2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of surface temperature evaluation method of rolling bearing inner and outer raceway by the Seebeck effect and law of homogeneous
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21K03843
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
東崎 康嘉 近畿大学, 理工学部, 教授 (60610540)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 転がり軸受 / 熱起電力 / 温度 / ゼーベック効果 / 内外輪 / 転動体 / 焼付き / 動的夏電対法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
機械製品では軸を支持するための玉軸受が必要不可欠である．地球環境に配慮し自動車用モーターは高出力化しており，軸が高速回転しているため，耐焼き付き性が求められる．このように，玉軸受は過酷な環境下で使用されており，焼付きのような軸受損傷を起こす可能性がある．損傷が発生する原因のとして，軸受温度の上昇が考えられる．この研究は軸受軌道面の温度測定を行うことで，軌道面における潤滑状態評価を行うことができる．本研究では軸受軌道面の温度測定方法として動的熱電対法を用いた．動的熱電対法とは，ゼーベック効果を利用した方法であり，内外輪を異種金属で作製することで任意の接触点の温度測定が可能である．今回，材質を変更した2種類の軸受を作製した．
No.1 内輪材質S55C 転動体材質SUS304×1 ジルコニア×8 外輪材質SUS304 測定箇所内輪-転動体間
No.2 内輪材質SUS304 転動体材質SUS304×1 ジルコニア×8 外輪材質S55C 測定箇所外輪-転動体間
転動体の材質を１球以外ジルコニア球に変更したことにより．SUS304球の1箇所のみで温度測定が可能となり．軌道面における発熱箇所を明確にした．2021年度の温度測定結果から転がり軸受軌道面の真円度が悪いため．軸受隙間の広狭が生じ，転動体が滑ることで温度上昇が生じたと推定された．
また．温度上昇の発生箇所が試験機に軸受を取り付けるたびに異なっており．真円度による隙間の違いが温度上昇の様子が異なる原因と考えられた．そこで本研究の目的を，転がり軸受軌道面の真円度が温度上昇に及ぼす影響を明確にすることと定めた．そこで真円度測定を行った後に，ハイスピードカメラを用いて軸受隙間の広狭によって転動体挙動が変化のするのか確認を行った．また，動的熱電対法を用いて温度測定を行うことで，真円度と軸受軌道面の温度上昇との関係を調査した
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
試験軸受2個No.1，No.2それぞれ軌道面の真円度測定を行った後に，試験軸受No.1のハイスピードカメラを用いた転動体挙動の観測を行い，動的熱電対法を用いた軌道面温度測定を行った．試験パラメータは荷重が60N，100Nの2パターン，回転数が60rpmと300rpmの2パターンの計4パターンの試験を行った．真円度測定の結果から，試験軸受No.1は外輪，試験軸受No.2は内輪の真円度が悪いことが判明した．つまり，軸受隙間が変わる原因が試験軸受No.1 の外輪，試験軸受No.2の内輪の影響が大きいと言える．そこで，軸受隙間が広くなる地点と狭くなる地点を設定した．外輪においては，円の最も出っ張っている部分は軸受隙間が広く，へこんでいる部分は軸受隙間が狭くなる．内輪においては，円の最も出っ張っている部分は軸受隙間が狭く，へこんでいる部分は軸受隙間が広くなる．試験軸受No.1では静止側の外輪の真円度が悪いため，ハイスピードカメラで軸受隙間が狭い箇所と広い箇所の角度を固定し撮影した．試験軸受No.1では軸受隙間が狭い箇所においては転動体が滑らず自転しており，軸受隙間が広い箇所においては，転動体が自転せず大きな滑りが発生していることが確認できた．動的熱電対法を用いた軌道面の温度測定では，軸受隙間の広い箇所において大きな温度上昇が確認できた．一方で，軸受隙間の狭い箇所において大きな温度上昇は発生しなかった．上記の結果より，軸受隙間が広くなることで転動体が滑り，軸受軌道面の温度が上昇すると考えられた．従って，軸受隙間を変動させる要因である真円度が，転がり軸受軌道面の温度上昇に対して影響を与えると結論付けた．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で用いた軸受材質として，S555CとSUS304を用いた．以上の2金属を選定した理由として，動的熱電対法における熱起電力の発生が良好であるからである．しかし，SUS304は難削材であるため真円度を良くする事が困難であった．そこで一般的に産業用機械用軸受などで広く普及している高精度のSUJ2とSUS440C製の規格品を使用することで真円度の影響を減らし，2022年度試験で得られた知見である軸受隙間の広い箇所における温度上昇が無くなり，荷重分布域に対して左右対称に温度が発生すると考えた．しかし動的熱電対法を使用する際，軸受と同じ材質の金属線で配線し，閉回路をつくる必要がある．SUJ2とSUS440Cの金属線は存在しないため，Φ3mmの線をΦ0.5mmに引き抜き加工することで細線を準備し，計測を行っていく．また，昨年度の試験では試験軸受の許容ラジアル荷重や許容回転速度を考慮し，試験パラメータを100N，300N，回転数を60rpm，300rpmとしたが，SUJ2とSUS440Cを使用することで実際に軸受が使用されている高速回転・高荷重の環境とより近い環境下での試験が可能となると考える．
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| Causes of Carryover |
2022年度は，2021年度に購入した転がり軸受の真円度を計測し試験に用いた．よって，費用的にはほとんど発生しなかった．しかし，2023年度はSUJ2やSUS304の細線等を作製するので費用が必要となり，次年度使用額が残っているが使い切る予定である．
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