向心滚动轴承的寿命试验方法和向心滚动轴承用试验装置

摘要

本发明提供向心滚动轴承的寿命试验方法和向心滚动轴承用试验装置。根据向心滚动轴承的寿命试验方法和向心滚动轴承用试验装置，在将向心滚动轴承的一部分浸渍在润滑油中、并对向心滚动轴承付与径向载荷的状态下，使外圈和内圈相对旋转，来试验轴承寿命。在水平方向付与径向载荷。

说明书

技术领域

本发明涉及用于对装配在汽车、各种工作母机、各种工业机械等 的旋转支承部的向心滚动轴承进行耐久性评价的、向心滚动轴承的寿 命试验方法和向心滚动轴承用试验装置。

背景技术

滚动轴承的寿命复杂地牵涉到滚动轴承的滚道圈、滚动体的材质、 形状、大小、润滑状态、载荷等各种因素而变化。因此，为了得到具 有与用途相应的适当的耐久性的滚动轴承，需要进行试验来知晓各种 因素对滚动轴承的寿命带来的影响。图6示出现有例中的向心滚动轴 承用试验装置(例如，专利文献1参照)。向心滚动轴承用试验装置 中，作为供试验轴承的一对向心滚动轴承3、3分别将旋转轴2的顶端 部(图6的左端部)和靠近基端的部分旋转自如地支承在固定台架1 的内侧。在位于向心滚动轴承3、3之间的旋转轴2的中间部的周围、 与旋转轴2同心地配置有可动台架4。可动台架4在固定台架1的内部 以能够进行径向的变位、并阻止旋转方向的变位的状态设置。并且， 在可动台架4的内周面与旋转轴2的中间部的外周面之间设置有支承 轴承5。并且，将支承轴承5及向心滚动轴承3、3的下半部浸渍到润 滑油中，该润滑油积存在设置于固定台架1的内侧的润滑油槽6中。 在润滑油中，根据需要而混入金属粉末、陶瓷粉末等异物7、7。利用 液压缸等加压装置自如地对可动台架4付与朝向铅垂方向(图6的上 下方向)的期望值的径向载荷F。

在进行向心滚动轴承3、3的寿命试验的情况下，利用加压装置按 压可动台架4，经由可动台架4、支承轴承5及旋转轴2将向心滚动轴 承3、3在铅垂方向按压，并且驱动旋转轴2旋转。其结果是，能够在 附加期望的径向载荷F的同时以期望的转速旋转的状态下，进行用于 向心滚动轴承3、3的耐久性评价的寿命试验。

在上述那样的现有构造的向心滚动轴承用试验装置的情况下，有 可能产生以下那样的问题。即，在将可动台架4在铅垂方向向下按压 的情况下，向心滚动轴承3的内圈经由旋转轴2在铅垂方向被向下按 压。其结果是，如图7A所示，向心滚动轴承3的下端部(粗线所示的 部分)成为承载圈。即，对下端部付与径向载荷F。向心滚动轴承3由 于将下半部浸渍在润滑油中，所以承载圈的润滑状态变得过剩(变得 过于良好)，试验时间增大。另一方面，支承轴承5的上端部成为承 载圈，承载圈的润滑油变为不足乃至枯竭的倾向。其结果是，支承轴 承5的寿命变短，需要频繁地更换支承轴承5。支承轴承5的寿命比向 心滚动轴承3的寿命短，有可能不能正常地进行向心滚动轴承3的寿 命试验。与此相对，在将可动台架4在铅垂方向向上按压的情况下， 向心滚动轴承3的内圈经由旋转轴2在铅垂方向被向上按压。其结果 是，如图7B所示，向心滚动轴承3的上端部(粗线所示的部分)成为 承载圈。即，对上端部附近径向载荷F。因此，在成为承载圈的上端部， 润滑油变为不足乃至枯竭的倾向。因此，在进行了寿命试验的情况下， 有可能由于润滑油的飞沫因某种原因而落到了向心滚动轴承3的上端 部、或没有落到向心滚动轴承3的上端部，从而试验结果大幅变动。 这样的偏差在润滑油中混入有异物的情况下变得显著。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本国日本特开2007－003196号公报

发明内容

本发明欲解决的技术问题

本发明的目的在于提供能够在抑制试验结果的偏差的同时防止试 验时间增大的向心滚动轴承的寿命试验方法和向心滚动轴承用试验装 置。

用于解决问题的技术方案

本发明的向心滚动轴承的寿命试验方法和向心滚动轴承用试验装 置用于进行向心滚动轴承的耐久性评价(寿命试验)。利用寿命试验 方法来试验(评价)的向心滚动轴承包括外圈、内圈、及多个滚动体。 外圈具有形成有外圈滚道的内周面。内圈具有形成有内圈滚道的外周 面。滚动体滚动自如地设置在外圈滚道与内圈滚道之间。

根据本发明的一个技术方案，在向心滚动轴承的寿命试验方法中， 将向心滚动轴承的一部分浸渍在润滑油中，在对向心滚动轴承付与径 向载荷的状态下，使外圈和内圈相对旋转，并试验轴承寿命。

在水平方向付与径向载荷。也可以是，使外圈和内圈相对旋转， 相对旋转的方向为使滚动体在承载圈上从下方朝向上方的通过的方 向。也可以是，在使外圈和内圈相对旋转前的状态下，使润滑油的油 面(上表面)位于外嵌有内圈的旋转轴的中心轴(向心滚动轴承的中 心轴)上。也可以是，在润滑油中混入金属粉末、陶瓷粉末等异物。

根据本发明的一个技术方案，向心滚动轴承用试验装置包括旋转 轴、润滑油槽、旋转驱动部、及载荷付与部。在旋转轴上外嵌有作为 供试验轴承的向心滚动轴承的内圈。旋转驱动部被构成为驱动旋转轴 旋转。润滑油槽被构成为积存将所述向心滚动轴承的一部分浸渍的润 滑油。载荷付与部被构成为对向心滚动轴承付与径向载荷。载荷付与 部在水平方向付与径向载荷。

也可以是，向心滚动轴承用试验装置还包括固定台架、可动台架、 及支承轴承。固定台架在其内侧设置有所述润滑油槽，被构成为借助 一对所述向心滚动轴承来支承旋转轴的在轴向分开的2处。可动台架 与旋转轴同心地配置在旋转轴的周围，并且以相对于固定台架能够进 行径向的变位、且阻止旋转方向的变位的状态设置。支承轴承设置在 一对向心滚动轴承之间的旋转轴的外周面的部分、与可动台架的内周 面之间。润滑油槽设置在固定台架的内侧。载荷付与部在水平方向按 压可动台架，对一对向心滚动轴承付与水平方向的径向载荷。

也可以是，旋转驱动部驱动旋转轴在使滚动体在承载圈上从下方 朝向上方通过的方向上旋转。也可以是，在驱动旋转轴旋转前的状态 下，使润滑油的油面位于旋转轴的中心轴上。也可以是，在润滑油中 混入有异物。

发明效果

根据上述的寿命试验方法和试验装置，由于对作为供试验轴承的 向心滚动轴承在水平方向付与径向载荷，所以，能够使试验时的承载 圈的润滑为合理的状态。因此，能够在抑制试验结果的偏差的同时防 止试验时间增大。由此，关于向心滚动轴承的寿命，能够进行可靠性 高的评价。

附图说明

图1是本发明的实施方式的向心滚动轴承用试验装置的剖视图。

图2是包含沿着图1的II－II线的剖视图的示意图。

图3A是固定台架的俯视图。

图3B是固定台架的侧视图。

图4A是用于说明旋转轴的旋转方向的限制所带来的效果的剖视 图。

图4B是用于说明旋转轴的旋转方向的限制所带来的效果的其他 剖视图。

图5是示出用于说明将固定台架一体地形成而带来的效果的比较 例的图。

图6是现有例的向心滚动轴承用试验装置的剖视图。

图7A是用于说明现有例的问题点的剖视图。

图7B是用于说明现有例的问题点的其他剖视图。

附图标记说明

1、1a、1b固定台架

2、2a旋转轴

3、3a、3b向心滚动轴承

4、4a可动台架

5、5a支承轴承

6、6a、6b润滑油槽

7异物

8内圈

11外圈

19按压治具

20按压杆

21钢球

22按压板

25滚珠

具体实施方式

图1～3B示出本发明的实施方式的向心滚动轴承用试验装置。如 图1所示，旋转轴2a的顶端部和靠近基端部的部分分别由作为供试验 轴承的一对向心滚动轴承3a、3b旋转自如地支承于固定台架1a。即， 将向心滚动轴承3a、3b的内圈8、8外嵌于旋转轴2a的顶端部和靠近 基端部的部分。内圈8、8的内侧面夹着垫圈10、10抵碰于设置在旋 转轴2a的中间部的台阶部9、9。将向心滚动轴承3a、3b的外圈11、 11以在旋转轴2a的轴向分开的状态支承于在铅垂方向竖立设置的固定 台架1a的一对轴向侧壁部12、12。具体而言，将各外圈11、11内嵌 于圆筒面状的支承部15a、15b，该支承部15a、15b设置在大致圆筒状 的支承套筒14a、14b的顶端部的内周面，该支承套筒14a、14b安装在 设置于轴向侧壁部12、12的圆孔13、13的内侧。并且，将向心滚动 轴承3a的外圈11的外侧面抵碰于在支承套筒14a的支承部15a的深端 部设置的台阶面。由此，将向心滚动轴承3a在轴向强力地夹持在垫圈 10的外侧面与支承套筒14a的支承部15a的台阶面之间。与此相对， 另一个向心滚动轴承3b的外圈11的外侧面抵碰于活塞部16的顶端面， 该活塞部16能够轴向变位地插入(嵌入)于另一个支承套筒14b的内 侧。由此，将向心滚动轴承3b在轴向强力地夹持在垫圈10的外侧面 与活塞部16的顶端面之间。在本例的情况下，通过利用未图示的液压 缸等加压装置按压活塞部16的基端面，从而能够对向心滚动轴承3a、 3b付与期望值的轴向载荷Fa。

在旋转轴2a的中间部的周围与旋转轴2a同心地配置有大致圆筒 状的可动台架4a。并且，在可动台架4a的内周面与旋转轴2a的中间 部的外周面之间设置有一对支承轴承5a、5a。可动台架4a在固定台架 1a的内部以能够进行径向的变位且阻止旋转方向的变位的状态设置。 在本例的情况下，能够对可动台架4a在水平方向付与期望值的径向载 荷Fr。即，将大致圆筒状的按压夹具19的顶端部插通到通孔18中， 并将在固定台架1a(宽度方向侧壁部17a)的外侧设置的、液压缸等加 压装置的按压杆20的顶端面(图2的左端面)经由钢球21及按压板 22抵碰到按压夹具19的基端面(图2的右端面)，来构成径向载荷付 与部，其中，通孔18是在将固定台架1a的轴向侧壁部12、12的端部 彼此连结的一对宽度方向侧壁部17a、17b中，以在水平方向贯通的状 态设置在宽度方向侧壁部17a上。在按压板22的外侧面设置振动传感 器23，通过振动传感器23检测按压板22的振动，从而经由各部件2a、 5a、4a、19自如地检测出向心滚动轴承3a、3b的振动。

将旋转轴2a直接或者经由张挂有环形带的皮带轮及联轴器连接于 电动马达等驱动源的输出轴，构成用于以期望的转速驱动旋转轴2a旋 转的旋转驱动部。

在本例的情况下，固定台架1a为上方开口的大致矩形箱状，通过 对碳素钢制的材料实施锻造加工及切削加工来制造，从而将整体一体 地形成。在固定台架1a的内侧设置有润滑油槽6a，润滑油槽6a的底 面为与旋转轴2a同心的、部分圆筒状的凹曲面。润滑油槽6a的底面的 曲率半径r为向心滚动轴承3a、3b的外径D的0.6倍以上、2倍以下 (0.6D≦r≦2D)，优选为外径D以下。在始终浸渍在润滑油中的润滑 油槽6b的底部设置有加热器24。具体而言，在润滑油槽6a的底面与 可动台架4a及支承套筒14a、14b的外周面之间，设置有沿着润滑油槽 6a的底面弯曲的板状的加热器24。在加热器24的下表面与润滑油槽 6a的底面之间、以及加热器24的上表面与可动台架4a及支承套筒14a、 14b的外周面之间介在有间隙。在润滑油槽6a中积存有以期望的比率 混入有金属粉末、陶瓷粉末等异物7、7的润滑油。因此，在从实验开 始到实验结束为止的期间中，润滑油中的异物7、7的混入率不会变化。 并且，随着旋转轴2a、乃至向心滚动轴承3a、3b及支承轴承5a、5a 的旋转，润滑油被搅拌，异物7、7在润滑油中均匀分散。在润滑油槽 6a内，也可以设置有用于使润滑油槽6a内的润滑油的流动合理的整流 部。

在利用上述的向心滚动轴承用试验装置进行作为供试验轴承的向 心滚动轴承3a、3b的耐久性试验(寿命试验)的情况下，考虑到旋转 轴2a所带来的搅拌效果及承载圈的润滑性，优选在驱动旋转轴2a旋转 前的状态下在润滑油槽6a内将润滑油限制为从旋转轴2a的下端部到上 端部的范围内。即，当润滑油的油面(上表面)设定得比旋转轴2a的 下端部更靠下方时，变得不能得到旋转轴2a所带来的搅拌效果，当设 定得比旋转轴2a的上端部更靠上方时，承载圈的大部分会浸渍到润滑 油中，异物的影响变得难以体现，试验时间变长。因此，在本例的情 况下，以润滑油的油面位于旋转轴2a的中心轴上的方式积存。于是， 在驱动旋转轴2a旋转前的状态下，仅将向心滚动轴承3a、3b的下半部 浸渍在润滑油中。由此，在寿命试验中，旋转轴2a的外周面的至少下 端部浸渍在润滑油中，向心滚动轴承3a、3b成为在径向上至少从下端 起1/3的部分浸渍在润滑油中的状态。并且，利用加热器24将润滑 油的油温保持为期望的温度(例如100℃)。在本例的情况下，由于在 驱动旋转轴2a旋转前的状态下使润滑油的油面位于旋转轴2a的中心轴 上，所以，在寿命试验中，也容易将旋转轴2a、向心滚动轴承3a、3b 保持在预定的温度的范围内。通过按压活塞部16的基端面从而在轴向 按压旋转轴2a，对向心滚动轴承3a、3b附加期望的轴向载荷Fa。而且， 通过由按压杆20按压可动台架4a的外周面从而在水平方向按压旋转轴 2a，对向心滚动轴承3a、3b附加期望的径向载荷Fr。在该状态下，以 期望的转速驱动旋转轴2a旋转，使向心滚动轴承3a、3b的滚珠25、 25的旋转(公转)方向为：在向心滚动轴承3a、3b的圆周方向中位于 径向载荷的作用方向前方的承载圈(图2中以粗线示出的部分)上， 从下方朝向上方通过的方向(图2的顺时针方向)。其结果是，向心 滚动轴承3a、3b在被附加了期望的径向载荷Fr及轴向载荷Fa的同时 被以期望的转速驱动旋转。在该状态下，将振动传感器23所检测的向 心滚动轴承3a、3b的振动值(振幅)超过被设定为试验开始时的初期 振动值的1.5倍以上、且小于3倍(例如2倍)的阈值的时间点作为向 心滚动轴承3a、3b的寿命，结束试验。在阈值小于初期振动值的1.5 倍的情况下，有可能试验因基于向心滚动轴承3a、3b以外的破损的振 动而结束。在阈值为3倍以上的情况下，有可能破损发生了大幅度进 展，为破损的起点的部位变得不能确定。在更换向心滚动轴承3a、3b 时，在使支承套筒14a、14b变位到轴向外侧的状态下，从旋转轴2a 的轴向两侧进行向心滚动轴承3a、3b的更换。

根据上述的向心滚动轴承的寿命试验方法及向心滚动轴承用试验 装置，能够在抑制试验结果的偏差的同时防止试验时间增大。即，在 本例的情况下，仅将向心滚动轴承3a、3b的下半部浸渍在润滑油中， 对向心滚动轴承3a、3b在水平方向付与径向载荷Fr。限制旋转轴2a 的旋转方向，使向心滚动轴承3a、3b的滚珠25、25在承载圈上在从下 方朝向上方通过的方向上旋转(公转)。因此，能够使位于径向载荷 Fr的作用方向前方的承载圈的润滑为合理的状态，能够防止在承载圈 上润滑油变为不足乃至枯竭的倾向而试验结果的偏差变大、或者润滑 状态过剩而试验时间增大。而且，限制各滚珠25、25的公转方向，因 此，能够将混入在积存于润滑油槽6a内的润滑油中的异物7、7适当地 送入到承载圈，从这方面而言，也能够使试验结果稳定(能够抑制偏 差)。对于这一点，参照图4A和图4B更详细地进行说明。即，在使 各滚珠25、25的公转方向为在承载圈上从下方朝向上方通过的方向的 情况下，如图4A所示，能够在润滑油中产生从润滑油槽6a的底部向 承载圈的流动。其结果是，在承载圈中，即使对未浸渍在润滑油中的 部分，也能够将润滑油的一部溅到该部分，因此，能够使润滑油恰好 遍布到承载圈，能够进行稳定的试验。能够将混入在润滑油中的异物7、 7适当地送入到承载圈。与此相对，在使各滚珠25、25的公转方向为 在承载圈上从上方朝向下方通过的方向的情况下，如图4B所示，在润 滑油中，产生在向心滚动轴承3a(3b)的圆周方向上朝向承载圈的相 反侧的流动。因此，在承载圈中，在未浸渍在润滑油中的部分，润滑 油不足。因此，润滑油不足的部分(范围)在少量的飞沫的影响下润 滑状态会变化，成为试验结果变动的主要原因。不能将适当的量的异 物7、7送入到承载圈(异物7、7会由于润滑油的流动而集中到非承 载圈侧)。在驱动旋转轴2a旋转前的状态下，润滑油的油面位于旋转 轴2a的中心轴上，因此，对可动台架4a的外周面与按压夹具19的顶 端面的抵接部进行润滑，能够防止在这些面之间发生微振磨损 (Fretting)。而且，使旋转轴2a的外周面的至少下端部浸渍在润滑油 中，因此，能够抑制向心滚动轴承3a、3b及旋转轴2a等配置在固定台 架1a的内侧的部件的温度变化。

而且，在本例的情况下，通过使润滑油槽6a的底面为与旋转轴2a 同心的、部分圆筒状的凹曲面，从而能够防止混入在润滑油中的各种 大小的异物7、7滞积(堆积)。通过将固定台架1a的整体一体地形成， 从而能够使相对于径向载荷Fr及轴向载荷Fa的刚性提高。即，如作为 比较例示出的图5所示的构造那样，在将互相平行的一对侧板部27、 27、和将侧板部27、27的端部彼此连结的一对端板部分别利用焊接等 支承固定于平板状的底板部26来制造固定台架1b的情况下，在设置 在固定台架1b的内侧的润滑油槽6b中，混入在润滑油中的异物7、7 易于滞积于底板部26的上表面与侧板部27、27的内侧面的交界附近 的角部(图5中由点划线α包围的部分)。在本例的情况下，使润滑 油槽6a的底面为与旋转轴2a的中心轴同心的、部分圆筒状的凹曲面， 因此，能够防止混入在润滑油中的异物7、7滞积。在本例的情况下， 在润滑油槽6a的底面、与可动台架4a及支承套筒14a、14b的外周面 之间，加热器24以在各面与加热器24的上下表面之间分别介在有间 隙的状态设置。因此，基于流路的缩小，在加热器24的上下两侧能够 使润滑油的流速加快，能够使异物7、7难以滞积。特别是，在本例的 情况下，使润滑油槽6a的底面的曲率半径r为向心滚动轴承3a、3b的 外径D的0.6倍以上、2倍以下(0.6D≦r≦2D)，因此，不使所需的 润滑油的油量增大，就能够使润滑油的循环性良好。而且，如果使曲 率半径r为外径D以下(r≦D)，则能够进一步减小润滑油的油量。 即，在使曲率半径r大于外径D的2倍的情况下，所需的润滑油的油 量会增大。另一方面，在使曲率半径r小于外径D的0.6倍的情况下， 加热器24的上下两侧的间隙会变得过窄，润滑油的循环性会降低。使 加热器24的表面积变大，能够高效率地进行润滑油的油温调节。使润 滑油槽6a的底面为凹曲面并使润滑油槽6a的表面平滑地连续，因此， 润滑油槽6a的表面能够均匀地吸收或散放热量，能够防止油温的偏差。 具体而言，能够将积存在润滑油槽6a内的润滑油的油温调节到期望的 温度±3℃的范围内。

在图5所示的构造的情况下，在使付与给旋转轴2a的水平方向的 径向载荷增大的情况下，固定台架1b的侧板部27、27有可能在朝向 径向载荷Fr的作用方向倾倒的方向上变形。其结果是，有可能不能将 径向载荷Fr正常地付与给向心滚动轴承3a、3b，试验结果的偏差变大。 与此相对，在本例的情况下，固定台架1a将整体一体地形成，提高了 相对于径向载荷Fr的刚性，因此，能够将径向载荷Fr正常地付与给向 心滚动轴承3a、3b，防止试验结果的偏差。

而且，在本例的情况下，将振动传感器23设置于按压板22，该 按压板22设置在将顶端面抵接于可动台架4a的按压夹具19的基端面、 与由按压杆20按压的钢球21之间。即，将振动传感器23设置为对在 径向载荷Fr的作用方向上直列地设置的按压板22的振动进行检测，因 此，向心滚动轴承3a、3b的振动的检测精度提高。另外，使按压夹具 19的基端面与按压板22面接触。从这方面而言，也能够实现振动的检 测精度的提高。振动传感器23设置在固定台架1a的外侧，因此，能够 防止润滑油的飞沫落到振动传感器23、或者振动传感器23因加热器 24所产生的热量而变成高温。

实施例

接下来，说明为了确认本发明的实施方式的效果而进行的实验。 在实验中，以试验装置及旋转轴的旋转方向不同的例子为对象，将用 于耐久评价试验的寿命试验分别各进行10次，验证了试验结果的偏差。 对于实施例及比较例1使用了上述实施方式的试验装置，对于比较例2 使用了图5所示的试验装置。寿命试验的条件如下。旋转轴的旋转方 向如下：对于实施例及比较例2，为供试验轴承的滚动体在承载圈上从 下方朝向上方通过的方向，对于比较例1，为滚动体在承载圈上从上方 朝向下方通过的方向。

供试验轴承：轴承型号6208(外径＝80mm、内径＝40mm、宽度 ＝18mm)

试验载荷：7300N{P/C(承载载荷/额定载荷)＝0.25}

转速：4500min^－1

试验温度：100℃

润滑油：变速器油

异物：以预定量混入铁系金属粉末

在这样的条件下，将振动传感器所检测的供试验轴承的振动值成 为初期振动值的2倍的时间点作为供试验轴承的寿命。并且，在该时 间点结束试验，利用目视确认了内圈滚道及外圈滚道、以及各滚动体 的滚动面有无剥离。最长试验时间为500时间(Hr)，关于在经过了 500小时的时刻振动值未达到初期振动值的2倍的供试验轴承，之后的 试验终止。将寿命试验的结果示出在表1中。

[表1]

从表1可知，在实施例中，与比较例1～2相比较，抑制了试验结 果的偏差。即，在比较例1的情况下，在承载圈中，在未浸渍在润滑 油中的部分，润滑油不足，并且，不能将异物充分供给到供试验轴承， 因此，寿命的最大值与最小值之差为5倍以上，韦伯斜率(Weibullslope) 值也低，为1.8。而且，各供试验轴承的每一个的内圈、外圈及滚珠都 破损，破损部位也产生了偏差。在比较例2的情况下，不能对供试验 轴承正常地付与径向载荷，不能将异物充分地供给到供试验轴承，因 此，4成的供试验轴承超过了终止时间。与此相对，在实施例的情况下， 寿命的最大值与最小值至差小，为1.6倍，韦伯斜率值夜高，为6.3。 破损部位为内圈或者内外圈。

本发明基于2013年4月5日提出申请的日本专利申请2013－ 079788号，将其内容作为参照援引于此。