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| タイトル： | 公開特許公報(A)_転がり軸受の保持器摩耗試験方法及びその保持器摩耗試験装置 |
| 出願番号： | 2004230599 |
| 年次： | 2006 |
| IPC分類： | G01M 13/04,F16C 33/48,G01N 3/56 |
特許情報キャッシュ
城崎 喜彦 佐藤 幸夫 JP 2006047180 公開特許公報(A) 20060216 2004230599 20040806 転がり軸受の保持器摩耗試験方法及びその保持器摩耗試験装置 日本精工株式会社 000004204 小栗 昌平 100105647 本多 弘徳 100105474 市川 利光 100108589 高松 猛 100115107 濱田 百合子 100090343 城崎 喜彦 佐藤 幸夫 G01M 13/04 20060101AFI20060120BHJP F16C 33/48 20060101ALI20060120BHJP G01N 3/56 20060101ALI20060120BHJP JPG01M13/04F16C33/48G01N3/56 K 6 2 ＯＬ 10 2G024 3J101 2G024AC01 2G024BA12 2G024CA04 2G024CA11 2G024DA01 2G024DA09 2G024EA01 3J101AA15 3J101AA32 3J101AA43 3J101AA54 3J101AA62 3J101BA21 3J101FA60 本発明は、転がり軸受の保持器摩耗試験方法及びその保持器摩耗試験装置に関し、特に、転がり軸受に組み込まれる保持器の摩耗試験を実際の使用条件に近い状態で行うことが可能な転がり軸受の保持器摩耗試験方法及びその保持器摩耗試験装置に関する。 従来、転がり軸受に組み込まれる保持器の強度を評価する試験機として、保持器の自励振動を誘発させて強度評価が行える軸受負荷試験機(例えば、特許文献１参照)や、内輪を所定の角度で繰り返し揺動させ、保持器の柱部と転動体とを衝突させて強度評価が行える保持器破壊試験機(例えば、特許文献２参照)等が知られている。特開２００３−２２７５４１号公報特開２００４−６０６６９号公報 しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載される試験機は、保持器を比較的短期間で破壊させるように、実際よりも厳しい条件を設定している。このため、実際に市場で起きている異常摩耗やこの異常摩耗から進展した保持器の破損を再現したり、整合性の良い評価したりすることが難しいという問題点があった。 そこで、本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、実際の市場において、転がり軸受に付加されるアキシアル荷重の方向が変動したりするのを再現、或いは軸方向の振動が加わる機械設備で起きている保持器の異常摩耗やこの異常摩耗から進展した保持器の破損を再現しながら、整合性の良い評価をすることができる、転がり軸受の保持器摩耗試験方法及びその保持器摩耗試験装置を提供することにある。 本発明の目的は、以下の構成によって達成される。 （１） 第１と第２の軌道輪間に二列に亘って介装された複数の転動体を周方向に転動可能に保持する保持器を備えた転がり軸受の保持器摩耗試験方法であって、 前記第１と第２の軌道輪の一方を回転する工程と、 前記転がり軸受にアキシアル荷重をその軸方向一端側及び軸方向他端側から交互に加える工程とを備え、 前記アキシアル荷重が前記軸方向一端側から加えられると、前記転がり軸受が一方の列の転動体を介して前記アキシアル荷重を負荷すると共に、他方の列の転動体が公転滑りし、 前記アキシアル荷重が前記軸方向他端側から加えられると、前記転がり軸受が前記他方の列の転動体を介して前記アキシアル荷重を負荷すると共に、前記一方の列の転動体が公転滑りすることを特徴とする転がり軸受の保持器摩耗試験方法。 （２） 前記公転滑りした転動体は、前記アキシアル荷重が前記転がり軸受に加えられた後、公転加速度が１０〜１００ｍ／ｓ２となった時、その理論公転数に実質的に回復することを特徴とする（１）に記載の転がり軸受の保持器摩耗試験方法。 （３） 前記転がり軸受に作用するラジアル荷重が基本動定格荷重の０．０２％以下となるように、前記転がり軸受にラジアル荷重を付加する工程をさらに備えることを特徴とする（１）または（２）に記載の転がり軸受の保持器摩耗試験方法。 （４） 第１と第２の軌道輪間に二列に亘って介装された複数の転動体を周方向に転動可能に保持する保持器を備えた転がり軸受の保持器摩耗試験装置であって、 前記転がり軸受の軸方向一端側と軸方向他端側からアキシアル荷重を交互に加えるアキシアル荷重付与手段を備え、 前記アキシアル荷重が前記軸方向一端側から加えられると、前記転がり軸受が一方の列の転動体を介して前記アキシアル荷重を負荷すると共に、他方の列の転動体が公転滑りし、 前記アキシアル荷重が前記軸方向他端側から加えられると、前記転がり軸受が前記他方の列の転動体を介して前記アキシアル荷重を負荷すると共に、前記一方の列の転動体が公転滑りすることを特徴とする転がり軸受の保持器摩耗試験装置。 （５） 前記アキシアル荷重付与手段が、前記軸方向一端側から前記アキシアル荷重を付与するアキシアル荷重用ラムと前記軸方向他端側から前記アキシアル荷重を付与する弾性体と、を備えたことを特徴とする（４）に記載の転がり軸受の保持器摩耗試験装置。 （６） さらに、前記転がり軸受に作用するラジアル荷重が基本動定格荷重の０．０２％以下となるように、前記転がり軸受にラジアル荷重を付加するラジアル荷重用ラムを備えることを特徴とする（４）または（５）に記載の転がり軸受の保持器摩耗試験装置。 上述のような本発明の転がり軸受の保持器摩耗試験方法及びその保持器摩耗試験装置は、転がり軸受の軸方向一端側と軸方向他端側からアキシアル荷重を交互に加えるようにしたので、実際の市場において、転がり軸受に付加されるアキシアル荷重の方向が変動したり、軸方向の振動が加わる機械設備で起きている保持器の異常摩耗や、この異常摩耗から進展した保持器破損を再現したりすることができるので、整合性の良い評価を比較的簡単に行なうことができる。 以下、本発明の一実施形態に係る保持器摩擦試験方法及び保持器摩擦試験装置を図面に従って詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態である保持器摩耗試験方法に用いる保持器摩耗試験装置の概略断面図、図２は図１に示す保持器摩耗試験装置の要部拡大図である。 本発明の摩擦試験装置に供試軸受として組み込まれる複列の転がり軸受である自動調心ころ軸受１０は、図２に示されるように、外周面に２列の内輪軌道面１１を有する第１の軌道輪である内輪１２と内周面に２列の外輪軌道面１３を有する第２の軌道輪である外輪１４と、内輪軌道面１１と外輪軌道面１３との間に設けられた一方の列であるＡ列と他方の列であるＢ列にそれぞれ配置される複数の転動体であるころ１５ａ，１５ｂと、各列のころ１５ａ，１５ｂの内端面を案内する案内輪１６と、各列のころ１５ａ，１５ｂを周方向に転動可能に保持するようにして設けられた保持器１７とを備える。 保持器摩耗試験装置２０は、主軸２１と、測定部２２と、回転駆動部２３と、アキシアル荷重用油圧ラム２４と、ラジアル荷重用油圧ラム２５と、主軸支持部２６とを有する。 回転駆動部２３は、駆動モータ２７と、その出力軸２７ａに取り付けられた駆動プーリ２８と、主軸２１の一端部に取り付けられた従動プーリ２９と、駆動プーリ２８と従動プーリ２９との間に掛け渡される動力伝達ベルト３０とを備える。これにより、回転駆動部２３は、駆動モータ２７の駆動によって、駆動プーリ２８、動力伝達ベルト３０、及び従動プーリ２９を介して、主軸２１を回転駆動する。 主軸２１は、２組の一対のサポート軸受３１，３１，３２，３２を含む主軸支持部２６によって回転自在に支承されており、主軸２１の他端部には、測定部２２が設けられている。 測定部２２では、前述した自動調心ころ軸受１０が主軸２１とハウジング４０との間に配置されている。自動調心ころ軸受１０の内輪１２は、内輪スリーブ４１を介して主軸２１の他端部に取り付けられ、外輪１４は、外輪スリーブ４２を介してハウジング４０内に装着される。 内輪スリーブ４１の内周面は、主軸２１の外周面と対応するテーパ形状に形成されており、ナット４３を主軸２１の他端部外周面に形成された雄ねじ部４４に螺合することで、内輪スリーブ４１は主軸２１に固定される。また、ハウジング４０の両端部には、蓋体４５，４６がボルト固定されており、外輪スリーブ４２は、蓋体４５，４６によって、間座４７，４８を介してハウジング４０に対して軸方向に固定される。また、外輪１４は、その一端部を外輪スリーブ４２の段差部４２ａに突き当て、その他端側で外輪スリーブ４２に一方の間座４７をボルト固定することで、外輪スリーブ４２に対して軸方向に固定されている。 また、蓋体４６と主軸支持部２６の軸端部材３３との対向する端面間には、弾性体であるバネ４９が配置されており、バネ４９は、アキシアル荷重用油圧ラム２４と共に、アキシアル荷重付与手段を構成する。２列のころ１５ａ，１５ｂの軸方向外方端面と対向する位置には、非接触変位センサ５０，５１が間座４７に、また取付け具５２を介して間座４８にそれぞれ設置されており、非接触変位センサ５０，５１の先端近傍をころ１５ａ，１５ｂの端面が通過する際に、非接触変位センサ５０，５１からそれぞれ電気信号が得られるようになっている。 アキシアル荷重用油圧ラム２４は、静圧軸受５３を介してハウジング４０に固定された蓋体４５に取付けられており、蓋体４５の平面部を押すことで、自動調心ころ軸受１０に軸方向一端側からアキシアル荷重Faを付加する。これにより、蓋体４６に取付けられたバネ４９が圧縮されて撓むが、アキシアル荷重油圧ラム２４の圧力を抜くことで、圧縮されていたバネ４９の力が反対方向に作用して、自動調心ころ軸受１０の外輪１４に軸方向他端側から軸方向一端側に向かうアキシアル荷重Faが負荷される。 また、ラジアル荷重用油圧ラム２５は、静圧軸受５４を介して自動調心ころ軸受１０を装着したハウジング４０の下方に配置されている。ラジアル荷重用油圧ラム２５は、ハウジング４０の外周面を押して、自動調心ころ軸受１０にラジアル荷重Frを付加するもので、ハウジング４０の重量をキャンセルして、自動調心ころ軸受１０に作用するラジアル荷重Frを基本動定格荷重Ｃｒの０．０２％以下とすることで、アキシアル荷重を受けていない列のころに公転すべりを起こさせる。 このように構成された保持器摩耗試験装置の動作を、図２及び図３を用いて説明する。 尚、図３(ａ)はアキシアル荷重用油圧ラム２４によるアキシアル荷重Ｆａの変化を時間と共に示す図で、図３(ｂ)は非接触変位センサ５１から得られるＢ列のころ通過パルス幅の変化図、図３(ｃ)は非接触変位センサ５０から得られるＡ列のころ通過パルス幅の変化図である。尚、試験にあたっては、自動調心ころ軸受１０の潤滑は、ハウジング４０内で最下位のころ１５ａ，１５ｂのＰＣＤ(ピッチ円直径)位置のレベルまで潤滑油を溜めて行なわれる。 先ず、回転駆動部２３により主軸２１を回転駆動することで、自動調心ころ軸受１０の内輪１２を回転する。そして、アキシアル荷重用油圧ラム２４の圧力により、自動調心ころ軸受１０の外輪１４の軸方向一端側からアキシアル荷重Faが加えられた場合には、図２の作用経路（ｉ）に示されるように、アキシアル荷重Faは蓋体４５の平面部からＡ列のころ１５ａを介して自動調心ころ軸受１０に負荷され、同時に、蓋体４６に取付けられたバネ４９が圧縮されて撓む。また、アキシアル荷重用油圧ラム２４の圧力を抜いた場合には、作用経路（ｉｉ）に示されるように、圧縮されていたバネ４９の力が反対方向に作用し、従動プーリ２９と離れる方向へ向かうアキシアル荷重Faが自動調心ころ軸受１０の外輪１４の軸方向他端側からＢ列のころ１５ｂを介して自動調心ころ軸受１０に負荷される。そして、自動調心ころ軸受１０の軸方向一端側と軸方向他端側からアキシアル荷重を交互に加えた状態で、非接触変位センサ５０，５１は、各列のころ１５ａ，１５ｂの端面がその先端近傍を通過する際のころ通過パルスを検出する。 従って、図３（ａ）の領域Ａに示すように、保持器摩耗試験装置２０が、アキシアル荷重用油圧ラム２４の圧力を抜いている状態、即ち、蓋体４６に取り付けたバネ４９によって自動調心ころ軸受にアキシアル荷重Faが負荷されている場合には、Ｂ列のころ１５ｂを介して荷重が負荷され、Ａ列のころ１５ａは荷重が抜け、公転すべりを起こすことになる。一方、図３（ａ）の領域Ｂに示すように、アキシアル荷重用油圧ラム２４に圧力を加え、ハウジング４０の蓋体４５に２００ｋｇｆのアキシアル荷重Faを０．０５秒から１秒の時間で瞬時に付加することで、アキシアル荷重はそれまで公転すべりをしていたＡ列のころ１５ａを介して負荷され、ころ１５ａは公転加速度が１０ｍ／ｓ２以上、好ましくは１０〜１００ｍ／ｓ２で瞬時に正規の理論公転数に実質的に回復し、Ｂ列のころ１５ｂは公転すべりを起こす。これを繰り返すことによって、ころ１５ａ，１５ｂが保持器１７の柱部を押し付けながら一気に自転するので、保持器１６の接触部を摩耗させることになる。 従って、本実施形態の保持器摩耗試験方法及び保持器摩耗試験装置によれば、複列の転がり軸受１０を組み込んだハウジング４０を介してアキシアル荷重用油圧ラム２４やバネ４９によって、複列の転がり軸受１０に負荷するアキシアル荷重の方向を繰り返し変えて、複列の転がり軸受１０の片方の列のころ１５ａ，１５ｂが公転すべりを起こしている状態から瞬時に正規の理論公転数に回復させることを繰り返し行う。それにより、公転数の急激な変化を起こすことで、ころ１５ａ，１５ｂが保持器１７の柱部に押し付けられた状態で一気にころ１５ａ，１５ｂが自転し、ころ１５ａ，１５ｂと保持器１７の柱部での接触部の摩耗が進展する。よって、実際の市場において、複列の転がり軸受に負荷されるアキシアル荷重の方向が変動したり、軸方向の振動が加わる機械設備でおきている保持器の異常摩耗やこの異常摩耗から進展した保持器の破損を再現でき、整合性のよい評価を行なうことができる。 次に、本発明の効果を確認するために、本実施形態による保持器摩耗試験装置を使用して、以下の実験を行った。但し、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。 試験条件を以下に示す。 Fr＝25kgf(基本動定格荷重Ｃｒの０．０２％以下)、 Fa＝-100〜200kgf(3sec-on/off)、off時に逆方向の荷重がバネにより約100kgf負荷、 内輪回転数：N＝2700rpm、 供試軸受:22310(自動調心ころ軸受、軸受内径と軸受外径間の中心径Ｄ：８０ｍｍ)、 潤滑：オイルバス、 その結果は、図４に示す通りである。図４(ａ)は、アキシアル荷重Faを付加させた時点の自動調心ころ軸受のＡ列のころ通過パルス、図４(ｂ)は、アキシアル油圧ラム２４によるアキシアル荷重Faの負荷挙動、図４(ｃ)は、Ａ列のころ通過パルスをＦＶコンバータを介して測定したころ公転数Ｎcである。 図４の領域Ａでは、ハウジング４０の蓋体４６に取り付けたバネ４９により、自動調心ころ軸受１０の軸方向他端側である従動プーリ２９側よりアキシアル荷重Faを付加しているので、自動調心ころ軸受１０はＢ列のころ１５ｂを介してアキシアル荷重Faを負荷し、Ａ列のころ１５ａは荷重を受けず、図４（ａ）に示すような公転すべりを起こす状態になる。この状態から逆方向のアキシアル荷重Faをアキシアル荷重用油圧ラム２４により軸方向一端側から０．４秒程の時間で瞬時に付加することで、図４（ａ）の領域Ｂに示されるように、自動調心ころ軸受１０はＡ列のころ１５ａを介してアキシアル荷重Faを負荷し、Ｂ列のころ１５ｂは公転すべりを起こす状態となる。図４（ａ）の通過パルスから、ころ公転数をＦＶコンバータによりころ公転数Ｎcに変換した結果が図４(ｃ)である。この計測によると、領域Ｂにおけるころ公転数Ncは1100rpmとなり、0.1s(秒)という僅かな時間で急激に正規の理論公転数（Ntch=1106rpm）に実質的に到達していることが確認できる。 この場合、公転加速度αは３８ｍ／ｓ２である。即ち、 ｖ ＝ ｛π・Ｄ・（Ｎ１−Ｎ２）｝／｛６０×１０００｝ ＝ ｛π・８０・（１１００−２００）｝／｛６０×１０００｝ ＝ ３．７６ ｍ／ｓ α ＝ Δｖ／Δｔ ＝ ３．７６／０．１ ≒ ３８ ｍ／ｓ２ また、上記の試験条件を用いて、図５（ａ）に示されるように、自動調心ころ軸受に付加するアキシアル荷重Faを連続的に変化させることで、Ｂ列のころ１５ｂのころ公転数NcB、Ａ列のころ１５ａのころ公転数NcAを図５（ｂ）、図５（ｃ）にそれぞれ示すように変化させた。この試験を約１ヶ月行なった結果、保持器１６の摩耗が進行し、保持器１６の破損が生じるといった市場でのトラブルを再現できた。 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。 上記実施形態では、自動調心ころ軸受で説明したが、複列円錐ころ軸受、複列玉軸受や単列の転がり軸受を組み合わせて複列転がり軸受にした場合でも、同じように評価可能である。本発明の一実施形態に係る保持器摩耗試験装置の全体の構成を概略的に示す断面図である。図１に示す試験装置の要部拡大図である。(ａ)はアキシアル荷重用油圧ラムによるアキシアル荷重Ｆａの変化を時間と共に示す図であり、(ｂ)は非接触変位センサ５１から得られるＢ列のころ通過パルス幅の変化図であり、(ｃ)は非接触変位センサ５０から得られるＡ列のころ通過パルス幅の変化図である。(ａ)は、アキシアル荷重Faを付加させた時に、理論公転数Ｎcthに実質的に到達するＡ列のころ通過パルスを示す図であり、(ｂ)は、アキシアル荷重用油圧ラムによるアキシアル荷重Faの負荷挙動を示す図であり、(ｃ)は、Ａ列のころ通過パルスをＦＶコンバータを介して測定したころ公転数ＮcＡを示す図である。（ａ）はアキシアル荷重Faの変化を示す図であり、(ｂ)は(ａ)のアキシアル荷重Faの変化時のＢ列のころ公転数の変化ＮcBを示す図であり、(ｃ)は(ａ)のアキシアル荷重Faの変化時のＡ列のころ公転数変化ＮcAを示す図である。符号の説明１０ 自動調心ころ軸受(複列転がり軸受)１２ 内輪１４ 外輪１５ａ，１５ｂ ころ（転動体）１６ 案内輪１７ 保持器 ２０ 保持器摩耗試験装置２１ 主軸２２ 測定部２３ 回転駆動部２４ アキシアル荷重用油圧ラム（アキシアル荷重用ラム）２５ ラジアル荷重用油圧ラム（ラジアル荷重用ラム）２６ 主軸支持部４０ ハウジング４１ 内輪スリーブ４２ 外輪スリーブ４５，４６ 蓋体４７，４８ 間座４９ バネ（弾性体）５０，５１ 非接触変位センサ 第１と第２の軌道輪間に二列に亘って介装された複数の転動体を周方向に転動可能に保持する保持器を備えた転がり軸受の保持器摩耗試験方法であって、 前記第１と第２の軌道輪の一方を回転する工程と、 前記転がり軸受にアキシアル荷重をその軸方向一端側及び軸方向他端側から交互に加える工程とを備え、 前記アキシアル荷重が前記軸方向一端側から加えられると、前記転がり軸受が一方の列の転動体を介して前記アキシアル荷重を負荷すると共に、他方の列の転動体が公転滑りし、 前記アキシアル荷重が前記軸方向他端側から加えられると、前記転がり軸受が前記他方の列の転動体を介して前記アキシアル荷重を負荷すると共に、前記一方の列の転動体が公転滑りすることを特徴とする転がり軸受の保持器摩耗試験方法。 前記公転滑りした転動体は、前記アキシアル荷重が前記転がり軸受に加えられた後、公転加速度が１０〜１００ｍ／ｓ２となった時、その理論公転数に実質的に回復することを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受の保持器摩耗試験方法。 前記転がり軸受に作用するラジアル荷重が基本動定格荷重の０．０２％以下となるように、前記転がり軸受にラジアル荷重を付加する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受の保持器摩耗試験方法。 第１と第２の軌道輪間に二列に亘って介装された複数の転動体を周方向に転動可能に保持する保持器を備えた転がり軸受の保持器摩耗試験装置であって、 前記転がり軸受の軸方向一端側と軸方向他端側からアキシアル荷重を交互に加えるアキシアル荷重付与手段を備え、 前記アキシアル荷重が前記軸方向一端側から加えられると、前記転がり軸受が一方の列の転動体を介して前記アキシアル荷重を負荷すると共に、他方の列の転動体が公転滑りし、 前記アキシアル荷重が前記軸方向他端側から加えられると、前記転がり軸受が前記他方の列の転動体を介して前記アキシアル荷重を負荷すると共に、前記一方の列の転動体が公転滑りすることを特徴とする転がり軸受の保持器摩耗試験装置。 前記アキシアル荷重付与手段が、前記軸方向一端側から前記アキシアル荷重を付与するアキシアル荷重用ラムと前記軸方向他端側から前記アキシアル荷重を付与する弾性体と、を備えたことを特徴とする請求項４に記載の転がり軸受の保持器摩耗試験装置。 さらに、前記転がり軸受に作用するラジアル荷重が基本動定格荷重の０．０２％以下となるように、前記転がり軸受にラジアル荷重を付加するラジアル荷重用ラムを備えることを特徴とする請求項４または５に記載の転がり軸受の保持器摩耗試験装置。 【課題】 実際の市場において、転がり軸受に付加されるアキシアル荷重の方向の変動や、軸方向の振動が加わる機械設備で起きている保持器異常摩耗や異常摩耗から進展した保持器破損を再現し、整合性の良い評価を行なう。【解決手段】 第１と第２の軌道輪１２，１４間に二列に亘って介装された複数の転動体１５ａ，１５ｂを周方向に転動可能に保持する保持器１７を備えた転がり軸受１０の保持器摩耗試験方法であって、第１と第２の軌道輪１２，１４の一方を回転し、転がり軸受１０にアキシアル荷重をその軸方向一端側及び軸方向他端側から交互に加える。【選択図】 図２