01 軸受疲労試験の意義

• 設計と理論の検証：ISO、ABMA、JISなどの規格に基づいて、軸受強度計算（接触強度や転がり疲労強度など）の精度と信頼性を試験データで検証します。
• 材料とプロセスの評価：異なる材料（例：GCr15、渗碳軸受鋼）、熱処理プロセス（例：焼入れ焼戻し、浸炭焼入れ）、製造プロセス（例：研削、スーパーフィニッシュ）が軸受疲労寿命に与える影響を比較します。
• 基本データベースの構築：その後の軸受設計に役立つ、信頼性の高いS-N曲線（応力-寿命曲線）とP-S-N曲線（確率-応力-寿命曲線）を取得します。
• 品質管理と比較：製品品質の最終検査として、または異なるサプライヤーの軸受製品の性能を比較するために使用します。
• 故障メカニズムの研究：疲労亀裂の発生、伝播、最終的な破壊の全プロセスについて詳細な観察と分析を行い、設計改善の方向性を示します。

02 標準軸受の設計

標準軸受の主な設計特徴

• 標準化された幾何学的パラメータ：
  • 基本寸法：ISOまたは国家規格に準拠した内径（d）、外径（D）、幅（B）などの標準値を採用します。
  • 転動体パラメータ：転動体の数、サイズ、形状（例：球形、円筒形）を標準化し、均一な荷重分布を確保します。
  • 特別な変更なし：最適化された軌道プロファイルや強化された保持器設計など、構造的な変更は一切行いません。これにより、変更が荷重伝達に与える影響を排除し、試験条件を最も基本的な動作状態に戻し、材料と加工技術の本質的な性能を直接反映させます。
   
• 材料とプロセスの厳格な管理：
  • 均一な材料バッチ：同じ試験の軸受は、同じ熱の鋼から製造され、一貫した化学組成を確保する必要があります。
  • 一貫した熱処理：すべての軸受は、同じプロセスパラメータで同じバッチで熱処理され、コア硬度、表面硬度、有効硬化層深さ、残留オーステナイト含有量などの主要指標における高い一貫性を確保します。
  • 高精度製造：一般的に、GBまたはISO規格で指定されたグレード5以上の精度を満たす必要があり、製造誤差が荷重分布に与える干渉を最小限に抑えます。
   

標準軸受の一般的なタイプ

• ISO標準軸受：国際的に認められた汎用標準軸受で、統一された幾何学的パラメータ（例：深溝玉軸受6200シリーズ、円すいころ軸受30200シリーズ）と試験方法を定義しています。材料性能試験や潤滑剤評価に広く使用されています。
• SKF標準試験軸受：スウェーデンの軸受メーカーSKFが開発したもので、厳格なプロセス管理と高い寸法精度が特徴です。高度な疲労寿命試験や新材料の検証に一般的に使用されています。

03 疲労試験の種類

1. 転がり接触疲労試験

• 試験目的：軸受の表面剥離とピッチングに対する抵抗能力を判定します。転動体と軌道間の最大接触応力に焦点を当てます。
• 試験設計：
  • 試験装置：主に動力流閉ループ試験装置を採用しています。このシステムは、トルク負荷装置を介して内部的に繰り返し電力を形成し、摩擦などの損失を補償するために外部モーターのみを必要とするため、エネルギー効率が高く、高性能です。
  • 負荷方法：実際の動作中の交互荷重をシミュレートするために、試験軸受に一定の繰り返し荷重（応力比R ≈ -1またはR ≈ 0.1）を印加します。
  • 故障基準：表面剥離面積が軌道の特定の割合（例：3％または5％）に達した場合、または破壊的なピッチング（振動とノイズが急激に増加する原因となる大きくて深いピット）が発生した場合に、耐用年数の終点が決定されます。
   
• アプリケーションと出力：
  • S-N曲線の生成：さまざまな応力レベルを一群の軸受に印加することにより、故障までのサイクル数を記録し、転がり接触疲労S-N曲線をプロットします。この曲線は、軸受設計における許容応力を選択するための基本的な基礎となります。
  • 潤滑剤の評価：この試験は、軸受油の極圧性と耐摩耗性を評価するための重要な基準です。異なる潤滑剤配合は、軸受表面のピッチング寿命に大きな影響を与えます。
   

2. 保持器疲労試験

• 試験目的：繰り返し衝撃と摩擦下での保持器の疲労損傷に対する抵抗能力を評価します。ポケットやリブなど、保持器の応力集中領域に焦点を当てます。
• 試験設計：
  • 試験装置：回転速度、転動体の衝撃、潤滑条件など、保持器の実際の運動状態をシミュレートする特別な保持器疲労試験装置を使用します。
  • 負荷方法：高速運転中の動的相互作用をシミュレートするために、指定された回転速度で転動体を介して保持器に繰り返し衝撃荷重を印加します。
  • 故障基準：保持器に亀裂、変形、または軸受の正常な動作に影響を与える破損が発生した場合に、故障を判定します。
   
• アプリケーションと出力：
  • 保持器設計の最適化：保持器の構造強度、材料選択、および製造プロセスを改善するためのデータサポートを提供します。
  • 耐用年数の検証：極端な動作条件下で、保持器が軸受の全体的な耐用年数に適合することを確認します。
   

04 試験手順と分析

試験計画