JP2007187461A - 軸受試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】差動反転軸受の特性を正確に評価することのできる軸受試験装置を提供する。
【解決手段】軸受試験装置３０は、差動反転軸受２０の内輪を回転させるための回転軸１と、差動反転軸受２０の外輪を回転させるための回転軸２と、内輪の温度を測定するための熱電対３ａおよびテレメータ３ｂと、外輪の温度を測定するための熱電対４ａおよびテレメータ４ｂと、差動反転軸受３０の保持器の回転状態を測定するためのセンサ６とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受試験装置に関し、より特定的には、差動反転軸受試験装置に関する。

運転時における軸受の挙動や、長期間運転したときに軸受に生じる問題（損傷）など、軸受の諸特性を調べるために、従来、様々な軸受試験装置が提案されてきた。

たとえば特開２００３−２５４８６６号公報（特許文献１）には、軸受における保持器の破断試験方法および装置が開示されている。特許文献１の保持器の破断試験装置は、ハウジングと、ハウジング内に水平方向に挿通された回転軸と、回転軸を回転させるためのモータとを備えている。試験対象である複列円筒ころ軸受は、内輪が上記回転軸の前端部に外嵌され、外輪がハウジングの前端部に嵌め込まれた外筒に内嵌される。これにより、回転軸と外筒との間に複列円筒ころ軸受が配設される。そして、回転軸とともに内輪のみを回転させた状態で、軸受内にベンジンを注入して軸受内の油分を取り除き、保持器に生じる摩擦力により保持器を破断させている。

このように従来の軸受試験装置においては、外輪をハウジングに固定し、内輪を回転軸とともに回転させていた。そしてこれにより、軸受の運転時に近い状態を再現し、軸受の諸特性の評価が行なわれていた。

なお、上記のように外輪をハウジングに固定し、内輪を回転軸とともに回転させる軸受試験装置は、たとえば特開平７−３３３２００号公報（特許文献２）にも開示されている。
特開２００３−２５４８６６号公報 特開平７−３３３２００号公報

軸受の中には、内輪と外輪とが互いに異なる方向に回転する条件で用いられる軸受（以下、差動反転軸受）もある。近年、たとえばジェットエンジンの主軸用の軸受として差動反転軸受を用いることも検討されている。しかしながら、従来の軸受試験装置においては、外輪を回転させずに内輪のみを回転させて軸受の試験を行なっており、差動反転軸受の運転状態とは異なる状態で試験を行なっていた。このため、差動反転軸受の特性を正確に評価することができなかった。

したがって、本発明の目的は、差動反転軸受の特性を正確に評価することのできる軸受試験装置を提供することを目的とする。

本発明の一の局面に従う軸受試験装置は、軸受の内輪を回転させるための内輪駆動部と、軸受の外輪を回転させるための外輪駆動部と、内輪の温度、外輪の温度、または軸受の保持器の回転状態のうち少なくともいずれかを測定するための測定部とを備えている。

本発明の一の局面に従う軸受試験装置によれば、内輪および外輪の両方を回転させた状態において、内輪の温度、外輪の温度、または軸受の保持器の回転状態のうち少なくともいずれかを測定することができる。このため、軸受を実際の差動反転軸受の運転状態に近い状態で試験することができ、差動反転軸受の特性を正確に評価することができる。

本発明の他の局面に従う軸受試験装置は、軸受の内輪を回転させるための内輪駆動部と、軸受の外輪を回転させるための外輪駆動部と、内輪の温度を測定するための第１測定部と、外輪の温度を測定するための第２測定部と、軸受の保持器の回転状態を測定するための第３測定部とを備えている。

本発明の他の局面に従う軸受試験装置によれば、内輪および外輪の両方を回転させた状態において、内輪の温度、外輪の温度、および軸受の保持器の回転状態の全てを測定することができる。このため、軸受を実際の差動反転軸受の運転状態に近い状態で試験することができ、差動反転軸受の特性を正確に評価することができる。

本発明の軸受試験装置において好ましくは、中空部分を有する１つの支持部がさらに備えられている。内輪駆動部および外輪駆動部は支持部の中空部分において回転可能に支持されている。

内輪駆動部および外輪駆動部が別々の支持部によって支持される場合には、軸受を軸受試験機に取り付ける際に支持部同士の位置が変化し、それにより内輪および外輪の位置関係が変化することも考えられる。そこで、内輪駆動部および外輪駆動部が１つの支持部によって支持されるようにすることで、軸受試験装置に軸受を取り付ける際に生じる取付け誤差を小さくすることができる。

本発明の軸受試験装置において好ましくは、支持部は外部から中空部分を目視可能な窓をさらに有している。これにより、中空部分の状態を観察することができる。また、軸受の取付けの際に生じる取付け誤差を小さくすることができる。

本発明の軸受試験装置によれば、差動反転軸受の特性を正確に評価することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態における軸受試験装置の構成を示す断面図である。図２は、図１の軸受試験装置の要部拡大図である。図１および図２を参照して、本実施の形態の軸受試験装置３０は、差動反転軸受２０を試験するための装置であって、内輪駆動部としての回転軸１と、外輪駆動部としての回転軸２と、第１測定部としての熱電対３ａおよびテレメータ３ｂと、第２測定部としての熱電対４ａおよびテレメータ４ｂと、第３測定部としてのセンサ６と、支持部としてのハウジング１０とを主に備えている。ハウジング１０は中空部分１１を有しており、中空部分１１において回転軸１および２が回転可能に支持されている。回転軸１および２のそれぞれの端面が互いに突き合わされるように回転軸１および２は配置されている。回転軸１には差動反転軸受２０の内輪２１が固定されており、内輪２１は回転軸１の回転とともに回転可能とされている。回転軸２には差動反転軸受２０の外輪２２が固定されており、外輪２２は回転軸２の回転とともに回転可能とされている。熱電対３ａおよびテレメータ３ｂは内輪２１の温度を測定するためのものであり、熱電対４ａおよびテレメータ４ｂは外輪２２の温度を測定するためのものである。センサ６は保持器の回転状態を測定するためのものである。

差動反転軸受２０は、内輪２１と、外輪２２と、転動体２３と、保持器２４とを備えている。転動体２３は内輪２１と外輪２２との間に配置されており、保持器２４によって転動自在に保持されている。なお、差動反転軸受２０としては任意の軸受を使用することができ、たとえば円筒ころ軸受、円すいころ軸受、玉軸受、または滑り軸受などを使用することができる。差動反転軸受２０の外径（外輪２２の外径）は１９０ｍｍ以下であることが好ましい。

回転軸１は２つの軸受３７によって円筒状のハウジング１４内の図１中左側に回転可能に保持されている。ハウジング１４はハウジング１０の内部に嵌め込まれている。これにより、回転軸１はハウジング１０の中空部分１１において回転可能に支持されている。また、回転軸１はその一端（図１中右端）が他の部分よりも大径になっており、この大径部分１ａの外周面に溝３１が設けられている。内輪２１は溝３１に嵌め込まれて固定されている。回転軸１の他端（図１中左端）の接続部３３には回転軸１を回転するためのモータ（図示なし）が接続されている。

回転軸２は２つの軸受３８によって円筒状のハウジング１５内の図１中右側に回転可能に保持されている。ハウジング１５はハウジング１０の内部に嵌め込まれている。これにより、回転軸２はハウジング１０の中空部分１１において回転可能に支持されている。また、回転軸２はその一端（図１中左端）が他の部分よりも大径になっており、この大径部分は回転軸１方向（図１中左方向）に突出した突出部２ａを有している。そして、突出部２ａの内周面（大径部分１ａの外周面と対向する面）に溝３２が設けられており、外輪２２は溝３２に嵌め込まれて固定されている。回転軸２の中央部右端寄りには回転軸２を回転させるためのプーリ３４が設けられている。

回転軸１の内部には通路４２が形成されている。熱電対３ａおよびテレメータ３ｂは通路４２内を通る導線（図示なし）によって互いに電気的に接続されている。また、回転軸２の内部には通路４３が形成されている。熱電対３ａおよびテレメータ３ｂは通路４３内を通る導線（図示なし）によって互いに電気的に接続されている。

ハウジング１０の図１中中央部には中空部分１１に通じる孔が開口されており、孔にはＬ字型の管３９が嵌め込まれている。管３９の内部には通路４１ａが形成されており、この通路４１ａと、回転軸１に設けられた通路４１ｂとを通じて、差動反転軸受２０に潤滑油が供給される。また、管３９にはセンサ６が取り付けられている。センサ６は保持器２４側面に向かって水平方向に延びている。センサ６は、たとえば側面に凹凸や曲面をつけた保持器２４に対してレーザ光を照射し、その反射光を受光することによって保持器２４の回転数を測定するものである。

ハウジング１０の中央部には外部から中空部分１１を目視可能な窓１３が設けられている。窓１３は透明部材よりなっており、たとえばプラスチックやガラスなどよりなっている。窓１３からは差動反転軸受２０およびセンサ６を目視可能であることが好ましい。

次に、本実施の形態の軸受試験装置を用いた差動反転軸受の試験方法について説明する。

図３は、差動反転軸受を軸受試験装置に取り付ける様子を示す断面図である。図１〜図３を参照して、始めに、差動反転軸受２０を軸受試験装置３０に取り付ける。すなわち、一体化した回転軸１、ハウジング１４、および軸受３７を図１中左方向に移動させ、ハウジング１０から取り出す。そして、内輪２１を回転軸１の溝３１に嵌め込み、転動体２３および保持器２４を内輪２１とともに回転軸１に取り付ける。同様に、一体化した回転軸２、ハウジング１５、および軸受３８を図１中右方向に移動させ、ハウジング１０から取り出す。そして、外輪２２を回転軸２の溝３２に嵌め込む。次に、内輪２１などを取り付けた回転軸１、ハウジング１４、および軸受３７を図１中左側からハウジング１０の中空部分１１に挿入し、ハウジング１４を固定する。同様に、外輪２２などを取り付けた回転軸２、ハウジング１５、および軸受３８を図１中右側からハウジング１０の中空部分１１に挿入し、ハウジング１５を固定する。その結果、中空部分１１において内輪２１、転動体２３、および保持器２４が外輪２２と合体し、差動反転軸受２０が取り付けられる。差動反転軸受２０の取付けは、窓１３から中空部分１１を観察しながら行なうことが好ましい。

続いて、回転軸１にモータが接続され、回転軸２が支持部３８によって支持され、プーリ３４にベルト（図示なし）が取り付けられる。次に、センサ６を取り付けた管３９が中空部分１１に挿入される。そして、通路４１ａおよび４１ｂが連通するように、かつセンサ６の光放出面が保持器２４側面に対向するように、管３９の位置が調節される。この調節は窓１３から観察しながら行なわれる。

続いて、回転軸１および２を互いに異なる方向に回転させることによって内輪２１および外輪２２を互いに異なる方向に回転させる（差動反転させる）。これにより、差動反転軸受２０の運転時に近い状態が再現される。そして、差動反転軸受２０を差動反転させた状態で、内輪２１の温度、外輪２２の温度、および保持器２４の回転状態の各々が測定される。

内輪２１の温度は熱電対３ａで測定され、テレメータ３ｂから発せられる電波によって受信装置５ａへ送られる。また、外輪２２の温度は熱電対４ａで測定され、テレメータ４ｂから発せられる電波によって受信装置５ｂへ送られる。これにより、内輪２１の温度と外輪２２の温度とが受信装置５ａ、５ｂから得られる。

センサ６で測定された距離は図示しない表示装置において表示される。保持器２４の側面の一ヶ所に予め切欠き部を形成しておくことによって、センサ６で測定される距離に基づいて保持器２４の回転状態を測定することができる。すなわち、内輪２１と外輪２２との差動によって保持器２４が回転すると、保持器２４の切欠き部を検出した瞬間にセンサ６で測定される保持器２４の距離が変化する。この距離の変化は保持器２４が１回転する度に起こるので、センサ６で測定される距離に基づいて保持器２４の回転状態（回転速度）が測定される。

本実施の形態における軸受試験装置３０によれば、内輪２１および外輪２２の両方を回転させた状態において、内輪２１の温度、外輪２２の温度、および保持器２４の回転状態を測定することができる。このため、差動反転軸受２０を実際の運転状態に近い状態で試験することができ、差動反転軸受２０の特性を正確に評価することができる。

ここで、特に検証する必要のある差動反転軸受の挙動として、転動体の自転速度の増加、保持器の回転速度の減少、および転動体の遠心力の減少などが考えられる。これらの挙動は通常の軸受の運転状態とは異なっている。差動反転軸受ではたとえば保持器が回転せずに同じ位置で止まることも考えられる。保持器が同じ位置で止まった場合、転動体は同じ位置で自転し続けることになり、軸受に加わるラジアル荷重を限られた転動体のみで受けることになる。差動反転軸受内部ではこのような現象が起こり得るため、差動反転軸受で発生する問題を検証する必要がある。本実施の形態の軸受試験装置３０によれば、このような問題を検証することが可能である。

また、中空部分１１を有する１つのハウジング１０がさらに備えられており、回転軸１および２はハウジング１０の中空部分１１において回転可能に支持されているので、軸受試験装置３０に差動反転軸受２０を取り付ける際に生じる取付け誤差を小さくすることができる。

さらに、ハウジング１０は外部から中空部分１１を目視可能な窓１３をさらに有しているので、中空部分１１の状態を観察することができる。また、差動反転軸受２０の取付けの際に生じる取付け誤差を小さくすることができる。

なお、本実施の形態においては、熱電対で測定された温度をテレメータから発せられる電波によって受信装置へ送る場合について示したが、本発明の温度測定方法に特に制限はなく、たとえばスリップリングを用いた温度測定方法を採用することもできる。

また、本実施の形態においては、保持器の側面の一ヶ所に形成された切欠き部を検出することにより保持器の回転状態を測定する場合について示したが、本発明の保持器の回転状態の測定方法に特に制限はなく、たとえば保持器に予め磁石を取り付けておき、磁界の変化をセンサで検出することにより保持器の回転状態を測定してもよい。

さらに、本実施の形態においては、内輪の温度、外輪の温度、および保持器の回転状態の全てを測定する軸受試験装置について示したが、本発明はこのようなものに限定されるものではなく、内輪の温度、外輪の温度、および保持器の回転状態のうち少なくともいずれか一つが測定されればよい。

以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。

本発明はジェットエンジン主軸に用いられる軸受のように約８０００ｒｐｍの回転速度で用いられるような差動反転軸受の試験装置として特に好適である。

本発明の一実施の形態における軸受試験装置の構成を示す断面図である。 図１の軸受試験装置の要部拡大図である。 差動反転軸受を軸受試験装置に取り付ける様子を示す断面図である。

符号の説明

１，２ 回転軸、１ａ 大径部分、２ａ 突出部、３ａ，４ａ 熱電対、３ｂ，４ｂ テレメータ、５ａ、５ｂ 受信装置、６ センサ、１０，１４，１５ ハウジング、１１ 中空部分、１３ 窓、２０ 差動反転軸受、２１ 内輪、２２ 外輪、２３ 転動体、２４ 保持器、３０ 軸受試験装置、３１，３２ 溝、３３ 接続部、３４ プーリ、３７，３８ 軸受、３９ 管、４１ａ，４１ｂ，４２，４３ 通路。

Claims (4)

1. 軸受の内輪を回転させるための内輪駆動部と、
   前記軸受の外輪を回転させるための外輪駆動部と、
   前記内輪の温度、前記外輪の温度、または前記軸受の保持器の回転状態のうち少なくともいずれかを測定するための測定部とを備える、軸受試験装置。
2. 軸受の内輪を回転させるための内輪駆動部と、
   前記軸受の外輪を回転させるための外輪駆動部と、
   前記内輪の温度を測定するための第１測定部と、
   前記外輪の温度を測定するための第２測定部と、
   前記軸受の保持器の回転状態を測定するための第３測定部とを備える、軸受試験装置。
3. 中空部分を有する１つの支持部をさらに備え、
   前記内輪駆動部および前記外輪駆動部は前記支持部の前記中空部分において回転可能に支持されることを特徴とする、請求項１または２に記載の軸受試験装置。
4. 前記支持部は外部から前記中空部分を目視可能な窓をさらに有することを特徴とする、請求項３に記載の軸受試験装置。

Images