(57)【要約】【課題】  遊星歯車支持用軸受の実機で起きる状態と同様な外輪楕円変形および荷重負荷状態を生じさせて試験することができて、信頼性の高いデータを得ることのできる性能評価試験機を提供する。【解決手段】  遊星歯車支持用の転がり軸受のサンプルである供試軸受を試験する性能評価試験機を、基台３と、軸受保持部材７と、荷重負荷装置６と、回転駆動装置１７とで構成する。軸受保持部材７は、基台３に設置され供試軸受１の外輪を楕円に変形させて上記供試軸受１を保持する部材であり、２つ割れのリング状部材からなる。荷重負荷装置６は、供試軸受１に、上記軸受保持部材７により変形させる楕円の長軸方向のラジアル荷重を負荷する。回転駆動装置１７は、供試軸受１の内輪を嵌合させた主軸２を回転駆動する。【選択図】      図１
2005062073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遊星歯車支持用の転がり軸受である供試軸受を試験する性能評価試験機であって、基台と、この基台に設置され供試軸受の外輪を楕円に変形させて上記供試軸受を保持する軸受保持部材と、上記供試軸受に、上記軸受保持部材により変形させる楕円の長軸方向のラジアル荷重を負荷する荷重負荷装置と、上記供試軸受の内輪を回転駆動する回転駆動装置とを備えた遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機。
【請求項２】
請求項１において、上記軸受保持部材が、２つ割れのリング状部材である遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機。
【請求項３】
請求項２において、上記軸受保持部材が、内径面が真円のリング状の軸受保持部材素材を、円周方向の２か所で切断代を以て切断し、その切断面を合わせてリング状に繋ぎ直した部材である遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機。
【請求項４】
請求項２または請求項３において、上記軸受保持部材の外周形状が真円である遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、上記回転駆動装置に設けられて供試軸受の内輪を嵌合させる主軸に対して、上記軸受保持部材の角度を傾けることで上記供試軸受の外輪に傾きを与えるミスアライメント付与手段を設けた遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電用増速機や、その他各種の機器に使用される遊星歯車を支持する軸受の性能評価を行う試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電用増速機は、増速手段として遊星歯車装置や２次増速装置等を備えており（例えば非特許文献１）、多くの軸受が使用されている。その中でも遊星歯車支持用軸受は、遊星歯車がリングギヤと太陽ギヤに挟まれて楕円変形することから、スキュー等を生じ易い過酷な条件下で使用されることになる。
【０００３】
図と共に風力発電用増速機の一例を説明すると、図５に示すように、入力軸３１の回転を増速して低速軸３２に伝達する遊星歯車装置３３と、低速軸３２の回転をさらに増速して出力軸３４に伝達する２次増速装置３５とを備える。遊星歯車装置３３および２次増速装置３５は、共通のケーシング３６内に設けられている。入力軸３１は風車（図示せず）の主軸（図示せず）等に接続され、出力軸３４は発電機（図示せず）に接続される。
遊星歯車装置３３は、旋回自在なキャリア３７（図６参照）の周方向複数箇所に遊星軸４０が片持状に設けられ、各遊星軸４０に遊星歯車３８が転がり軸受３９を介して回転自在に支持されている。キャリア３７に支持された各遊星歯車３８は、ケーシング３６に設けられた内歯のリングギヤ４２に噛み合い、且つこのリングギヤ４２と同心位置に回転自在に設けられた太陽歯車４３に噛み合う。太陽歯車４３の回転が、遊星歯車装置３３の出力となり、２次増速装置３５の低速軸の回転となる。
各遊星歯車３８を支持する転がり軸受３９には、円筒ころ軸受や、自動調心ころ軸受、玉軸受など、種々の形式の軸受が使用される。例えば、図５のように複列の転がり軸受３９が２個並べて用いられる。
【０００４】
このような構成の増速機では、遊星歯車装置３３の遊星歯車３８がリングギヤ４２と太陽歯車４３に挟まれた構造であるため、遊星歯車３８は楕円状に変形する。この遊星歯車３８の内径に組み込まれた転がり軸受３９も同様に楕円状に変形する。そのため、転がり軸受３９の転動体には進みや遅れが生じる。その結果、転動体はスキューを生じ、軸受機能上好ましくない。スキューは昇温や振動の原因となる。なお、楕円形状となった軸受３９に対して、ラジアル荷重はその楕円の長軸方向に負荷される。
【０００５】
そこで、従来より、このような遊星歯車装置３３に用いられる転がり軸受３９を、実機の遊星歯車用軸受と同様に外輪を楕円変形させて性能を評価する方法として、次の各方法が提案されている。例えば、図７に示すように、楕円形状のハウジング５４内に供試軸受５１を圧入したり、図８に示すように、真円のハウジング５５内に隙間を持たせた状態で供試軸受５１を挿入し、ボルト５２等で軸受外輪の一部を押圧することにより、供試軸受５１の外輪を楕円変形させる。この状態で負荷を与えて各種の試験項目の測定を行い、軸受性能を評価する。
【０００６】
【非特許文献１】機械設計第４６巻第１３号（２００２年９月号）の第９０〜９６頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の試験機は、上記のように供試軸受５１の外輪を楕円変形させた状態で軸受性能を行うことができるが、荷重の負荷や、軸受回転等において、実機における遊星歯車支持用軸受の負荷状態を今一つ正確に再現することができず、転動体の挙動を把握して信頼性の高いデータを得ることができなかった。また、図７の例のようにハウジング５４を楕円加工したり、図８のようにボルト５２等で供試軸受５１の外輪を楕円変形させる構成は、小径の軸受については比較的容易であるが、上述した風力発電用増速機における遊星歯車支持用軸受３９等のような大型の軸受では、このような従来構成を用いることが難しい。
【０００８】
この発明の目的は、遊星歯車支持用軸受の実機で起きる状態と同様な外輪楕円変形および荷重負荷状態を生じさせて試験することができて、信頼性の高いデータを得ることのできる遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機は、遊星歯車支持用の転がり軸受である供試軸受を試験する性能評価試験機であって、基台と、この基台に設置され供試軸受の外輪を楕円に変形させて上記供試軸受を保持する軸受保持部材と、上記供試軸受に、上記軸受保持部材により変形させる楕円の長軸方向のラジアル荷重を負荷する荷重負荷装置と、上記供試軸受の内輪を回転駆動する回転駆動装置とを備えることを特徴とする。
この構成の試験機によると、基台に設置された軸受保持部材で、供試軸受をその外輪が楕円に変形するように保持する。この状態で、荷重負荷装置によって供試軸受にその楕円変形の長軸方向のラジアル荷重を負荷し、回転駆動装置により供試軸受の内輪を回転させることができる。軸受外輪を楕円変形させ、楕円形状の長軸方向にラジアル荷重を負荷すると、負荷圏は複雑な範囲となる。そのため、転動体の挙動を把握することが難しいが、この試験機によれば、上記のように楕円変形させ、荷重付与して回転させることで、実機と同様の負荷を与えて実測することができる。これにより転動体の挙動が把握できる。その結果、信頼性の高いデータを得ることができ、軸受性能の向上検討・評価が行える。測定項目は、例えば、負荷圏・非負荷圏・その中間域等の公転速度およびスキュー角などである。この他に軸受の温度、振動等を含めても良い。
【００１０】
この発明の遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機は、例えば、上記軸受保持部材が、２つ割れのリング状部材であってもよい。２つ割れのリング状部材とすることで、風力発電用増速機における遊星歯車装置のように、遊星歯車を支持する転がり軸受が大型の場合でも、その外輪を楕円形状に容易に変形させることができる。
【００１１】
また、上記軸受保持部材は、内径面が真円のリング状の軸受保持部材素材を円周方向の２か所で切断代を以て切断し、その切断面を合わせてリング状に繋ぎ直した部材であってもよい。
上記切断代のため、切断面を合わせてリング状に繋ぎ直した部材の内径面は楕円状となる。遊星歯車支持用軸受の外輪の生じる楕円変形は、僅かに変形する程度であって、真円に近く、このような僅かな変形程度の楕円形状の加工を軸受保持部材に精度良く行うことは非常に難しい。しかし、上記のように繋ぎ直した部材とすると、切断代の調整だけで、軸受保持部材の内径面を自由な偏平度の楕円形状に加工することができる。これにより、遊星歯車の実機で生じる楕円変形状態をできるだけ忠実に再現して試験することができる。
【００１２】
上記軸受保持部材の外周形状は真円であってもよい。軸受保持部材を、内径面が楕円形状であっても、外径面を真円とすることで、基台の軸受保持部材の支持部の内径面が真円で良く、この支持部に対して各種の軸受保持部材を取り替えて設置することができる。このため、内径面が各種の偏平度の軸受保持部材を、同じ構成の支持部に設置することができる。なお、上記のように切断面を合わせてリング状に繋ぎ直した軸受保持部材の場合は、その繋ぎ直し後に外径面を真円に加工すれば良い。外径面の真円加工は容易に行うことができる。
【００１３】
この発明の遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機は、例えば、上記回転駆動装置に設けられて供試軸受の内輪を嵌合させる主軸に対して、上記軸受保持部材の角度を傾けることで上記供試軸受の外輪に傾きを与えるミスアライメント付与手段を設けてもよい。
遊星歯車装置では、例えばキャリアの捩じれによって遊星軸に傾きが生じ、これに起因して、遊星歯車を支持する転がり軸にミスアライメントが生じることがある。上記ミスアライメント付与手段を設けた場合、このような実機のミスアライメントを再現し、より一層正確に実機を模した性能評価試験を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の遊星歯車支持用の性能評価試験機は、基台と、この基台に設置され供試軸受の外輪を楕円に変形させて上記供試軸受を保持する軸受保持部材と、上記供試軸受に、上記軸受保持部材により変形させる楕円の長軸方向のラジアル荷重を負荷する荷重負荷装置と、上記供試軸受の内輪を回転駆動する回転駆動装置とを備えるものとしたため、遊星歯車支持用軸受の実機で起きる状態と同様な外輪楕円変形および荷重負荷状態を生じさせて試験することができて、信頼性の高いデータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。図１は性能評価試験機の一部破断側面図を示し、図２はその試験機の一部破断正面図を示す。この性能評価試験機は、一端部に供試軸受１を外嵌させる主軸２を有し、この主軸２の中間部は軸受４，５を介して基台３に回転自在に支持されている。上記供試軸受１は、荷重負荷装置６を介して基台３に設置された軸受保持部材７で保持され、この軸受保持部材７によって供試軸受１の外輪が楕円に変形させられる。供試軸受１は、例えば、図５および図６に示した風力発電用増速機の遊星歯車装置３３における、遊星歯車３８を支持する転がり軸受３９のサンプルとされる。
【００１６】
軸受保持部材７は、図３（Ｂ）に示すように、２つ割れのリング状部材からなる。すなわち、この軸受保持部材７は、図３（Ａ）のように内径面および外径面が共に真円のリング状の軸受保持部材素材１０を、直径上に重なる円周方向の２か所で所定の切断代ΔＷを以て切断し、これにより得られる２つの分割リング材１０Ａ，１０Ｂの互いの切断面を合わせてリング状に繋ぎ直した部材とされている。ここでは両分割リング材１０Ａ，１０Ｂは互いに両端をボルト１１により接合している。この接合により、軸受保持部材７の内径は、２つの接合部を結ぶ径方向を長軸Ｌとする略楕円形状となる。その楕円の長軸と短軸の比は、軸受保持部材素材１０の内径と切断代ΔＷを選択することにより決定することができる。また、ここでは、分割リング材１０Ａ，１０Ｂを接合して得られる軸受保持部材７の外径の一部（図３（Ｂ）に鎖線で示す）を除去して、軸受保持部材７の外径のみを真円に加工している。この軸受保持部材７の楕円状の内径面に供試軸受１を内嵌させることにより、供試軸受１の外輪は、図３（Ｂ）に鎖線で示すように、軸受保持部材７の内径面の楕円と長軸Ｌを一致させた楕円に変形する。
【００１７】
軸受保持部材７にはリング部材８を外嵌させ、このリング部材８に上記荷重負荷装置６を連結する。ここでは、軸受保持部材７は、その楕円内径の長軸Ｌが上下方向を向く姿勢となるように配置され、荷重負荷装置６はリング部材８の下方位置に配置される。なお、リング部材８の内径には、回り止め用ピン（図示せず）を設けて、内径に保持される軸受保持部材７の回り止めを図ってもよい。
荷重負荷装置６は、軸受保持部材７により楕円状に変形させられる供試軸受１にその楕円の長軸Ｌ（図３）方向のラジアル荷重を負荷する手段である。この荷重負荷装置６は、駆動源１３により直線的に進退駆動される進退部材１４と上記リング部材８とを、連結軸１５を介して回動自在に連結したものである。これにより、荷重負荷装置６は供試軸受１にラジアル方向の負荷を与える。そのラジアル方向は、上記楕円の長軸Ｌの方向（ここでは上下方向）に一致する方向とされる。上記駆動源１３は基台３上に設置された油圧シリンダからなる。
【００１８】
供試軸受１を外嵌させる主軸２は、回転駆動装置１７により回転駆動され、供試軸受１の内輪と共に回転する。回転駆動装置１７は、基台３の一側部に設置された減速機付きのモータ１８を駆動源とするものであり、モータ１８の出力プーリ１９と、主軸２に固定された入力プーリ２１との間に無端ベルト２０を掛装したものとされている。
【００１９】
基台３の上部には、供試軸受１の外輪に傾きを与えるミスアライメント付与手段２２が設けられている。このミスアライメント付与手段２２は、基台３の上部に設けられ進退ロッド２３ａが主軸２の軸方向に進退自在なシリンダ２３と、一端が上記進退ロッド２３ａの先端部にピン２５で連結され、中間部が他のピン２６で、基台３上のブラケット２７に連結された作用アーム２４とで構成される。このミスアライメント付与手段２２は、上記シリンダ２３の進退ロッド２３ａが、図１の矢印Ｐの方向に所定量だけ後退すると、作用アーム２４の下端がリング部材８を矢印Ｐとは反対側に押圧することで、主軸２に対して軸受保持部材７の角度を所定量だけ傾け、供試軸受１の外輪に傾き（ミスアライメント）を与える。
【００２０】
次に、この性能評価試験機による供試軸受１の試験手順を説明する。先ず、軸受保持部材７の内径に図３（Ｂ）のように供試軸受１を保持させることで、供試軸受１の外輪を楕円変形させる。この供試軸受１を、その外輪の長軸Ｌが上下方向を向くように主軸２の一端部に外嵌させる。この状態で、軸受保持部材７をリング部材８に内嵌させる。これにより、荷重負荷装置６によるラジアル荷重の負荷方向Ｑが供試軸受１の外輪の楕円の長軸Ｌの方向に一致する。次に、荷重負荷装置６の駆動源１３で進退部材１４を所定量だけ後退させることで、供試軸受１に対して、その外輪の楕円の長軸Ｌ方向に所定量のラジアル荷重を負荷する。また、ミスアライメント付与手段２２のシリンダ２３の駆動で作用アーム２４を回動させて、リング部材８の幅面を押圧することにより、主軸２に対して供試軸受１の外輪に所定の角度だけ傾き（ミスアライメント）を与える。このミスアライメントは、図５の遊星歯車装置３３において、キャリア３７の捩じれにより遊星軸４０に生じる傾きに起因して、転がり軸３９に作用するミスアライメントを模したものである。この状態で、回転駆動装置１７を作動させながら、供試軸受１の温度、振動、上記ミスアライメント量、転動体の負荷圏・非負荷圏・中間域での保持器回転数（公転速度）、転動体スキュー角などを測定する。これにより、転動体の挙動をベンチ試験でシミュレートでき、信頼性の高いデータを得ることができる。その結果から、軸受機能の向上を検討したり、評価を確認することができる。
【００２１】
この実施形態では、軸受保持部材７が２つ割れのリング状部材からなるので、図５に示した風力発電用増速機における遊星歯車装置３３のように、遊星歯車３８を支持する転がり軸受３９が大型の場合でも、その外輪を楕円に容易に変形させて評価試験を行うことができる。また、図３（Ａ）のように、リング状の軸受保持部材素材１０を円周方向の２か所で切断代ΔＷを以て切断し、その切断面を図３（Ｂ）のように合わせてリング状に繋ぎ直して軸受保持部材７を構成しているので、軸受保持部材７の内径面を自由な偏平度の楕円に加工することができ、これにより、遊星歯車の実機で生じる楕円変形状態をできるだけ忠実に再現して試験することができる。
【００２２】
軸受保持部材７の外周形状は真円に加工されているので、内径面が各種の偏平度の軸受保持部材７を、同じ構成のリング部材８に設置することができ、偏平度を種々変えた試験が容易に行える。
【００２３】
図４は、この発明の遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機の他の実施形態を示す一部破断側面図である。この実施形態では、ミスアライメント付与手段２２が、リング部材８の幅面に対向する基台３の一端部に設置されたシリンダ２８と、スペーサ２９とで構成されている。シリンダ２８は、進退ロッド２８ａが主軸２の軸方向に進退自在となるように設置され、進退ロッド２８ａとリング部材８の幅面との間にスペーサ２９が介在させられる。この構成の場合、スペーサ２９の厚みを調整することで、供試軸受１の外輪に付与する傾き（ミスアライメント量）が調整される。なお、同図に図示した供試軸受１は、複列の自動調心ころ軸受からなる。その他の構成は図１〜図３に示す第１の実施形態の場合と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機を示す部分破断側面図である。
【図２】同性能評価試験機の正面図である。
【図３】（Ａ）は同性能評価試験機に用いる軸受保持部材の製作途中の状態を示す正面図、（Ｂ）は同軸受保持部材の部分破断正面図である。
【図４】この発明の他の実施形態にかかる遊星歯車支持用軸受の性能評価試験機を示す部分破断側面図である。
【図５】遊星歯車装置を備えた風力発電用増速機の破断側面図である。
【図６】同増速機における遊星歯車装置の破断正面図である。
【図７】従来例の正面図である。
【図８】他の従来例の部分破断正面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…供試軸受
２…主軸
３…基台
６…荷重負荷装置
７…軸受保持部材
１０…軸受保持部材素材
１０Ａ，１０Ｂ…分割リング部材
１７…回転駆動装置
２２…ミスアライメント付与手段
ΔＷ…切断代
Ｌ…長軸
【図１】
2005062073.tif 000003
【図２】
2005062073.tif 000004
【図３】
2005062073.tif 000005
【図４】
2005062073.tif 000006
【図５】
2005062073.tif 000007
【図６】
2005062073.tif 000008
【図７】
2005062073.tif 000009
【図８】
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