JPS62297740A - 軸受玉の動的不釣合い測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 発明の分野 本発明は、回転する対象物の動的不釣合いを試験するた
めの装置、一層詳細には、軸受玉などのような球状ボデ
ィの動的不釣合いを試験するための装置に係る。

発明の背景 スピンする構成要素のなかに回転不釣合いが存在するこ
とは典型的に望ましくない状況である。

このような不釣合いを検出し且つ（又は）補正するため
の方法及び装置はこれまでに数多く知られている。これ
らの装置は一般に二つの範略、すなわち静的不釣合いを
測定するもの及び動的不釣合いを測定するものに分類可
能である。

固形物品内の静的不釣合いは物品内の非対称な質量分布
の結果であり、また単に物品をその中心で釣合わせるこ
とにより測定され得る。他方、動的不釣合いは対称な質
量分布を有する対象物のなかにも生起する可能性があり
、回転する対象物の主慣性軸が回転の軸線と共線上にな
いときに生起する、従って、静的に釣合った構成要素の
なかの動的不釣合いの影響は回転中にのみ検出可能であ
る。

回転する軸又は他の運動する構成要素を支えるために玉
軸受を使用することは近代産業界を通じて良く知られて
いる。回転軸に対する典型的な玉軸受配置では、複数個
の球状軸受玉が、軸受支えと回転軸との間をころがり接
触させるべく、同心の内レースと外レースとの間に配置
されている。

高速、高負荷の応用に対しては、個々の軸受玉の寸法の
均一性が必須であり、注意深い製造及び厳密な検査を必
要とする。このような測定は終始一貫して均一な重量、
直径、表面仕上げなどを有する個々の軸受玉に帰着して
きた。

現在の製造者により満足されている厳密な許容差にもか
かわらず、なおも個々の玉は特定の高デマンドの応用で
は不均等に摩耗し品質低下し続けている。理論的に、こ
のような摩耗は個々の軸受玉のなかの動的不釣合いの存
在の結果であると考えられている。動的に不釣合いの玉
は玉の主慣性モーメントと一致する軸線の回りにころが
る傾向があり、個々の玉の特定の周縁部分に玉とレース
との間の接触の大部分を受けさせる。動的に釣合った玉
はランダムに回転する傾向があり、接触をその全表面に
わたって分布させる。

従来の動的釣合い試験機は典型的に細長いローラ軸受、
軸又は他の非球状の回転する構成要素を釣合わせること
を指向してきた。現在要望とされているのは、幾何学的
に対称な球状ボディのなかの動的不釣合いの度合を評価
するための装置である。

発明の概要 本発明によれば、軸受玉などのような球状ボディのなか
の動的不釣合いの位置及び大きさの双方を測定するため
の装置が提供される。好ましい実施例では、球状ボディ
は凹んだ半球状のカップのなかに受は入れられ、球は支
持され且つ位置的に保持されている。実質的に摩擦のな
い関係が球の表面と球が外側の影響に無関係に回転する
のを許す支持カップとの間に作り出される。

球状ボディの動的不釣合いの測定は、球を“摩擦のない
”支持部材のなかに置き、それを間歇的気体ジェット又
は伯のスピンアップ手段により特定の軸線の回りに高い
角速度まで加速することにより開始される。回転するボ
ディは次いでスピンアップ手段から解放され、自由にス
ピンし続け、回転の軸線が章動円錐を描くことを許す。

本発明は、さらに、球の慣性モーメントの不均一性の位
置及び大きさをそれぞれ測定するために、軸線の章動の
角度及び周期をモニタすための手段を提供する。

従って、本発明の目的は、球状ボディのなかの動的質量
不釣合いの大きさ及び位置を測定することである。

本発明の他の目的は、前記ボディに完全な回転自由度を
与えつつ前記ボディを支持し且つ位置的に保持するだめ
の摩擦のない手段を提供することである。

本発明の別の目的は、前記ボディを予め定められた回転
軸線の回りに高い回転速度にスピンアップし、続いて前
記ボディが単に回転により誘発された力の影響のもとに
運動するように前記ボディを解放するための解放可能な
スピンアップ手段を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、自由に回転する球状ボディ
の回転軸線の運動をモニタし、それにより前記ボディの
なかに存在する質量不釣合いの位置及び大きさの双方を
を測定するための手段を提供することである。

発明を実施するための最良の形態 本発明による試験装置の種々の実施例を説明する前に、
球状ボディのなかの動的不釣合いの性質及び作用を簡単
に説明しておく。球状ボディの運動の物理はよく知られ
ているので、以下の説明は本発明を説明するのに使用さ
れるジオメトリ及び用語を定義するにとどめる。

第１図には、動的に不釣合いである球状ボディ１０が示
されている。固体の球状玉に対しては、このような不釣
合いは、さもなければ均一な玉内部１６に比較して質量
が大きい二つの領域１２、１４の生起に起因するものと
して簡単に一般化され得る。

第１図から理解されるように、玉１０は玉の中心１８に
関して静的には釣合っており、質量が大きい領域１２．
１４は玉の中心１８に関して対称に配置されている。さ
らに、玉ｌＯの主（すなわち最小）慣性モーメントの軸
線は質量が大きい領域１２．１４を通過する線２０と一
致していることは理解されよう。

主慣性モーメントの軸線２０と一致していない軸線２２
の回りの動的に不釣合いの玉１０の回転は“電動”と呼
ばれる動揺又は歳差運動を生じ、これは主慣性モーメン
トの軸線２０と回転の軸線２２との間の角度２４及び主
慣性モーメントの大きさとそれに対して直交する軸線（
図示せず）の回りのモーメントの大きさとの間の差の双
方の関数である。

第２図には、もし外側の影響なしに回転することを許さ
れるならば、第１図の玉１０により描かれる運動が示さ
れている。回転の軸線２２は主慣性モーメントの軸線２
０と回転の軸線２２との間の角度２４と同一の内半角２
６を有する円錐状の軌跡を描く。もし玉１０の表面で観
察されたならば、回転の軸線２２は中心点３０の回りに
円形軌道を描くように見える。回転軸線２２の電動の角
速度は軸線２２の回りのモーメントとそれに対して直交
する軸線の回りのモーメントとの間の差に下記の式によ
り関係付けられる。

ΔＩ／Ｉ　＝Ω／ωｃｏｓβ　　　　　（式Ａ）ここで
、Ｉ−直交慣性モーメント Δ■＝主慣性モーメントと直交慣性モーメントとの間の
差の絶対値 Ω＝回転軸線２２の電動の角速度 ω−軸線２２の回りの回転するボディの角速度 β＝観察される電動円錐２６の半角、すなわち主慣性モ
ーメントの軸線２０ と回転軸線２２との間の角度２４ この関係かられかるように、所与の角速度で回転する玉
に対しては、回転軸線２２の電動の角速度は主慣性モー
メントとそれに対応する直交モーメントとの間の差の大
きさにより直接的に変化する。こうして球状ボディのな
かに存在する動的不釣合いの度合はこれらの三つのパラ
メータΩ、ω、βから完全に決定されている。

第３図には、式（Ａ）により記述される不釣合いの測定
を行うだめの装置が示されている。この装置は、試験の
ために玉１０を受は入れるように凹んだカップ状の表面
３４を有する部材３２の形態の支持手段を有する。好ま
しい実施例では、カップ表面３４と玉１０との間の実質
的に摩擦のない関係が、それらの間に気体のクッション
を確立することにより作り出される。このクッションは
カップ表面３４と圧力タンク３８のような加圧された気
体の源との間の流体連通路を形成する複数個の流路３６
により発生され得る。

第３図中に示されているように、加圧された気体は圧力
タンク３８からコンジット４０を経てブレナム４２に入
り、そこで個々の流路３６へ分配される。第７図には、
カップ表面３４の流れ開口の一つの可能な配置の詳細図
が示されている。

球または軸受玉１０はこうして部材３２及び半球状カッ
プ表面３４により支持され且つ位置的に保持されている
。動的釣合い試験は、好ましい実施例では、第３図中に
示されているように玉表面に正接的に衝突するように向
けられる気体ジェット４６により玉１０を所望の角速度
にスピンアップすることにより開始される。ジェット４
６は弁４８により制御可能であり、所望の回転速度の達
成時に気体ジェットの角加速の影響が玉１０から完全に
除かれることを許す。

いったんスピンアンプ手段から解放されると、玉ｌＯの
連動、一層詳細には回転の軸線２２の電動の角度及び速
度がモニタされる。好ましい実施例では、このモニタリ
ングは、少なくとも一時的に磁化されている回転する玉
１０の回りに密に配置されている三つの磁気的ピンクア
ップコイル６８．７０，７２を使用する磁気的三角法に
より成就される。

運動する磁界は周期的な電流を個々のコイル６８．７０
．７２のなかに誘導し、これらの電流が回転の軸線の方
向及び電動を測定するべく検出され且つ相関関係を求め
られる。代替的なモニタリング方法は、玉１０の表面の
回りに一つ又はそれ以上の軽量の磁気的又は放射性箔ス
ポットを置くことを含んでいる。適当な検出器が個々の
箔スポットの通過を検出し、検出器出力が不釣合いの解
析のために相関関係を求められる。

第４図には、支持手段３２のなかに支持された玉１０を
スピンアップするための代替的な手段が示されている。

第４図の実施例では、小さい磁荷が玉ｌＯに与えられ、
玉１０は次いで解図的に示されている回転可能な磁石５
６により作用される。玉１０を所望の角速度に加速した
後に、磁石５６は矢印５８により示されているように引
き抜かれ、玉１０を解放して、その自由な回転及び電動
を許し得る。

第５図には、さらに伯の実施例が示されており、この実
施例では一対の回転する車６０．６２が玉１０と係合す
るように水平に動かされる。玉１Ｏを所望の回転速度に
加速した後に、回転する車６０．６２は玉１０と接触し
ている状態から引き抜かれる。

第６図には、玉１０を所望の角速度に加速するための代
替的手段と、回転の軸線２２の電動をモニタするための
代替的手段とが示されている。第６図では、コンジット
６４が支持手段３２のなかに配置されており、また気体
のジェットをカップ表面に形成される空気クッションの
なかの玉１０の表面に斜めに向かわせるように向けられ
ている。コンジット６４から出る気体ジェットは、玉１
０が所望の回転速度に加速された後に閉じられる弁６６
により制御されている。

この実施例では、モニタリングは、光エネルギーの源５
０及び受光器５２を含む光学的手段により成就される。

作動中、光エネルギーのビームが玉１０の表面に向けら
れ、また受光器内へ反射され、そこで評価され且つ記録
される。

所望のデータを発生するのに適した任意の形式の光エネ
ルギーが使用され得るが、レーザー光の集束されたコヒ
ーレントなビームが使用されることは、最良の精度を得
るために好ましい。任意の参照点を検出手段５２にｉｈ
示するため玉１０の表面に反射性被覆または指標を設け
ることも必要である。

いったん本発明による装置により特定の軸受玉又は球状
ボディの動的不釣合いの大きさが決定されると、それに
従って試験された球を分類し、高速、高デマンド応用に
対して最小の不釣合いを有する球を在庫することが可能
である。代替的な応用は、所与の製造ロフトのなかに存
在する動的不釣合いの範囲を決定するべく大量の軸受玉
の代表的な標本を試験することである。

再び前記の運動の式（式Ａ）を参照すると、回転の軸線
２２と主慣性モーメントの軸線２０との間の角度がＯｏ
でも９０”でもないかぎり回転の軸線が電動することが
観察されることは明らかである（０°は無限小の断面積
の電動円錐を生じ、また９０°は無限大に近付く電動の
周期を生ずる）、従って、本発明を実施するための最良
の形態を完全に理解するためには、特定の回転する球の
なかに観察される電動が存在しないことが、球状ボディ
自体のなかの動的不釣合いの不存在の結果というよりも
、主慣性モーメントの軸線及び回転の軸線の偶然のオリ
エンテーションの結果であり得ることを強調することが
必要である。二つの可能性のいずれかを選択するための
有効な手順は、球状ボディを異なる回転軸線、好ましく
は最初の軸線と４５°の角度をなす軸線の回りに再びス
ピンさせ、それにより第二の回転軸線の電動の存在又は
不存在によりボディの動的釣合い又は動的不釣合いを確
認することである。

以上に於ては本発明を特定の好ましい実施例について説
明してきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではな（、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は動的不釣合いの球の説明図である。 第２図は回転中に第１図の球が生ずる電動の説明図であ
る。 第３図は本発明による試験装置の好ましい実施例の構成
図である。 第４図は測定される球状ボディをスピンアップするため
の代替的な手段の説明図である。 第５図は球状ボディをスピンアップするための他の代替
的な手段の説明図である。 第５図は球状ボディをスピンアップするための別の代替
的な手段の説明図である。 第７図は好ましい実施例の気体クッション支持の詳細図
である。 １０・・・球状ボディ　（玉）、１２．１４・・・質量
が大きい領域、１６・・・均一な内部、１８・・・中心
、２０・・・主慣性モーメントの軸線、２２・・・回転
の軸線、３２・・・支持手段、３４・・・カップ状表面
、３６・・・流路、３８・・・圧力タンク、４０・・・
コンジット、４２・・・プレナム、４４・・・流れ開口
、４６・・・気体ジェット、５２・・・光エネルギー源
、５４・・・受光器、５６・・・磁石、６０．６２・・
・回転車、６４・・・コンジット、６６・・・弁、６９
〜７２・・・磁気的ピックアップコイル、７４・・・箔
スポット 特許出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 軸受玉のなかの動的不釣合いを測定するための装置に於
   いて、 前記玉を、同時にその自由な回転を許しつつ、支持する
   ための手段と、 予め定められた位置に前記玉の幾何学的中心を位置的に
   保持するための手段と、 予め定められた回転軸線の回りに前記玉をスピンアップ
   するための手段とを含んでおり、前記スピンアップ手段
   はさらに玉の自由な回転を確立するため回転する玉から
   係合解除可能であり、また自由に回転する玉の回転軸線
   の章動をモニタするための手段を含んでおり、それによ
   り回転軸線の章動の角度の大きさが前記玉のなかの動的
   不釣合いの位置の指標であり、また回転軸線の章動の周
   期が動的不釣合いの大きさの指標であることを特徴とす
   る軸受玉の動的不釣合い測定装置。