JP2005249594A - 転動体荷重測定方法及び荷重測定用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 アキシアル荷重がかかって接触角が変化する軸受の転動体荷重を精度良く測定することができる転動体荷重測定方法及び荷重測定用軸受を提供する。
【解決手段】 回転する内輪１３或いは外輪１１に、溝底面１７の角度が、初期接触角α０と最大アキシアル荷重負荷時の接触角α２との中央値α１の線１８に対して直角に設定された切欠き溝１６を形成し、切欠き溝１６の溝底面１７に２枚の２軸ひずみゲージ１９，１９を貼付し、ひずみゲージ１９，１９を貼付ける軸方向位置が、中央値の線１８に対して軸方向に均等振り分けされた位置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転動体荷重測定方法及び荷重測定用軸受に関し、より詳細にはアキシアル荷重を受けた際に、接触角がアキシアル荷重の大きさによって変化する軸受の転動体の負荷荷重を測定する転動体荷重測定方法及び荷重測定用軸受に関する。

走行減速機の主軸受け用軸受のような軸受は、大きなモーメント荷重を受けるため２個の軸受で予圧を与えて使用される場合が多く、軸受の転がり疲れ寿命が問題になる。軸受の転がり疲れ寿命は、予圧の設定と荷重のかかり方（２個の軸受への負荷配分等）が影響するために、実際の転動体荷重分布を把握し、寿命が長くなるように予圧量を設定することが重要である。そのため転動体荷重やその分布を正確に測定する方法が必要である。

従来の転動体荷重測定方法の一例として、円すいころ軸受を用いたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。図８に示すように、特許文献１に開示された転動体荷重測定方法は、円すいころ軸受１の内輪２或いは外輪３に切欠き部４を形成する。切欠き部４の底面５は、内輪２或いは外輪３ところ６との接触線Ｍ−Ｍと平行となる直線Ｌ−Ｌとし、また切欠き部４の底面５に接着したひずみゲージ７の幅を、ころ６の長さに対して適当に広くしている。これにより、内輪２或いは外輪３が傾き、円すいころ軸受１に負荷される荷重作用線がころ６の中心からずれる場合でも、軸受１に負荷された荷重をころ６に作用する荷重の大きさに比例したひずみ量として検出できるようにしている。そして、検出されたひずみ量をもとに軸受回転時において、実際に円すいころ軸受１に負荷されるスラスト荷重やラジアル荷重を正確に知ることができる。
特公昭５２−１００２７号公報（第１−３頁、第３図）

ところで、上記の転動体荷重測定方法では、円すいころ軸受１を測定しており、荷重がかかっても接触角に変化がないので、ひずみゲージ７を切欠き部４の底面５に単純に配置していた。しかしながら、アンギュラ玉軸受のように、アキシアル荷重がかかる場合、荷重の大きさによって接触角が変化するために、ひずみの検出精度が低下するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、アキシアル荷重がかかって接触角が変化する軸受の転動体の負荷荷重を精度良く測定することができる転動体荷重測定方法及び荷重測定用軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。
（１） 内輪と、外輪と、該内輪と外輪間に配置された複数の転動体とを備え、アキシアル荷重を受けた際に、接触角が該アキシアル荷重の大きさによって変化する軸受の前記転動体の負荷荷重を測定する転動体荷重測定方法であって、
回転する前記内輪或いは外輪に、溝底面の角度が、初期の接触角と最大アキシアル荷重負荷時の接触角との中央値の線に対して直角に設定された切欠き溝を形成し、
前記切欠き溝の前記溝底面に２枚の２軸ひずみゲージを貼付し、該ひずみゲージを貼付ける軸方向位置が、前記中央値の線に対して軸方向に均等振り分けされた位置であることを特徴とする請求項１に記載の転動体荷重測定方法。
（２） 前記ひずみゲージにより検出されたひずみ量は、無線システム或いはスリップリングを用いて信号伝達されることを特徴とする（１）に記載の転動体荷重測定方法。
（３） 内輪と、外輪と、該内輪と外輪間に配置された複数の転動体とを備え、アキシアル荷重を受けた際に、接触角が該アキシアル荷重の大きさによって変化する軸受の前記転動体の負荷荷重を測定する荷重測定用軸受であって、
回転する前記内輪或いは外輪には、溝底面の角度が、初期の接触角と最大アキシアル荷重負荷時の接触角との中央値の線に対して直角に設定された切欠き溝が形成されており、
前記切欠き溝の前記溝底面に２枚の２軸ひずみゲージを貼付するとともに、該ひずみゲージを貼付ける軸方向位置が、前記中央値の線に対して軸方向に均等振り分けされた位置であることを特徴とする荷重測定用軸受。

本発明の転動体荷重測定方法によれば、切欠き溝の溝底面が、初期接触角と最大アキシアル荷重負荷時の接触角との中央値の線に対して直角に設定されており、切欠き溝の溝底面に貼付けた２枚の２軸ひずみゲージの軸方向位置が、この中央値の線に対して軸方向に均等振り分けされた位置であるために、ひずみゲージを貼った２箇所の位置の範囲内に、アキシアル荷重がかかった時の接触位置が必ず配置されるようになる。従って、２箇所のいずれのひずみゲージからもアキシアル荷重負荷によるひずみを検出でき、精度の良い測定ができる。それにより、軸受に作用している荷重の把握を行え、荷重条件に適した軸受仕様を設計することができる。

また、本発明の転動体荷重測定方法によれば、ひずみゲージにより検出されたひずみ量が、無線システム或いはスリップリングを用いて信号伝達されるために、回転輪側での転動体荷重を測定することができ、それによって、負荷圏内の各位置での転動体荷重や負荷圏範囲が分かり、荷重のかかり方を調べるのに好適である。

本発明の荷重測定用軸受によれば、切欠き溝の溝底面が、初期接触角と最大アキシアル荷重負荷時の接触角との中央値に対して直角に設定されており、切欠き溝の溝底面に貼付けた２枚の２軸ひずみゲージの軸方向位置が、この中央値の線に対して軸方向に均等振り分けされた位置であるため、ひずみゲージを貼った２箇所の位置の範囲内に、アキシアル荷重がかかった時の接触位置が必ず配置されるようになる。従って、上記のような荷重測定用軸受を用いることで、２箇所のいずれのひずみゲージからもアキシアル荷重負荷によるひずみ量を検出でき、精度の良い測定ができる。

以下、本発明の実施形態に係る転動体荷重測定方法及び荷重測定用軸受を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係る一実施形態の転動体荷重測定方法に用いる荷重測定用軸受を示す断面図、図２は図１に示す荷重測定用軸受の正面図、図３は図１に示す荷重測定用軸受を用いた転動体荷重測定試験機の側面図、図４は転動体が切欠き溝を通過したときのひずみ波形図、図５は図１に示す荷重測定用軸受を用いて行う転動体荷重測定方法の測定系に無線システムを使った場合のブロック図、図６は図１に示す荷重測定用軸受を用いて行う転動体荷重測定方法の測定系にスリップリングを使った場合のブロック図、図７は荷重測定用軸受の変形例を示す断面図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態である荷重測定用軸受１０は、アンギュラ玉軸受であって、内周面に外輪軌道面１２を有するカウンターボアタイプである外輪１１と、外周面に内輪軌道面１４を有するカウンターボアタイプである内輪１３と、これら外輪軌道面１２と内輪軌道面１４との間に接触角を持って周方向に転動自在に組み込まれた複数の転動体である玉１５と、これら複数の玉１５を周方向に所定の間隔で保持する保持器（図示せず）とを備えている。

図１及び図２に示されるように、外輪１１の外径面には、その１箇所に周方向長さＬ１の幅を有する切欠き溝１６が形成されている。切欠き溝１６は、溝底面１７の角度が、アキシアル荷重が負荷されていない初期接触角α０と最大アキシアル荷重負荷時の接触角α２との中央値α１の線１８に対して直角に設定されている。そして、切欠き溝１６の溝底面１７の周方向中央部には２枚の２軸ひずみゲージ１９，１９が貼付けられている。ひずみゲージ１９，１９は、軸方向位置が、初期の接触角α０と最大アキシアル荷重負荷時の接触角α２との中央値α１の線１８に対して軸方向に均等振り分けされた位置に設定されている。

このように構成された２つの荷重測定用軸受１０，１０は、図３に示すように、転動体荷重測定試験機５０に設置されて、軸受１０，１０の転動体１５，１５の負荷荷重が測定される。転動体荷重測定試験機５０は、ハウジング５１と、固定軸５２と、Ｌ型台座５３と、駆動軸５４と、負荷軸受５５と、ロードセル５６と、負荷装置５７とを備える。

駆動軸５４は、駆動モータ（図示せず）に連結されたタイミングベルト（図示せず）が掛け渡されたタイミングプーリ５８を一端部に備えており、駆動軸５４は、駆動モータによって他端部に固定されたハウジング５１とともに回転する。

負荷軸受箱５５は、一対の円すいころ軸受からなり、内輪５９，５９が駆動軸５４に外嵌され、外輪６０，６０が負荷軸受箱５５に内嵌されている。負荷軸受箱５５は、負荷軸受箱５５がロードセル５６を介して負荷装置５７に結合されている。負荷装置５７は、Ｌ型台座５３上に配置されており、油圧シリンダ６２を内蔵している。

荷重測定用軸受１０，１０は、内輪１３，１３をＬ型台座５３に固定された固定軸５２に外嵌し、外輪１１、１１をハウジング５１に内嵌させて、背面組合せで転動体荷重測定試験機５０に配置される。

このように構成された転動体荷重測定試験機５０では、ラジアル荷重とアキシアル荷重が合成された合成荷重がロードセル５６を介して負荷装置５７から負荷軸受箱５５に負荷されるとともに、駆動モータによってハウジング５１が駆動軸５４とともに回転することにより、荷重測定用軸受１０，１０の外輪１１，１１が合成荷重を受けながら回転される。荷重測定用軸受１０，１０の外輪１１，１１が回転されることにより、外輪１１の切欠き溝１６が玉１５を通過する際に、その玉１５に負荷された荷重に伴う切欠き溝１６のひずみ量がひずみゲージ１９，１９によって検出される。即ち、図４に示すように、玉１５が切欠き溝１６を通過するたびに、ピークとなるひずみ量が検出される。

検出されたひずみ量は、計測装置７０（図５に示す）に伝達される。図５に示すように、計測装置７０は、無線システムであって、トランスミッタ７１と、送信アンテナ７２と、受信アンテナ７３と、受信機７４と、ハウジング５１の回転数を検出するための回転パルス検出器７５と、アンプ７６と、データレコーダ７７と、モニタ装置７８と、から構成されている。トランスミッタ７１と送信アンテナ７２とは、ハウジング５１に装備される。

計測装置７０は、ひずみゲージ１９，１９を組み込んだ転動体荷重検出ブリッジによりひずみ量を電圧信号として検出し、トランスミッタ７１により無線信号に変換されて送信アンテナ７２から発信され、受信アンテナ７３を経由して受信機７４によって受信され、ひずみ量が測定される。そして、受信機７４で測定されたひずみ量がデータレコーダ７７に取り込まれて保存されるとともに、モニタ装置７８によって画像として表示される。このとき、回転数データが、回転パルス検出器７５において発生した電気信号をアンプ７６によって増幅したうえでデータレコーダ７７及びモニタ装置７８に与えられているので、回転数に対するひずみ量に基づいて相当荷重を演算処理することにより、転動体荷重を算出することができる。これにより、事前に計測した転動体荷重とひずみの関係である校正線図と整合性のある転動体荷重を得ることができる。

なお、図６に示すように、図５に示した無線システムの計測装置７０に代えて、スリップリング８１を使った計測装置８０を用いることもできる。計測装置８０は、スリップリング８１と、動ひずみ計８２と、回転パルス検出器８３と、アンプ８４と、データレコーダ８５と、モニタ装置８６とから構成されている。

計測装置８０は、ひずみゲージ１９，１９を組み込んだ転動体荷重検出ブリッジによりひずみ量を電圧信号として検出し、スリップリング８１を介して動ひずみ計８２に伝達される。そして、動ひずみ計８２によって測定されたひずみ量がデータレコーダ８５に取り込まれて保存されるとともに、モニタ装置８６によって画像として表示される。このとき、回転数データが、回転パルス検出器８３において発生した電気信号をアンプ８４によって増幅したうえでデータレコーダ８５及びモニタ装置８６に与えられているので、回転数に対するひずみ量に基づいて相当荷重を演算処理することにより、転動体荷重を算出することができる。このようにしても、事前に計測した転動体荷重とひずみの関係である校正線図と整合性のある転動体荷重を得ることができる。

次に、図７を参照して、本実施形態に係る荷重測定用軸受の変形例について説明する。

図７に示すように、本変形例の荷重測定用軸受９０は、自動調心ころ軸受であって、内周面に球面状の外輪軌道面９２を有する外輪９１と、外周面に２列の内輪軌道面９４，９４を有する内輪９３と、これら外輪軌道面９２と内輪軌道面９４，９４との間に周方向に転動自在に組み込まれた複列の複数の転動体である、たる形のころ９５と、複列の複数のころ９５を転動自在に保持する保持器９６とを備えている。

外輪９１の外径面には、複列のころ９５，９５に対応した２箇所の対称位置に切欠き溝９７，９７が形成されている。切欠き溝９７，９７は、溝底面９８，９８の角度が、初期の接触角α０と最大アキシアル荷重負荷時の接触角α２との中央値α１の線１００に対して直角に設定されている。そして、この溝底面９８，９８にそれぞれ２枚の２軸ひずみゲージ９９，９９が貼付けられている。ひずみゲージ９９，９９は、軸方向位置が、初期の接触角α０と最大アキシアル荷重負荷時の接触角α２との中央値α１の線１００に対して軸方向に均等振り分けされた位置に設定されている。

本変形例の荷重測定用軸受９０は、上述した荷重測定用軸受１０と同様にして転動体荷重測定試験機５０に組み付けられて用いられ、荷重測定用軸受１０と同様の作用・効果を奏することができる。

上述したように、転動体荷重測定方法によれば、切欠き溝１６の溝底面１７が、初期接触角α０と最大アキシアル荷重負荷時の接触角α２との中央値α１の線１８に対して直角に設定されており、切欠き溝１６の溝底面１７に貼付けた２枚の２軸ひずみゲージ１９，１９の軸方向位置が、この中央値の線１８に対して軸方向に均等振り分けされた位置であるために、ひずみゲージ１９，１９を貼った２箇所の位置の範囲内に、アキシアル荷重がかかった時の接触位置が必ず配置されるようになる。従って、２箇所のいずれのひずみゲージ１９，１９からもアキシアル荷重負荷によるひずみを検出でき、精度の良い測定ができる。それにより、軸受に作用している荷重の把握を行え、荷重条件に適した軸受仕様を設計することができる。

また、転動体荷重測定方法によれば、検出されたひずみ量が、無線システムを用いた計測装置７０或いはスリップリング８１を用いた計測装置８０によって信号伝達されるために、回転輪側の転動体荷重を測定でき、負荷圏内の各位置での転動体荷重や負荷圏範囲が分かるので、荷重のかかり方を調べるのに好適である。

また、荷重測定用軸受１０，９０によれば、切欠き溝１６，９７，９７の溝底面１７，９８，９８が、初期接触角α０と最大アキシアル荷重負荷時の接触角α２との中央値α１の線１８，１００に対して直角に設定されており、切欠き溝１６，９７，９７の溝底面１７，９８，９８に貼付けた２枚の２軸ひずみゲージ１９，１９，９９，９９の軸方向位置が、初期接触角α０と最大アキシアル荷重負荷時の接触角α２との中央値α１の線に対して軸方向に均等振り分けされた位置であるために、ひずみゲージ１９，１９，９９，９９を貼った２箇所の位置の範囲内に、アキシアル荷重がかかった時の接触位置が必ず配置されるようになる。従って、このような荷重測定用軸受１０，９０を用いることで、２箇所のいずれのひずみゲージ１９，１９，９９，９９からもアキシアル荷重負荷によるひずみを検出でき、精度の良い測定ができる。

なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
本実施形態の転がり軸受は外輪回転としたが、内輪回転の場合には、内輪の内径面に切欠き溝を設けて、溝底面に２枚の２軸ひずみゲージを貼付け、内輪を回転させることにより、転動体荷重を計測することもできる。

本発明に係る一実施形態の転動体荷重測定方法に用いた荷重測定用軸受を示す断面図である。 図１に示した荷重測定用軸受の正面図である。 図１に示した荷重測定用軸受を用いた転動体荷重測定試験機の一部破断側面図である。 転動体が切欠き溝を通過したときのひずみ波形図である。 図１に示した荷重測定用軸受を用いて行う転動体荷重測定方法の測定系に無線システムを使った場合のブロック図である。 図１に示した荷重測定用軸受を用いて行う転動体荷重測定方法の測定系にスリップリングを使った場合のブロック図である。 荷重測定用軸受の変形例を示す断面図である。 従来の転動体荷重測定方法に用いた荷重測定用軸受を示す断面図である。

符号の説明

１０，９０ 荷重測定用軸受
１１，９１ 外輪
１２，９２ 外輪軌道面
１３，９３ 内輪
１４，９４ 内輪軌道面
１６，９７ 切欠き溝
１７，９８ 溝底面
１９，９９ ひずみゲージ
７０，８０ 計測装置

Claims (3)

1. 内輪と、外輪と、該内輪と外輪間に配置された複数の転動体とを備え、アキシアル荷重を受けた際に、接触角が該アキシアル荷重の大きさによって変化する軸受の前記転動体の負荷荷重を測定する転動体荷重測定方法であって、
   回転する前記内輪或いは外輪に、溝底面の角度が、初期の接触角と最大アキシアル荷重負荷時の接触角との中央値の線に対して直角に設定された切欠き溝を形成し、
   前記切欠き溝の前記溝底面に２枚の２軸ひずみゲージを貼付し、該ひずみゲージを貼付ける軸方向位置が、前記中央値の線に対して軸方向に均等振り分けされた位置であることを特徴とする請求項１に記載の転動体荷重測定方法。
2. 前記ひずみゲージにより検出されたひずみ量は、無線システム或いはスリップリングを用いて信号伝達されることを特徴とする請求項１に記載の転動体荷重測定方法。
3. 内輪と、外輪と、該内輪と外輪間に配置された複数の転動体とを備え、アキシアル荷重を受けた際に、接触角が該アキシアル荷重の大きさによって変化する軸受の前記転動体の負荷荷重を測定する荷重測定用軸受であって、
   回転する前記内輪或いは外輪には、溝底面の角度が、初期の接触角と最大アキシアル荷重負荷時の接触角との中央値の線に対して直角に設定された切欠き溝が形成されており、
   前記切欠き溝の前記溝底面に２枚の２軸ひずみゲージを貼付するとともに、該ひずみゲージを貼付ける軸方向位置が、前記中央値の線に対して軸方向に均等振り分けされた位置であることを特徴とする荷重測定用軸受。

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