JP2019207157A - Method for evaluating performance of rolling component - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、転動部品の性能評価方法に関し、より特定的には、使用中の転動部品の疲労度および余寿命を推定することで転動部品の性能を評価する、転動部品の性能評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating the performance of a rolling component, and more specifically, the performance of a rolling component that evaluates the performance of the rolling component by estimating the fatigue level and remaining life of the rolling component in use. It relates to the evaluation method.
転がり軸受(以下、軸受とも呼ぶ)の寿命は,荷重や潤滑条件等の運転条件と、軸受を構成する転動部品の硬度・組織・残留応力等の材料特性とに依存することが知られている。そのため、軸受の寿命は、軸受の運転条件および材料特性から計算できる寿命計算式を使って推定されている。この計算式は、軸受をある条件で使用する際にどのくらいの期間使用できるか、あるいは、要求される使用期間で軸受が破損しないためにどのような条件で軸受を使用すればよいかを見積もるために使用されている。 It is known that the life of rolling bearings (hereinafter also referred to as bearings) depends on operating conditions such as load and lubrication conditions and material properties such as hardness, structure and residual stress of the rolling parts that make up the bearings. Yes. Therefore, the life of the bearing is estimated using a life calculation formula that can be calculated from the operating conditions and material characteristics of the bearing. This formula is used to estimate how long a bearing can be used under certain conditions, or under what conditions it should be used so that the bearing will not break during the required period of use. Is used.
一般に、軸受は、その寿命計算式に基づいて設定した使用条件で使用される。したがって、想定した条件で軸受が使用されている場合は、寿命が問題になることはないはずである。しかしながら、市場では軸受の寿命がしばしば問題となる。これは、実際の軸受では使用環境等の外乱によって軸受の寿命が想定外に短くなる場合が発生するためと考えられる。そのため、軸受では、実際の軸受の疲労度を何らかの分析結果に基づいて推定し、疲労度から軸受の破損のリスクを管理したいというニーズがある。また、疲労度から今後の疲労の進行を仮定して余寿命を推定し、余寿命から軸受の交換時期を定量的に予測したいというニーズもある。さらに、転動部品の疲労度と余寿命推定は、転動疲労試験中の転動部品に対して適用すれば、転動部品が寿命を迎えるまで、すなわちはく離が発生するまで試験せずとも、疲労度の進行の早さから転動部品の疲労特性を評価できる。この結果、転動部品の開発のスピードアップにも貢献できる。 In general, a bearing is used under a use condition set based on a life calculation formula. Therefore, the life should not be a problem when the bearing is used under the assumed conditions. However, bearing life is often a problem in the market. This is presumably because the bearing life may be shortened unexpectedly in actual bearings due to disturbances such as the use environment. Therefore, in bearings, there is a need to estimate the actual fatigue level of a bearing based on some analysis result and to manage the risk of damage to the bearing from the fatigue level. There is also a need to estimate the remaining life based on the degree of fatigue from the fatigue level and to quantitatively predict the bearing replacement time from the remaining life. Furthermore, if the fatigue level and remaining life estimation of the rolling parts are applied to the rolling parts during the rolling fatigue test, the rolling parts are not tested until they reach the end of their life, i.e., until separation occurs. The fatigue characteristics of rolling parts can be evaluated from the speed of progress of the fatigue level. As a result, it can also contribute to speeding up the development of rolling parts.
たとえば、特開2014−167421号公報では、軸受の接触圧力と表面粗さの突起形状とから求められる塑性指数から、ピーリング、フレーキング、摩耗、およびスミアリングなどの損傷形態を予測する方法が記載されている。さらに、接触圧力、塑性指数、すべり率等の条件から表面起点型損傷の一種であるピーリングの寿命を予測する方法が記載されている。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-167421 describes a method for predicting damage forms such as peeling, flaking, wear, and smearing from a plasticity index obtained from a contact pressure of a bearing and a protrusion shape of surface roughness. Has been. Furthermore, a method for predicting the life of peeling, which is a type of surface-origin damage, from conditions such as contact pressure, plasticity index, and slip ratio is described.
ピーリングに対する余寿命の推定方法は、対馬全之 他著、「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)、pp.25−34、に示されている。この論文では、X線で測定した残留応力と半価幅の変化量からピーリングが発生するときの疲労度を推定し、当該疲労度から余寿命を推定している。 The method of estimating the remaining life for peeling is described by Zenyuki Tsushima et al., “Application of X-ray stress measurement to bearing failure analysis”, Bearing Engineer No. 49 (1984), pp. 25-34. In this paper, the degree of fatigue when peeling occurs is estimated from the amount of change in residual stress and half width measured by X-ray, and the remaining life is estimated from the degree of fatigue.
特開2014−13188号公報では、軸受部品の転動部にX線を照射したときに発生する環状の回折X線から求められる各種X線分析値(たとえば応力、残留オーステナイト量、環状の回折X線の中心角に対する回折強度分布、中心角に対する半価幅など)と転動部品の各種使用条件(負荷回数、荷重、潤滑条件等)とをデータベース化し、当該データベースに基づいて軸受の使用条件を推定し、その使用条件から軸受の寿命を推定する方法が開示されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-13188, various X-ray analysis values (for example, stress, residual austenite amount, annular diffraction X) obtained from annular diffraction X-rays generated when X-rays are applied to the rolling parts of bearing parts are disclosed. (Diffraction intensity distribution with respect to the center angle of the line, half width with respect to the center angle, etc.) and various usage conditions (number of loads, load, lubrication conditions, etc.) of the rolling parts are made into a database. A method for estimating and estimating the life of a bearing from its use conditions is disclosed.
上述した特開2014−167421号公報に開示された方法は、接触圧力、表面粗さの接触の過酷度を示す塑性指数、すべり率等の使用条件がわかれば、表面起点型損傷の形態と寿命を予測することができる。しかし、軸受の使用条件とその軸受がどの程度疲労を受けているか、すなわち軸受の疲労度について予測する手段が示されておらず、余寿命推定も難しい。 The method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-167421 described above is based on the surface pressure-induced damage mode and life if the use conditions such as the contact pressure, the plasticity index indicating the severity of contact with the surface roughness, and the slip rate are known. Can be predicted. However, there is no means for predicting the use conditions of the bearing and how much the bearing is fatigued, that is, the degree of fatigue of the bearing, and it is difficult to estimate the remaining life.
上述した論文「X線応力測定の軸受破損解析への応用」に開示された方法は、圧縮残留応力の増加量と半価幅の減少量との積を疲労度と対応するパラメータであると仮定し、そのパラメータと特定の試験条件で得られた転動部品の寿命との関係から転動部品の余寿命を推定している。圧縮残留応力の増加量と半価幅の減少量との積を疲労度と対応するパラメータであるとした仮定の根拠は、当該パラメータと特定の試験条件で得られた転動部品の寿命に対応関係が見られたことにある。しかし、当該関係は理論的に得られたものではなく、特定の実験条件における疲労度とX線分析値との対応関係である。したがって、試験条件によって当該関係は大きく変わり得るため、疲労度と余寿命の推定精度に問題がある。 The method disclosed in the above-mentioned paper “Application of X-ray stress measurement to bearing failure analysis” assumes that the product of the increase in compressive residual stress and the decrease in half-value width is a parameter corresponding to the degree of fatigue. The remaining life of the rolling parts is estimated from the relationship between the parameters and the life of the rolling parts obtained under specific test conditions. The basis for the assumption that the product of the increase in compressive residual stress and the decrease in half-value width is a parameter that corresponds to the degree of fatigue corresponds to the life of the rolling part obtained under the specified test conditions The relationship is seen. However, this relationship is not theoretically obtained, and is a correspondence relationship between the degree of fatigue and the X-ray analysis value under a specific experimental condition. Therefore, since the relationship can vary greatly depending on the test conditions, there is a problem in the estimation accuracy of the fatigue level and the remaining life.
特開2014−13188号公報に開示された方法は、従来装置よりも転動疲労に関する情報が豊富に得られるX線回折環分析装置を用いて、各種X線分析結果と各種転動条件(使用面圧、潤滑条件、すべり条件など)とのデータベースを構築し、そのデータベースから軸受の使用条件を推定し、余寿命を推定する方法である。この方法では、推定した使用条件から特開2014−167421号公報の方法等で寿命を推定できれば、現在までの使用時間が既知という条件の下、疲労度が明らかになる。さらに、その後の使用条件を現在までの使用条件と同等と仮定すれば、軸受部品の余寿命が推定できる。しかし、この方法も、その後の使用条件に仮定が入るため、余寿命推定の誤差は大きいと考えられる。さらに、この方法では、複雑な転動部品の使用条件(たとえば負荷回数、荷重、潤滑条件、すべり等)をX線分析値から統計的に推定する。そのため、膨大な実験に基づくデータベースがなければ、使用条件の推定精度が低くなり、結果として余寿命の推定精度が悪化する。 The method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-13188 uses an X-ray diffraction ring analyzer that provides more information on rolling fatigue than conventional devices, and uses various X-ray analysis results and various rolling conditions (use This is a method for constructing a database of surface pressure, lubrication conditions, slip conditions, etc.), estimating bearing use conditions from the database, and estimating the remaining life. In this method, if the life can be estimated from the estimated use conditions by the method of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-167421, the degree of fatigue becomes clear under the condition that the use time up to now is known. Further, assuming that the subsequent use conditions are equivalent to the use conditions up to now, the remaining life of the bearing parts can be estimated. However, this method is also assumed to have a large error in remaining life estimation because assumptions are made in subsequent use conditions. Furthermore, in this method, use conditions (for example, the number of loads, load, lubrication conditions, slip, etc.) of complicated rolling parts are statistically estimated from the X-ray analysis values. For this reason, if there is no database based on an enormous amount of experiments, the estimation accuracy of the use conditions is lowered, and as a result, the estimation accuracy of the remaining life is deteriorated.
ここで、発明者は上述した転動部品の疲労度または余寿命を利用して転動部品の性能評価を行うことを検討しているが、上述のように従来の方法では疲労度や余寿命の推定精度が低く、こられの疲労度または余寿命を利用して転動部品の性能評価を高い精度で実施することは難しかった。 Here, the inventor is considering performing the performance evaluation of the rolling part using the above-described fatigue degree or remaining life of the rolling part. However, as described above, the conventional method uses the fatigue degree and remaining life. Therefore, it was difficult to evaluate the performance of rolling parts with high accuracy by using the fatigue level or remaining life.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、精度の高い疲労度および余寿命の推定を行うことにより、当該疲労度または余寿命を利用して転動部品の性能評価を高精度で実施することが可能な、転動部品の性能評価方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to use the fatigue level or remaining life by estimating the fatigue level and remaining life with high accuracy. Another object of the present invention is to provide a rolling component performance evaluation method capable of performing the rolling component performance evaluation with high accuracy.
本開示に係る転動部品の性能評価方法は、転動部品の疲労度を推定するステップと、転動部品の性能を評価するステップとを備える。疲労度を推定するステップでは、繰り返し負荷が加えられている転動部品に対して、転動部品における繰り返し負荷の負荷回数が互いに異なる複数の状態に関して、それぞれ前記転動部品の疲労度を推定する。転動部品の性能を評価するステップでは、複数の状態における負荷回数と、負荷回数に対応する疲労度との関係に基づき、転動部品の性能を評価する。疲労度を推定するステップは、測定データを取得するステップと、疲労度を推定するステップとを含む。測定データを取得するステップでは、転動部品の疲労部にX線を照射することで、転動部品に関するX線分析値の測定データを取得する。疲労度を推定するステップでは、X線分析値と転動部品の疲労度との関係に基づいて、測定データから転動部品の疲労度を推定する。 The rolling component performance evaluation method according to the present disclosure includes a step of estimating a fatigue level of the rolling component and a step of evaluating the performance of the rolling component. In the step of estimating the fatigue level, the fatigue level of the rolling component is estimated for each of the rolling components to which the repeated load is applied, with respect to a plurality of states in which the number of loads of the repeated load on the rolling component is different from each other. . In the step of evaluating the performance of the rolling component, the performance of the rolling component is evaluated based on the relationship between the number of loads in a plurality of states and the degree of fatigue corresponding to the number of loads. The step of estimating the fatigue level includes a step of obtaining measurement data and a step of estimating the fatigue level. In the step of acquiring measurement data, X-ray analysis value measurement data relating to the rolling part is acquired by irradiating the fatigued part of the rolling part with X-rays. In the step of estimating the fatigue level, the fatigue level of the rolling component is estimated from the measurement data based on the relationship between the X-ray analysis value and the fatigue level of the rolling component.
本開示に係る転動部品の性能評価方法は、余寿命を推定するステップと、転動部品の性能を評価するステップとを備える。余寿命を推定するステップでは、繰り返し負荷が加えられている転動部品に対して、転動部品における繰り返し負荷の負荷回数が互いに異なる複数の状態に関して、それぞれ転動部品の余寿命を推定する。性能を評価するステップでは、複数の状態における負荷回数と余寿命との関係に基づき、転動部品の性能を評価する。余寿命を推定するステップは、X線分析値の測定データを取得するステップと、表面形状の測定データを取得するステップと、残留応力のデータを導出するステップと、繰り返し応力のデータを推定するステップと、寿命を推定するステップと、疲労度を推定するステップと、余寿命を推定するステップとを含む。X線分析値の測定データを取得するステップでは、転動部品の疲労部にX線を照射することで、転動部品に関するX線分析値の測定データを取得する。表面形状の測定データを取得するステップでは、転動部品の疲労部を測定して表面形状の測定データを取得する。残留応力のデータを導出するステップでは、X線分析値の測定データに基づき転動部品の疲労部における残留応力のデータを導出する。繰り返し応力のデータを推定するステップでは、残留応力のデータおよび表面形状の測定データに基づき、疲労部に作用する繰り返し応力のデータを推定する。寿命を推定するステップでは、繰り返し応力のデータから転動部品の寿命を推定する。疲労度を推定するステップでは、X線分析値と転動部品の疲労度との関係に基づいて、X線分析値の測定データから転動部品の疲労度を推定する。余寿命を推定するステップでは、転動部品の寿命と疲労度とに基づき転動部品の余寿命を推定する。 The rolling component performance evaluation method according to the present disclosure includes a step of estimating a remaining life and a step of evaluating the performance of the rolling component. In the step of estimating the remaining life, the remaining life of the rolling component is estimated for each of a plurality of states in which the number of times of the repeated load on the rolling component is different from each other. In the step of evaluating the performance, the performance of the rolling component is evaluated based on the relationship between the number of loads and the remaining life in a plurality of states. The step of estimating the remaining life includes a step of acquiring measurement data of X-ray analysis values, a step of acquiring surface shape measurement data, a step of deriving residual stress data, and a step of estimating repetitive stress data And a step of estimating a life, a step of estimating a fatigue level, and a step of estimating a remaining life. In the step of acquiring the measurement data of the X-ray analysis value, the measurement data of the X-ray analysis value relating to the rolling part is acquired by irradiating the fatigue part of the rolling part with X-rays. In the step of acquiring the measurement data of the surface shape, the fatigue data of the rolling part is measured to acquire the measurement data of the surface shape. In the step of deriving the residual stress data, the residual stress data in the fatigue part of the rolling part is derived based on the measurement data of the X-ray analysis values. In the step of estimating the repeated stress data, the repeated stress data acting on the fatigue portion is estimated based on the residual stress data and the surface shape measurement data. In the step of estimating the life, the life of the rolling component is estimated from the repeated stress data. In the step of estimating the fatigue level, the fatigue level of the rolling part is estimated from the measurement data of the X-ray analysis value based on the relationship between the X-ray analysis value and the fatigue level of the rolling part. In the step of estimating the remaining life, the remaining life of the rolling part is estimated based on the life and fatigue level of the rolling part.
上記によれば、疲労度または余寿命を利用して転動部品の性能評価を高精度で実施することが可能な、転動部品の性能評価方法が得られる。 Based on the above, it is possible to obtain a rolling component performance evaluation method capable of performing the performance evaluation of the rolling component with high accuracy using the degree of fatigue or the remaining life.
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
<転動部品の性能評価方法概要>
図1は、本実施形態に係る転動部品の性能評価方法を説明するためのフローチャートである。図2は、本実施形態に係る転動部品の性能評価方法の変形例を説明するためのフローチャートである。図3は、本実施形態に係る転動部品の性能評価方法を説明するためのグラフである。以下、本実施形態に係る転動部品の性能評価方法の概要を説明する。
<Outline of performance evaluation method for rolling parts>
FIG. 1 is a flowchart for explaining a rolling component performance evaluation method according to the present embodiment. FIG. 2 is a flowchart for explaining a modification of the rolling component performance evaluation method according to the present embodiment. FIG. 3 is a graph for explaining the performance evaluation method for rolling parts according to the present embodiment. The outline of the rolling component performance evaluation method according to this embodiment will be described below.
図1に示すように、本開示に係る転動部品の性能評価方法は、転動部品の疲労度を推定するステップ(S1)と、転動部品の性能を評価するステップ(S2)とを備える。疲労度を推定するステップ(S1)では、たとえば転動疲労試験のように繰り返し負荷が加えられている転動部品に対して、転動部品における繰り返し負荷の負荷回数が互いに異なる複数の状態に関して、それぞれ転動部品の疲労度を推定する。たとえば、一定の負荷回数ごとに、疲労度を推定するステップ(S1)を実施する。なお、疲労度を推定するステップ(S1)の詳細は後述する。転動部品の性能を評価するステップ(S2)では、図3に示すように、複数の状態における負荷回数と、負荷回数に対応する評価データである疲労度との関係に基づき、転動部品の性能を評価する。図3において、横軸は使用期間、すなわち負荷回数を示し、縦軸は評価データの値を示す。ここでは評価データとして疲労度の値を示す。図3に示すように、転動部品について負荷回数と疲労度との関係を示すデータをプロットすると、通常の使用状態である転動部品については第1のグループ10で示すようなデータ群となる。一方、第1のグループ10を外れたデータ11を示す転動部品については、第1のグループ10に含まれる転動部品より疲労が早く進行していることがわかる。また、第1のグループ10を外れたデータ12を示す転動部品については、第1のグループ10に含まれる転動部品より疲労の進み方が遅く、長寿命となる条件で使用されていることがわかる。
As shown in FIG. 1, the rolling component performance evaluation method according to the present disclosure includes a step (S1) of estimating a fatigue level of the rolling component and a step (S2) of evaluating the performance of the rolling component. . In the step of estimating the degree of fatigue (S1), for example, a rolling part to which a repeated load is applied as in a rolling fatigue test, for a plurality of states in which the number of repeated loads in the rolling part is different from each other, Estimate the fatigue level of rolling parts. For example, the step (S1) of estimating the degree of fatigue is performed for every certain number of loads. Details of the step (S1) of estimating the fatigue level will be described later. In the step (S2) of evaluating the performance of the rolling component, as shown in FIG. 3, based on the relationship between the number of loads in a plurality of states and the degree of fatigue that is evaluation data corresponding to the number of loads, Evaluate performance. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the period of use, that is, the number of loads, and the vertical axis indicates the value of the evaluation data. Here, fatigue values are shown as evaluation data. As shown in FIG. 3, when data indicating the relationship between the number of loads and the degree of fatigue is plotted for rolling parts, the rolling parts that are in a normal use state become a data group as shown in the
また、図2に示す転動部品の性能評価方法は、余寿命を推定するステップ(S3)と、転動部品の性能を評価するステップ(S2)とを備える。余寿命を推定するステップ(S3)では、繰り返し負荷が加えられている転動部品に対して、転動部品における繰り返し負荷の負荷回数が互いに異なる複数の状態に関して、それぞれ転動部品の余寿命を推定する。性能を評価するステップ(S2)では、複数の状態における負荷回数と余寿命との関係に基づき、転動部品の性能を評価する。余寿命を推定するステップ(S3)の詳細は後述する。性能を評価するステップ(S2)では、図1に示した性能評価方法と同様に、横軸に負荷回数をとり、縦軸に余寿命をとったグラフに上記ステップ(S3)で推定した余寿命のデータをプロットすることで、負荷回数に対する転動部品の余寿命の変化から転動部品の性能を評価することができる。 2 includes a step (S3) of estimating the remaining life and a step (S2) of evaluating the performance of the rolling component. In the step (S3) of estimating the remaining life, the remaining life of the rolling parts is respectively calculated for a plurality of states in which the number of repeated loads on the rolling parts is different from each other. presume. In the step of evaluating performance (S2), the performance of the rolling component is evaluated based on the relationship between the number of loads and the remaining life in a plurality of states. Details of the step of estimating the remaining life (S3) will be described later. In the step of evaluating performance (S2), similar to the performance evaluation method shown in FIG. 1, the remaining life estimated in the above step (S3) is plotted on the graph with the horizontal axis representing the number of loads and the vertical axis representing the remaining life. By plotting this data, it is possible to evaluate the performance of the rolling component from the change in the remaining life of the rolling component with respect to the number of loads.
<余寿命の推定方法>
余寿命について:
軸受の余寿命は、現時点で軸受がどのくらい疲労しているか(疲労度)と、その後の使用条件とによって決まる。疲労度と余寿命は混同されやすいが、その違いは線形累積損傷則(以下、マイナー則)を表す以下の式を見ると理解しやすい。
<Method for estimating remaining life>
About remaining life:
The remaining life of the bearing is determined by how much the bearing is currently fatigued (fatigue level) and subsequent use conditions. The degree of fatigue and the remaining life are easily confused, but the difference is easy to understand by looking at the following equation representing the linear cumulative damage law (hereinafter, the minor law).
上記式(1)は、ある応力振幅での寿命をL1、L2・・・Li・・・Lnとしたときに、それぞれの応力振幅でN1、N2、・・・Ni・・・Nn回の負荷を受けた際、それぞれの寿命に対する負荷の比の線形和が1に達した時に寿命を迎えるとする経験式である。この式では、左辺の破線四角内が「ある使用条件でどの程度の時間使用されたか」を表す疲労度である。また、上記式(1)の左辺における最後の項のNnが「その後どのくらいの時間使用できるか」を表す余寿命になる。この式(1)から明らかなように、余寿命は疲労度(すなわち式(1)中の破線四角内)と、その後の使用条件によって決まる寿命Lnが既知でなければ推定できない。したがって、疲労度推定では、式(1)の破線四角内の疲労度を正確に推定する分析方法を考案することが課題である。また、余寿命推定では、正確な疲労度推定に加えて、使用条件からこの先の寿命を予測する方法を考案することが課題になる。 The above equation (1) indicates that when the life at a certain stress amplitude is L1, L2... Li... Ln, N1, N2,. Is an empirical formula in which the life is reached when the linear sum of the ratios of the load to the respective life reaches 1. In this equation, the inside of the broken-line square on the left side is the degree of fatigue representing “how long it has been used under a certain use condition”. In addition, Nn in the last term on the left side of the above formula (1) is a remaining life representing “how long can it be used thereafter”. As is clear from this equation (1), the remaining life cannot be estimated unless the fatigue level (that is, within the broken line square in the equation (1)) and the life Ln determined by subsequent use conditions are known. Therefore, in the fatigue level estimation, it is a problem to devise an analysis method for accurately estimating the fatigue level in the broken-line square of the equation (1). Further, in the remaining life estimation, in addition to accurate fatigue level estimation, it becomes an issue to devise a method for predicting the future life from the usage conditions.
余寿命の具体的な推定方法:
図4は、転動部品の余寿命を求めるプロセスを説明するためのフローチャートである。図4に示すように、転動部品の余寿命の推定方法では、まず転動部品の表面形状測定ステップ(S20)を実施する。次に当該ステップ(S20)により得られたデータと、転動部品の運転条件のデータ、具体的には回転数、使用温度、荷重、潤滑油条件などとから油膜パラメータを推定するステップ(S21)を実施する。油膜パラメータが3以下になると、転動部品の転動面の表面における微小凹凸の凸部先端と、当該転動面に接触する回転部材の表面における微小凹凸の凸部先端とが直接接触する可能性がある。この場合、転動部品の表面における微小凹凸での応力集中(以下、ミクロ応力)が発生する。表面起点型の損傷はこのミクロ応力に起因している。本実施形態に係る性能評価方法では、表面起点型の損傷(たとえば剥離)に着目して性能評価を行っている。そのため、上記ステップ(S21)において油膜パラメータが3以下になっていることを確認することで、本実施形態に係る性能評価方法が適用できることを確認できる。そして、使用中の軸受等の転動部品が表面起点型剥離を起こすかどうかは、表面形状の状態によって決まる。そのため、本実施の形態に係る性能評価方法における余寿命の推定プロセスでは、転動面の応力状態の計算ステップ(S22)を実施する。
Specific method for estimating remaining life:
FIG. 4 is a flowchart for explaining a process for obtaining the remaining life of the rolling component. As shown in FIG. 4, in the method for estimating the remaining life of the rolling component, first, a surface shape measuring step (S20) of the rolling component is performed. Next, the oil film parameter is estimated from the data obtained in the step (S20) and the operating condition data of the rolling parts, specifically the rotational speed, operating temperature, load, lubricating oil condition, etc. (S21). To implement. When the oil film parameter is 3 or less, it is possible to directly contact the tip of the minute irregularities on the surface of the rolling part of the rolling component and the tip of the minute irregularities on the surface of the rotating member that contacts the rolling surface. There is sex. In this case, stress concentration (hereinafter referred to as “micro stress”) occurs on the minute unevenness on the surface of the rolling component. Surface-origin damage is due to this microstress. In the performance evaluation method according to the present embodiment, performance evaluation is performed by focusing on surface-origin damage (for example, peeling). Therefore, it can be confirmed that the performance evaluation method according to the present embodiment can be applied by confirming that the oil film parameter is 3 or less in the step (S21). Whether or not rolling parts such as bearings in use cause surface-origin separation will depend on the surface shape. Therefore, in the remaining life estimation process in the performance evaluation method according to the present embodiment, the step of calculating the stress state of the rolling surface (S22) is performed.
以下、ステップ(S22)において応力状態を計算する具体的な方法の一例を示す。
まず、Ioannidesらの論文(E.Ioannides, G.Bergling, A. Gabelli , "An Analytical Formulation for the Life of Rolling Bearings", ACTA POLYTECHNICA SCANDINAVICA, MECHANICAL ENGINEERING SERIES No.137)で示される、二乗平均平方根傾斜がミクロ応力に比例するという以下の式(2)で示される関係を仮定する。
Hereinafter, an example of a specific method for calculating the stress state in step (S22) will be described.
First, the root mean square slope shown by Ioannides et al. (E. Ioannides, G. Bergling, A. Gabelli, "An Analytical Formulation for the Life of Rolling Bearings", ACTA POLYTECHNICA SCANDINAVICA, MECHANICAL ENGINEERING SERIES No. 137) Is assumed to be proportional to the micro-stress, as shown in the following equation (2).
研削で作られる粗さには方向性があり、研削面には研削方向に沿って図7のように長細い突起が存在している。ここで、図7は転動部品の転動面の微小凹凸を説明するための模式図である。図7において、矢印31で示す方向が研削方向である。微小凹凸の凸部30は、当該矢印31に示す研削方向に沿って延びるように形成される。ここで、物体の断面形状が一様であり、十分な長さがあれば、その両端部を除けば平面ひずみ状態であるとみなせる。したがって、微小凹凸の接触部では平面ひずみ応力状態を仮定でき、表面のミクロな接触部下の内部応力は下記の式(3)〜式(6)で計算可能である。なお、摩擦係数μは境界潤滑条件でのおよその値、たとえば0.1などの適切な値を代入すればよい。なお、以下の式においてxyz座標は、たとえば以下のように規定してもよい。すなわち、転動部品として二円筒試験における試験片を考える場合、z軸を当該試験片の外周面から径方向に延びる軸とし、x軸を当該試験片の回転方向に沿うとともに外周面から接線方向に延びる軸とし、y軸を当該試験片の外周面から回転軸に沿う方向に延びる軸とする。また、転動部品として転がり軸受の内輪を考える場合、z軸を当該内輪の外周面(転走面)から径方向に延びる軸とし、x軸を当該内輪の回転方向に沿うとともに外周面から接線方向に延びる軸とし、y軸を当該内輪の外周面から回転軸に沿う方向に延びる軸とする。
The roughness produced by grinding is directional, and long and narrow protrusions are present on the ground surface along the grinding direction as shown in FIG. Here, FIG. 7 is a schematic diagram for explaining minute irregularities on the rolling surface of the rolling component. In FIG. 7, the direction indicated by the
また、相当応力は次式で計算できる。 The equivalent stress can be calculated by the following equation.
以上より、二乗平均平方根傾斜Rdqを測定すれば、式(2)〜式(7)を用いることでミクロな接触部直下の3軸応力が式(2)の未知の定数aを残して計算できる。 From the above, when the root mean square slope R dq is measured, the triaxial stress immediately below the micro contact portion is calculated by using the equations (2) to (7), leaving the unknown constant a in the equation (2). it can.
一方、転動部品の軌道面に高い応力が発生する場合、当該軌道面には繰返しの塑性変形によって高い残留応力が徐々に生成する。このため、転動部品の転動時には残留応力が上述したミクロ応力に重畳することになる。したがって、表面起点型はく離による寿命を決定する表層の繰返し応力は、凹凸によるミクロ応力と残留応力の両方を考慮して予測する必要がある。そのため、図4に示した余寿命の推定プロセスでは、転動部品の表面(転動面)に対するX線回折環分析の結果から残留応力を計算し、ステップ(S22)で求めたミクロ応力を重ね合わせて、接触部直下の相当応力(繰り返し応力)を計算する。具体的には、転動部品のX線回折環分析ステップ(S10)を実施した後、転動面の残留応力を計算するステップ(S12)を実施して残留応力を求めた後、転動面の残留応力を考慮した繰り返し応力の計算ステップ(S30)を実施する。 On the other hand, when a high stress is generated on the raceway surface of the rolling component, a high residual stress is gradually generated on the raceway surface due to repeated plastic deformation. For this reason, the residual stress is superimposed on the above-described micro stress when the rolling component rolls. Therefore, it is necessary to predict the repetitive stress of the surface layer, which determines the life due to the surface-origin type delamination, in consideration of both microstress and residual stress due to unevenness. Therefore, in the remaining life estimation process shown in FIG. 4, the residual stress is calculated from the result of the X-ray diffraction ring analysis on the surface (rolling surface) of the rolling part, and the microstress obtained in step (S22) is superimposed. In addition, the equivalent stress (repetitive stress) immediately below the contact portion is calculated. Specifically, after performing the X-ray diffraction ring analysis step (S10) of the rolling parts, the step (S12) of calculating the residual stress of the rolling surface is performed to obtain the residual stress, and then the rolling surface is obtained. The repetitive stress calculation step (S30) taking into account the residual stress is performed.
ステップ(S10)では、たとえば図6に示すような測定装置を用いてX線回折環の測定を実施する。図6は、X線分析値の測定装置の構成例を示す模式図である。図6に示すように、測定装置は、転動部品などの測定対象物90に対してX線を照射する照射部21と、測定対象物90において回折した環状のX線を検出する検出器22と、検出器22に接続され、検出器22において検出された環状のX線の検出データに基づいて所定のX線分析値を演算したり当該検出データを保存する制御演算部23と、制御演算部23に接続され、制御演算部23における演算結果や上記検出データを表示する表示部24とを備えている。
In step (S10), the X-ray diffraction ring is measured using a measuring device as shown in FIG. 6, for example. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration example of an X-ray analysis value measurement apparatus. As shown in FIG. 6, the measurement apparatus includes an
照射部21は、測定対象物90に対向させることが可能なように設置されたX線管球を含んでいる。検出器22は、照射部21から照射したX線を通過させる中心部に形成された孔と測定対象物90に対向させることが可能な平面状の検出部22Aを含んでいる。検出器22の検出部22AにX線CCDを採用してもよい。制御演算部23は、予め記憶部(図示しない)に記憶されたデータベースと、検出器22において検出された環状のX線の検出データとに基づき、測定対象物90のX線分析値を演算してもよい。演算されたX線分析値や検出データは表示部24に表示される。
The
図6に示した測定装置を用いたX線回折環分析ステップ(S10)では、まず、測定対象物90を準備し、この測定対象物90の疲労部にX線を照射するステップ(S101)が実施される。このステップ(S101)では、転動部品である測定対象物90を所定の位置にセットし、照射部21からX線を測定対象物90に対して照射する。このとき、図6に示すように、X線は、測定対象物90に対して所定の入射角で入射するように、矢印αに沿って照射される。
In the X-ray diffraction ring analysis step (S10) using the measurement apparatus shown in FIG. 6, first, the
次に、X線回折環が検出されるステップ(S102)が実施される。このステップ(S102)では、図6に示すように、矢印αに沿って測定対象物90に入射したX線が、円錐面βを構成するように回折し、検出部22Aに到達する。そして、たとえばX線CCDである検出部22Aにおいては、それぞれの画素が出力するX線の強度に相当する強度の信号により、環状の回折X線(X線回折環)が検出される。上述した環状の回折X線の測定データからX線分析値が求められる。X線分析値は、転動部品である測定対象物90の疲労部にて回折した環状の回折X線の中心角と回折強度とのばらつきを示すデータ、転動部品である測定対象物90の疲労部における6成分の残留応力のデータ、測定対象物90の疲労部にて回折した回折X線のピークの半価幅のデータ、および測定対象物90の疲労部における残留オーステナイト量のデータからなる群から選択される1のデータであってもよく、上記群から選択される少なくとも2つのデータの組合せであってもよい。なお、上述した6成分の残留応力のデータとは、たとえばx軸方向に沿う方向の垂直応力σx、y軸方向に沿う方向の垂直応力σy、z軸方向に沿う方向の垂直応力σz、xy平面内に生じるせん断応力τxy、xz平面内に生じるせん断応力τxz、yz平面内に生じるせん断応力τyzなどである。
Next, a step (S102) in which an X-ray diffraction ring is detected is performed. In this step (S102), as shown in FIG. 6, the X-rays incident on the measuring
上記ステップ(S10)の後、疲労度とX線分析値の関係から疲労度を推定するステップ(S11)を実施し、疲労度Dが特定される(ステップ(S13))。疲労度とX線分析値の関係は、転動部品のX線分析と表面形状測定とのデータに基づき特定される。当該関係の求め方の一例については後述する。求めた疲労度Dは後述するように余寿命の推定に用いられる。 After the step (S10), a step (S11) of estimating the fatigue level from the relationship between the fatigue level and the X-ray analysis value is performed, and the fatigue level D is specified (step (S13)). The relationship between the fatigue level and the X-ray analysis value is specified based on the data of the X-ray analysis and surface shape measurement of the rolling part. An example of how to obtain the relationship will be described later. The obtained fatigue level D is used for estimating the remaining life as will be described later.
また、上記ステップ(S10)の後、ステップ(S10)により得られたデータに基づき転動面の残留応力を計算するステップ(S12)を実施する。求めた残留応力の値はステップ(S30)で繰り返し応力の計算に用いられる。 In addition, after the step (S10), a step (S12) of calculating the residual stress on the rolling surface based on the data obtained in the step (S10) is performed. The obtained residual stress value is used in the repeated stress calculation in step (S30).
ここで繰り返し応力の計算には三軸残留応力の値が必要となる。この三軸残留応力を計算する方法としては、三軸残留応力が測定できるX線応力測定法を適用する。このようなX線応力測定法としては任意の方法を用いることができるが、たとえば、Dolleらの論文(”The Influence of Stress States, Stress Gradients and Elastic Anisotropy on the Evaluation of (Residual) Stresses by X-rays”, J. Appl. Crysr.、12 (1979) 489-501)、 佐々木敏彦ら、”エリアディテクタ方式のX線三軸応力測定法の改良に関する研究” 、日本機械学会論文集A編、75、750、(2009)219-227、などに開示された方法を適用できる。この結果、残留応力測定と表面粗さの測定との結果から、接触部直下の垂直応力、せん断応力及び相当応力が求められるので、これらの応力Sと寿命Lとの関係(繰返し応力Sと寿命Lとの関係)が既知であれば、当該関係に基づき寿命を求めるステップ(S40)を実施し、寿命Lを求めることができる(ステップ(S50))。また、上述のように疲労度とX線分析値との関係から疲労度Dを求めることができれば、マイナー則を用いて以下の関係から余寿命NRを求めることができる(ステップ(S60))。 Here, the value of the triaxial residual stress is required for the calculation of the repeated stress. As a method for calculating the triaxial residual stress, an X-ray stress measurement method capable of measuring the triaxial residual stress is applied. Any method can be used as such an X-ray stress measurement method. For example, Dolle et al. (“The Influence of Stress States, Stress Gradients and Elastic Anisotropy on the Evaluation of (Residual) Stresses by X- rays ”, J. Appl. Crysr., 12 (1979) 489-501), Toshihiko Sasaki et al.,“ Study on improvement of X-ray triaxial stress measurement method using area detector ”, Japan Society of Mechanical Engineers, A, 75 , 750, (2009) 219-227, etc., can be applied. As a result, the normal stress, shear stress and equivalent stress directly under the contact portion are obtained from the results of the residual stress measurement and the surface roughness measurement, so the relationship between these stress S and life L (repetitive stress S and life stress). If the relationship with L) is known, the step of obtaining the life (S40) based on the relationship can be performed to obtain the life L (step (S50)). Further, if it is possible to determine the degree of fatigue D from the relationship between fatigue and X-ray analysis as described above, it is possible to obtain the remaining life N R from the following relation by using the Miner's rule (step (S60)) .
以下、応力Sと寿命Lとの関係を示すSN線図と、X線分析値と疲労度との関係とを実験結果から求める方法の一例を説明する。 Hereinafter, an example of a method for obtaining the SN diagram showing the relationship between the stress S and the life L and the relationship between the X-ray analysis value and the fatigue level from the experimental results will be described.
応力Sと寿命Lとの関係を示すSN線図の決定方法:
以下では、応力Sの1つとして相当応力に着目し、相当応力と寿命の関係を求める手順を説明する。図8は、SN線図と疲労度との関係を説明するためのグラフである。図9は相当応力の履歴と余寿命との関係を模式的に示すグラフである。図8および図9の横軸は寿命に対応する負荷回数を示し、縦軸は相当応力を示す。図8のSN線図(以下、SN曲線とも呼ぶ)において、相当応力S1が作用する転がり条件の場合の寿命をL1とすれば、相当応力S1でN1回の繰返し疲労が与えられたときの疲労度はN1/L1で表される。転動試験における転がり接触では、使用にともなって表面粗さが低下し、突起接触部の応力集中も軽減されると同時に、圧縮の残留応力が生成される。そのため、相当応力Sは、負荷回数の増加に伴い低下していき、疲労度は式(1)からも明らかなように負荷回数の増加に伴い蓄積していく。転動試験の結果から、図8の破線で示す相当応力の変化を実験的に得るためには、転動試験を行っている転動部品の表面粗さの測定とX線回折環の測定とを負荷回数ごとに行うことになる。このため、実際の計算で得られる応力Sの変化は図9のS1、S2、S3などと示されるように階段状となる。
Method for determining SN diagram showing relationship between stress S and life L:
In the following, focusing on the equivalent stress as one of the stresses S, a procedure for obtaining the relationship between the equivalent stress and the life will be described. FIG. 8 is a graph for explaining the relationship between the SN diagram and the degree of fatigue. FIG. 9 is a graph schematically showing the relationship between the history of equivalent stress and the remaining life. 8 and 9, the horizontal axis indicates the number of loads corresponding to the life, and the vertical axis indicates the equivalent stress. SN diagram of FIG. 8 (hereinafter, also referred to as a SN curve) in, if the life of the case conditions the rolling equivalent stress S 1 is acting as L 1, N 1 iterations fatigue given equivalent stress S 1 The degree of fatigue is expressed as N 1 / L 1 . In rolling contact in a rolling test, the surface roughness decreases with use, stress concentration at the protrusion contact portion is reduced, and compressive residual stress is generated. For this reason, the equivalent stress S decreases as the number of loads increases, and the fatigue level accumulates as the number of loads increases, as is apparent from Equation (1). In order to experimentally obtain the change in the equivalent stress indicated by the broken line in FIG. 8 from the results of the rolling test, the measurement of the surface roughness of the rolling part undergoing the rolling test and the measurement of the X-ray diffraction ring Is performed for each load. For this reason, the change of the stress S obtained by actual calculation is stepped as shown by S1, S2, S3, etc. in FIG.
次に、図8および図9に示す材料固有のSN曲線の式は、例えば次の式(9)を用いる。 Next, for example, the following formula (9) is used as the formula of the SN curve specific to the material shown in FIGS.
ここで、Nは負荷回数を示し、Sは接触面に作用する相当応力を示し、Sfは繰返し応力による加工硬化後の材料の降伏応力を示し、A、Bは定数を示す。なお、降伏応力Sfは材料定数であり、転動部品の材質に応じて特定できる。 Here, N indicates the load number, S is shown an equivalent stress acting on the contact surface, S f represents the yield stress of the material after work-hardening due to repeated stress, A, B denotes a constant. The yield stress Sf is a material constant and can be specified according to the material of the rolling part.
転動部品に対する転動試験を実施して、当該転動部品の転動面(疲労面)について表面粗さの測定とX線回折環の測定とを所定の負荷回数ごとに行い、図8の実線の疲労度を計算しながら、はく離が発生するまで試験を継続する。この転動試験を複数回実施すれば、図8中に転動部品の寿命データが複数プロットできる。このプロットと式(9)のSN曲線の式とをフィッティングするように、式(2)と式(9)との未知数を求める。このようにして、実験結果に基づいたSN線図が得られる。なお、式(2)と式(9)中の未知数はa、A、B、Sと合計4つなので、4水準以上の実験結果からSN線図を決定できるが、より正確なSN線図を作成するためにはできるだけ多くの水準で実験するのが望ましい。 A rolling test is performed on the rolling component, and the surface roughness and the X-ray diffraction ring of the rolling surface (fatigue surface) of the rolling component are measured every predetermined number of loads. The test is continued until separation occurs while calculating the fatigue level of the solid line. If this rolling test is performed a plurality of times, a plurality of rolling component life data can be plotted in FIG. The unknowns of Equation (2) and Equation (9) are obtained so as to fit this plot and the SN curve equation of Equation (9). In this way, an SN diagram based on the experimental result is obtained. Since there are a total of four unknowns, a, A, B, and S, in Equation (2) and Equation (9), the SN diagram can be determined from the experimental results of four levels or more, but a more accurate SN diagram can be obtained. It is desirable to experiment with as many levels as possible.
寿命と負荷回数との関係について:
図9のような履歴で相当応力が転動面に作用した場合を考える。図9中の円で囲まれた1、2、3で示される時点での接触面相当応力をそれぞれS1、S2、S3とし、これらの相当応力が繰返し負荷されたときのピーリング寿命をL1、L2、L3とする。実験の際に、相当応力S1、S2、S3を計算するためには、その都度粗さ測定をする必要がある。
About the relationship between life and number of loads:
Consider a case where the equivalent stress acts on the rolling surface with a history as shown in FIG. The contact surface equivalent stresses at the time indicated by
まず、相当応力S1の条件でN1回、相当応力S2の条件でN2回の転動疲労を受けたと仮定する。さらに、負荷回数(N1+N2)回以降は接触面相当応力S3を受け続け、N3回の負荷後にピーリングが発生すると仮定する。このとき、負荷回数(N1+N2)回時点での余寿命はN3となり、寿命と負荷回数の関係はマイナー則に基づいて次式で表せる。 First, equivalent N 1 times under conditions of stress S1, assume that underwent rolling fatigue N 2 times with appreciable stress S 2 condition. Further assume that the load number (N 1 + N 2) times thereafter continued to receive the contact surface equivalent stress S 3, peeling occurs after N 3 times the load. At this time, the remaining life at the number of times of load (N 1 + N 2 ) is N 3 , and the relationship between the life and the number of loads can be expressed by the following equation based on the minor rule.
式(10)を整理すると、(N1+N2)回の負荷を受けており、(N1+N2)回時点での表面粗さと残留応力のまま疲労が進行すると仮定した場合の余寿命N3は次の式(11)により表される。 When formula (10) is rearranged, the remaining life N under the assumption that (N 1 + N 2 ) times of load is applied and fatigue progresses with the surface roughness and residual stress at the time of (N 1 + N 2 ) times. 3 is represented by the following equation (11).
また、式(11)を一般化すると下記の式(12)となる。 Further, generalizing equation (11) yields the following equation (12).
X線分析値と疲労度との関係について:
上述したSN線図の決定方法において実施した転動試験では、疲労度が所定の負荷回数ごとに求まり、その都度、X線分析も行っている。そのため、疲労度とX線分析結果であるX線分析値との関係を示すデータベースも作成できる。当該データベースの作成方法について図5を参照しながら説明する。なお、X線分析値としては、応力、残留オーステナイト量、環状の回折X線の中心角に対する回折強度のばらつき、中心角に対する半価幅、回折強度の平均値、最小値と最大値との差、積分幅(ある位置での半価幅と回折強度の積)などが挙げられる。
About the relationship between X-ray analysis and fatigue level:
In the rolling test carried out in the above-described SN diagram determination method, the fatigue level is obtained for each predetermined number of loads, and X-ray analysis is also performed each time. Therefore, a database indicating the relationship between the degree of fatigue and the X-ray analysis value that is the X-ray analysis result can also be created. A method of creating the database will be described with reference to FIG. X-ray analysis values include stress, residual austenite amount, variation in diffraction intensity with respect to the central angle of the annular diffraction X-ray, half width with respect to the central angle, average value of diffraction intensity, and difference between minimum and maximum values. , Integral width (product of half width and diffraction intensity at a certain position), and the like.
<疲労度とX線分析値とのデータベースの構築方法>
図5は、X線分析値と転動部品の疲労度との関係を示すデータベースを作成するプロセスを説明するためのフローチャートである。図5に示すように、疲労度とX線分析値との関係を示すデータベースを作成するプロセスでは、転動疲労試験を実施するステップ(S110)を実施する。当該転動疲労試験において、一定の負荷回数が経過した時点で、X線分析ステップ(S120)および転動部品の表面形状測定ステップ(S130)を実施する。ステップ(S120)では、上述したSN線図を求めるプロセスと同様にX線回折環の測定を行う。また、ステップ(S130)においても、上述したSN線図を求めるプロセスと同様に転動部品の転動面について表面粗さの測定を行う。
<How to build a database of fatigue levels and X-ray analysis values>
FIG. 5 is a flowchart for explaining a process of creating a database indicating the relationship between the X-ray analysis value and the fatigue level of rolling parts. As shown in FIG. 5, in the process of creating a database indicating the relationship between the fatigue level and the X-ray analysis value, a step (S110) of performing a rolling fatigue test is performed. In the rolling fatigue test, an X-ray analysis step (S120) and a rolling component surface shape measurement step (S130) are performed when a certain number of loads have elapsed. In step (S120), the X-ray diffraction ring is measured in the same manner as the process for obtaining the SN diagram described above. Also in step (S130), the surface roughness of the rolling surface of the rolling component is measured in the same manner as the process for obtaining the SN diagram described above.
次に、X線分析ステップ(S120)の結果に基づき転動部品の転動面における残留応力を求めるステップ(S121)を実施する。このステップ(S121)では、図4のステップ(S12)と同様の手法を用いて残留応力を算出する。 Next, a step (S121) of obtaining a residual stress on the rolling surface of the rolling component based on the result of the X-ray analysis step (S120) is performed. In this step (S121), the residual stress is calculated using the same method as in step (S12) of FIG.
また、ステップ(S20)により得られたデータと、転動部品の運転条件データである回転数、使用温度、荷重、潤滑油条件などとから油膜パラメータを推定するステップ(S131)、転動面の応力状態の計算ステップ(S132)、軌道面の残留応力を考慮した繰り返し応力の計算ステップ(S140)は、それぞれ図4に示したステップ(S21)、ステップ(S22)、ステップ(S30)と同様のプロセスを実施する。ステップ(S140)を実施した時点で、転動部品に剥離が発生していない場合、再度ステップ(S110)に戻り、再度一定回数の負荷を転動部品に加えた後、上述した各ステップを実施する。そして、ステップ(S140)を実施した時点で転動部品にはく離が発生している場合には、寿命データ(はく離時間)の取得および転動疲労試験を中止するステップ(S15)に進む。そして、上述したステップ(S110)〜ステップ(S150)を4回以上繰り返すことで寿命データを4個以上取得する。その後、転動面の繰返し応力Sと寿命データNとが整合するように、SN線図の未知数を決定するステップ(S160)を実施する。このステップ(S160)では、SN線図を求めるプロセスにおいて式(2)と式(9)の未知数を求めたプロセスと同様のプロセスを適用できる。 Further, the step (S131) of estimating the oil film parameter from the data obtained in step (S20) and the rotational speed, operating temperature, load, lubricating oil conditions, etc., which are the operating condition data of the rolling parts, The stress state calculation step (S132) and the repetitive stress calculation step (S140) in consideration of the residual stress on the raceway are the same as step (S21), step (S22) and step (S30) shown in FIG. 4, respectively. Implement the process. If separation has not occurred in the rolling component when step (S140) is performed, the process returns to step (S110) again, and after applying a certain number of loads to the rolling component again, the above steps are performed. To do. If the rolling part has peeled when step (S140) is performed, the process proceeds to step (S15) for obtaining life data (peeling time) and stopping the rolling fatigue test. And 4 or more pieces of lifetime data are acquired by repeating the step (S110)-step (S150) mentioned above 4 times or more. Then, the step (S160) of determining the unknown number of a SN diagram is implemented so that the cyclic stress S of a rolling surface and the lifetime data N may correspond. In this step (S160), a process similar to the process of obtaining the unknowns of the equations (2) and (9) can be applied in the process of obtaining the SN diagram.
その後、SN線図から各転動試験の負荷回数ごとの疲労度を、マイナー側を使って計算するステップ(S170)を実施する。この結果、複数の負荷回数ごとに疲労度とX線分析値のデータを取得することができるため、これらのデータを用いて疲労度とX線分析値との関係を示すデータベースを構築するステップ(S180)を実施する。このようにして、上記データベースを得ることができる。そして、このデータベースは図4のステップ(S11)においてX線分析値に基づき疲労度を推定するために用いることができる。 Then, the step (S170) which calculates the fatigue degree for every load frequency of each rolling test from the SN diagram using the minor side is performed. As a result, since it is possible to acquire the data of the fatigue level and the X-ray analysis value for each of a plurality of loads, a step of constructing a database indicating the relationship between the fatigue level and the X-ray analysis value using these data ( S180) is performed. In this way, the database can be obtained. This database can be used to estimate the fatigue level based on the X-ray analysis value in step (S11) of FIG.
ここで、図1に示した性能評価方法におけるステップ(S1)では、図4に示したステップ(S10)、ステップ(S11)、ステップ(S13)を実施し、X線分析値であるX線回折環分析結果から疲労度を推定できる。この場合、図5に示すように疲労度を推定するために用いられるデータベースは転動疲労試験において測定されたX線分析および表面形状測定の結果に基づき作成されているため、高い精度で疲労度を推定できる。また、図2に示した性能評価方法では、図4に示したプロセスを用いて余寿命を推定できる。図4に示したプロセスからも分かるように、余寿命の推定に転動部品の転動疲労試験でのX線分析および表面形状測定の結果を利用しているため、高い精度で余寿命を推定できる。 Here, in step (S1) in the performance evaluation method shown in FIG. 1, step (S10), step (S11), and step (S13) shown in FIG. 4 are performed, and an X-ray diffraction value that is an X-ray analysis value is obtained. The degree of fatigue can be estimated from the ring analysis results. In this case, as shown in FIG. 5, since the database used for estimating the fatigue level is created based on the results of X-ray analysis and surface shape measurement measured in the rolling fatigue test, the fatigue level is highly accurate. Can be estimated. In the performance evaluation method shown in FIG. 2, the remaining life can be estimated using the process shown in FIG. As can be seen from the process shown in Fig. 4, the remaining life is estimated with high accuracy because the results of X-ray analysis and surface shape measurement in the rolling fatigue test of rolling parts are used to estimate the remaining life. it can.
上述した性能評価方法では、転動部品の性能を評価できる。転動部品の性能とは、たとえば転動部品の転動面に施された表面処理部(たとえばショットピーニング等の塑性加工部、黒染などの化成処理部、皮膜形成部)の性能が挙げられる。また、転動部品の性能として、転動部品の潤滑状態の良否を評価してもよい。具体的には、転動部品の動作時に用いられる潤滑剤の粘度や寿命などが評価対象として考えられる。たとえば、同じ転動部品に適用される2種類の潤滑剤について、同じ負荷回数における余寿命に差がある場合、当該余寿命が相対的に長い潤滑剤の方が潤滑性能という観点からは優れていると考えられる。 In the performance evaluation method described above, the performance of the rolling component can be evaluated. The performance of the rolling part includes, for example, the performance of a surface treatment part (for example, a plastic processing part such as shot peening, a chemical conversion treatment part such as black dyeing, a film forming part) applied to the rolling surface of the rolling part. . Moreover, you may evaluate the quality of the lubrication state of rolling components as a performance of rolling components. Specifically, the viscosity and life of the lubricant used during the operation of the rolling parts are considered as evaluation targets. For example, for two types of lubricants applied to the same rolling component, if there is a difference in remaining life at the same number of loads, a lubricant with a relatively longer remaining life is superior from the viewpoint of lubrication performance. It is thought that there is.
<作用効果>
本開示に係る転動部品の性能評価方法は、図1に示すように転動部品の疲労度を推定するステップ(S1)と、転動部品の性能を評価するステップ(S2)とを備える。疲労度を推定するステップ(S1)では、繰り返し負荷が加えられている転動部品に対して、転動部品における繰り返し負荷の負荷回数が互いに異なる複数の状態に関して、それぞれ転動部品の疲労度を推定する。転動部品の性能を評価するステップ(S2)では、図3に示すように、複数の状態における負荷回数と、負荷回数に対応する評価データである疲労度との関係に基づき、転動部品の性能を評価する。疲労度を推定するステップ(S1)は、測定データを取得するステップ(S10)と、疲労度を推定するステップ(S11)とを含む。測定データを取得するステップ(S10)では、転動部品の疲労部にX線を照射することで、転動部品に関するX線分析値の測定データを取得する。疲労度を推定するステップ(S11)では、X線分析値と転動部品の疲労度との関係に基づいて、測定データから転動部品の疲労度を推定する。X線分析値の測定データと疲労度との関係は、上述のように転動部品の表面形状の測定結果とX線回折の分析結果とを用いて決定されていてもよい。また、転動部品の性能を評価するステップ(S2)では、複数の転動部品について繰り返し負荷の回数と疲労度との関係データを対比し、標準的な性能を示す基準データ群(図3の第1のグループ10)を特定した上で、対象とする転動部品の疲労度のデータにおける当該基準データ群からのかい離の程度により転動部品の性能を評価してもよい。
<Effect>
The rolling component performance evaluation method according to the present disclosure includes a step (S1) of estimating the fatigue level of the rolling component and a step (S2) of evaluating the performance of the rolling component as shown in FIG. In the step (S1) of estimating the degree of fatigue, the rolling parts are subjected to fatigue levels for a plurality of states in which the number of repeated loads applied to the rolling parts is different from each other. presume. In the step (S2) of evaluating the performance of the rolling component, as shown in FIG. 3, based on the relationship between the number of loads in a plurality of states and the degree of fatigue that is evaluation data corresponding to the number of loads, Evaluate performance. The step of estimating the fatigue level (S1) includes a step of acquiring measurement data (S10) and a step of estimating the fatigue level (S11). In the step (S10) of acquiring measurement data, X-ray analysis value measurement data relating to the rolling part is acquired by irradiating the fatigue part of the rolling part with X-rays. In the step of estimating the fatigue level (S11), the fatigue level of the rolling part is estimated from the measurement data based on the relationship between the X-ray analysis value and the fatigue level of the rolling part. The relationship between the measurement data of the X-ray analysis value and the fatigue level may be determined using the measurement result of the surface shape of the rolling part and the analysis result of X-ray diffraction as described above. Further, in the step (S2) of evaluating the performance of the rolling parts, the relational data between the number of repeated loads and the fatigue degree is compared for a plurality of rolling parts, and a reference data group (shown in FIG. 3) showing standard performance is compared. After specifying the first group 10), the performance of the rolling component may be evaluated based on the degree of separation from the reference data group in the fatigue degree data of the target rolling component.
このようにすれば、X線分析値の測定データと疲労度との関係を用いて、たとえば使用中の転動部品の疲労度を高い精度で推定できる。したがって、転動部品の性能を評価するステップ(S2)において、繰り返し負荷の負荷回数に応じた疲労度の推移を高い精度で推定できるため、疲労度の当該推移に基づき転動部品の性能、あるいは転動部品の動作時に用いられる潤滑剤の性能を正確に評価することができる。 If it does in this way, the fatigue degree of the rolling components in use can be estimated with high accuracy using the relation between the measurement data of the X-ray analysis value and the fatigue degree, for example. Therefore, in the step (S2) of evaluating the performance of the rolling component, the transition of the fatigue level according to the number of times of the repeated load can be estimated with high accuracy. Therefore, based on the transition of the fatigue level, the performance of the rolling component, or It is possible to accurately evaluate the performance of the lubricant used during the operation of the rolling component.
上記転動部品の性能を評価するステップ(S2)では、負荷回数と疲労度との関係が、負荷回数の変化量に対する疲労度の変化量の比率を含む。この場合、負荷回数の増加に伴う疲労度の変化率を性能評価に用いることができる。 In the step (S2) of evaluating the performance of the rolling component, the relationship between the number of loads and the degree of fatigue includes the ratio of the amount of change in fatigue to the amount of change in the number of loads. In this case, the rate of change in the degree of fatigue accompanying the increase in the number of loads can be used for performance evaluation.
本開示に係る転動部品の性能評価方法は、図2に示すように余寿命を推定するステップ(S3)と、転動部品の性能を評価するステップ(S2)とを備える。余寿命を推定するステップ(S3)では、繰り返し負荷が加えられている転動部品に対して、転動部品における繰り返し負荷の負荷回数が互いに異なる複数の状態に関して、それぞれ転動部品の余寿命を推定する。性能を評価するステップ(S2)では、複数の状態における負荷回数と余寿命との関係に基づき、転動部品の性能を評価する。余寿命を推定するステップ(S3)は、図4に示すように、X線分析値の測定データを取得するステップ(S10)と、表面形状の測定データを取得するステップ(S20)と、残留応力のデータを導出するステップ(S12)と、繰り返し応力のデータを推定するステップ(S30)と、寿命を推定するステップ(S40)と、疲労度を推定するステップ(S11)と、余寿命を推定するステップ(S60)とを含む。X線分析値の測定データを取得するステップ(S10)では、転動部品の疲労部にX線を照射することで、転動部品に関するX線分析値の測定データを取得する。表面形状の測定データを取得するステップ(S20)では、転動部品の疲労部を測定して表面形状の測定データを取得する。残留応力のデータを導出するステップ(S12)では、X線分析値の測定データに基づき転動部品の疲労部における残留応力のデータを導出する。繰り返し応力のデータを推定するステップ(S30)では、残留応力のデータおよび表面形状の測定データに基づき、疲労部に作用する繰り返し応力のデータを推定する。寿命を推定するステップ(S40)では、繰り返し応力のデータから転動部品の寿命を推定する。疲労度を推定するステップ(S11)では、X線分析値と転動部品の疲労度との関係に基づいて、X線分析値の測定データから転動部品の疲労度を推定する。余寿命を推定するステップ(S60)では、転動部品の寿命と疲労度とに基づき転動部品の余寿命を推定する。転動部品の性能を評価するステップ(S2)では、複数の転動部品について繰り返し負荷の回数と余寿命との関係データを対比し、標準的な性能を示す基準データ群を特定した上で、対象とする転動部品の余寿命のデータにおける当該基準データ群からのかい離の程度により転動部品の性能を評価してもよい。 The rolling component performance evaluation method according to the present disclosure includes a step (S3) of estimating the remaining life as shown in FIG. 2 and a step (S2) of evaluating the performance of the rolling component. In the step (S3) of estimating the remaining life, the remaining life of the rolling parts is respectively calculated for a plurality of states in which the number of repeated loads on the rolling parts is different from each other. presume. In the step of evaluating performance (S2), the performance of the rolling component is evaluated based on the relationship between the number of loads and the remaining life in a plurality of states. As shown in FIG. 4, the step of estimating the remaining life (S3) includes a step of obtaining measurement data of X-ray analysis values (S10), a step of obtaining measurement data of surface shape (S20), and residual stress. A step of deriving data (S12), a step of estimating data of repetitive stress (S30), a step of estimating life (S40), a step of estimating fatigue (S11), and estimating the remaining life Step (S60). In the step (S10) of acquiring the measurement data of the X-ray analysis value, the measurement data of the X-ray analysis value relating to the rolling part is acquired by irradiating the fatigue part of the rolling part with X-rays. In the step (S20) of acquiring the surface shape measurement data, the fatigue portion of the rolling part is measured to acquire the surface shape measurement data. In the step of deriving the residual stress data (S12), the residual stress data in the fatigue part of the rolling part is derived based on the measurement data of the X-ray analysis values. In the step of estimating repetitive stress data (S30), repetitive stress data acting on the fatigue portion is estimated based on the residual stress data and the surface shape measurement data. In the step of estimating the life (S40), the life of the rolling component is estimated from the data of repeated stress. In the step of estimating the fatigue level (S11), the fatigue level of the rolling part is estimated from the measurement data of the X-ray analysis value based on the relationship between the X-ray analysis value and the fatigue level of the rolling part. In the step of estimating the remaining life (S60), the remaining life of the rolling component is estimated based on the life and fatigue level of the rolling component. In the step (S2) of evaluating the performance of the rolling parts, the relationship data between the number of repeated loads and the remaining life is compared for a plurality of rolling parts, and a reference data group indicating standard performance is specified. The performance of the rolling component may be evaluated based on the degree of separation from the reference data group in the remaining life data of the rolling component as a target.
このようにすれば、X線分析値の測定データと疲労度との関係を、上述のように転動部品の表面形状の測定結果とX線回折の分析結果とを用いて決定し、さらに転動部品の寿命の推定にも転動部品の表面形状の測定結果とX線回折の分析結果とを用いているため、たとえば使用中の転動部品の余寿命を高い精度で推定できる。したがって、転動部品の性能を評価するステップ(S2)において、繰り返し負荷の負荷回数に応じた余寿命の推移を高い精度で推定できるため、余寿命の当該推移に基づき転動部品の性能、あるいは転動部品の動作時に用いられる潤滑剤の性能を正確に評価することができる。 In this way, the relationship between the measurement data of the X-ray analysis value and the fatigue level is determined using the measurement result of the surface shape of the rolling part and the analysis result of the X-ray diffraction as described above. Since the measurement result of the surface shape of the rolling component and the analysis result of X-ray diffraction are also used for estimating the life of the moving component, for example, the remaining life of the rolling component in use can be estimated with high accuracy. Therefore, in the step (S2) for evaluating the performance of the rolling parts, the transition of the remaining life corresponding to the number of times of repeated load can be estimated with high accuracy. Therefore, based on the transition of the remaining life, It is possible to accurately evaluate the performance of the lubricant used during the operation of the rolling component.
上記転動部品の性能評価方法では、図3および図4に示すように、繰り返し応力のデータを推定するステップ(S30)において、繰り返し応力のデータを推定するために用いるデータが転動部品の油膜パラメータを含む。 In the rolling component performance evaluation method, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, in the step of estimating the repeated stress data (S 30), the data used to estimate the repeated stress data is the oil film of the rolling component. Contains parameters.
この場合、油膜パラメータを推定することにより本実施形態に係る転動部品の性能評価方法で着目している表面起点型剥離が発生し得る状態かどうかを確認することができる。したがって、本実施形態に係る性能評価方法が有効かどうかを予め確認できる。 In this case, by estimating the oil film parameter, it is possible to confirm whether or not the surface-initiated peeling that is focused in the rolling component performance evaluation method according to the present embodiment can occur. Therefore, it can be confirmed in advance whether the performance evaluation method according to the present embodiment is effective.
上記転動部品の性能評価方法において、X線分析値と転動部品の疲労度との関係は、図5に示すように、繰り返し負荷が加えられている複数の転動部品試料にして実施される関係導出ステップ(S110〜S180)により得られる、複数のX線分析値と複数の疲労度との関係である。関係導出ステップ(S110〜S180)は、寿命データと繰り返し応力のデータとを得るステップ(S110〜S150)と、SN線図を推定するステップ(S160)と、疲労度を求めるステップ(S170)とを含む。寿命データと繰り返し応力のデータとを得るステップ(S110〜S150)では、転動部品試料の疲労部にX線を照射することで、転動部品試料に関するX線分析値の第1測定データを取得するステップ(S120)と、第1測定データに基づき転動部品試料の疲労部における残留応力のデータを導出するステップ(S121)と、転動部品試料の疲労部を測定して表面形状の第2測定データを取得するステップ(S130)と、残留応力のデータおよび第2測定データに基づき、疲労部に作用する繰り返し応力のデータを推定するステップ(S140)とを、転動部品試料における繰り返し負荷の負荷回数が互いに異なる複数の状態において、転動部品試料が破損するまでそれぞれ実施することにより、転動部品試料が破損した繰り返し負荷の負荷回数である寿命データと繰り返し応力のデータとを得る。SN線図を推定するステップ(S160)では、寿命データと、繰り返し応力のデータとから転動部品試料のSN線図を推定する。疲労度を求めるステップ(S170)では、SN線図を用いて、転動部品試料における複数の状態ごとの疲労度を求める。 In the above-described performance evaluation method for rolling parts, the relationship between the X-ray analysis value and the fatigue level of the rolling parts is implemented using a plurality of rolling part samples to which repeated loads are applied as shown in FIG. The relationship between the plurality of X-ray analysis values and the plurality of fatigue levels obtained by the relationship deriving step (S110 to S180). The relationship deriving step (S110 to S180) includes a step of obtaining life data and data of repetitive stress (S110 to S150), a step of estimating an SN diagram (S160), and a step of obtaining a fatigue level (S170). Including. In the steps (S110 to S150) of obtaining life data and cyclic stress data, the first measurement data of the X-ray analysis value for the rolling part sample is obtained by irradiating the fatigue part of the rolling part sample with X-rays. A step (S120), a step (S121) of deriving residual stress data in the fatigue part of the rolling part sample based on the first measurement data, a second part of the surface shape by measuring the fatigue part of the rolling part sample A step of obtaining measurement data (S130) and a step of estimating data of repetitive stress acting on the fatigue part based on the residual stress data and the second measurement data (S140), Repeatedly in which the rolling part sample was damaged by carrying out the test until the rolling part sample was damaged in multiple states with different loads. Obtaining the data of life data and repeated stress is the load number of the load. In the step of estimating the SN diagram (S160), the SN diagram of the rolling part sample is estimated from the life data and the cyclic stress data. In the step of obtaining the fatigue level (S170), the fatigue level for each of a plurality of states in the rolling part sample is obtained using the SN diagram.
この場合、疲労度とX線分析値との関係の高精度なデータベースを作成できるため、当該データベースを用いた疲労度の推定を正確に行うことができる。 In this case, since a highly accurate database of the relationship between the fatigue level and the X-ray analysis value can be created, it is possible to accurately estimate the fatigue level using the database.
上記転動部品の性能評価方法において、X線分析値は、転動部品の疲労部にて回折した環状の回折X線の中心角と回折強度とのばらつきを示すデータを含む。この場合、環状の回折X線(X線回折環)には、従来のX線回折法により一度に得られる情報より多くの情報が含まれているため、一度の測定で得られる情報により転動部品の疲労度または余寿命を精度よく推定することができる。 In the performance evaluation method for a rolling part, the X-ray analysis value includes data indicating variations in the central angle and diffraction intensity of the annular diffraction X-ray diffracted at the fatigue part of the rolling part. In this case, the annular diffracted X-ray (X-ray diffracting ring) contains more information than can be obtained at one time by the conventional X-ray diffraction method, so that the rolling is performed by the information obtained by one measurement. It is possible to accurately estimate the fatigue level or remaining life of a part.
上記転動部品の性能評価方法において、X線分析値は、転動部品の疲労部における6成分の残留応力のデータを含む。 In the rolling part performance evaluation method, the X-ray analysis value includes data of residual stresses of six components in the fatigue part of the rolling part.
上記転動部品の性能評価方法において、X線分析値は、転動部品の疲労部にて回折した回折X線のピークの半価幅のデータを含む。 In the rolling component performance evaluation method, the X-ray analysis value includes half-width data of the peak of the diffracted X-ray diffracted at the fatigue part of the rolling component.
上記転動部品の性能評価方法において、X線分析値は、転動部品の疲労部における残留オーステナイト量のデータを含む。 In the above-described performance evaluation method for rolling parts, the X-ray analysis value includes data on the amount of retained austenite in the fatigue part of the rolling parts.
上述した各データと転動部品の使用条件には強い相間があるため、上述したデータを用いて転動部品の疲労度または余寿命を高い精度で推定できる。 Since there is a strong correlation between the above-described data and the usage conditions of the rolling parts, the fatigue level or remaining life of the rolling parts can be estimated with high accuracy using the above-described data.
上記転動部品の性能評価方法において、X線分析値は、転動部品の疲労部にて回折した環状の回折X線の中心角と回折強度とのばらつきを示すデータ、転動部品の疲労部における6成分の残留応力のデータ、転動部品の疲労部にて回折した回折X線のピークの半価幅のデータ、および転動部品の疲労部における残留オーステナイト量のデータからなる群から選択される少なくとも2つのデータの組合せを含む。この場合、複数のデータを組み合わせて疲労度または余寿命を推定するため、当該疲労度または余寿命をより高精度に推定できる。 In the above-described performance evaluation method for rolling parts, the X-ray analysis value is data indicating variation in the central angle and diffraction intensity of the annular diffraction X-ray diffracted at the fatigue part of the rolling part, and the fatigue part of the rolling part. Selected from the group consisting of six-component residual stress data, half-width data of diffraction X-ray peaks diffracted at the fatigue part of the rolling part, and residual austenite amount data at the fatigue part of the rolling part. A combination of at least two data. In this case, since the fatigue level or the remaining life is estimated by combining a plurality of data, the fatigue level or the remaining life can be estimated with higher accuracy.
(実施例)
二円筒試験機を用いた転動疲労試験を実施し、試験片としての転動部品について疲労度推定を行った例を以下に説明する。
(Example)
An example in which a rolling fatigue test using a two-cylinder tester was performed and the fatigue level was estimated for a rolling part as a test piece will be described below.
<試験装置>
図11は、二円筒試験機の構成を示す概略図である。図11に示した二円筒試験機2は、駆動側回転軸D1と、従動側回転軸F1とを有している。駆動側回転軸D1は、図11の左右方向に延びる部材であり、図11における左側の末端部にモータMが接続されている。このモータMにより駆動側回転軸D1は、図11の左右方向に延びる中心軸C1に対して回転可能となっている。図11における駆動側回転軸D1の右側の先端部には駆動側試験片D2が取り付けられている。駆動側試験片D2は、駆動側回転軸D1の回転に伴い中心軸C1の周りに回転可能となるように、駆動側回転軸D1の右側の先端部に固定された。
<Test equipment>
FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of a two-cylinder testing machine. The two-
一方、従動側回転軸F1は、図11の左右方向に延びる部材であり、図11の左右方向に延びる中心軸C2に対して回転可能となっている。図11において従動側回転軸F1は、駆動側回転軸D1とは逆に、左側が先端部に、右側が末端部になっている。図11における従動側回転軸F1の左側の先端部には従動側試験片F2が取り付けられている。 On the other hand, the driven-side rotation shaft F1 is a member extending in the left-right direction in FIG. 11 and is rotatable with respect to the central axis C2 extending in the left-right direction in FIG. In FIG. 11, the driven side rotation shaft F1 has a tip portion on the left side and a terminal portion on the right side, contrary to the drive side rotation shaft D1. A driven test piece F2 is attached to the left end portion of the driven rotation shaft F1 in FIG.
駆動側回転軸D1の中心軸C1と従動側回転軸F1の中心軸C2とは一致しておらず、両者は図11の上下方向に間隔を有している。このため駆動側回転軸D1の先端部に固定された駆動側試験片D2と、従動側回転軸F1の先端部に固定された従動側試験片F2とは、それぞれの外径面同士が、これらの回転していない状態において外径面接触部DFにて互いに接触するように配置されている。なお互いに接触するように配置される駆動側試験片D2および従動側試験片F2は、これらの下に敷いている、給油用フェルトパッド3と接触している。
The center axis C1 of the driving side rotation axis D1 and the center axis C2 of the driven side rotation axis F1 do not coincide with each other, and both are spaced in the vertical direction of FIG. For this reason, the outer diameter surfaces of the driving side test piece D2 fixed to the front end portion of the driving side rotation shaft D1 and the driven side test piece F2 fixed to the front end portion of the driven side rotation shaft F1 are the same. Are arranged so as to be in contact with each other at the outer surface contact portion DF. The driving side test piece D2 and the driven side test piece F2 arranged so as to be in contact with each other are in contact with the felt
<試験片>
駆動側試験片D1および従動側試験片F2はJIS規格SUJ2製であり、外径40mm、幅12mmの円筒形状である。各試験片の表面仕上げは超仕上げ(表面粗さRa0.01μm程度)および研削仕上げ(表面粗さRa0.5μm程度)の二種類を用意した。各試験片の軸方向曲率半径は、表面仕上げが超仕上げの試験片で∞(ストレート)、表面仕上げが研削仕上げの試験片で60mm(曲面)となっている。
<Specimen>
The driving side test piece D1 and the driven side test piece F2 are made of JIS standard SUJ2, and have a cylindrical shape with an outer diameter of 40 mm and a width of 12 mm. Two types of surface finishing were prepared for each test piece: superfinishing (surface roughness Ra of about 0.01 μm) and grinding finishing (surface roughness Ra of about 0.5 μm). The radius of curvature of each test piece in the axial direction is ∞ (straight) when the surface finish is superfinished, and 60 mm (curved surface) when the surface finish is ground.
<試験方法>
試験開始前に各試験片の表面粗さと残留応力とを測定し、試験を開始する。試験条件を表1に示す。
<Test method>
Before starting the test, the surface roughness and residual stress of each test piece are measured, and the test is started. Table 1 shows the test conditions.
表1において、Pmaxとは試験片における最大接触圧力(単位:GPa)である。試験は試験Aと試験Bという2種類の条件で実施した。 In Table 1, Pmax is the maximum contact pressure (unit: GPa) in the test piece. The test was conducted under two conditions, test A and test B.
次に、残留応力測定条件を表2に示す。 Next, Table 2 shows the residual stress measurement conditions.
残留応力の測定は、パルステック工業製のX線残留応力測定装置μ-X360で実施した。転動疲労試験中は一定時間経過ごとに試験を中断し、その都度、各試験片の表面粗さと残留応力とを測定した。残留応力(相当応力)の変化と二乗平均平方根傾斜Rdqを図12および図13に示す。図12および図13の横軸は負荷回数を示す。図12の縦軸は相当応力(単位:MPa)を示す。図13の縦軸は二乗平均平方根傾斜Rdqを示す。 The residual stress was measured with an X-ray residual stress measuring device μ-X360 manufactured by Pulstec Industrial. During the rolling fatigue test, the test was interrupted every certain time, and the surface roughness and residual stress of each specimen were measured each time. Changes in residual stress (equivalent stress) and root mean square slope R dq are shown in FIGS. 12 and 13. The horizontal axis in FIGS. 12 and 13 indicates the number of loads. The vertical axis in FIG. 12 represents equivalent stress (unit: MPa). The vertical axis in FIG. 13 represents the root mean square slope R dq .
ここで、残留応力(相当応力)はピーリングの増加にともなって減少する(すなわち、はく離の発生により応力解放が起こる)ことがわかっている。図12に示した条件Aの試験では、負荷回数3×105回でピーリング発生による応力解放が起こった。また、図12に示した条件Bの試験では負荷回数3×105回で応力解放が起こった。すなわち、これらの試験ではピーリング寿命がそれぞれ3×105回、3×105回となる。 Here, it is known that the residual stress (equivalent stress) decreases as the peeling increases (that is, stress release occurs due to the occurrence of peeling). In the test of Condition A shown in FIG. 12, stress release due to the occurrence of peeling occurred at the load number of 3 × 10 5 times. Further, in the test under the condition B shown in FIG. 12, stress release occurred at the load number of 3 × 10 5 times. That is, in these tests, the peeling life is 3 × 10 5 times and 3 × 10 5 times, respectively.
上記の試験結果から、式(2)と式(9)中の定数を以下のように決定した。
まず、式(2)の未知数aを決定する。ここで、線接触において、最大接触圧力Pmaxは次式で計算できる。
From the above test results, the constants in the equations (2) and (9) were determined as follows.
First, the unknown number a in Equation (2) is determined. Here, in line contact, the maximum contact pressure Pmax can be calculated by the following equation.
式(2)におけるPLmaxは図7に示した粗さ突起(例えば転動体)と相手側(例えば軌道輪)との間に生じる局所的な最大接触圧力である。なお、この場合相手方は平面とみなす。上記式(13)において、下記のような仮定を置くことでPLmaxを計算できる。
<仮定>
1) 粗さ突起先端の曲率半径は0.02mm(=R1)とする。
2) 相手方(物体2)の曲率半径は∞(=R2)とする。(すなわち、平面との接触を想定する。)
3) 粗さ突起1個あたりに生じる力を2.41N(=F)とする。
4) 粗さ突起の転がり方向の長さ(=l)はマクロな接触だ円の短軸半径とほぼ等しい。(上述した二円筒試験の場合、約1mm。)
なお、上述した仮定のうち1)、3)については実測値に基づく。
P Lmax in Expression (2) is a local maximum contact pressure generated between the roughness protrusion (for example, the rolling element) and the other side (for example, the raceway) shown in FIG. In this case, the other party is regarded as a plane. In the above equation (13), P Lmax can be calculated by making the following assumptions.
<Assumption>
1) The curvature radius of the tip of the roughness protrusion is 0.02 mm (= R 1 ).
2) The radius of curvature of the opponent (object 2) is ∞ (= R 2 ). (That is, contact with a plane is assumed.)
3) The force generated per roughness protrusion is 2.41 N (= F).
4) The length of the roughness protrusion in the rolling direction (= l) is almost equal to the minor axis radius of the macro contact ellipse. (In the case of the above-described two-cylinder test, about 1 mm.)
Of the assumptions described above, 1) and 3) are based on measured values.
以上の仮定および鋼の物性値を用いると、PLmax=3281MPaとなる。また、実測した損傷発生直前のRdq(粗面側試験片3個の平均値)は0.1875であった。これらを式(2)に代入すると、a=1.75×104となる。 Using the above assumptions and the physical property values of steel, P Lmax = 3281 MPa. Moreover, R dq (average value of three rough surface side test pieces) immediately before the occurrence of the actually measured damage was 0.1875. Substituting these into equation (2) yields a = 1.75 × 10 4 .
その後、図5に示したプロセスを実施して複数の寿命データ(損傷が発生したときの負荷回数)とそのときの応力Seqを取得することで、SN曲線を構成するプロットが得られる。当該プロットを式(9)にフィッティングすることにより、未知の定数A、Bを求める。この結果、A=4.336となり、B=−2.381×10−3となった。これらの定数は表計算ソフトの収束計算機能を用いて決定した。なお、今回の計算では、JIS規格SUJ2の加工硬化後の降伏応力Sfを2000MPaとした。 Thereafter, the process shown in FIG. 5 is performed to obtain a plurality of life data (the number of loads when damage occurs) and the stress Seq at that time, thereby obtaining a plot constituting the SN curve. By fitting the plot to equation (9), unknown constants A and B are obtained. As a result, A = 4.336 and B = −2.381 × 10 −3 . These constants were determined using the convergence calculation function of spreadsheet software. It should be noted that, in this time of calculation, was 2000MPa the yield stress S f after the work-hardening of JIS standard SUJ2.
以上でSN曲線が決定された。その後、式(11)に基づいて条件Aの疲労度と余寿命とを計算した。表3に条件Aの負荷回数、疲労度、余寿命の関係を示す。 The SN curve was determined as described above. Thereafter, the fatigue level and the remaining life of the condition A were calculated based on the formula (11). Table 3 shows the relationship between the number of loads under condition A, the degree of fatigue, and the remaining life.
一方、上記により求めた疲労度Dと、環状の回折X線の中心角に対する回折強度のばらつきIとの関係を調査したところ、次の関係で近似できることが分かった。 On the other hand, when the relationship between the fatigue degree D obtained as described above and the variation I of the diffraction intensity with respect to the central angle of the annular diffraction X-ray was investigated, it was found that the following relationship could be approximated.
なお、上記式(14)における回折強度のばらつきIは以下の式(15)により表される。 Note that the diffraction intensity variation I in the above equation (14) is expressed by the following equation (15).
ここで、式(14)のように疲労度Dと回折強度のばらつきIとの関係が近似できると考えたのは、以下の理由による。すなわち、負荷回数に対する回折強度のばらつきIが図10のように変化することがこれまでの実験でわかっている。ここで、図10は負荷回数と回折強度のばらつきとの関係を示すグラフである。図10の横軸は負荷回数を示し、縦軸は回折強度のばらつきIを示す。疲労度Dは負荷回数と寿命とから得られる値であるため、回折強度と疲労度Dの関係も図10のようになることが予想できる。したがって、疲労度Dと回折強度のばらつきIとの関係について累乗根関数を仮定してパラメータスタディをしたところ、上記式(14)に示す関係式で近似できることが判明したものである。 Here, the reason why the relationship between the degree of fatigue D and the variation I of the diffraction intensity can be approximated as shown in Expression (14) is as follows. That is, it has been known by experiments so far that the variation I of the diffraction intensity with respect to the number of loadings changes as shown in FIG. Here, FIG. 10 is a graph showing the relationship between the number of loads and the variation in diffraction intensity. The horizontal axis in FIG. 10 indicates the number of loads, and the vertical axis indicates the variation I in diffraction intensity. Since the fatigue level D is a value obtained from the number of loads and the life, it can be expected that the relationship between the diffraction intensity and the fatigue level D will also be as shown in FIG. Therefore, when a parameter study was performed on the relationship between the degree of fatigue D and the diffraction intensity variation I assuming a power root function, it was found that the relationship can be approximated by the relational expression (14).
ここで、上述した条件Aと条件Bにおける疲労度Dと回折X線の中心角に対する回折強度のばらつきIの関係を式(14)にフィッティングさせることによって、式(14)の定数b、c、dをそれぞれb=10.07、c=0.864、d=0.812と決定した。 Here, by fitting the relationship between the fatigue level D and the diffraction intensity variation I with respect to the central angle of the diffracted X-rays in the conditions A and B described above into the equation (14), the constants b, c, d was determined to be b = 10.07, c = 0.864, and d = 0.812, respectively.
以上の結果を用いれば、X線回折環の測定結果から疲労度Dを求めることができる。そして、表面粗さと残留応力の測定データから式(8)の寿命Lを求めることができる。この結果、余寿命NRを推定することができる。なお、X線回折環を測定できないX線応力測定装置(例えば一次元PSPC、シンチレーションカウンタ等でX線を検出する装置)でも、試料を回転させて複数方向から回折X線の測定を行えば、3軸の残留応力が測定できるため寿命Lを求めることができる。また、X線回折環を測定できないX線応力測定装置で得られる分析値と疲労度Dの関係が分かっていれば、X線回折環を測定できないX線応力測定装置を用いても本実施形態に係る余寿命推定は可能である。 If the above results are used, the fatigue level D can be obtained from the measurement results of the X-ray diffraction ring. And the life L of Formula (8) can be calculated | required from the measurement data of surface roughness and residual stress. As a result, it is possible to estimate the remaining life N R. Even with an X-ray stress measurement device that cannot measure an X-ray diffraction ring (for example, a device that detects X-rays with a one-dimensional PSPC, a scintillation counter, etc.) Since the triaxial residual stress can be measured, the life L can be obtained. In addition, if the relationship between the analysis value obtained by the X-ray stress measuring device that cannot measure the X-ray diffraction ring and the fatigue level D is known, this embodiment can be used even if the X-ray stress measuring device that cannot measure the X-ray diffraction ring is used. It is possible to estimate the remaining life related to.
以上のように、本実施形態に係る性能評価方法では、使用中の転動部品の疲労度と余寿命の負荷回数に対する変化(トレンド)を、転動部品の表面形状の測定結果とX線分析結果から求める。そして、このトレンドから転動部品や潤滑剤の性能を評価できる。 As described above, in the performance evaluation method according to the present embodiment, the change (trend) of the rolling part in use and the remaining life with respect to the number of loads is measured by measuring the surface shape of the rolling part and the X-ray analysis. Find from the result. From this trend, the performance of rolling parts and lubricants can be evaluated.
今回開示された実施の形態および実施例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えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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変更が含まれることを意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
2 二円筒試験機、3 給油用フェルトパッド、10 第1のグループ、11,12 データ、21 照射部、22 検出器、22A 検出部、23 制御演算部、24 表示部、30 凸部、31 矢印。 2 Two-cylinder testing machine, 3 refueling felt pad, 10 first group, 11, 12 data, 21 irradiation unit, 22 detector, 22A detection unit, 23 control operation unit, 24 display unit, 30 convex portion, 31 arrow .
Claims (9)
前記複数の状態における前記負荷回数と、前記負荷回数に対応する前記疲労度との関係に基づき、前記転動部品の性能を評価するステップとを備え、
前記疲労度を推定するステップは、
前記転動部品の疲労部にX線を照射することで、前記転動部品に関するX線分析値の測定データを取得するステップと、
前記X線分析値と前記転動部品の前記疲労度との関係に基づいて、前記測定データから前記転動部品の前記疲労度を推定するステップと、を含む、転動部品の性能評価方法。 Estimating the degree of fatigue of the rolling component with respect to a plurality of states in which the number of loads of the repeated load in the rolling component is different from each other with respect to the rolling component to which a repeated load is applied
And evaluating the performance of the rolling component based on the relationship between the number of loads in the plurality of states and the fatigue level corresponding to the number of loads.
The step of estimating the fatigue level includes:
Irradiating the fatigue part of the rolling part with X-rays to obtain measurement data of X-ray analysis values related to the rolling part;
Estimating the degree of fatigue of the rolling part from the measurement data based on the relationship between the X-ray analysis value and the degree of fatigue of the rolling part.
前記複数の状態における前記負荷回数と前記余寿命との関係に基づき、前記転動部品の性能を評価するステップとを備え、
前記余寿命を推定するステップは、
前記転動部品の疲労部にX線を照射することで、前記転動部品に関するX線分析値の測定データを取得するステップと、
前記転動部品の前記疲労部を測定して表面形状の測定データを取得するステップと、
前記X線分析値の前記測定データに基づき前記転動部品の前記疲労部における残留応力のデータを導出するステップと、
前記残留応力の前記データおよび前記表面形状の前記測定データに基づき、前記疲労部に作用する繰り返し応力のデータを推定するステップと、
前記繰り返し応力の前記データから前記転動部品の寿命を推定するステップと、
前記X線分析値と前記転動部品の疲労度との関係に基づいて、前記X線分析値の前記測定データから前記転動部品の疲労度を推定するステップと、
前記転動部品の前記寿命と前記疲労度とに基づき前記転動部品の余寿命を推定するステップと、を含む、転動部品の性能評価方法。 Estimating the remaining life of the rolling parts with respect to a plurality of states in which the number of loads of the repeated loads in the rolling parts is different from each other with respect to the rolling parts to which a repeated load is applied;
Evaluating the performance of the rolling component based on the relationship between the number of loads and the remaining life in the plurality of states,
The step of estimating the remaining life includes
Irradiating the fatigue part of the rolling part with X-rays to obtain measurement data of X-ray analysis values related to the rolling part;
Measuring the fatigue part of the rolling part to obtain measurement data of the surface shape;
Deriving residual stress data in the fatigue part of the rolling part based on the measurement data of the X-ray analysis value;
Estimating repetitive stress data acting on the fatigue portion based on the data of the residual stress and the measurement data of the surface shape;
Estimating the life of the rolling component from the data of the cyclic stress;
Estimating the fatigue level of the rolling part from the measurement data of the X-ray analysis value based on the relationship between the X-ray analysis value and the fatigue level of the rolling part;
Estimating the remaining life of the rolling component based on the life and fatigue level of the rolling component.
前記関係導出ステップは、
前記転動部品試料の疲労部にX線を照射することで、前記転動部品試料に関する前記X線分析値の第1測定データを取得するステップと、前記第1測定データに基づき前記転動部品試料の前記疲労部における残留応力のデータを導出するステップと、前記転動部品試料の前記疲労部を測定して表面形状の第2測定データを取得するステップと、前記残留応力の前記データおよび前記第2測定データに基づき、前記疲労部に作用する繰り返し応力のデータを推定するステップとを、前記転動部品試料における前記繰り返し負荷の負荷回数が互いに異なる複数の状態において、前記転動部品試料が破損するまでそれぞれ実施することにより、前記転動部品試料が破損した繰り返し負荷の負荷回数である寿命データと前記繰り返し応力のデータとを得るステップと、
前記寿命データと、前記繰り返し応力のデータとから前記転動部品試料のSN線図を推定するステップと、
前記SN線図を用いて、前記転動部品試料における前記複数の状態ごとの疲労度を求めるステップと、を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の転動部品の性能評価方法。 The relationship between the X-ray analysis value and the fatigue level of the rolling component is a plurality of X-ray analysis values obtained by a relationship deriving step performed on a plurality of rolling component samples subjected to repeated loads. And a plurality of the fatigue levels,
The relationship derivation step includes:
Irradiating a fatigue part of the rolling part sample with X-rays to obtain first measurement data of the X-ray analysis value relating to the rolling part sample; and the rolling part based on the first measurement data Deriving residual stress data in the fatigue portion of the sample; measuring the fatigue portion of the rolling part sample to obtain second measurement data of a surface shape; and the residual stress data and the Estimating the data of the repeated stress acting on the fatigue part based on the second measurement data, in the plurality of states in which the number of times of the repeated load in the rolling part sample is different from each other, By carrying out each until it breaks, the life data that is the number of times of repeated load in which the rolling part sample is damaged and the data of the repeated stress are obtained. And the step that,
Estimating an SN diagram of the rolling part sample from the life data and the cyclic stress data;
The method for evaluating the performance of a rolling component according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step of obtaining a degree of fatigue for each of the plurality of states in the rolling component sample using the SN diagram. .
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