 는, 윤활유 저류부 (6b) 의 저면을 따라 만곡하고 있다. 즉, 히터 (27) 의 상하면을, 회전축 (2a) 의 중심축과 동심의 부분 원통상의 곡면으로 하고 있다. 윤활유 저류부 (6b) 에는, 원하는 비율로 금속 분말이나 세라믹 분말 등의 이물질 (7, 7) 을 혼입한 윤활유를 저류하고 있다. 이 때문에, 실험 개시부터 실험 종료까지의 사이 중, 윤활유 중의 이물질 (7, 7) 의 혼입율이 변화되지 않는다. 그리고, 회전축 (2a), 나아가서는 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 및 서포트 베어링 (5a, 5a) 의 회전에 수반하여, 윤활유가 교반되어, 이물질 (7, 7) 이 윤활유 중에서 균일하게 분산된다. 윤활유 저류부 (6b) 내에, 윤활유 저류부 (6b) 내의 윤활유의 흐름을 적정하게 하기 위한 정류 수단을 형성해도 된다.
상기 서술한 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치에 의해, 공시 베어링인 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 내구성 시험 (수명 시험) 을 실시하는 경우에는, 회전축 (2a) 에 의한 교반 효과 및 부하권의 윤활성을 고려하여, 윤활유 저류부 (6b) 내에 윤활유를, 회전축 (2a) 을 회전 구동하기 이전 상태로, 회전축 (2a) 의 하단부로부터 상단부의 범위 내로 규제하는 것이 바람직하다. 즉, 윤활유의 유면 (상면) 을, 회전축 (2a) 의 하단부보다 하방으로 설정하면, 회전축 (2a) 에 의한 교반 효과를 얻을 수 없게 되고, 회전축 (2a) 의 상단부보다 상방으로 설정하면, 부하권의 대부분이 윤활유 중에 침지해 버려, 이물질의 영향이 나타나기 어려워져, 시험 시간이 길어진다. 그래서, 본 예의 경우에는, 윤활유의 유면이 회전축 (2a) 의 중심축 상에 위치하도록 저류하고 있다. 그리고, 회전축 (2a) 을 회전 구동하기 이전 상태로, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 하반부만을 윤활유 중에 침지하고 있다. 이로써, 수명 시험 중에, 회전축 (2a) 의 외주면의 적어도 하단부가 윤활유 중에 침지하고, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 이 직경 방향에 관해서 적어도 하단으로부터 1/3 의 부분이 윤활유 중에 침지한 상태가 되도록 하고 있다. 그리고, 히터 (27) 에 의해 윤활유의 유온을 원하는 온도 (예를 들어 100 ℃) 로 유지한다. 본 예의 경우, 윤활유의 유면을, 회전축 (2a) 을 회전 구동하기 이전 상태로, 회전축 (2a) 의 중심축 상에 위치시키고 있기 때문에, 수명 시험 중에도, 회전축 (2a) 이나 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 을 소정의 온도의 범위 내로 유지하기 쉽다. 피스톤부 (19) 의 기단면을 압압함으로써 회전축 (2a) 을 축방향으로 압압하고, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 에 원하는 엑시얼 하중 (Fa) 을 부가한다. 또한, 압압 로드 (23) 에 의해 가동 하우징 (4a) 의 외주면을 압압함으로써 회전축 (2a) 을 수평 방향으로 압압하고, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 에 원하는 래디얼 하중 (Fr) 을 부가한다. 이 상태에서, 회전축 (2a) 을, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 볼 (10, 10) 의 회전 (공전) 방향이, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 원주 방향에 관해서 래디얼 하중 (Fr) 의 작용 방향 전방에 위치하는 부하권 (도 2 에 굵은 선으로 나타내는 부분) 을, 하방으로부터 상방을 향해 통과하는 방향 (도 2 의 시계 방향) 으로, 원하는 회전 속도로 회전 구동한다. 이 결과, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 이, 원하는 래디얼 하중 (Fr) 및 엑시얼 하중 (Fa) 이 부가되면서 원하는 회전 속도로 회전 구동된다. 이 상태에서, 진동 센서 (26) 가 검출하는 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 진동치 (진폭) 가, 시험 개시 시의 초기 진동치의 1.5 배 이상, 3 배 미만 (예를 들어 2 배) 으로 설정된 임계값을 초과한 시점을 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 수명으로 하여, 시험을 종료한다. 임계값이 초기 진동치의 1.5 배 미만의 경우, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 이외의 파손에 기초하는 진동에 의해 시험이 종료될 가능성이 있다. 임계값이 3 배 이상인 경우는, 파손이 대폭 진행되어 버려, 파손의 기점이 된 부위를 특정할 수 없게 될 가능성이 있다. 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 을 교환할 때에는, 지지 슬리브 (17a, 17b) 를 축방향 외방으로 변위시킨 상태로, 회전축 (2a) 의 축방향 양측으로부터 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 교환을 실시한다.
상기 서술한 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치에 의하면, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 수명 시험에 있어서, 윤활유가 윤활유 저류부 (6b) 내에서 체류하는 것을 방지하여, 윤활유의 성상을 윤활유 저류부 (6b) 내 전체에서 균일하게 할 수 있다. 즉, 본 예의 경우에는, 윤활유 저류부 (6b) 의 저면을, 회전축 (2a) 의 중심축과 동심의 부분 원통상의 오목 곡면으로 하고 있기 때문에, 윤활유 저류부 (6b) 내에서 윤활유나 윤활유 중에 혼입한 대소 여러 가지 크기의 이물질 (7, 7) 이 체류 (퇴적) 하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 전술한 도 6 에 나타낸 비교예에 관련된 구조의 경우, 고정 하우징 (1c) 의 내측에 형성한 윤활유 저류부 (6a) 중에서, 저판부 (8a) 의 상면과 측판부 (9a, 9a) 의 내측면의 경계 부근의 구석부 (도 6 에 쇄선 α 로 둘러싼 부분) 에, 윤활유나 윤활유 중에 혼입한 이물질 (7, 7) 이 체류하기 쉬워진다. 이것에 대해, 본 예의 경우, 윤활유 저류부 (6b) 의 저면을 부분 원통상의 오목 곡면으로 함으로써, 윤활유나 이물질 (7, 7) 의 체류를 방지하고 있다. 윤활유 저류부 (6b) 내를 세정할 때에, 이물질 (7, 7) 이 구석부에 부착하여 잔류하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 예의 경우, 윤활유 저류부 (6b) 의 저면과, 가동 하우징 (4a) 및 지지 슬리브 (17a, 17b) 의 외주면의 사이에 히터 (27) 를, 각 면과 히터 (27) 의 상하면의 사이에 각각 간극을 개재시킨 상태로 형성하고 있다. 이 때문에, 유로의 스로틀에 기초하여, 히터 (27) 의 상하 양측에서 윤활유의 유속을 빠르게 할 수 있어, 윤활유나 이물질 (7, 7) 이 보다 체류하기 어렵게 할 수 있다. 윤활유와의 열교환을 효율적으로 실시할 수 있다. 특히, 본 예의 경우, 윤활유 저류부 (6a) 의 저면의 곡률 반경 (r) 을, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 외경 (D) 의 0.6 배 이상, 2 배 이하로 하고 있기 (0.6D ≤ r ≤ 2D) 때문에, 필요로 하는 윤활유의 유량을 증대시키지 않고, 윤활유의 순환성을 양호하게 할 수 있다. 또한, 곡률 반경 (r) 을, 외경 (D) 이하 (r ≤ D) 로 하면, 윤활유의 유량을 보다 저감할 수 있다. 즉, 곡률 반경 (r) 을, 외경 (D) 의 2 배보다 크게 한 경우 (r ＞ 2D), 필요로 하는 윤활유의 유량이 증대한다. 한편, 곡률 반경 (r) 을, 외경 (D) 의 0.6 배 미만으로 한 경우 (r ＜ 0.6D), 히터 (27) 의 상하 양측의 간극이 너무 좁아져, 윤활유의 순환성이 저하된다. 히터 (27) 의 상하 양측에 간극을 형성함으로써, 히터 (27) 의 상하면과 윤활유의 접촉 면적을 넓게 할 수 있어, 윤활유의 유온 조절을 효율적으로 실시할 수 있다. 윤활유 저류부 (6b) 의 저면을 오목 곡면으로 하여, 윤활유 저류부 (6b) 의 표면을 매끄럽게 연속시키고 있기 때문에, 윤활유 저류부 (6b) 의 표면이 균일하게 열을 흡수 또는 방산할 수 있어, 유온의 편차를 방지할 수 있다. 구체적으로는, 윤활유 저류부 (6a) 내에 저류된 윤활유의 유온을, 원하는 온도 ±3 ℃ 의 범위 내로 조절 가능하게 된다.
본 예의 경우, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 하반부만을 윤활유 중에 침지하고, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 에 대해 수평 방향으로 래디얼 하중 (Fr) 을 부여하고 있다. 또한, 회전축 (2a) 의 회전 방향을 규제하고, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 볼 (10, 10) 이, 부하권을 하방으로부터 상방을 향해 통과하는 방향으로 회전 (공전) 하도록 하고 있다. 이 때문에, 래디얼 하중 (Fr) 의 작용 방향 전방에 위치하는 부하권의 윤활 상태를 적정한 상태로 할 수 있어, 부하권에서 윤활유가 부족 내지 고갈되는 경향이 되어, 시험 결과의 편차가 커지거나, 윤활 상태가 과잉이 되어, 시험 시간이 증대하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 각 볼 (10, 10) 의 공전 방향을 규제하고 있기 때문에, 윤활유 저류부 (6b) 내에 저류된 윤활유 중에 혼입한 이물질 (7, 7) 을, 부하권에 적절히 보낼 수 있어, 이 면에서도 시험 결과가 안정된다 (편차가 억제된다).
상기 서술한 점에 대해서, 도 2 에 더하여 도 4a ∼ 5B 를 이용하여 설명한다. 도 4a 와 도 4b 는, 전술한 종래예와 마찬가지로, 공시 베어링인 래디얼 롤링 베어링 (3d) 에 대해, 래디얼 하중을 연직 방향으로 부여하는 구조를 나타내고 있다. 먼저, 래디얼 롤링 베어링 (3d) 의 내륜 (11) 을, 회전축 (2a) 을 개재하여 연직 방향 하방향으로 압압한 경우, 도 4a 에 나타내는 바와 같이, 래디얼 롤링 베어링 (3d) 의 하단부 (굵은 선으로 나타낸 부분) 가 부하권이 된다. 즉, 하단부에 래디얼 하중 (F) 이 부여된다. 래디얼 롤링 베어링 (3d) 은, 하반부를 윤활유 중에 침지하고 있기 때문에, 부하권의 윤활 상태가 과잉이 되어 (너무 양호하게 되어), 시험 시간이 증대한다. 한편, 서포트 베어링 (5) (도 7 참조) 은 상단부가 부하권이 되어, 부하권의 윤활유가 부족 내지 고갈되는 경향이 된다. 이 결과, 서포트 베어링 (5) 의 수명이 짧아져, 서포트 베어링 (5) 을 빈번히 교환할 필요가 있다. 서포트 베어링 (5) 의 수명이 래디얼 롤링 베어링 (3d) 의 수명보다 짧아져, 래디얼 롤링 베어링 (3d) 의 수명 시험을 정상적으로 실시할 수 없게 될 가능성이 있다. 이것에 대해, 래디얼 롤링 베어링 (3d) 의 내륜 (11) 을, 회전축 (2a) 을 개재하여 연직 방향 상방향으로 압압한 경우, 도 4b 에 나타내는 바와 같이, 래디얼 롤링 베어링 (3d) 의 상단부 (굵은 선으로 나타낸 부분) 가 부하권이 된다. 즉, 상단부에 래디얼 하중 (F) 이 부가된다. 부하권이 되는 상단부에서는 윤활유가 부족 내지 고갈되는 경향이 되기 때문에, 수명 시험을 실시한 경우에, 어떠한 원인으로 래디얼 롤링 베어링 (3d) 의 상단부에 윤활유의 비말이 튀는지, 튀지 않는지에 따라, 시험 결과가 크게 차이가 날 가능성이 있다. 이러한 편차는, 윤활유 중에 이물질 (7, 7) 을 혼입했을 경우에 현저해진다.
이것에 대해, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 에 대해 수평 방향으로 래디얼 하중 (Fr) 을 부여함과 함께, 각 볼 (10, 10) 의 공전 방향을, 부하권을 하방으로부터 상방을 향해 통과하는 방향으로 한 경우, 도 5a 에 나타내는 바와 같이, 윤활유 중에, 윤활유 저류부 (6b) 의 저부로부터 부하권으로 향하는 흐름을 야기할 수 있다. 이 결과, 부하권 중에서, 윤활유 중에 침지하고 있지 않은 부분에도, 윤활유의 일부를 튀기도록 뿌릴 수 있기 때문에, 윤활유를 적당히 널리 퍼지게 할 수 있어, 안정적인 시험을 실시하는 것이 가능하게 된다. 윤활유 중에 혼입한 이물질 (7, 7) 을 부하권에 적절히 보낼 수 있다. 한편, 각 볼 (10, 10) 의 공전 방향을, 부하권을 상방으로부터 하방을 향해 통과하는 방향으로 한 경우, 도 5b 에 나타내는 바와 같이, 윤활유 중에, 래디얼 롤링 베어링 (3b (3c)) 의 원주 방향에 관해서 부하권과 반대측으로 향하는 흐름이 야기된다. 이 때문에, 부하권 중에서, 윤활유 중에 침지하고 있지 않은 부분에서는 윤활유가 부족하다. 따라서, 윤활유가 부족한 부분 (범위) 은, 약간의 비말의 영향으로 윤활 상태가 변화되어, 시험 결과가 차이가 나는 요인이 된다. 부하권에 적절한 양의 이물질 (7, 7) 을 보낼 수 없게 된다 (이물질 (7, 7) 은 윤활유의 흐름에 의해 비부하권측에 모여 버린다). 회전축 (2a) 을 회전 구동하기 이전의 상태에서, 윤활유의 유면이 회전축 (2a) 의 중심축 상에 위치하도록 하고 있기 때문에, 가동 하우징 (4a) 의 외주면과 압압 지그 (22) 의 선단면의 맞닿음부를 윤활하여, 이들 면의 사이에서 프레팅이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 회전축 (2a) 의 외주면의 적어도 하단부를, 윤활유 중에 침지시키기 때문에, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 및 회전축 (2a) 등의 고정 하우징 (1b) 의 내측에 배치된 부재의 온도 변화를 억제할 수 있다.
또한, 본 예의 경우, 고정 하우징 (1b) 을, 전체를 일체로 형성하고 있기 때문에, 래디얼 하중 (Fr) 및 엑시얼 하중 (Fa) 에 대한 강성을 높게 할 수 있다. 이 점에 대해서, 도 2 에 더하여, 비교예에 관련된 구조를 나타낸 도 6 을 이용하여 설명한다. 고정 하우징 (1c) 은, 전술한 제 2 종래예의 경우와 마찬가지로, 상방이 개구한 직사각형 상자 모양으로, 평판상의 저판부 (8a) 에, 서로 평행한 1 쌍의 측판부 (9a, 9a) 와, 측판부 (9a, 9a) 의 단부끼리를 연결한 1 쌍의 단판부를, 각각 용접 등에 의해 지지 고정함으로써 만들어져 있다. 즉, 고정 하우징 (1b) 은, 5 매의 판재를 연결함으로써 만들어져 있다. 이 때문에, 회전축 (2a) 에 부여하는 수평 방향의 래디얼 하중 (Fr) 을 크게 한 경우에, 래디얼 하중 (Fr) 의 작용 방향 전측에 위치하고, 래디얼 하중 (Fr) 을 지승하는 고정 하우징 (1c) 의 측판부 (9a) (도 6 의 좌측) 가, 래디얼 하중 (Fr) 의 작용 방향을 향해 넘어지는 방향으로 변형될 가능성이 있다. 이 결과, 래디얼 하중 (Fr) 을 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 에 정상적으로 부여할 수 없게 되어, 시험 결과의 편차가 커질 가능성이 있다. 이것에 대해, 본 예의 경우, 고정 하우징 (1b) 은 전체를 일체로 형성하여, 래디얼 하중 (Fr) 에 대한 강성을 높게 하고 있기 때문에, 래디얼 하중 (Fr) 을 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 에 정상적으로 부여하여, 시험 결과의 편차를 방지할 수 있다. 또한, 고정 하우징 (1b) 은 전체를 일체로 형성함과 함께, 윤활유 저류부 (6b) 의 저면을 오목 곡면으로 하여, 폭방향 측벽부 (20a, 20b) 의 판두께를 상단보다 하단측에서 크게 하고 있기 때문에, 래디얼 하중 (Fr) 에 대한 강성을 더욱 높게 할 수 있다. 윤활유 저류부 (6b) 의 내면에, 복수의 판재를 조합함으로써 형성되는 이음매가 없기 때문에, 전열성을 양호하게 할 수 있다. 또한, 윤활유 저류부 (6b) 내를 세정할 때에, 이물질 (7, 7) 이 이음매에 부착되어 (걸려) 잔류하지 않는다. 이 면에서도, 윤활유의 성상을 균일하게 유지하여, 시험 결과의 편차를 억제할 수 있다.
또한, 본 예의 경우, 진동 센서 (26) 를, 선단면을 가동 하우징 (4a) 에 맞닿은 압압 지그 (22) 의 기단면과, 압압 로드 (23) 에 의해 압압된 강구 (24) 의 사이에 형성한 압압판 (25) 에 설치하고 있다. 즉, 진동 센서 (26) 를, 래디얼 하중 (Fr) 의 작용 방향에 관해서 직렬로 형성한 압압판 (25) 의 진동을 검지하도록 형성하고 있기 때문에, 래디얼 롤링 베어링 (3b, 3c) 의 진동의 검출 정밀도가 향상된다. 또, 압압 지그 (22) 의 기단면과 압압판 (25) 을 면접촉시키고 있다. 이 면에서도 진동의 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 진동 센서 (26) 는, 고정 하우징 (1b) 의 외측에 형성하고 있기 때문에, 진동 센서 (26) 에 윤활유의 비말이 튀거나, 히터 (27) 가 발생하는 열에 의해 고온이 되는 것을 방지할 수 있다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시형태의 효과를 확인하기 위해 실시한 실험에 대해 설명한다. 실험은, 내구 평가 시험을 위한 수명 시험을, 시험 장치 및 회전축의 회전 방향이 상이한 예를 대상으로, 각각 10 회씩 실시하고, 시험 결과의 편차에 대해 검증했다. 실시예 및 비교예 1 에 대해서는 상기 실시형태에 관련된 시험 장치를 사용하고, 비교예 2 에 대해서는 도 6 에 나타내는 시험 장치를 사용했다. 수명 시험의 조건은, 다음과 같다. 회전축의 회전 방향은, 실시예 및 비교예 2 에 대해서는, 공시 베어링의 전동체가 부하권을 하방으로부터 상방을 향해 통과하는 방향으로 하고, 비교예 1 에 대해서는, 전동체가 부하권을 상방으로부터 하방을 향해 통과하는 방향으로 했다.
공시 베어링 ： 호칭 번호 6208 (외경 = 80 mm, 내경 = 40 mm, 폭 = 18 mm)
시험 하중 ： 7300N｛P/C (부하 하중/정격 하중) = 0.25｝
회전 속도 ： 4500 min-1
시험 온도 ： 100 ℃
윤활유 ： 트랜스미션유
이물질 ： 철계 금속 분말을 소정량 혼입
이와 같은 조건하에, 진동 센서가 검출하는 공시 베어링의 진동치가 초기 진동치의 2 배가 된 시점을, 공시 베어링의 수명으로 했다. 그리고, 그 시점에서 시험을 중단하고, 내륜 궤도 및 외륜 궤도, 그리고, 각 전동체의 전동면의 박리의 유무를, 육안으로 확인했다. 최장 시험 시간은, 500 시간 (Hr) 으로 하고, 500 시간 경과 시점에서 진동치가 초기 진동치의 2 배에 도달하지 않은 공시 베어링에 관해서는, 이후의 시험은 중단으로 했다. 수명 시험의 결과를, 표 1 에 나타낸다.
Figure 112015095110174-pct00001
표 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예에서는, 비교예 1 ∼ 2 와 비교해서, 시험 결과의 편차가 억제되어 있다. 즉, 비교예 1 의 경우, 부하권 중에서 윤활유에 침지되어 있지 않은 부분에 윤활유가 부족함과 함께, 이물질을 공시 베어링에 충분히 공급할 수 없기 때문에, 수명의 최대치와 최소치의 차가 5 배 이상이 되고, 와이불 슬로프의 값도 1.8 로 낮다. 또한, 각 공시 베어링마다, 내륜, 외륜 및 볼의 어느 것이나 파손되어 있고, 파손 부위에도 편차가 생겼다. 비교예 2 의 경우, 수평 방향으로 부가되는 래디얼 하중에 대한 고정 하우징의 강성이 부족하고, 고정 하우징의 측판부에 탄성 변형이 생기기 때문에, 공시 베어링에 래디얼 하중을 정상적으로 부여할 수 없다. 비교예 2 의 경우, 공시 베어링에 래디얼 하중을 정상적으로 부여할 수 없고, 이물질을 공시 베어링에 충분히 공급할 수 없기 때문에, 4 할의 공시 베어링에서 중단하여 시간을 초과했다. 이것에 대해, 실시예의 경우에는, 수명의 최대치와 최소치의 차가 1.6 배로 작고, 와이불 슬로프의 값도 6.3 으로 높아져 있다. 파손 부위는, 내륜 혹은 내외륜으로 되어 있다.
본 발명은, 2013 년 4 월 5 일 출원된 일본 특허 출원 2013－079789호 및 2013 년 4 월 5 일 출원된 일본 특허 출원 2013－079790호에 기초하여, 그 내용은 참조로서 여기에 받아들여진다.
1, 1a ∼ 1c : 고정 하우징
2, 2a : 회전축
3, 3a ∼ 3d : 래디얼 롤링 베어링
6, 6a, 6b : 윤활유 저류부
7 : 이물질
10 : 볼
11 : 내륜
14 : 외륜
17a, 17b : 지지 슬리브
22 : 압압 지그
23 : 압압 로드
24 : 강구
25 : 압압판
27 : 히터

Claims (13)

  1. 외륜 궤도가 형성된 내주면을 갖는 외륜과, 내륜 궤도가 형성된 외주면을 갖는 내륜과, 상기 외륜 궤도와 상기 내륜 궤도의 사이에 자유롭게 전동하도록 형성된 복수의 전동체를 구비한 래디얼 롤링 베어링의 베어링 수명의 시험을 실시하기 위한 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치로서,
    상기 래디얼 롤링 베어링의 내륜이 외감되는 회전축과,
    상기 회전축을 회전 구동하는 회전 구동부와,
    상기 래디얼 롤링 베어링의 일부를 침지시키는 윤활유를 저류하도록 구성된 윤활유 저류부와,
    상기 래디얼 롤링 베어링에 래디얼 하중을 부여하도록 구성된 하중 부여부와,
    상기 윤활유의 유온을 원하는 온도로 유지하도록 구성된 히터와,
    상기 래디얼 롤링 베어링이 내감되는 지지 슬리브를 구비하고,
    상기 윤활유 저류부의 저면은, 상기 회전축의 중심축과 동심의 부분 원통상의 오목 곡면을 갖고,
    상기 히터는, 상기 윤활유 저류부의 저면과 상기 지지 슬리브의 외주면의 사이에 형성되고, 상기 히터의 하면과 상기 윤활유 저류부의 저면의 사이, 및 상기 히터의 상면과 상기 지지 슬리브의 외주면의 사이에 간극을 개재시키고 있으며, 상기 히터는, 상기 윤활유 저류부의 저면을 따라 만곡하고 있는 판상의 히터이고,
    상기 회전축과 상기 래디얼 롤링 베어링의 회전에 수반하여 상기 윤활유가 교반되어, 상기 윤활유 중에 이물질을 혼입하고 있는 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 윤활유 저류부의 저면의 곡률 반경이, 상기 래디얼 롤링 베어링의 외경의 0.6 배 이상, 2 배 이하인 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회전축을 회전 구동하기 이전의 상태로, 상기 윤활유의 유면을, 상기 회전축의 중심축 상에 위치시키고 있는 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하중 부여부가, 수평 방향으로 래디얼 하중을 부여하는 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    하우징을 추가로 구비하고,
    상기 회전축은, 상기 하우징의 내측에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되고,
    상기 하우징은, 전체가 일체로 형성되어 있는, 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하우징이 탄소 강제인 래디얼 롤링 베어링용 시험 장치.
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