JP4969124B2 - 転がり軸受の分別方法 - Google Patents

Description

この発明は、モータなどで使用される転がり軸受の分別方法に関する。

転がり軸受の内輪、外輪、転動体等の部品に形状誤差が存在すると転がり軸受を組込んだ機械装置に振動が発生する。したがって、内輪および外輪の軌道面、並びに転動体の真円度を小さくしてきた。また、アキシアル予圧を負荷して使用する軸受では、振動を発生させるうねりの角数が幾何学的関係から決まっているため、特定の角数のうねりを小さくすることが有効であった（非特許文献１）。
坂口智也・赤松良信，「玉軸受の振動シミュレーション」，ＮＴＮテクニカルジャーナル（NTN TECHNICAL JOURNAL ），Ｎｏ６９，２００１，Ｐ６９−７５） トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集（2001-11 ）291.

しかし、すきま状態で使用する軸受、すなわち負荷域と非負荷域が存在する条件で使用する軸受では、負荷域を通過する転がり要素（転動体ならびに軌道輪）が静止輪を加振するため、特定の角数のうねりが加振することはなく、全ての角数のうねりが軸受を加振する。うねりの角数と振幅の関係を対数軸目盛り上に表現した時、正常な加工では線形となる（非特許文献２）。
この理由は、加工機の振動が軸受の形状誤差となり、一般に高次の振動ほど振幅は小さいためである。したがって、加工面の形状誤差の振幅は角数とともに減少する。

このため、軸受の振動を低減するために、従来からうねりを小さくする加工方法を採用してきた。

しかし、うねりの大きさが全体的に小さくても、ある角数のうねりが大きいと、その角数と回転速度から決定される周波数の振動（音）が卓越するために、耳ざわりとなる。これは、振動（音響）のレベルが小さくても、軸受としては音響特性上好ましいことではない。

この発明の目的は、軸受部品の転動面の形状誤差に起因する卓越した周波数の音の発生が抑制でき、音響品質の向上が図れる転がり軸受を適正品として分別できる転がり軸受の分別方法を提供する。

この発明の転がり軸受の分別方法は、すきま状態で使用する転がり軸受における内輪、外輪、及び転動体の全てにおける転動面の断面形状につき、真円に対するうねりの角数ｎ（ｎは任意の自然数）と振幅ｒの関係が、次の関係となる転がり軸受を適正品とする。
すなわち、これら角数ｎと振幅ｒを対数変換して、
角数ｎからＸ＝Log （ｎ）、
ｎ角の振幅ｒｎからＹ＝Log （ｒｎ）、
を定義し、
その回帰直線Ｙ＝ａＸ＋ｂを求めた場合に、
各ＸにおけるＹの回帰直線からの偏差δと標準偏差σとの比δ/ σが４未満となる関係とする。
なお、軌道輪の転動面は、軌道輪の軌道面のことである。

この発明は、転がり軸受の種類が玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、ニードルローラ軸受、自動調心ころ軸受や、その他のいずれの転がり軸受であっても、適用できる。実施形態では、転がり軸受が保持器を有する玉軸受であって、軸受部品が内輪である場合について試験結果を示した。

この発明は、転がり軸受の種類が玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、ニードルローラ軸受、自動調心ころ軸受や、その他のいずれの転がり軸受であっても、また軸受部品が内輪，外輪，転動体のいずれであっても適用できるが、例えば、前記転がり軸受が保持器を有する玉軸受であって、前記比δ/ σを４未満とする軸受部品が内輪であっても良い。実施形態では、転がり軸受が保持器を有する玉軸受であって、軸受部品が内輪である場合について試験結果を示した。

この発明において、前記うねりの角数ｎおよび振幅ｒは、例えば、前記転動部品の転動面の形状を測定した真円に対する振れ量の測定信号をハーモニック解析（すなわち調和解析）して得られる数値であっても良い。ハーモニック解析は、真円度波形をフーリェ変換してうねりの角数ｎおよび振幅ｒを求める手法である。

この発明の転がり軸受の分別方法は、すきま状態で使用する転がり軸受における内輪、外輪、及び転動体の全てにおける転動面の断面形状につき、うねりの角数と振幅の測定結果において、角数ｎからＸ＝Log （ｎ）を、ｎ角の振幅ｒｎからＹ＝Log （ｒｎ）を定義し、回帰直線Ｙ＝ａＸ＋ｂを求め、各ＸにおけるＹの回帰直線からの偏差δを標準偏差σで無次元化し、その無次元値である比δ/ σを４未満となる転がり軸受を適正品とするので、卓越した周波数の音の発生が抑制でき、軸受の音響品質が向上するという効果が得られる。

この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図１に示すように、この転がり軸受１は、深溝玉軸受などの玉軸受であり、軌道輪である内輪２，外輪３と、これら内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａ間に介在したボール等からなる複数の転動体４と、これら転動体４を保持する保持器５と、内外輪２，３間の軸受空間の両端を密封するシール６とで構成される。内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａは、円弧溝状に形成されている。保持器５は、円周方向の複数箇所にポケット５ａが等配され、各ポケット５ａ内に転動体４が保持されている。

内輪２の軌道面２ａおよび外輪３の軌道面３ａの、軸受中心Ｏに垂直な断面の形状、およびボールからなる転動体４の任意の直径部分の断面形状は、いずれも理想の形状が真円である。しかし、これらの断面形状は、図２に内輪２の例を強調して示すように、いずれも製造の誤差によって、真円Ｃに対して、いつくかの角（すなわち山）７を有するうねりが生じている。図２では簡明のために角数を４として示したが、うねりの角７の数ｎ、およびうねりの振幅ｒは、加工方法によって種々異なる。

この実施形態は、内輪２の軌道面２ａ、外輪３の軌道面３ａ、および転動体４の外球面の全てについて、うねりの角数ｎ（ｎは任意の自然数）と振幅ｒの関係を、次の関係としたものである。転動体４については、全ての転動体４につき、次の関係とした。

すなわち、これら角数ｎと振幅ｒを対数変換して、
角数ｎからＸ＝Log （ｎ）、
ｎ角の振幅ｒｎからＹ＝Log （ｒｎ）、
を定義し、
その回帰直線Ｙ＝ａＸ＋ｂを求めた場合に、
各ＸにおけるＹの回帰直線からの偏差δと標準偏差σとの比δ/ σが４未満となる関係とする。
なお、ａは回帰直線の傾きを示す定数、ｂは回帰直線のＹ軸切片となる定数である。

上記うねりの角数ｎおよび振幅ｒは、軸受部品の真円度を、後述のようにハーモニック解析（すなわち調和解析）して得られた数値である。
なお、この実施形態では、内輪２、外輪３、および転動体４の全てにつき、うねりの角数ｎと振幅ｒの関係を、比δ/ σが４未満となる関係としたが、内輪２、外輪３、および転動体４のうちの少なくとも一つ以上を上記の関係とすれば良い。

試験結果につき説明する。図３に内輪２のうねり角数と振幅の関係の測定例を示す。両対数上で線形関係であることがわかる。
図中には回帰直線を示した。９角の振幅が卓越していることが分かる。
ｘ軸およびｙ軸をＸ＝Log ｘ，Ｙ＝Log ｙに変数変換した結果を図４に示す。
このＸ−Ｙ座標において、各Ｘに対するＹの回帰線からの偏差δおよび標準偏差σを算出する。
図３にその関係を示す。９角のうねりの振幅の偏差と標準偏差の比が４を超えていることが分かる。

玉軸受の内輪のうねりのハーモニック解析（調和解析）を行い、δ／σの値を求め、軸受に組込み音響試験を実施して、音響品質を実験的に調査した結果、δ／σが４以上となると問題となることを明らかにした。音響試験条件は、軸受が呼び番号６２０３の深溝玉軸受、回転速度が１８００rpm 、ラジアル荷重が２kgf 、油潤滑とし、マイクロフォンで軸受音響を測定するとともに、聴覚にて音響品質を判断した。結果は次の表１のとおりである。

うねりのハーモニック解析（調和解析）にはタリロンド（商品名）などの真円度測定器を使用した。ウエビメータ（商品名）等のうねり測定器を使用しても良い。タリロンドによる真円度測定では、テーブル上の検出器の回転中心に測定物となる軸受部品をセットし、差動トランス方式の検出器に取付けた測定子により、転動面（軌道輪の場合は軌道面）をトレースしてその振れ量を電気信号に変換する。この電気信号による真円度波形をコンピュータで処理してハーモニック解析を行う。回帰分析に使用する角数のデータは３角以上５０角未満とした。２角のうねりは、うねりの振幅が一般的には大きいが、振動数が低いことから振動問題を議論する場合には不要である。５０角を越えるうねりの測定には測定工数がかかること、並びに異常なうねりが発生することが非常に少ないことから解析対象外とした。
この測定条件ならびに解析条件は、軸受の種類や軸受部品の種類を問わず同一として問題ない。

このように、転がり軸受１の内輪２、外輪３および転動体４の全てを、線形関係にあるうねりの角数と振幅の関係につき、δ／σを４未満として異常点がないものを適正品とするため、軸受の振動を低減することができる。
すなわち、内輪２、外輪３、転動体４等の転動面におけるうねりのハーモニック解析を行い、角数ｎと振幅ｒの関係式として、角数ｎからＸ＝Log （ｎ）とし、ｎ角の振幅ｒｎからＹ＝Log （ｒｎ）と変数変換して、その回帰直線Ｙ＝ａＸ＋ｂを求め、各ＸにおけるＹの回帰直線からの偏差δを標準偏差σで無次元化し、その無次元値である比δ/ σを４未満となるものを適正品とするので、卓越した周波数の音の発生が抑制でき、軸受の音響品質が向上する。

この発明の一実施形態にかかる分別方法の分別対象となる転がり軸受を示す断面図である。 その内輪軌道面のうねりの例を示す説明図である。 内輪のうねり角数と振幅の関係の測定例を示すグラフである。 図３の関係を変数変換した結果を示すグラフである。 回帰線からの偏差と標準偏差を示すグラフである。

符号の説明

１…転がり軸受
２…内輪
２ａ…軌道面
３…外輪
３ａ…軌道面
４…転動体
５…保持器
７…うねりの角
Ｃ…真円

Claims (3)

1. すきま状態で使用する転がり軸受における内輪、外輪、及び転動体の全てにおける転動面の断面形状につき、真円に対するうねりの角数ｎ（ｎは任意の自然数）と振幅ｒの関係として、これら角数ｎと振幅ｒを対数変換して、
   角数ｎからＸ＝Log （ｎ）、
   ｎ角の振幅ｒｎからＹ＝Log （ｒｎ）、
   を定義し、
   その回帰直線Ｙ＝ａＸ＋ｂを求めた場合に、
   各ＸにおけるＹの回帰直線からの偏差δと標準偏差σとの比δ/ σが４未満となる関係となる転がり軸受を適正品とすることを特徴とする、
   転がり軸受の分別方法。
2. 請求項１において、前記転がり軸受が保持器を有する玉軸受である転がり軸受の分別方法。
3. 請求項１または請求項２において、前記うねりの角数ｎおよび振幅ｒは、前記転動部品の転動面の形状を測定した真円に対する振れ量の測定信号をハーモニック解析して得られる数値である転がり軸受の分別方法。

Images