CN104471366A - 滚动轴承的寿命推算装置和寿命推算方法 - Google Patents

Abstract

该滚动轴承的寿命推算装置包括：凸起高度推算机构(7)，其根据压痕的深度或压痕尺寸，按照已确定的规则，推算压痕相对滚动面的凸起高度；寿命推算机构(8)，其根据由已推算的压痕的凸起高度和滚动疲劳寿命的降低率之间的关系以及动态等效荷载所确定的规则，推算滚动轴承的寿命。寿命推算机构(8)采用与接触面压力相对应的压痕补偿系数，计算滚动轴承的寿命。

Description

滚动轴承的寿命推算装置和寿命推算方法

相关申请

本发明要求申请日为2012年7月12日、申请号为JP特愿2012—156113的申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。

技术领域

本发明涉及滚动轴承的寿命推算装置和寿命推算方法，特别涉及进行建筑机械等的轴承的可否再使用的判断时所采用的技术。

背景技术

人们知道，滚动轴承的寿命依赖于使用荷载、润滑条件、材料等。在过去，轴承的寿命预测采用考虑使用荷载、信息条件、材料等而形成的寿命计算式而进行(非专利文献1)。为了评估在某种条件下使用滚动轴承时可在怎样的期间使用，或评估为了在所要求的使用期间滚动轴承不破损，可在何种条件下使用，采用该计算式。通常滚动轴承在基于寿命计算式而设定的使用条件下使用。于是，只要在通常的条件下采用滚动轴承，应当不会产生寿命的问题。

但是，具有滚动轴承的寿命在市场中发生问题的情况。人们认为其原因在于实际的滚动轴承在不同于设计条件的情况下被使用、或混入于润滑剂中的异物对轴承表面层造成压痕等的损伤。为此，人们提出几种方法，这些方法推算所采用的滚动轴承的剩余寿命。剩余寿命推算方法包括有抽取而调查使用途中的代表性轴承的材质的变化，检讨轴承整体的更换时期的离线的方法(非专利文献2)；在现场调查各个轴承的使用状况，检讨各个轴承的更换时期的在线的方法(专利文献1～3)。

作为在线的剩余寿命推算方法之一，根据各种传感器的值，推算因所采用的轴承的荷载和转数、润滑油的状态、异物而形成的压痕尺寸，进行滚动轴承的剩余寿命的推算(专利文献3)。在该方法中，压痕尺寸和滚动轴承的寿命的关系像下述那样表示。

L₁₀＝L_10c×10^{(0.0038dlog(P/C)-0.272log(d)+0.416)}     …(1)

L₁₀表示10％寿命(h)；

L_10c表示计算寿命(h)；

d表示压痕直径(μm)；

P表示荷载(kgf)；

C表示动态额定荷载(kgf)；

已有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特许第3880455号文献

专利文献2：JP特许第3842055号文献

专利文献3：JP特许第4504065号文献

非专利文献

非专利文献1：岡本純三，ころがり軸受·ころ軸受の動的負荷容量—Lundberg—Palmgren理論の詳解—，「第4章寿命式における指数の決定」千葉大学工学部機械工学科機械要素講座，(1988)35～36頁

非专利文献2：対馬全之，中島碩一，前田喜久男，「X線応力測定の軸受破損解析への応用」ベアリングエンジニア，No.49(1984)25～34頁

非专利文献3：戸田一寿，三上剛，星野照男，「微小圧こんのころがり寿命に及ぼす影響」トライボロジスト第38卷第6号(1993)526～532頁

发明内容

发明要解决的课题

在上述数学公式1中，滚动轴承的寿命根据压痕尺寸和荷载而确定。但是，由于形成压痕时的滚动轴承的寿命根据形成于压痕周边的凸起高度而确定(非专利文献3)，故在形成压痕的异物的形状不一样的场合，无法唯一地确定压痕尺寸和压痕的凸起高度的关系。由此，滚动轴承的寿命无法仅仅根据压痕尺寸而正确地推算。另外，由于形成压痕时的滚动轴承的寿命还因压痕的数量、面积而变化，故无法仅仅根据压痕尺寸正确地推算。

像前述那样，形成压痕时的滚动轴承的寿命不仅根据压痕尺寸，还由压痕周边的凸起高度、数量、面积和荷载而确定，但是还没有考虑这些因素而推算滚动轴承的寿命的方法。

本发明的目的在于提供可考虑压痕周边的凸起高度等，以更加正确地推算形成压痕时的滚动轴承的寿命的滚动轴承的寿命推算装置和寿命推算方法。

用于解决课题的技术方案

本发明的滚动轴承的寿命推算装置是一种推算滚动轴承寿命的寿命推算装置，该滚动轴承具有内外圈(10、11)和多个滚动体(12)，所述多个滚动体(12)夹设于该内外圈(10、11)的滚动面(10a、11a)之间，该滚动轴承的寿命推算装置包括：凸起高度推算机构(7)，在该凸起高度推算机构(7)输入：形成于上述内外圈(10、11)中的任意一者的滚动面(10a、11a)上的压痕(14)的深度(h2)、或作为压痕(14)的平面的大小的压痕尺寸，根据该已输入的压痕(14)的深度(h2)或压痕尺寸，按照已确定的规则，推算上述压痕相对滚动面(10a、11a)的凸起高度；寿命推算机构(8)，该寿命推算机构(8)按照根据已推算的压痕的凸起高度和滚动疲劳寿命的降低率的关系以及动态等效荷载所确定的规则，推算滚动轴承的寿命，上述寿命推算机构(8)采用下述公式计算滚动轴承的寿命Ln。

上述压痕(14)的平面的大小指从平面看的压痕的直径尺寸等的长度或面积，比如在压痕(14)从平面看呈圆形的场合，是指该压痕(14)的最大的直径，在压痕(14)从平面看为非圆形状的场合，是指从该压痕(14)的基本中间部到最大的外周缘的距离的两倍的值。

在这里，a_d＝c·e^(-b×h)

$a_1={\left(\frac{\ln (1-0.01n)}{\ln 0.9}\right)}^{1/e}$ 或

n与下一寿命Ln的n相同；

Ln表示n％寿命；

a_d表示压痕补偿系数；

b、c表示常数；

h表示压痕凸起高度(μm)；

a₁表示可靠度系数；

P表示荷载(kgf)；

C表示动态额定荷载(kgf)；

P表示荷载寿命指数(滚珠轴承：p＝3，滚子轴承：p＝10/3)；

e表示威布尔斜率(weibull slope)，对于滚珠轴承：e＝10/9，对于滚子轴承：e＝9/8，

其中，在10％寿命以下的场合，e＝1.5

按照该方案，滚动轴承的寿命可根据动态等效荷载而推算这一点是公知的。由于通过异物形成的压痕周边的凸起部的应力集中的原因，异物混入轴承内部的状况的滚动轴承的寿命短于所推算的寿命。由此，必须对于内外圈(10、11)的滚动面(10a、11a)上形成有压痕(14)时的滚动轴承的寿命进行补偿。另外，在实际的轴承中，难以直接地测定压痕形成初期的压痕(14)的凸起高度(h1)。其原因在于压痕(14)的凸起高度(h1)因滚动中的塑性变形而降低。于是，在推算轴承的寿命的场合，必须推算形成于实际的轴承中的初始的压痕(14)的凸起高度(h1)。

本发明的申请人在形状不同的压痕(14)形成于轨道圈(10、11)上后，研究了压痕(14)的深度(h2)和压痕(14)的凸起高度(h1)之间的关系以及压痕尺寸和压痕(14)的凸起高度(h1)之间的关系。结果发现，压痕(14)的凸起高度(h1)具有伴随压痕(14)的深度(h2)的增加而线性地增加的倾向，该倾向不因压痕形状而变化。这表明压痕(14)的凸起高度(h1)可根据压痕(14)的深度(h2)而唯一地推算。另一方面发现，在压痕尺寸和压痕(14)的凸起高度(h1)的关系中，尽管与上述压痕(14)的深度(h2)和压痕(14)的凸起高度(h1)的关系相同，具有线性的关系，但是，该关系因压痕的形状而变化。本方案中的凸起高度推算机构(7)根据形成于滚动面(10a、11a)上的压痕(14)的深度(h2)或压痕尺寸所确定的规则，推算上述压痕(14)相对滚动面(10a、11a)的凸起高度(h1)。

另外，根据试验结果，假定压痕(14)的凸起高度(h1)和滚动轴承的寿命具有一定的关系，寿命推算机构(8)根据通过凸起高度推算机构(7)而推算的压痕(14)的凸起高度(h1)和滚动疲劳寿命的降低率的关系、与动态等效荷载，推算滚动轴承的寿命。具体来说，寿命推算机构(8)采用上述公式计算滚动轴承的寿命(Ln)。另外，根据上述试验结果，通过比如对应于荷载条件而变化的函数，表示上述公式的压痕补偿系数的值。于是，可对应于荷载条件，更加正确地推算于滚动面(10a、11a)上形成有压痕(14)时的滚动轴承的寿命。

寿命推算机构(8)也可采用下述公式，计算滚动轴承的寿命(Ln)。在该场合，可求出精度更高的推算寿命。

在这里，a_d＝c·e^(-b×h)

${a^{\′}}_1=\{0.95{\left(\frac{\ln (1-0.01n)}{\ln 0.9}\right)}^{1/e}+0.05\}$

n与下一寿命Ln的n相同；

Ln表示n％寿命；

a_d表示压痕补偿系数；

b、c表示常数；

h表示压痕凸起高度(μm)；

a′¹表示可靠度系数；

P表示荷载(kgf)；

C表示动态额定荷载(kgf)；

p表示荷载寿命指数(滚珠轴承：p＝3，滚子轴承：p＝10/3)；

e表示威布尔斜率，对于滚珠轴承：e＝10/9，对于滚子轴承：e＝9/8，

其中，在10％寿命以下的场合，e＝1.5。

上述凸起高度推算机构(7)也可具有存储机构(7a)，该存储机构(7a)存储轴承的指定的使用条件的压痕尺寸与压痕(14)的凸起高度(h1)之间的关系；计算机构(7b)，该计算机构(7b)采用已输入的压痕尺寸，依照存储于上述存储机构(7a)中的上述关系，计算上述压痕(14)的凸起高度(h1)。压痕尺寸和压痕(14)的凸起高度(h1)之间的关系因压痕(14)的形状、滚动条件，即轴承的指定的使用条件而变化。于是，可在存储机构(7a)中存储轴承的指定的使用条件的压痕尺寸与压痕(14)的凸起高度(h1)之间的关系，通过计算机构(7b)，采用已输入的压痕尺寸，依照存储于存储机构(7a)中的上述关系，对压痕(14)的凸起高度(h1)进行运算。

上述寿命推算机构也可包括寿命运算部，该寿命运算部将通过下述公式表示的压痕的凸起部的面积的增加所产生的滚动疲劳寿命的补偿系数与上述已推算的滚动轴承的寿命相乘，对滚动轴承的寿命进行运算，

$a_v={\left(\frac{1}{n_d}\right)}^e$

a_v表示压痕尺寸和压痕数量的补偿系数；

n_d表示压痕的凸起部的面积的增加率；

e表示威布尔斜率，对于滚珠轴承：e＝10/9，对于滚子轴承：e＝9/8

在于滚动面(10a、11a)上形成大的压痕(14)的场合或压痕(14)的数量增加的场合，由于承受负荷的体积增加，故认为滚动轴承的寿命短。于是，为了考虑承受负荷的体积，寿命推算部(8a)将上述补偿系数与已推算的寿命相乘。由此，可推算与承受负荷的体积相对应的寿命。

在寿命推算机构(8)包括上述寿命运算部(8a)的场合，该寿命运算部(8a)也可将上述补偿系数与根据压痕(14)的最大的凸起高度(h1)而推算的寿命相乘，对滚动轴承的寿命进行运算。在实际的滚动轴承的内外圈(10、11)的滚动面(10a、11a)中，分布有压痕(14)的凸起高度(h1)不同的压痕(14)。为了考虑它，在滚动轴承的寿命推算中，必须要求两个构思。一个构思在于认为滚动轴承的寿命由具有大致最大的凸起高度(h1)的压痕而确定，仅仅考虑具有接近最大的凸起高度(h1)的压痕(14)，对推算寿命进行补偿。另一个构思在于认为全部的压痕(14)存在破损的概率，为了考虑所述的全部的压痕(14)，采用概率乘法定理对推算寿命进行补偿。在任一个构思中，均可对推算寿命进行补偿。

在寿命推算机构(8)包括上述寿命运算部(8a)的场合，上述寿命运算部(8a)也可根据形成于滚动面(10a、11a)上的全部的压痕(14)的凸起高度(h1)，推算相对于压痕(14)的单个压痕的个别对应寿命，将上述补偿系数与相应的已推算的压痕个别对应寿命相乘，对滚动轴承的寿命进行运算。

在通过上述凸起高度推算机构(7)推算出压痕(14)的凸起高度(h1)为1.0μm以下时，上述寿命推算机构(8)在上述压痕补偿系数a_d＝1时，计算滚动轴承的寿命Ln即可。由于在压痕(14)的凸起高度(h1)在1.0μm以下的压痕中，不发生压痕起点型的剥离，故不对推算寿命造成影响。于是，在压痕(14)的凸起高度(h1)为1.0μm以下时，通过上述压痕补偿系数a_d＝1的方式，可不添加实质的补偿系数以计算滚动轴承的寿命。

上述寿命推算机构(8)也可包括剩余寿命运算部(8b)，该剩余寿命运算部根据上述已推算的滚动轴承的寿命与轴承的转数来推算轴承的剩余寿命。在价格较高的大型的滚动轴承中，具有下述要求，即，通过定期的检修，推算剩余寿命，根据该结果继续使用轴承。剩余寿命运算部(8b)根据动态荷载等效荷载和压痕(14)的凸起高度(h1)推算寿命，根据轴承的转数，推算剩余寿命。可根据该推算结果，判断是继续使用轴承，还是更换。

上述剩余寿命运算部(8b)也可通过超过累积破损概率10％以下的寿命的转数，判定剩余寿命为0转。由于滚动轴承的寿命多以参数L₁₀(90％的滚动轴承没有破损时的转数)为基准，故一般此时的剩余寿命为从L₁₀中扣除转数而得到的值。在将以L₁₀为基准的残留寿命为负的场合确定为滚动轴承的更换时期的场合，所检修的滚动轴承组的90％会良好地进行运转。在滚动轴承中，具有即使小的比例的滚动轴承的破损，仍发生问题的使用用途。在该场合，可将累积破损概率设定在10％以下。

上述压痕补偿系数也可根据荷载条件采用不同的值。在该场合，可对应于荷载条件，更加正确地推算于滚动面等上形成压痕时的轴承寿命。

也可在上述压痕的凸起高度大于1.0μm时，对应于上述内外圈的滚动面和上述滚动体的接触面的接触应力的最大值，分别规定上述压痕补偿系数的常数b、c。在接触压力比如为3.0GPa、2.6GPa、2.1GPa时，分别采用下述的值而计算常数b、c。

在接触应力最大值为3.0GPa时，b＝0.10～0.26，c＝1.0～1.3，在接触应力最大值为2.6GPa时，b＝0.26～0.42，c＝1.3～1.5，在接触应力最大值为2.1GPa时，b＝0.42～0.50，c＝1.5～1.7，常数b、c的最佳值也可分别采用下述值而计算。

在接触应力最大值为3.0GPa时，b＝0.13，c＝1.14，在接触应力最大值为2.6GPa时，b＝0.38，c＝1.45，在接触应力最大值为2.1GPa时，b＝0.46，c＝1.57。

上述三个水平的接触面压力以外的寿命推算式也可采用上述三个水平的公式，通过内插或外插的方式而计算。比如，在接触应力最大值为2.8GPa时，可采用2.6GPa和3.0GPa的值，进行内插处理，由此，求出b＝0.255，c＝1.295。另外，在接触应力最大值为1.6GPa时，可采用2.1GPa和2.6GPa时的值，进行外插处理，由此，求出b＝0.54，c＝1.69。

上述滚动轴承也可为圆锥滚子轴承或圆筒滚子轴承。

本发明的推算滚动轴承寿命的寿命推算方法是一种滚动轴承的寿命推算方法，该滚动轴承具有内外圈和多个滚动体，所述多个滚动体夹设于该内外圈的滚动面之间；

该方法包括：

凸起高度推算过程，其中，输入形成于上述内外圈中的任意一者的滚动面上的压痕的深度、或作为压痕的平面的大小的压痕尺寸，根据该已输入的压痕的深度或压痕尺寸，按照已确定的规则，推算上述压痕相对滚动面的凸起高度；

寿命推算步骤，其中，根据已推算的压痕的凸起高度和滚动疲劳寿命的降低率之间的关系以及动态等效荷载，推算滚动轴承的寿命，

在上述寿命推算步骤中，采用下述式，计算滚动轴承的寿命Ln，

在这里，a_d＝c·e^(-b×h)

$a_1={\left(\frac{\ln (1-0.01n)}{\ln 0.9}\right)}^{1/e}$

n与下一寿命Ln的n相同；

Ln表示n％寿命；

a_d表示压痕补偿系数；

b、c表示常数；

h表示压痕凸起高度(μm)；

a₁表示可靠度系数；

P表示荷载(kgf)；

C表示动态额定荷载(kgf)；

p表示荷载寿命指数(滚珠轴承：p＝3，滚子轴承：p＝10/3)；

e表示威布尔斜率，对于滚珠轴承：e＝10/9，对于滚子轴承：e＝9/8，

其中，在10％寿命以下的场合，e＝1.5。

根据试验结果，假定压痕(14)的凸起高度(h1)和滚动轴承的寿命具有一定的关系，在寿命推算步骤，根据通过凸起高度推算过程而推算的压痕(14)的凸起高度(h1)和滚动疲劳寿命的降低率之间的关系以及动态等效荷载，推算滚动轴承的寿命。另外，根据上述试验结果，通过比如对应于荷载条件而变化的函数，表示上述公式的压痕补偿系数的值。于是，可对应于荷载条件，更加正确地推算于滚动面(10a、11a)上形成有压痕(14)时的滚动轴承的寿命。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的两个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于限定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相当的部分。

图1A为表示本发明的第1实施方式的滚动轴承的寿命推算方法的流程图；

图1B为表示图1A的计算过程的子程序的流程图；

图2为表示本发明的第1实施方式的滚动轴承的寿命推算装置的构思方案的方框图；

图3为表示压痕的凸起高度和滚动疲劳寿命的降低率之间关系的示意图；

图4A为将轨道圈的压痕放大而观看到的俯视图；

图4B为轨道圈的压痕周边的凸起高度部的剖面图；

图5A为表示压痕深度和压痕的凸起高度之间关系的示意图；

图5B为表示压痕尺寸和压痕的凸起高度之间关系的示意图；

图6A为作为该滚动轴承的圆锥滚子轴承的剖面图；

图6B为作为该滚动轴承的圆筒滚子轴承的剖面图；

图7为表示压痕尺寸和压痕的深度之间关系的示意图。

具体实施方式

根据图1A、图1B～图6A、图6B对本发明的第1实施方式进行说明。该实施方式的滚动轴承的寿命推算装置为下述的装置，其采用比如计算机等，推算图6A所示的圆锥滚子轴承或图6B所示的圆筒滚子轴承等的滚动轴承的寿命或剩余寿命。滚子轴承如图6A、图6B所示，包括内外圈10、11；夹设于该内外圈10、11的滚动面10a、11a之间的多个滚动体12；以及保持这些滚动体12的保持器13。但是，滚子轴承也可为角接触球轴承、深槽球轴承。在下面的说明中，还包括滚子轴承的寿命推算方法的说明。

图1A为表示本发明的实施方式的滚动轴承的寿命推算方法的各步骤的流程图。该滚动轴承的寿命推算方法包括：准备步骤(S1)，在该步骤中，将寿命的推算所必需的各种数据事先存储于后述的存储机构中；计算步骤(S2)，在该步骤中，采用已准备的值，进行轴承的寿命的计算；输出步骤(S3)，在该步骤中，输出已计算的结果。如图1B所示，上述计算步骤(S2)具有凸起高度推算步骤(S2a)，在该步骤中，根据形成于内外圈中的任意一者的滚动面上的压痕的深度或压痕尺寸，推算相对该滚动面的凸起高度；寿命推算步骤(S2b)，在该步骤中，根据已推算的压痕的凸起高度和滚动疲劳寿命的降低率之间的关系以及动态等效荷载，推算滚子轴承的寿命。

图2为滚动轴承的寿命推算装置的构思方案的方框图。寿命推算装置1包括图示之外的中央处理器(简称为“CPU”)和存储器等的存储机构，通过该寿命推算装置1的硬件(包括操作***)、以及在该寿命推算装置1中运行的寿命推算程序，构成在该图中通过外观结构而表示的各机构，即准备机构2的输入处理机构2A、准备信息存储机构2B、输出处理机构3以及计算机构4。准备信息存储机构2B由比如寿命推算装置1所具有的上述存储机构中的一部分的存储区域构成。在寿命推算装置1中，设置有输入装置5和输出装置6。输入装置5既可为键盘、指示器等，也可为通信设备或存储元件的读取器等。输出装置6由显示器、打印机或通信设备等构成。

准备机构2具有输入处理机构2A和准备信息存储机构2B。输入处理机构2A为从输入装置5输入对于计算来说必要的各种数据，将其存储于准备信息存储机构2B中的机构。输入处理机构2A也可具有不但进行原样地将已输入的数据存储于准备信息存储机构2B中的处理，还针对已输入的数据，进行构成通过计算机构4而计算的前处理的计算，将该计算结果存储于准备信息存储机构2B中的功能。

在图1A中，准备步骤(S1)为下述步骤，在该步骤中，将为了推算滚动轴承的寿命而采用的各种信息，具体为可靠度系数、荷载、动态额定荷载、荷载寿命指数、威布尔斜率、压痕补偿系数的常数等存储于图2的准备信息存储机构2B中。图2的该准备机构2为进行图1A的准备步骤(S1)的处理的机构。将各种信息存储于准备信息存储机构2B中的处理也可通过从输入装置5而输入该信息的方式进行，或还可针对各种信息中的任意一者的信息，根据已输入的信息，在通过输入处理机构2A计算而求出后，将该求出的值存储于准备信息存储机构2B中。

图2的计算机构4为进行图1A的计算步骤(S2)的处理的机构，具有凸起高度推算机构7和寿命推算机构8。凸起高度推算机构7为进行图1B的凸起高度推算步骤(S2a)的处理的机构，寿命推算机构8为进行该图1B的寿命推算步骤(S2b)的处理的机构。

在这里，滚动轴承的寿命一般通过下述公式而表示。

$L_n=a_1{\left(\frac{C}{P}\right)}^p...\left(2\right)$

在这里，

$a_1={\left(\frac{\ln (1-0.01n)}{\ln 0.9}\right)}^{1/e}$

$L_n=a_1^{\′}\·{\left(\frac{C}{P}\right)}^p...\left(3\right)$

在这里，

${a^{\′}}_1=\{0.95{\left(\frac{\ln (1-0.01n)}{\ln 0.9}\right)}^{1/e}+0.05\}$

n与下一寿命Ln的n相同；

Ln表示n％寿命；

a₁，a'₁表示可靠度系数；

P表示荷载(kgf)；

C表示动态额定荷载(kgf)；

p表示荷载寿命指数(滚珠轴承：p＝3，滚子轴承：p＝10/3)；

e表示威布尔斜率，对于滚珠轴承：e＝10/9，对于滚子轴承：e＝9/8，

其中，在10％寿命以下的场合，e＝1.5。

根据公式(2)或公式(3)得知，可根据动态等效荷载推算滚动轴承的寿命。另外，公式(2)为1990年之前所采用的式，公式(3)为近年规范化的公式，其推算寿命的精度高于公式(2)。上述动态等效荷载为获得与在实际的荷载条件下实行的轴承的寿命相同的寿命这样的作用于轴承上的一定的中心轴向荷载、或作用于轴承上的一定的静止径向荷载，在轴承同时承受径向荷载和轴向荷载的场合，指仅仅通过径向或轴向分量而表示的荷载。因相对压痕周边的滚动面的凸起高度部的应力集中的原因，异物混入轴承内部的状况的滚动轴承的寿命小于通过公式(2)、公式(3)而表示的寿命。由此，必须分别将对形成有压痕时的滚动轴承的寿命进行补偿的压痕补偿系数与公式(2)和公式(3)的每一个相乘。如果压痕的凸起高度和滚动轴承的寿命具有通过指数函数而表示的关系，则公式(2)、公式(3)必须通过乘以下述的系数而补偿。

a_d＝c·e^(-b×h)          …(4)

a_d表示压痕补偿系数；

b、c表示常数；

h表示压痕凸起高度(μm)

在这里，常数b、c因荷载条件(接触面压力)而不同。对应于内外圈的滚动面和滚动体的接触面的接触应力的最大值，即接触面压力，采用下述常数b、c而计算。另外，关于常数b、c，在采用原始的a_d＝e^(-b×h)的寿命计算中，根据荷载条件计算寿命和通过实验而求出的寿命会不一致。于是，添加常数c。其结果是，在发现a_d＝c·e^(-b×h)的函数进行寿命计算时，良好地与通过实验而求出的寿命吻合，可解决上述课题。

比如，在接触面压力为3.0GPa时，b＝0.10～0.26，c＝1.0～1.3，在接触面压力为2.6GPa时，b＝0.26～0.42，c＝1.3～1.5，在接触面压力为2.1GPa时，b＝0.42～0.50，c＝1.5～1.7，常数b、c的最佳值也可采用下述值而计算。

在接触面压力为3.0GPa时，b＝0.13、c＝1.14，在接触面压力为2.6GPa时，b＝0.38、c＝1.45，在接触面压力为2.1GPa时，b＝0.46、c＝1.57。

其中，在h≤1时，压痕补偿系数a_d＝1。

其根据试验，通过下述情况而确定，该情况指在压痕凸起高度h为1μm以下时，没有观察到明显的寿命的降低，也没有产生压痕起点的损伤。

图3表示压痕的凸起高度和滚动疲劳寿命的降低率之间的关系。在图3中，首先，通过试验而求出在轨道圈滚动面上没有压痕产生的凸起高度部情况的轴承寿命，然后对于具有压痕的轴承，通过采用与上述试验相同的试验条件，求出相对于上述轴承寿命的轴承寿命。在试验中，内外圈中的任意一者的轨道圈的滚动面剥离时，比如振动传感器等的检测值大于规定的阈值，由此，计算机或试验员判定试验轴承到达寿命。

试验条件如下述的表1所述。

(表1)

表1                       试验条件

试验轴承	圆锥滚子轴承
		主要尺寸(内径、外径、宽度)	Φ30mm×Φ62mm×17.25mm
径向荷载	17.65kN
		轴向荷载	1.47kN
轴旋转速度	2000min-1

根据图3的结果，可通过上述公式(4)所示的函数，表示压痕补偿系数a_d。另外，下述公式(4)为一个例子，该公式的形式也可通过比例式、多项式等而表示。

作为参考建议例子，也可代替上述公式(4)而采用下述公式。

a_d＝e^(-b×h)       …(4)’

a_d表示压痕补偿系数；

b表示常数；

h表示压痕凸起高度(μm)

另外人们认为，像公式(1)那样，于轨道圈滚动面上形成压痕时的滚动轴承的寿命还伴随荷载而变化。也可通过下述公式的形式而表示。

L₁₀＝L_10c×10^{(0.0038dlog(P/C)-0.272log(d)+0.416)}

L₁₀表示10％寿命(h)；

L_10c表示计算寿命(h)；

d表示压痕直径(μm)；

P表示荷载(kgf)；

C表示动态额定荷载(kgf)；

根据以上的情况，于滚动面上形成压痕时的滚动轴承的寿命可通过将由公式(4)表示的压痕补偿系数分别与公式(2)、公式(3)相乘而得到的公式(5)、公式(6)而推算。于是，寿命推算机构可通过公式(5)、公式(6)而进行寿命推算步骤的处理。

$L_n=a_d{a}_1{\left(\frac{C}{P}\right)}^p...\left(5\right)$

$L_n={a_{d}a}_1^{\′}\·{\left(\frac{C}{P}\right)}^p...\left(6\right)$

在这里，由于在压痕的凸起高度1.0μm以下的小压痕的场合，于滚动面上没有产生压痕起点型的剥离，故在压痕的凸起高度1.0μm以下的压痕的场合，不必考虑通过上述公式(4)等表示的压痕补偿系数。即，使压痕补偿系数为“1”，推算滚动轴承的寿命。

在实际的轴承的场合，难以直接测定压痕形成初期的压痕的凸起高度。其原因在于压痕的凸起高度因滚动中的塑性变形而降低。由此，在公式(5)或公式(6)的寿命推算中，必须要求推算形成于实际的轴承的轨道圈上的初始的压痕的凸起高度的方法。

在这里，图4A为将轨道圈(比如内圈10)的滚动面10a的压痕14放大而观看到的俯视图，图4B为该轨道圈的压痕周边的凸起高度部15的剖面图。上述凸起高度部15表示相对压痕14的周边的滚动面10a而凸起的环状的突起部。该凸起高度部15的凸起高度h1表示上述环状的突起部中的相对滚动面10a的最大的凸起高度。压痕的深度h2表示压痕中的相对滚动面10a的最深位置。压痕尺寸表示在比如压痕14从平面看，呈圆形状的场合的该压痕14的最大的直径尺寸D1。

图5A、图5B表示于轨道圈的SUJ2淬火回火件的滚动面上形成形状不同的压痕，即按压洛氏(Rollwell)压头的压痕、按压圆锥压头的压痕，调查压痕的深度和压痕的凸起高度之间的关系(图5A)、与压痕尺寸和压痕的凸起高度之间的关系(图5B)的结果。在图5A、图5B中，由标记黑圈表示将洛氏(Rollwell)试验所采用的洛氏(Rollwell)压头按压于上述滚动圈的滚动面上时的压痕的凸起高度，由标记白圈表示将越朝向前端头部越变尖的形状的前端角度为150度的圆锥压头按压于上述滚动圈的滚动面上时的压痕的凸起高度。图5B的横轴的压痕尺寸为将压痕的平面尺寸补偿为相当于圆的直径尺寸的值。

如图5A所示，具有伴随压痕的深度的增加，压痕的凸起高度线性地增加的倾向，该倾向不因压痕形状而变化。另一方面，在图5B所示的压痕尺寸和压痕的凸起高度的关系中，与图5A相同具有线性的关系，但是该关系呈现在按压洛氏(Rollwell)压头的压痕、按压圆锥压头的压痕中不同的线性倾向。换言之，压痕尺寸和压痕的凸起高度的关系伴随压痕的形状而变化。

压痕的形状因异物的形状、滚动条件而变化。由此，为了根据压痕尺寸而推算压痕的凸起高度，有必要针对每个试验条件，根据压痕尺寸而推算压痕的凸起高度的关系。在该场合，图2的凸起高度推算机构7具有：存储机构7a，该存储机构7a存储轴承的指定轴承的使用条件的压痕尺寸与压痕的凸起高度之间的关系；计算机构7b，该计算机构7b采用已输入的压痕的深度，依照存储于上述存储机构7a中的上述关系，计算压痕的凸起高度。上述指定的使用条件是指比如为径向荷载、轴向荷载、旋转速度、使用温度、润滑剂的种类、将润滑剂密封的有无等。

另外，上述存储机构7a也可由上述准备信息存储机构2B代替。如果可根据滚动面复制品等测定压痕的深度，则根据压痕的深度而推算压痕的凸起高度的方式是更简便的方法。在该场合，凸起高度推算机构7包括：存储机构7a，该存储机构7a存储压痕的深度与压痕的凸起高度之间的关系；计算机构7b，该计算机构7b采用已测定的压痕的深度，依照存储于该存储机构7a中的上述关系，计算压痕的凸起高度。

根据上面描述，计算机构4中的凸起高度推算机构7依照存储于存储机构7a(或准备信息存储机构2B)中的由图5A或图5B等表示的关系，计算压痕的凸起高度。经计算，凸起高度为1.0μm以下时，寿命推算机构8在通过由公式(4)等表示的压痕补偿系数a_d＝1时，通过公式(5)或公式(6)而计算滚动寿命Ln。在通过凸起高度推算机构7而计算凸起高度大于1.0μm时，寿命推算机构8根据将压痕凸起高度代入公式(4)中而获得的压痕补偿系数，通过公式(5)或公式(6)而计算滚动轴承的寿命Ln。此时，压痕补偿系数采用伴随荷载条件而不同的值。像这样，于轨道圈滚动面上形成压痕时的滚动轴承的寿命可根据压痕的凸起高度的推算值，采用公式(5)或公式(6)而推算。

可通过前述的方法而推算的滚动轴承的寿命为仅仅1个压痕形成于滚动面上的场合的值。在于滚动面上形成大的压痕的场合、压痕的数量增加的场合，人们认为，由于承受负荷的体积增加，故滚动轴承的寿命缩短。于是，由于考虑承受负荷的体积，故通过下述公式(7)对推算寿命进行补偿。

$a_v={\left(\frac{1}{n_d}\right)}^e...\left(7\right)$

a_v表示压痕尺寸和压痕数量的补偿系数；

n_d表示压痕凸起部的面积的增加率；

e表示威布尔斜率，对于滚珠轴承：e＝10/9，对于滚子轴承：e＝9/8。

上述公式(7)为滚动面上的负荷体积越增加，寿命越降低的基于威布尔(ワイブル)的理论的推算寿命的补偿。在形成多个压痕的场合、形成尺寸不同的压痕的场合，寿命推算机构8具有寿命运算部(8a)，该寿命运算部(8a)将上述公式(7)的补偿系数与公式(5)或公式(6)相乘，对滚动轴承的寿命Ln进行运算。

在实际的滚动轴承的滚动面上，分布压痕的凸起高度不同的压痕。为了考虑它，针对滚动轴承的推算寿命，必须要求两种构思。一种构思在于认为滚动轴承的寿命根据具有大致最大的凸起高度的压痕而确定，仅仅考虑具有接近最大的凸起高度的压痕，对推算寿命进行补偿。另一种构思在于认为全部的压痕存在破损的概率，为了考虑这些全部的压痕，采用概率乘法定理，对推算寿命进行补偿。对于任意一种构思，均可对推算寿命进行补偿。

在认为根据具有最大的凸起高度的压痕，确定滚动轴承的寿命的场合，寿命运算部8a将通过公式(7)表示的补偿系数与根据压痕的最大的凸起高度而推算的寿命相乘，对滚动轴承的寿命Ln进行运算。即，可测量具有压痕中的接近最大的凸起高度的压痕的数量、面积，将公式(7)的补偿系数与公式(5)或公式(6)相乘，求出滚动轴承的寿命Ln。

在考虑全部的压痕，求出轴承寿命的场合，寿命运算部8a针对每个压痕的凸起高度，根据公式(5)或公式(6)而计算寿命，将考虑压痕数量的影响的公式(7)的补偿系数与相应的寿命相乘而得到的寿命代入下述的公式(8)中，由此，对运算寿命进行补偿。

${\left(\frac{1}{L}\right)}^e=\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\frac{1}{L_i}\right)}^e...\left(8\right)$

L表示考虑了全部的压痕的寿命；

L_i表示对相对各个尺寸的压痕的寿命，进行压痕数量的补偿的场合的寿命；

e表示威布尔斜率，对于滚珠轴承：e＝10/9，对于滚子轴承：e＝9/8。

在实际的滚动轴承使用中，具有在轴承的结构上，难以进行滚动面的复制情况，且因此具有无法测定压痕的深度的情况。在该场合，必须预先构成指定的使用条件下的压痕尺寸和压痕的凸起高度的数据库，通过纤维光学镜等，观察轴承的滚动面，采用已观察的滚动面的压痕尺寸，依照上述数据库推算凸起高度。

图7表示在使用条件相同的三个轴承中，调查压痕尺寸和压痕的深度之间关系的结果。该图的横轴为将压痕的平面的大小补偿为相当于圆的直径尺寸的值。如该图7所示，压痕的数量在三个轴承中是不同的，在压痕尺寸和压痕的凸起高度之间的关系中呈现基本线性的关系。上述数据库以可改写的方式存储于存储机构7a或准备信息存储机构2B中。于是，不进行滚动面的复制，凸起高度推算机构7可采用已观察的滚动面的压痕尺寸，依照数据库容易推算凸起高度。

对采用上述的滚动轴承的寿命推算方法，推算使用中的滚动轴承的剩余寿命的方法进行说明。

在价格昂贵的大型的滚动轴承中，具有通过定期的检修来推算剩余寿命、根据该结果继续轴承的使用的要求。寿命推算机构8也可包括剩余寿命运算部8b，该剩余寿命运算部8b根据已推算的滚动轴承的寿命与轴承的转数推算轴承的剩余寿命。即，剩余寿命运算部8b根据动态等效荷载和压痕的凸起高度推算寿命，根据轴承的转数推算剩余寿命。由于滚动轴承的寿命多以L₁₀(90％的滚动轴承的没有破损的转数)为基准，故一般得到从此时的剩余寿命L₁₀中扣除转数而得到的值。在将以L₁₀为基准时的剩余寿命为负的场合确定为轴承的更换时期的场合，所检修的滚动轴承的组的90％会良好地运转。在滚动轴承中，具有即使少的比例的滚动轴承的破损，仍有问题的使用用途。在该场合，可将累积破损概率设定在10％以下。

在轴承的使用开始时，由于没有于轨道圈滚动面上形成压痕，故在式公(5)或公式(6)的压痕补偿系数a_d为“1”，剩余寿命为负之前，或在下次的检修之前，继续运转。在于检修时，于滚动面上形成压痕的场合，采用根据已推算的压痕的凸起高度而求出的压痕补偿系数a_d的值推算寿命，求出剩余寿命。此时，由于不知道通过复制或纤维光学镜等而观察的压痕在检修前的哪个阶段形成，故正确的转数无法设定。如果将在轴承破损前，尽可能早地更换轴承的方面作为安全目的的观点，则采用检修前的总转数作为旋转转数。在假定附带有压痕的状况而计算的剩余寿命不为负的场合，在剩余寿命为负之前，或在下次的检修之前继续运转。

在下次的检修之前继续轴承的运转的场合，通过复制或纤维光学镜等进行压痕形状的调查。在压痕的分布与第1次的检修相同的场合，采用通过上次的检修而求出的压痕补偿系数a_d的值推算寿命，求出剩余寿命。接着，通过新形成的压痕，推算压痕补偿系数a_d的值，求出剩余寿命。在任意的寿命均不为负的场合，在剩余寿命为负的场合或在检修的检查之前，继续运转。第2次的检修以后的剩余寿命推算的流程与前述的流程相同。

前述的剩余寿命推算是针对作用于轴承上的荷载一定的场合而说明的，在荷载针对每个转数而变化的场合，采用通过下述的公式(9)而表示的线性累积损伤规则推算剩余寿命。

$\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}\frac{n_i}{L_i}=1...\left(9\right)$

I表示荷载水平的步数；

L_i表示i的荷载水平下的寿命；

n_i表示i的荷载水平下的负荷次数或转数。

在采用该公式的场合，滚动轴承的更换时期为的和为1的场合。

如上所述，在参照附图的同时，对优选的实施形式进行了说明，但是，如果是本领域的技术人员，在阅读本说明书后会在显然的范围内，容易想到各种变更和修正方式。于是，这样的变更和修正方式应被解释为属于根据权利要求书确定的本发明的范围内。

标号的说明：

标号1表示寿命推算装置；

标号7表示凸起高度推算机构；

标号7a表示存储机构；

标号7b表示计算机构；

标号8表示寿命推算机构；

标号8a表示寿命运算部；

标号8b表示剩余寿命运算部；

标号10表示内圈；

标号11表示外圈；

标号10a、11a表示滚动面；

标号12表示滚动体；

标号14表示压痕。

Claims (12)

1.一种滚动轴承的寿命推算装置，用于推算滚动轴承的寿命，该滚动轴承具有内外圈以及夹设于该内外圈的滚动面之间的多个滚动体，

该滚动轴承的寿命推算装置包括：

凸起高度推算机构，在该凸起高度推算机构中输入：形成于上述内外圈中的任意者的滚动面上的压痕的深度、或作为压痕的平面大小的压痕尺寸，根据该已输入的压痕的深度或压痕尺寸，按照已确定的规则，推算上述压痕相对于滚动面的凸起高度；以及

寿命推算机构，该寿命推算机构根据由已推算的压痕的凸起高度和滚动疲劳寿命的降低率的关系以及动态等效荷载所确定的规则，推算滚动轴承的寿命，

上述寿命推算机构采用下述式计算滚动轴承的寿命Ln，

$L_n=a_{d}a{\left(\frac{C}{P}\right)}^p$ 在这里，a_d＝c·e^(-b×h)

$a=a_1={\left(\frac{\ln (1-0.01n)}{\ln 0.9}\right)}^{1/e}$ 或

$a={a_1}^{\′}=\{0.95{\left(\frac{\ln (1-0.01n)}{\ln 0.9}\right)}^{1/e}+0.05\}$

n与下一寿命Ln的n相同；

Ln表示n％寿命；

a_d表示压痕补偿系数；

b、c表示常数；

h表示压痕凸起高度，单位μm；

a₁、a₁’表示可靠度系数；

P表示荷载，单位kgf；

C表示动态额定荷载，单位kgf；

P表示荷载寿命指数，对于滚珠轴承：p＝3，对于滚子轴承：p＝10/3；

e表示威布尔斜率，对于滚珠轴承：e＝10/9，对于滚子轴承：e＝9/8，

其中，在10％寿命以下的场合，e＝1.5。

2.根据权利要求1所述的滚动轴承的寿命推算装置，其中，上述凸起高度推算机构具有：

存储机构，该存储机构存储轴承的指定的使用条件下的压痕尺寸与压痕的凸起高度的关系；以及

计算机构，该计算机构使已输入的压痕尺寸依照存储于上述存储机构中的上述关系，计算上述压痕的凸起高度。

3.根据权利要求1所述的滚动轴承的寿命推算装置，其中，上述寿命推算机构包括寿命运算部，该寿命运算部将通过下述式表示的压痕的凸起高度部的面积的增加所产生的滚动疲劳寿命的补偿系数与上述已推算的滚动轴承的寿命相乘，对滚动轴承的寿命进行运算，

$a_V={\left(\frac{1}{n_d}\right)}^e$

a_V表示基于压痕尺寸和压痕数量得到的补偿系数；

n_d表示压痕的凸起部的面积的增加率；

e表示威布尔斜率，对于滚珠轴承：e＝10/9，对于滚子轴承：e＝9/8。

4.根据权利要求3所述的滚动轴承的寿命推算装置，其中，上述寿命运算部将上述补偿系数与根据压痕的最大的凸起高度而推算的寿命相乘，对滚动轴承寿命进行运算。

5.根据权利要求3所述的滚动轴承的寿命推算装置，其中，上述寿命运算部根据形成于滚动面上的全部的压痕的凸起高度，推算相对于压痕的压痕个别对应寿命，将上述补偿系数与相应的已推算的压痕个别对应寿命相乘，对滚动轴承的寿命进行运算。

6.根据权利要求1所述的滚动轴承的寿命推算装置，其中，在通过上述凸起高度推算机构推算出压痕的凸起高度为1.0μm以下时，上述寿命推算机构将上述压痕补偿系数设为a_d＝1，计算滚动轴承的寿命Ln。

7.根据权利要求1所述的滚动轴承的寿命推算装置，其中，上述寿命推算机构包括剩余寿命运算部，该剩余寿命运算部根据上述已推算的滚动轴承的寿命与轴承的转数来推算轴承的剩余寿命。

8.根据权利要求7所述的滚动轴承的寿命推算装置，其中，上述剩余寿命运算部以超过累积破损率10％以下的寿命的转数，判定剩余寿命为0转。

9.根据权利要求1所述的滚动轴承的寿命推算装置，其中，上述压痕补偿系数根据荷载条件而采用不同的值。

10.根据权利要求9所述的滚动轴承的寿命推算装置，其中，在上述压痕的凸起高度大于1.0μm时，对应于上述内外圈的滚动面和上述滚动体的接触面的接触应力的最大值，分别规定上述压痕补偿系数的常数b、c。

11.根据权利要求1所述的滚动轴承的寿命推算装置，其中，上述滚动轴承为圆锥滚子轴承或圆柱滚子轴承。

12.一种滚动轴承的寿命推算方法，用于推算滚动轴承的寿命，该滚动轴承具有内外圈以及夹设于该内外圈的滚动面之间的多个滚动体，

该方法包括：

凸起高度推算过程，其中，输入形成于上述内外圈中的任意者的滚动面上的压痕的深度、或作为压痕的平面大小的压痕尺寸，根据该已输入的压痕的深度或压痕尺寸，按照已确定的规则，推算上述压痕相对于滚动面的凸起高度；以及

寿命推算过程，其中，根据已推算的压痕的凸起高度和滚动疲劳寿命的降低率的关系以及动态等效荷载，推算滚动轴承的寿命，

上述寿命推算过程采用下述式计算滚动轴承的寿命Ln，

$L_n=a_{d}a{\left(\frac{C}{P}\right)}^p$ 在这里，a_d＝c·e^(-b×h)

$a_1={\left(\frac{\ln (1-0.01n)}{\ln 0.9}\right)}^{1/e}$

n与下一寿命Ln的n相同；

Ln表示n％寿命；

a_d表示压痕补偿系数；

b、c表示常数；

h表示压痕凸起高度，单位μm；

a₁表示可靠度系数；

P表示荷载，单位kgf；

C表示动态额定荷载，单位kgf；

P表示荷载寿命指数，对于滚珠轴承：p＝3，对于滚子轴承：p＝10/3；

e表示威布尔斜率，对于滚珠轴承：e＝10/9，对于滚子轴承：e＝9/8，

其中，在10％寿命以下的场合，e＝1.5。