トラクションドライブの転がり疲労損傷メカニズム解明と疲労強度予測式の導出

牵引传动滚动疲劳损伤机理的阐明及疲劳强度预测公式的推导

基本信息

批准号：
21K03827
负责人：
成田幸仁
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Muroran Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03827/
关键词：
機械要素トラクションドライブ疲労強度

项目摘要

ローラ表面や内部の欠陥寸法やビッカース硬さ，圧縮残留応力等の影響因子に基づいたトラクションドライブの転がり疲労強度予測式の導出を目的として，三カ年に渡って研究を行う．昨年度は実験で用いている試験ローラのビッカース硬さと圧縮残留応力を測定し，その結果を考慮して，ローラ内部応力を計算により求めた．その結果，ローラ内部応力は高まり，これまでの実験で得られている転がり疲労強度も高くなった．この結果をローラ材料内部の非金属介在物寸法に基づく疲労強度推定式に代入して，これまでの多数個の転がり疲労試験で損傷起点となった非金属介在物寸法を逆算したところ，転がり軸受に関する先行研究において強度に影響を及ぼさないとされるほど小さい値となった．この結果から，トラクションドライブの転がり疲労強度はローラ表面のき裂によって決まる可能性が極めて高くなった．そこで，今年度は疲労き裂の発生起点がローラ表面か内部かを実験的に確認することを中心に研究を行った．これまでの研究で得られたS-N曲線に基づき，高荷重短寿命，中荷重中寿命，低荷重損傷無しの三条件で再度転がり疲労試験を行い，はく離損傷の直前と思われる段階で疲労試験を中断した．得られた試験ローラの転動面を輪切りにし，デジタルマイクロスコープで観察した．その結果，高荷重～中荷重の試験に供したローラでは，ローラ表面から発生して内部に向かって進展したと思われる，深さ数十μm程度のき裂が多く見られた．また，そのき裂がローラ中の非金属介在物に引き寄せられて転がり方向に進展しているものも存在し，中には再び表面に向かって進展してはく離損傷寸前となっているものも見られた．以上の結果より，来年度はトラクションドライブの応力状態と表面き裂の発生時期，及びはく離寿命の関係を定量的に評価することにした．

我们将进行三年的研究，目的是根据滚子表面和内部的缺陷尺寸、维氏硬度和压缩残余应力等影响因素，推导出牵引传动滚动疲劳强度的预测公式。去年，我们测量了实验中使用的测试辊的维氏硬度和压缩残余应力，并根据结果计算了辊的内应力。其结果是，滚子的内应力增大，之前实验中得到的滚动疲劳强度也增大。将这一结果代入基于滚子材料内部非金属夹杂物尺寸的疲劳强度估算公式中，并反算在多次滚动疲劳试验中作为损伤根源的非金属夹杂物的尺寸，发现滚动轴承的值如此之小，在之前的研究中被认为对强度没有影响。从这个结果来看，牵引传动的滚动疲劳强度极有可能是由滚子表面的裂纹决定的。因此，今年的研究重点是通过实验确认疲劳裂纹是起源于辊子表面还是内部。根据前期研究得到的S-N曲线，在高载荷短寿命、中载荷中等寿命、低载荷无损坏三种情况下再次进行滚动疲劳试验。将得到的试验辊的滚动面切成环状，用数码显微镜进行观察。结果，在进行高至中负荷试验的滚柱上，观察到许多深度为数十微米的裂纹，这些裂纹似乎源自滚柱表面并向内扩展。另外，有时裂纹会被辊内的非金属夹杂物吸引而向轧制方向扩展，有时会再次向表面扩展而处于剥离损伤的边缘。基于上述结果，明年我们决定定量评估牵引传动的应力状态、表面裂纹发生时间和剥落寿命之间的关系。