轴承装置以及轴承装置的驱动方法与流程

1.本发明涉及轴承装置以及轴承装置的驱动方法。


背景技术：

2.船用的轴承装置例如具备曲轴、中间轴、推进轴等轴构件以及将该轴构件支承为能够滑动的滑动轴承等轴承构件。另外，向轴构件与轴承构件之间的间隙供给润滑油。该润滑油通过在轴构件与轴承构件之间形成油膜而减小两构件之间的摩擦阻力。
3.在油膜的形成充分的情况下，主要是油膜的粘度成为摩擦阻力的原因，因此摩擦阻力容易维持得较低。另一方面，在油膜的形成不充分的情况下，除了油膜的粘度以外，轴构件以及轴承构件的固体接触也可能成为摩擦阻力的原因，因此摩擦阻力容易变高。另外，在油膜的形成不充分的情况下，容易在轴构件以及轴承构件之间产生烧结。
4.作为减小滑动构件的摩擦阻力以及烧结的技术，例如在专利文献1中记载了在滑动面形成含有氮的非晶碳覆膜。另外，在专利文献2中记载了具有能够应对内燃机的低摩擦化的表面特性的组合滑动构件。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2017-025396号公报
8.专利文献2：日本特开2004-116707号公报
9.然而，若将专利文献1所记载的覆膜形成于例如处于高载荷的环境下的船用的轴承构件的表面，则有可能因覆膜的损伤而在润滑油中混入杂质。另外，若将上述覆膜形成于大型的船用的轴承构件的表面，则设备投资、成本有可能增大。另一方面，专利文献2所记载的技术以滑动构件往复运动为前提。因此，若在以轴构件旋转为前提的轴承装置应用上述技术，则有可能无法抑制轴构件与轴承构件之间的摩擦阻力以及烧结。


技术实现要素：

10.发明要解决的课题
11.本发明是基于这样的情况而完成的，目的在于提供能够抑制杂质的混入以及成本的增大并且能够抑制轴构件与轴承构件之间的摩擦阻力以及烧结的轴承装置。
12.用于解决课题的方案
13.为了解决所述课题而完成的本发明的一方案的轴承装置具备：轴构件，其轴径为180mm以上；轴承构件，其将所述轴构件的外周面支承为能够滑动；以及润滑油，其被供给到所述轴构件的外周面与所述轴承构件的内周面之间的间隙，且在该间隙形成油膜，其中，所述轴构件的外周面的算术平均粗糙度ra1为0.05μm以上且0.30μm以下，并且所述外周面的突出峰部高度rpk1为0.04μm以上且0.34μm以下。
14.发明效果
15.本发明的一方案的轴承装置能够抑制杂质的混入以及成本的增大并且能够抑制
轴构件与轴承构件之间的摩擦阻力以及烧结。
附图说明
16.图1是示出本发明的一实施方式的轴承装置中的与轴构件的中心轴垂直的切断面的示意性剖视图。
17.图2是示出本发明的一实施方式的轴承装置的驱动方法的流程图。
18.图3是表示研磨轴构件的砂纸的粒度号与轴构件的算术平均粗糙度的关系的图表。
19.图4是表示研磨轴构件的砂纸的粒度号与轴构件的突出峰部高度的关系的图表。
20.图5是表示轴构件相对于轴承构件的硬度比与轴构件以及轴承构件各自的滑动试验前后的算术平均粗糙度之比的关系的图表。
21.图6是表示轴构件相对于轴承构件的硬度比与轴构件以及轴承构件各自的滑动试验前后的突出峰部高度之比的关系的图表。
22.图7是表示no.29、no.30、no.34以及no.35中的轴承特性数与摩擦系数的关系的图表。
23.图8是表示no.31、no.32、no.33、no.36、no.37以及no.38中的轴承特性数与摩擦系数的关系的图表。
24.图9是表示no.85至no.91中的轴承特性数与摩擦系数的关系的图表。
25.附图标记说明
26.1 轴构件
27.11 外周面
28.2 轴承构件
29.21 内周面
30.3 润滑油
31.31 油膜
32.p 中心轴
33.r
1 外周面的半径
34.r
2 内周面的半径。
具体实施方式
35.[本发明的实施方式的说明]
[0036]
首先列出本发明的实施方案进行说明。
[0037]
本发明的一方案的轴承装置具备：轴构件，其轴径为180mm以上；轴承构件，其将上述轴构件的外周面支承为能够滑动；以及润滑油，其被供给到上述轴构件的外周面与上述轴承构件的内周面之间的间隙，并在该间隙形成油膜，其中，上述轴构件的外周面的算术平均粗糙度ra1为0.05μm以上且0.30μm以下，并且上述外周面的突出峰部高度rpk1为0.04μm以上且0.34μm以下。
[0038]
该轴承装置通过将上述轴构件的外周面的算术平均粗糙度ra1以及突出峰部高度rpk1适当化，从而容易将上述轴构件与上述轴承构件之间的滑动域维持为流体润滑状态。
因此，该轴承装置能够抑制上述滑动域中的杂质的混入以及成本的增大，并且能够抑制上述轴构件与上述轴承构件之间的摩擦阻力以及烧结。
[0039]
优选的是，在将上述轴构件的硬度设为h1[hv]、并将上述轴承构件的硬度设为h2[hv]的情况下，h1/h2为4.1以上。这样，通过h1/h2为上述下限以上，从而上述轴承构件的表面粗糙度容易变小。因此，能够进一步抑制上述轴构件与上述轴承构件之间的摩擦阻力以及烧结。
[0040]
优选的是，在将上述轴承构件的内周面的算术平均粗糙度设为ra2[μm]、并将上述轴承构件的内周面的突出峰部高度设为rpk2[μm]的情况下，ra2/ra1为0.26以上且38.0以下，并且rpk2/rpk1为0.32以上且69.0以下。这样，通过将ra2/ra1以及rpk2/rpk1控制为上述范围内，从而容易进一步抑制上述轴构件与上述轴承构件之间的摩擦阻力以及烧结。
[0041]
优选的是，作为按照下述式1算出的油膜厚度h[μm]，为按照下述式2算出的界限油膜厚度h
lim
[μm]以上。
[0042]
[数学式1]
[0043][0044][0045]
这样，通过上述油膜厚度h为上述界限油膜厚度h
lim
以上，从而容易将上述滑动域维持为流体润滑状态。
[0046]
优选的是，作为上述润滑油的粘度η，为按照下述式3算出的上述润滑油的界限粘度η
lim
[pa
·
秒]以上。
[0047]
[数学式2]
[0048][0049]
这样，通过上述润滑油的粘度η为上述润滑油的界限粘度η
lim
以上，从而更容易将上述滑动域维持为流体润滑状态。
[0050]
优选的是，作为上述轴构件的周向速度u，为按照下述式4算出的上述轴构件的界限周向速度u
lim
[m/秒]以上。
[0051]
[数学式3]
[0052][0053]
这样，通过上述轴构件的周向速度u为上述界限周向速度u
lim
以上，从而更容易将上述滑动域维持为流体润滑状态。
[0054]
优选的是，作为上述轴构件以及上述轴承构件的等效半径r，为按照下述式5算出的上述轴构件以及上述轴承构件的界限等效半径r
lim
[m]以上。
[0055]
[数学式4]
[0056][0057]
这样，通过上述等效半径r为上述界限等效半径r
lim
以上，从而更容易将上述滑动域维持为流体润滑状态。
[0058]
优选的是，上述润滑油的粘度η满足下述式6。
[0059]
0.08
×
η
lim
≤η＜5.20
×
η
lim
···6[0060]
这样，通过上述粘度η满足上述式6，从而容易将上述润滑油的粘度适当化，并且容易将上述滑动域维持为流体润滑状态。
[0061]
本发明的另一方案的轴承装置的驱动方法具备驱动工序，在上述驱动工序中，使用具备轴径为180mm以上的轴构件、将上述轴构件的外周面支承为能够滑动的轴承构件以及被供给到上述轴构件的外周面与上述轴承构件的内周面之间的间隙且在该间隙形成油膜的润滑油的轴承装置，使上述轴构件旋转，上述轴构件的外周面的算术平均粗糙度ra1为0.05μm以上且0.30μm以下，并且上述外周面的突出峰部高度rpk1为0.04μm以上且0.34μm以下。
[0062]
该轴承装置的驱动方法使用该轴承装置，从而在上述驱动工序中，容易将上述轴构件与上述轴承构件之间的滑动域维持为流体润滑状态。因此，该轴承装置的驱动方法能够抑制上述滑动域中的杂质的混入以及成本的增大，并且能够抑制上述轴构件与上述轴承构件之间的摩擦阻力以及烧结。
[0063]
需要说明的是，在本发明中，“轴径”是指轴构件的外周面的直径，“算术平均粗糙度”是指依据jis-b0601(2013)而测定的值，“突出峰部高度”是指依据jis-b0671-2(2002)而测定的值，“硬度”是指依据jis-z2244(2009)而测定的维氏硬度，“流体润滑状态”是指处于使用斯特里贝克(stribeck)曲线而分类的流体润滑的状态，“界限油膜厚度”是指油膜能够维持流体润滑状态的最小的油膜厚度，“界限粘度”是指油膜能够维持流体润滑状态的润滑油的最小的粘度，“轴构件的周向速度”是指轴构件的外周面上的周向速度，“界限周向速度”是指油膜能够维持流体润滑状态的轴构件的最小的周向速度。
[0064]
在本发明中，“等效半径”是指在将轴构件的外周面的半径设为r1[m]、并将轴承构件的内周面的半径设为r2[m]的情况下通过下述式7算出的值[m](关于半径r1以及半径r2参照图1)。另外，“界限等效半径”是指油膜能够维持流体润滑状态的最小的等效半径。
[0065]
[数学式5]
[0066][0067]
在本发明中，润滑油的粘度η是指在将润滑油的密度设为ρ[g/cm3]、将大气压下的润滑油温度t[k]下的润滑油的动粘度设为μ(t)[mm2/s]、并将施加于润滑油的压力设为p[gpa]的情况下，按照下述式8算出的值。
[0068]
η＝ρμ(t)exp(αp)
×
10-3
···8[0069]
在上述式8中，上述动粘度μ(t)使用粘度温度特性数m按照下述式9算出。
[0070]
[数学式6]
[0071][0072]
在上述式9中，上述粘度温度特性数m使用温度t1[k]下的润滑油的已知的动粘度μ1以及温度t2[k](t1＜t2)下的润滑油的已知的动粘度μ2，按照jis-k2283(2000)的“动粘度以及混合比的推定方法”所示的下述式10算出。
[0073]
m＝{loglog(μ1+0.7)-loglog(μ2+0.7)}/(logt
2-logt1)
···
10
[0074]
在上述式9中，b使用温度t3[k]下的润滑油的已知的动粘度μ3，按照下述式11算出。
[0075]
b＝loglog(μ3+0.7)+mlogt3···
11
[0076]
在本发明中，粘度压力系数α是指使用上述粘度温度特性数m以及上述动粘度μ(t)，按照作为实验式的下述式12算出的值[1/gpa]。
[0077]
α＝m{0.1657+0.2332logμ(t)}
×
10...12
[0078]
在本发明中，“等效纵弹性模量”是指在将轴构件的泊松比设为v1、将轴构件的纵弹性模量设为e1[gpa]、将轴承构件的泊松比设为v2、并将轴承构件的纵弹性模量设为e2[gpa]的情况下，通过下述式13算出的值[gpa]。
[0079]
[数学式7]
[0080][0081]
在本发明中，“油膜参数”是指在将油膜厚度设为h[μm]的情况下通过下述式14算出的λ的值。
[0082]
[数学式8]
[0083][0084]
[本发明的实施方式的详细情况]
[0085]
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[0086]
[轴承装置]
[0087]
图1的轴承装置具备：轴构件1；轴承构件2，其将轴构件1的外周面11支承为能够滑动；以及润滑油3，其被供给到轴构件1的外周面11与轴承构件2的内周面21之间的间隙，且在该间隙形成油膜31。
[0088]
《轴构件》
[0089]
轴构件1是相对于轴承构件2沿周向旋转的旋转体。作为轴构件1，例如可以举出配置于船的船用的曲轴、中间轴、推进轴等。作为轴构件1的材质，例如可以举出碳素钢、低合金钢、铝合金等。轴构件1的中心轴p沿水平方向(图1的y方向)延伸。
[0090]
优选未在轴构件1的外周面11形成例如润滑膜等涂层。这样，通过未在外周面11设置涂层，能够抑制轴构件1与轴承构件2之间的滑动域中的杂质的混入以及成本的增大。
[0091]
轴构件1的轴径为180mm以上。作为轴构件1的轴径的下限，既可以为280mm，也可以为360mm。若在轴构件1的轴径为上述下限值以上的情况下在轴构件1的外周面11等设置有涂层，则涂层损伤而产生杂质的可能性高。与此相对，该轴承装置无需在外周面11设置涂层，因此能够抑制上述滑动域中的杂质的混入。
[0092]
作为轴构件1的轴径的上限，并没有特别限定，但例如优选为1500mm，更优选为1300mm。若轴构件1的轴径超过上述上限值，则存在该轴承装置变得过大而违反装置的小型化等要求的可能性。
[0093]
也可以在下轴构件1的外周面11存在按照下的步骤算出的多个粗糙度突起顶点。首先，基于依据jis-b0601(2013)以截止值0.25mm测定的测定长4.0mm的粗糙度曲线，依据jis-b0601(2013)设定粗糙度曲线的平均线。以该平均线为基准，将比该平均线位于上部的测定点的高度设为正的值，将比该平均线位于下部的测定点的高度定义为负的值。将高度为正的所有测定点的高度的平均值设为thr0。接着，粗糙度曲线上的各测定点中的、比在两侧相邻的测定点高且高度大于-thr0的测定点设为临时的顶点。将位于相邻的临时的顶点之间的测定点中的高度为最小的(距相邻的临时的顶点的深度为最大的)测定点设为谷。并且，对于所有临时的顶点，分别求出临时的顶点与在该临时的顶点的两侧相邻的谷的高低差，将该高低差中的较大的值小于0.2
×
thr0的顶点除外。其结果是，将剩余的临时的顶点作为粗糙度突起顶点而求出。
[0094]
在轴构件1的外周面11存在上述粗糙度突起顶点的情况下，作为外周面11中的粗糙度突起的曲率半径β的下限，可以为55μm，也可以为58μm。在轴构件1的轴径为上述下限值以上那样的大径的轴构件1中，由机械加工引起的尺寸精度容易变得不充分，因此有时期望手动地研磨外周面11。若手动地研磨外周面11，则粗糙度突起的曲率半径β容易变大。若粗糙度突起的曲率半径β变大，则容易在轴构件1与轴承构件2之间的滑动域产生烧结。该轴承装置在这样的结构中，也能够容易抑制上述滑动域中的烧结。
[0095]
需要说明的是，上述“粗糙度突起的曲率半径”是指按照以下的步骤算出的值。首先，从位于上述粗糙度突起顶点与在该粗糙度突起顶点的两侧相邻的谷之间的全部测定点朝向该粗糙度突起顶点引直线，将该直线的坡度最大的测定点定为该粗糙度突起的端部。将通过最小二乘法对各粗糙度突起的两端部间的粗糙度曲线进行近似而得到的二次函数的二次系数设为a，并通过-0.5/a求出各粗糙度突起的曲率半径。将上述粗糙度曲线上的全部粗糙度突起的曲率半径的中值作为粗糙度突起的曲率半径而求出。
[0096]
轴构件1的外周面11的算术平均粗糙度ra1为0.05μm以上且0.30μm以下，且该外周面11的突出峰部高度rpk1为0.04μm以上且0.34μm以下。对于轴构件1，如上所述若手动地研磨外周面11，则粗糙度突起的曲率半径β容易变大。此时，通过使用粒度号充分大的砂纸进行研磨，能够将算术平均粗糙度ra1以及突出峰部高度rpk1减小为上述范围内。例如，通过使用粗细程度为200粒度号以上的砂纸进行研磨，能够将算术平均粗糙度ra1以及突出峰部高度rpk1减小到上述范围内。作为上述砂纸的粒度号，可以为500粒度号以上，也可以为600粒度号以上。需要说明的是，轴构件1的外周面11的算术平均粗糙度ra1以及该外周面11的突出峰部高度rpk1能够设为轴构件1与轴承构件2进行滑动前的值。
[0097]
作为外周面11的算术平均粗糙度ra1的上限，优选为0.16μm，更优选为0.12μm，进一步优选为0.08μm。若外周面11的算术平均粗糙度ra1超过上述上限，则有可能难以抑制轴构件1与轴承构件2之间的摩擦阻力以及烧结。
[0098]
作为外周面11的突出峰部高度rpk1的上限，优选为0.22μm，更优选为0.18μm，进一步优选为0.14μm。若外周面11的突出峰部高度rpk1超过上述上限，则有可能难以抑制轴构件1与轴承构件2之间的摩擦阻力以及烧结。
[0099]
《轴承构件》
[0100]
作为轴承构件2，例如可以举出配置于船的船用的曲轴受、中间轴承、推进轴承等。作为轴承构件2的材质，例如可以举出白合金、油膜轴承合金、铝合金等。
[0101]
轴承构件2的内周面21将轴构件1的外周面11沿着周向包围。内周面21的中心轴沿水平方向(图1的y方向)延伸。向外周面11以及内周面21之间的间隙供给润滑油3，并利用该润滑油3形成有油膜31。这样，轴承构件2通过该内周面21经由油膜31与外周面11对置地配置，从而将轴构件1支承为能够滑动。
[0102]
内周面21从外周面11经由油膜31而承受载荷。因此，内周面21具有承受上述载荷的区域(载荷分布)。载荷分布沿内周面21的中心轴方向延伸，且在与内周面21的中心轴垂直的切断面中形成为圆弧状。另外，上述载荷分布的范围能够通过轴构件1的旋转以及振动而变动。
[0103]
优选未在轴承构件2的内周面21形成例如润滑膜等涂层。这样，通过未在内周面21设置涂层，能够抑制轴构件1与轴承构件2之间的滑动域中的杂质的混入以及成本的增大。
[0104]
轴构件1的硬度h1[hv]优选比轴承构件2的硬度h2[hv]大。通常，由于轴承构件2的硬度h2小，因此难以通过机械加工等有意地控制内周面21的表面粗糙度。即使在这样的情况下，通过使轴构件1的硬度h1比轴承构件2的硬度h2大，也能够由于与轴构件1的滑动而研磨轴承构件2的内周面21。其结果是，使轴承构件2的内周面21的表面粗糙度降低，容易抑制外周面11与内周面21之间的摩擦阻力以及烧结。作为轴构件1的硬度h1相对于轴承构件2的硬度h2之比(h1/h2)的下限，优选为4.1，更优选为5.0，进一步优选为6.0，尤其优选为8.0。若上述比不满足上述下限，则有可能难以通过轴构件1的旋转使内周面21的表面粗糙度降低。相反地，作为上述比的上限，没有特别限定，但从使轴构件1以及轴承构件2的材质的选定容易的观点等出发，例如能够设为20。
[0105]
作为轴承构件2的内周面21的算术平均粗糙度ra2[μm]相对于轴构件1的外周面11的算术平均粗糙度ra1[μm]之比(ra2/ra1)的下限，没有特别限定，但例如能够设为0.26。另一方面，作为上述比的上限，优选为38.0，更优选为37.1，进一步优选为22.6，更进一步优选为20.4。若上述比超过上述上限，则有可能难以抑制外周面11与内周面21之间的摩擦阻力以及烧结。需要说明的是，上述比能够设为轴构件1与轴承构件2滑动前的比。
[0106]
作为轴承构件2的内周面21的突出峰部高度rpk2[μm]相对于轴构件1的外周面11的突出峰部高度rpk1[μm]之比(rpk2/rpk1)的下限，没有特别限定，但例如能够设为0.32。另一方面，作为上述比的上限，优选为69.0，更优选为68.3，进一步优选为57.3，更进一步优选为27.4。若上述比不超过上述上限，则有可能难以抑制外周面11与内周面21之间的摩擦阻力以及烧结。需要说明的是，上述比能够设为轴构件1与轴承构件2滑动前的比。
[0107]
《润滑油》
[0108]
作为润滑油3，例如可以举出石蜡系基础油等。润滑油3通过形成油膜31，从而容易将外周面11与内周面21之间维持为流体润滑状态。
[0109]
作为按照下述式1算出的油膜厚度h[μm]，优选为按照下述式2算出的界限油膜厚度h
lim
[μm]以上。
[0110]
[数学式9]
[0111][0112][0113]
其中，在上述式1中，r是指轴构件1以及轴承构件2的等效半径[m]，α是指润滑油3的粘度压力系数[1/gpa]，η是指润滑油3的粘度[pa
·
秒]，u是指轴构件1的周向速度[m/秒]，e是指轴构件1以及轴承构件2的等效纵弹性模量[gpa]，w是指轴构件1的轴向上的每单位长度的施加于轴承构件2的载荷[n/m]。另外，在上述式2中，λ
lim
是指油膜31维持流体润滑状态的最小的油膜参数的值。需要说明的是，在上述式1中作为周向速度u，例如能够使用轴构件1连续旋转的期间的旋转速度的平均值。在上述式1中，作为粘度η，在将轴构件1连续旋转的期间的润滑油3的最大温度设为th的情况下，能够使用按照上述的式8算出的η(th)。在上述式1中，对于每单位长度的载荷w，从使油膜厚度h的算出容易的观点出发，能够假定为轴构件1的全部载荷直接施加于内周面21而求出。根据该假定，每单位长度的载荷w能够设为将轴构件1的全部载荷除以内周面21的宽度(内周面21的中心轴方向长度)而得到的值。在上述式1中，作为最小的油膜参数的值λ
lim
，能够根据轴构件1以及轴承构件2的材料特性而设定3以上且4以下。尤其是，在能够视为轴构件1的外周面11以及轴承构件2的内周面21的表面粗糙度分别遵照正态分布的情况下，能够将最小的油膜参数的值λ
lim
设为3。在上述式2中，作为轴构件1的外周面11的算术平均粗糙度ra1以及轴承构件2的内周面21的算术平均粗糙度ra2，能够使用轴构件1与轴承构件2滑动前的值。
[0114]
这样，通过上述油膜厚度h为上述界限油膜厚度h
lim
以上，能够容易利用油膜31抑制外周面11与内周面21的固体接触。因此，容易在外周面11与内周面21之间维持为流体润滑状态。
[0115]
通过使用上述式2并对上述式1进行变形，从而利用下述式3求出润滑油3的界限粘度η
lim
[pa
·
秒]。
[0116]
[数学式10]
[0117][0118]
润滑油3的粘度η[pa
·
秒]优选被以上述界限粘度η
lim
为基准控制。即，作为润滑油3的粘度η[pa
·
秒]的下限，优选为0.08
×
η
lim
，更优选为超过0.19
×
η
lim
，进一步优选为0.37
×
η
lim
，更进一步优选为0.47
×
η
lim
。另外，作为上述粘度η的下限，也可以是上述界限粘度η
lim
。另一方面，作为上述粘度η的上限，优选为小于5.20
×
η
lim
，更优选为3.70
×
η
lim
，进一步优选为1.43
×
η
lim
。若上述粘度η不满足上述下限，则有可能难以将外周面11与内周面21之间维持为流体润滑状态。相反地，若上述粘度η超过上述上限，则由于粘度η变得过大而有可能难以减小外周面11与内周面21之间的摩擦阻力。
[0119]
通过使用上述式2并对进行上述式1，从而利用下述式4求出轴构件1的界限周向速度u
lim
[m/秒]。
[0120]
[数学式11]
[0121][0122]
轴构件1的周向速度u[m/秒]优选被以上述界限周向速度u
lim
为基准控制。即，作为轴构件1的周向速度u[m/秒]的下限，优选为0.29
×ulim
，更优选为0.53
×ulim
，进一步优选为u
lim
。另一方面，作为上述周向速度u的上限，没有特别限定，但例如能够设为4.94
×ulim
。若上述周向速度u不满足上述下限，则有可能难以将外周面11与内周面21之间维持为流体润滑状态。
[0123]
通过使用上述式2并对上述式1进行变形，从而利用下述式5求出轴构件1以及轴承构件2的界限等效半径r
lim
[m]。
[0124]
[数学式12]
[0125][0126]
轴构件1以及轴承构件2的等效半径r[m]优选被以上述界限等效半径r
lim
为基准控制。即，作为上述等效半径r[m]的下限，优选为0.08
×rlim
，更优选为0.27
×rlim
，进一步优选为r
lim
。另一方面，作为上述等效半径r的上限，没有特别限定，但从装置的小型化等要求出发，例如能够设为25.65
×rlim
。若上述等效半径r不满足上述下限，则有可能难以将外周面11与内周面21之间维持为流体润滑状态。
[0127]
《优点》
[0128]
该轴承装置通过将轴构件1的外周面11的算术平均粗糙度ra1以及突出峰部高度rpk1适当化，从而容易将外周面11与内周面21之间维持为流体润滑状态。另外，该轴承装置无需在外周面11以及内周面21设置涂层等表面处理层。因此，该轴承装置能够抑制外周面11与内周面21之间的杂质的混入以及成本的增大，并且能够抑制外周面11与内周面21之间的摩擦阻力以及烧结。
[0129]
[轴承装置的驱动方法]
[0130]
图2的轴承装置的驱动方法具备使用图1的轴承装置使轴构件1旋转的驱动工序s1。
[0131]
《驱动工序》
[0132]
在驱动工序s1中，向轴构件1与轴承构件2之间的间隙供给润滑油3，并且使轴构件1旋转。作为润滑油3的供给方法，例如可以举出如下方法：在轴承构件2的内周面21设置用于供给润滑油3的供给口，以在轴构件1与轴承构件2之间的滑动域中使润滑油3循环的方式从该供给口供给润滑油3。需要说明的是，润滑油3也可以在使轴构件1旋转前向外周面11与内周面21之间滴下。
[0133]
在驱动工序s1中，优选以使按照下述式1算出的油膜厚度h[μm]为按照下述式2算出的界限油膜厚度h
lim
[μm]以上的方式使轴构件1旋转。
[0134]
[数学式13]
[0135]
[0136][0137]
这样，通过将上述油膜厚度h控制为上述界限油膜厚度h
lim
以上，从而容易利用油膜31抑制外周面11与内周面21之间的固体接触。
[0138]
驱动工序s1中的润滑油3的粘度η优选被以上述的界限粘度η
lim
为基准控制。即，作为上述粘度η[pa
·
秒]的下限，优选为0.08
×
η
lim
，更优选为超过0.19
×
η
lim
，进一步优选为0.37
×
η
lim
，更进一步优选为0.47
×
η
lim
。另外，作为上述粘度η的下限，也可以是上述界限粘度η
lim
。另一方面，作为上述粘度η的上限，优选为小于5.20
×
η
lim
，更优选为3.70
×
η
lim
，进一步优选为1.43
×
η
lim
。若上述粘度η满足上述下限，则有可能难以将外周面11与内周面21之间维持为流体润滑状态。相反地，若上述粘度η超过上述上限，则由于粘度η变得过大，而有可能难以减小外周面11与内周面21之间的摩擦阻力。需要说明的是，此处的粘度η是指对轴构件1进行驱动的期间的粘度η，“以界限粘度η
lim
为基准控制”是指通过轴构件1的周向速度u等驱动条件的调整、润滑油3的选择等，从而以驱动工序s1即将开始前的界限粘度η
lim
为基础控制驱动工序s1中的润滑油3的粘度η。
[0139]
在驱动工序s1中，优选以上述的界限周向速度u
lim
为基准控制轴构件1的周向速度u。即，作为驱动工序s1中的轴构件1的周向速度u[m/秒]的下限，优选为0.29
×ulim
，更优选为0.53
×ulim
，进一步优选为u
lim
。另一方面，作为上述周向速度u的上限，没有特别限定，但例如能够设为4.94
×ulim
。若上述周向速度u不满足上述下限，则有可能难以将外周面11与内周面21之间维持为流体润滑状态。
[0140]
《优点》
[0141]
该轴承装置的驱动方法通过使用该轴承装置，从而在驱动工序s1中容易将外周面11与内周面21之间维持为流体润滑状态。因此，该轴承装置的驱动方法能够抑制外周面11与内周面21之间的杂质的混入以及成本的增大，并且抑制外周面11与内周面21之间的摩擦阻力以及烧结。
[0142]
[其他实施方式]
[0143]
上述实施方式并不限定本发明的结构。因此，上述实施方式能够基于本说明书的记载以及技术常识而进行上述实施方式各部分的构成要素的省略、置换或追加，且应解释为这些全部属于本发明的范围。
[0144]
在上述实施方式中，轴构件的中心轴沿水平方向延伸，但该轴构件的中心轴也可以相对于水平方向倾斜。
[0145]
[实施例]
[0146]
以下，基于实施例对本发明进行详细叙述，但不能基于该实施例的记载限定性地解释本发明。
[0147]
在本实施例中，进行了通过手动而研磨轴构件的外周面的研磨试验以及使轴构件旋转的滑动试验。
[0148]
[研磨试验]
[0149]
在研磨试验中，使用砂纸研磨了轴构件的外周面。轴构件的材质设为由jis-g4051(2016)规定的s45c相当的钢材。研磨部分中的轴构件的外径设为600mm。研磨一边将砂纸的粒度号逐渐增大一边反复进行。针对砂纸的每个粒度号，使用(股份公司)三丰制小型表面
粗糙度测定机(“sj-310”)测定出研磨后的上述外周面上的算术平均粗糙度ra1以及突出峰部高度rpk1。在该测定中，沿着上述外周面的周向以90deg间隔决定4个周向位置，针对上述每一个周向位置，在轴向上位置不同的两个测定部位测定出上述外周面上的算术平均粗糙度ra1以及突出峰部高度rpk1。另外，将上述测定部位中的评价长度设为4mm。算术平均粗糙度ra1的测定条件设为测定力0.75mn、测定子半径2μm、高域截止值(λc)0.8mm、低域截止值(λs)2.5μm。在图3中示出算术平均粗糙度ra1的测定结果，在图4中示出突出峰部高度rpk1的测定结果。其中，图3以及图4中的标绘表示平均值，误差条表示相对于平均值的误差范围。
[0150]
如图3所示的那样，若砂纸的粒度号的大小为150号以上，则算术平均粗糙度ra1减小到0.05μm以上且0.30μm以下的范围。另外，若砂纸的粒度号的大小为200号以上，则算术平均粗糙度ra1收敛到0.05μm以上且0.20μm以下的范围。另一方面，如图4所示的那样，若砂纸的粒度号的大小为150号以上，则轴构件的外周面的突出峰部高度rpk1减小到0.04μm以上0.34μm以下的范围。另外，若砂纸的粒度号的大小为200号以上，则轴构件的外周面的突出峰部高度rpk1收敛为0.04μm以上且0.26μm以下的范围。换言之，认为在伴随着利用手动的研磨的轴构件的制造中，在轴构件的外周面的算术平均粗糙度ra
l
以及突出峰部高度rpk1处于上述范围内的情况下，轴构件的表面粗糙度减小到界限附近。因此，认为通过轴构件的外周面的算术平均粗糙度ra1以及突出峰部高度rpk1处于上述范围内，能够抑制轴承构件之间的摩擦阻力以及烧结。
[0151]
[滑动试验]
[0152]
在滑动试验中，使用装置a(千穗田精密(股份公司)制的摩擦磨损试验机)、装置b(千穗田精密(股份公司)制的轴承寿命试验机)以及装置c(神钢造机(股份公司)制的摩擦磨损试验机)，在下述的no.1至no.106的条件下使轴构件进行了旋转。作为轴构件，使用了手动地研磨了外周面的轴构件。在装置a中，关于no.29至no.38，一边将在约90deg的范围包围轴构件的外周面的轴承构件的内周面以一定载荷按压于上述轴构件，一边使轴构件进行了旋转，关于no.13之no.26以及no.39之no.106，一边将平板上的轴承构件以一定载荷按压于上述轴构件，一边使轴构件进行了旋转。在装置b以及装置c中，一边将在整周上包围轴构件的外周面的轴承构件的内周面以一定载荷按压与上述轴构件，一边使轴构件进行了旋转。另外，关于no.1至no.106，分别测定了轴构件以及轴构件的硬度、和轴构件以及轴构件的滑动试验前后的算术平均粗糙度以及突出峰部高度。在表1至表5中示出no.1至no.106的测定结果。其中，在表1至表5中，ra
1a
是指轴构件的滑动试验前的算术平均粗糙度，ra
1b
是指轴构件的滑动试验后的算术平均粗糙度，ra
2a
是指轴承构件的滑动试验前的算术平均粗糙度，ra
2b
是指轴承构件的滑动试验后的算术平均粗糙度。另外，在表1至表5中，rpk
1a
是指轴构件的滑动试验前的突出峰部高度，rpk
1b
是指轴构件的滑动试验后的突出峰部高度，rpk
2a
是指轴承构件的滑动试验前的突出峰部高度，rpk
2b
是指轴承构件的滑动试验后的突出峰部高度。另外，表1至表5所示的“硬度比”、“算术平均粗糙度之比”以及“突出峰部高度之比”是以有效位数为4位算出的值。需要说明的是，在该滑动试验中，对于硬度而言，对no.1至no.28的轴构件以及no.13至no.26的轴承构件使用(股份公司)future-tech制的维氏硬度计(“fv-310”)进行了测定，对no.1至no.12以及no.27至no.28的轴承构件使用(股份公司)明石制作所制的维氏硬度计(“mvk-e”)进行了测定，对no.29至no.106的轴构件以及轴承构件使用(股份公司)明石制作所制的维氏硬度计(“avk”)进行了测定。另外，对于算术平均粗
糙度以及突出峰部高度而言，对no.1至no.28的轴构件以及轴承构件使用(股份公司)三丰制的小型表面粗糙度测定机(“sj-310”)进行了测定，对no.29至no.106的轴构件以及轴承构件使用(股份公司)三丰制的小型表面粗糙度测定机(“sj-210”)进行了测定。另外，在算术平均粗糙度以及突出峰部高度的测定中，对no.1至no.28将评价长度设为4mm，对no.29至no.106将评价长度设为12.5mm。算术平均粗糙度的测定条件在no.1至no.28中设为测定力0.75mn、测定子半径2μm、高域截止值(λc)0.8mm、低域截止值(λs)2.5μm，在no.29至no.106中设为测定力4mn、测定子半径5μm、高域截止值(λc)2.5mm、低域截止值(λs)8μm。
[0153]
(no.1至no.3)
[0154]
在no.1至no.3中，将从轴承构件向轴构件的载荷设为10kn。对于轴构件的转速而言，将初始转速设为3000rpm，以10分钟间隔阶段性地每次减少250rpm，最小减少到转速250rpm。作为轴构件使用了锰钢，作为轴承构件使用了由jis-h5401(1958)规定的wj1的白合金。作为润滑油，使用了eneos(股份公司)制的“fbk油ro32”。润滑油在初始温度70℃下向轴构件的外周面与轴承构件的内周面之间的滑动域供给，使该滑动域由上述润滑油浸渍并且使上述润滑油进行了循环。
[0155]
(no.4至no.12)
[0156]
在no.4至no.12中，将轴构件的转速设为恒定在3500rpm。对于从轴承构件向轴构件的载荷而言，将初始载荷设为0kn，以5分钟间隔阶段性地每次增大0.5kn，最大增大到20kn。作为轴构件使用了锰钢，作为轴承构件使用了由jis-h5401(1958)规定的wj1相当的白合金。作为润滑油，使用了eneos(股份公司)制的“fbk油ro32”。润滑油在初始温度70℃下向轴构件的外周面与轴承构件的内周面之间的滑动域供给，并在该滑动域进行了循环。
[0157]
(no.13至no.17)
[0158]
在no.13至no.17中，将轴构件的转速在no.13中设为400rpm，在no.14中设为200rpm，在no.15中设为100rpm，在no.16中设为50rpm，在no.17中设为800rpm。对于从轴承构件向轴构件的载荷而言，将初始载荷设为0kn，以1分钟间隔阶段性地每次增大0.1kn，并增大到1kn。作为轴构件使用了由jis-g4051(2016)规定的s45c的钢材，作为轴承构件使用了由jis-h5401(1958)规定的wj2的白合金。作为润滑油，使用了eneos(股份公司)制的“fbk油ro32”。润滑油在室温下向轴构件的外周面与轴承构件的内周面之间的滑动域供给，并在该滑动域进行了循环。
[0159]
(no.18以及no.25)
[0160]
在no.18以及no.25中，将轴构件的转速设为50rpm并保持恒定，将从轴承构件向轴构件的载荷设为1kn并保持恒定，使轴构件旋转了240分钟。在no.18以及no.25中，使用了除了硬度以及表面粗糙度以外与no.13至no.17相同的轴构件以及轴承构件。另外，使用与no.13至no.17相同的润滑油，与no.13至no.17同样地进行了循环。
[0161]
(no.19以及no.26)
[0162]
在no.19以及no.26中，将轴构件的转速设为100rpm并保持恒定，将从轴承构件向轴构件的载荷设为1kn并保持恒定，使轴构件旋转了240分钟。在no.19以及no.26中，使用了除了硬度以及表面粗糙度以外与no.13至no.17相同的轴构件以及轴承构件。另外，润滑油设为与no.13至no.17相同。润滑油仅在滑动试验的开始时在室温下向轴构件的外周面与轴承构件的内周面之间的滑动域滴下了一次。
[0163]
(no.20至no.24)
[0164]
在no.20至no.24中，将轴构件的转速在no.20中设为400rpm，在no.21中设为200rpm，在no.22中设为100rpm，在no.23中设为50rpm，在no.24中设为800rpm。no.20至no.24除了轴构件的转速以外，设为与no.13至no.17相同的驱动条件。在no.20至no.24中，使用了除了硬度以及表面粗糙度以外与no.13至no.17相同的轴构件以及轴承构件。另外，使用与no.13至no.17相同的润滑油，与no.13至no.17同样地进行了循环。
[0165]
(no.27以及no.28)
[0166]
在no.27以及no.28中，在no.27以及no.28中，除了使轴构件的转速以1分钟间隔减少以外，设为与no.1至no.3相同的驱动条件。在no.27以及no.28中，作为轴构件使用了镍铬钼合金钢，且使用了除了硬度以及表面粗糙度以外与no.1至no.3相同的轴承构件。另外，使用与no.1至no.3相同的润滑油，与no.1至no.3同样地进行了循环。
[0167]
(no.29至no.38)
[0168]
在no.29至no.38中，将轴构件的转速在no.29中设为200rpm，在no.30中设为800rpm，在no.31中设为100rpm，在no.32中设为200rpm，在no.33中设为800rpm，在no.34中设为200rpm，在no.35中设为800rpm，在no.36中设为100rpm，在no.37中设为200rpm，在no.38中设为800rpm。对于从轴承构件向轴构件的载荷而言，将初始载荷设为0kn，以1分钟间隔阶段性地每次增大0.1kn并增大到1kn。作为轴构件，使用了由jis-g4051(2016)规定的s45c的钢材，作为轴承构件使用了由jis-h5401(1958)规定的wj2的白合金。作为润滑油，在no.29、no.30、no.34以及no.35中使用了eneos(股份公司)制的“fbk油ro100”，在no.31至no.33以及no.36至no.38中使用了eneos(股份公司)制的“fbk油ro32”。润滑油仅在滑动试验的开始时在室温下向轴构件的外周面与轴承构件的内周面之间的滑动域滴下一次。
[0169]
在no.29至no.38中，利用在轴承构件的从表面起深度2mm的位置安装的热电偶测定温度[℃]，并将该温度作为润滑油的温度而求出。另外，在no.29至no.38中，利用在把持轴承构件的保持器安装的测力传感器测定轴构件的旋转时的摩擦力，并用使摩擦力除以所负载的载荷而求出摩擦系数μ。这些测定值在后述的流体润滑状态的评价以及油膜厚度的算出中使用。
[0170]
(no.39至no.42)
[0171]
在no.39至no.42中，将轴构件的转速设为100rpm并保持恒定，将从轴承构件向轴构件的载荷设为1kn并保持恒定，使轴构件最大旋转了900分钟。需要说明的是，在装置的制约方面，在由安装于把持轴承构件的保持器的测力传感器测定的摩擦力成为约294kn以上、或由在轴承构件的从表面起深度2mm的位置安装的热电偶测定的温度成为100℃以上的情况下，在该时间点中断了试验。作为轴构件使用了由jis-g4051(2016)规定的s45c的钢材，作为轴承构件使用了由jis-h5401(1958)规定的wj2的白合金。作为润滑油，使用了eneos(股份公司)制的“fbk油ro32”。润滑油仅在滑动试验的开始时在20℃下向轴构件的外周面与轴承构件的内周面之间的滑动域滴下一次。
[0172]
(no.43至no.45)
[0173]
在no.43至no.45中，轴构件的转速在no.43中设为200rpm，在no.44以及no.45中设为100rpm。另外，将从轴承构件向轴构件的载荷设为1kn并保持恒定，使轴构件最大旋转了320分钟。需要说明的是，在装置的制约方面，在由安装于把持轴承构件的保持器的测力传
感器测定的摩擦力成为约294kn以上、或由在轴承构件的从表面起深度2mm的位置安装的热电偶测定的温度成为100℃以上的情况下，在该时间点中断了试验。在no.43至no.45中，使用了除了硬度以及表面粗糙度以外与no.39至no.42相同的轴构件以及轴承构件。另外，润滑油设为与no.39至no.42相同。在no.43中，仅在滑动试验的开始时在20℃下将润滑油向轴构件的外周面与轴承构件的内周面之间的滑动域滴下一次，在no.44以及no.45中，使润滑油在20℃下向上述滑动域供给，使该滑动域由上述润滑油浸渍并且使上述润滑油进行了循环。
[0174]
(no.46至no.84)
[0175]
在no.46至no.84中，将轴构件的旋转时间在no.46以及no.65中设为1分钟，在no.47以及no.66中设为5分钟，在no.48以及no.67中设为10分钟，在no.49以及no.68中设为20分钟，在no.50以及no.69中设为30分钟，在no.51以及no.70中设为40分钟，在no.52以及no.71中设为50分钟，在no.53以及no.72中设为60分钟，在no.54以及no.73中设为90分钟，在no.55以及no.74中设为120分钟，在no.56中设为151分钟，在no.75中设为150分钟，在no.57以及no.76中设为180分钟，在no.58以及no.77中设为240分钟，在no.59以及no.78中设为360分钟，在no.60以及no.79中设为480分钟，在no.61以及no.80中设为600分钟，在no.81中设为720分钟，在no.62以及no.82中设为840分钟，在no.63以及no.83中设为1080分钟，在no.64以及no.84中设为1440分钟。关于no.46至no.84，其他驱动条件设为与no.39至no.42相同。在no.46至no.84中，使用了除了硬度以及表面粗糙度以外与no.39至no.42相同的轴构件以及轴承构件。另外，作为润滑油，在no.46至no.64中使用了eneos(股份公司)制的“fbk油ro32”，在no.65至no.84中使用了eneos(股份公司)制的“fbk油ro100”，并与no.39至no.42同样地仅在滑动试验的开始时在20℃下滴下一次。
[0176]
(no.85至no.91)
[0177]
在no.85至no.91中，将轴构件的转速在no.85中设为100rpm，在no.86中设为200rpm，在no.87中设为800rpm，在no.88中设为800rpm，在no.89中设为100rpm，在no.90中设为200rpm，在no.91中设为800rpm。对于从轴承构件向轴构件的载荷而言，将初始载荷设为0kn，以1分钟间隔阶段性地每次增大0.1kn并增大到1kn。作为轴构件使用了由jis-g4051(2016)规定的s45c的钢材，作为轴承构件使用了sn的含量为7.0质量％且cu的含量为2.5质量％的al-sn-cu合金(以下，也称为铝合金)。作为润滑油，使用了eneos(股份公司)制的“fbk油ro100”。润滑油仅在滑动试验的开始时在室温下向轴构件的外周面与轴承构件的内周面之间的滑动域滴下一次。
[0178]
在no.85至no.91中，与no.29至no.38同样地，求出润滑油的温度以及摩擦系数μ。这些测定值在后述的流体润滑状态的评价以及油膜厚度的算出中使用。
[0179]
(no.92至no.106)
[0180]
在no.92至no.106中，将轴构件的转速设为800rpm并保持恒定，将从轴承构件向轴构件的载荷设为0.3kn并保持恒定，将轴构件的旋转时间在no.92以及no.100中设为1分钟，在no.93以及no.101中设为5分钟，在no.94以及no.102中设为10分钟，在no.95以及no.103中设为20分钟，在no.96以及no.104中设为30分钟，在no.97以及no.105中设为40分钟，在no.98以及no.106中设为50分钟，在no.99中设为60分钟。在no.92至no.106中，使用了除了硬度以及表面粗糙度以外与no.85至no.91相同的轴构件以及轴承构件。另外，作为润滑油，使用eneos(股份公司)制的“fbk油ro32”，与no.39至no.42同样地仅在滑动试验的开始时在
20℃下滴下一次。
[0181]
[表1]
[0182]
[0183]
[表2]
[0184][0185]
[表3]
[0186][0187]
[表4]
[0188][0189]
[表5]
[0190][0191]
(烧结)
[0192]
在no.1至no.106的条件下，未看到对滑动试验后的表面粗糙度测定带来阻碍的从轴构件向轴承构件、或从轴承构件向轴构件的转移。即，在滑动试验后，在轴构件的外周面或轴承构件的内周面，未确认目视下的凝结。
[0193]
(硬度)
[0194]
在图5中示出关于no.1至no.106的将轴构件的硬度h1相对于轴承构件的硬度h2之比(h1/h2)设为横轴、并将算术平均粗糙度之比ra
1b
/ra
1a
以及ra
2b
/ra
2a
设为纵轴的图表。另外，在图6中示出关于no.1至no.12、no.27、no.28及no.39至no.106的将h1/h2设为横轴并将突出峰部高度之比rpk
1b
/rpk
1a
设为纵轴的图表、以及关于no.1至no.28及no.39至no.106的将h1/h2设为横轴并将突出峰部高度之比rpk
2b
/rpk
2a
设为纵轴的图表。其中，图5以及图6的横轴中的no.13至no.19的h1/h2的值表示no.13至no.19的h1/h2的值的平均值。另外，图5以及图6中的点是指平均值，误差条是指相对于平均值的误差范围。
[0195]
如图5以及图6所示的那样，轴构件的外周面的算术平均粗糙度以及突出峰部高度在滑动试验前后没有较大变化。另一方面，轴承构件的内周面的算术平均粗糙度ra2表现出在滑动试验后降低的倾向(ra
2b
/ra
2a
＜1)。另外，轴承构件的突出峰部高度在硬度比h1/h2为4.1以上的情况下表现出在滑动试验后容易降低的倾向(rpk
2b
/rpk
2a
＜1)。由此可知，通过将硬度比h1/h2设为4.1以上，从而容易利用与轴构件的滑动研磨轴承构件的内周面。
[0196]
(算术平均粗糙度之比)
[0197]
根据表1至表4，在轴承构件使用了白合金的情况下，在滑动试验前，轴承构件的内周面的算术平均粗糙度ra
2a
为0.34μm以上且1.85μm以下，在滑动试验后，轴承构件的内周面的算术平均粗糙度ra
2b
为0.08μm以上且1.24μm以下。因此，认为轴承构件的内周面的算术平均粗糙度ra2在滑动试验前以及滑动试验后处于0.08μm以上且1.85μm以下的范围。另一方面，如上所述，认为在轴构件的表面粗糙度减小到界限附近的情况下，轴构件的外周面的算术平均粗糙度ra1能够控制为0.05μm以上且0.30μm以下。根据这些事项，认为关于轴承构件的内周面的算术平均粗糙度ra2相对于轴构件的外周面的算术平均粗糙度ra1之比(ra2/ra1)，能够控制为将通过使0.08除以0.30而求出的0.27设为下限值、并将通过使1.85除以0.05而求出的37.0设为上限值的范围内。
[0198]
根据表5，在轴承构件使用了铝合金的情况下，在滑动试验前，轴承构件的内周面的算术平均粗糙度ra
2a
为0.54μm以上且0.83μm以下，在滑动试验后，轴承构件的内周面的算术平均粗糙度ra
2b
为0.21μm以上且1.02μm以下。因此，认为轴承构件的内周面的算术平均粗糙度ra2在滑动试验前以及滑动试验后处于0.21μm以上且1.02μm以下的范围。另一方面，如上所述，认为在轴构件的表面粗糙度减小到界限附近的情况下，轴构件的外周面的算术平均粗糙度ra1能够控制为0.05μm以上且0.30μm以下。根据这些事项，认为关于轴承构件的内周面的算术平均粗糙度ra2相对于轴构件的外周面的算术平均粗糙度ra1之比(ra2/ra1)，能够控制为将通过使0.21除以0.30而求出的0.70设为下限值、并将通过使1.02除以0.05而求出的20.4设为上限值的范围内。
[0199]
根据以上内容，认为关于轴承构件的内周面的算术平均粗糙度ra2相对于轴构件的外周面的算术平均粗糙度ra1之比(ra2/ra1)，能够控制为0.27以上37.0以下的范围内。
[0200]
(突出峰部高度之比)
[0201]
根据表1至表4，在轴承构件使用了白合金的情况下，在滑动试验前，轴承构件的内周面的突出峰部高度rpk
2a
为0.40μm以上且2.29μm以下，在滑动试验后，轴承构件的内周面的突出峰部高度rpk
2b
为0.11μm以上且0.99μm以下。因此，认为轴承构件的内周面的突出峰部高度rpk2在滑动试验前以及滑动试验后处于0.11μm以上且2.29μm以下的范围。另一方
面，如上所述，认为在轴构件的表面粗糙度减小到界限附近的情况下，轴构件的外周面的突出峰部高度rpk1能够控制为0.04μm以上且0.34μm以下。根据这些事项，认为关于轴承构件的内周面的突出峰部高度rpk2相对于轴构件的外周面的突出峰部高度rpk1之比(rpk2/rpk1)，能够控制为将通过使0.11除以0.34而求出的0.32设为下限值、并将通过使2.29除以0.04而求出的57.3设为上限值的范围内。
[0202]
根据表5，在轴承构件使用了铝合金的情况下，在滑动试验前，轴承构件的内周面的突出峰部高度rpk
2a
为0.98μm以上且1.66μm以下，在滑动试验后，轴承构件的内周面的突出峰部高度rpk
2b
为0.16μm以上且2.73μm以下。因此，认为轴承构件的内周面的突出峰部高度rpk2在滑动试验前以及滑动试验后处于0.16μm以上且2.73μm以下的范围。另一方面，如上所述，认为在轴构件的表面粗糙度减小到界限附近的情况下，轴构件的外周面的突出峰部高度rpk1能够控制为0.04μm以上且0.34μm以下。根据这些事项，认为关于轴承构件的内周面的突出峰部高度rpk2相对于轴构件的外周面的突出峰部高度rpk1之比(rpk2/rpk1)，能够控制为将通过使0.16除以0.34而求出的0.47设为下限值、并将通过使2.73除以0.04而求出的68.3设为上限值的范围内。
[0203]
根据以上内容，认为关于轴承构件的内周面的突出峰部高度rpk2相对于轴构件的外周面的突出峰部高度rpk1之比(rpk2/rpk1)，能够控制为0.32以上且68.3以下的范围内。
[0204]
(流体润滑状态)
[0205]
关于no.29至no.38以及no.85至no.91，将横轴设为根据润滑油的温度算出的轴承特性数[m-1
]，将纵轴设为摩擦系数，而绘制出每个载荷条件的值。在图7、图8以及图9中示出该结果。需要说明的是，轴承特性数是通过粘度η[pa
·
秒]
×
周向速度u[m/秒]/p(载荷[n]
×
10-6
)而算出的值。另外，粘度η使用润滑油的15℃下的已知的密度ρ按照式8算出。
[0206]
如图7以及图8所示的那样，在no.31以及no.32中在轴承特性数较小的区域可以看到拐点。换言之，认为在no.31以及no.32中，在轴承特性数较小的情况下，产生了从流体润滑状态向混合润滑状态的转移。另一方面，认为no.29、no.30、no.33至no.38处于流体润滑状态。
[0207]
如图9所示的那样，在no.85中可以看到拐点，认为产生了从流体润滑状态向混合润滑状态转移。另一方面，在no.86至no.91中，摩擦系数与轴承特性数无关地以较低的值推移，因此认为处于流体润滑状态。
[0208]
(油膜厚度)
[0209]
关于no.29至no.38以及no.85至no.91，使用上述的式1算出油膜厚度h[μm]。在此，粘度压力系数α使用上述的式12而求出。另外，u是将轴构件的转速换算为m/秒的单位而得到的，w是将通过轴承构件的按压而施加于轴构件的载荷[n]除以轴承构件的内周面的宽度而求出的。在表6中示出该算出结果。需要说明的是，表6所示的油膜厚度h是上述轴承特性数最小的时的值。
[0210]
(界限油膜厚度)
[0211]
关于no.29至no.38以及no.85至no.91，将油膜参数λ
lim
设为3并使用上述的式2而算出滑动试验前的界限油膜厚度h
lima
[μm]以及滑动试验后的界限油膜厚度h
limb
[μm]。在表6中示出该算出结果。
[0212]
(界限粘度)
[0213]
关于no.29至no.38以及no.85至no.91，使用界限油膜厚度h
lima
通过上述的式3而算出滑动试验前的界限粘度η
lima
，另外使用界限油膜厚度h
limb
通过上述的式3而算出滑动试验后的界限粘度η
limb
。在表6中示出该算出结果。需要说明的是，表6所示的界限粘度是上述轴承特性数最小的时的值。
[0214]
(粘度相对于界限粘度之比)
[0215]
关于no.29至no.38以及no.85至no.91，求出粘度η相对于界限粘度之比。在表6中示出该结果。需要说明的是，no.29至no.38以及no.85至no.91的润滑油的粘度η以润滑油的温度为40℃的状态为基准，并作为润滑油的40℃下的已知的动粘度与15℃下的已知的密度之积而求出。另外，表6所示的“粘度相对于界限粘度之比”是以有效位数为4位算出的值。
[0216]
[表6]
[0217]
[0218]
(粘度的评价)
[0219]
如表6所示的那样，在轴承构件使用了白合金的情况下，关于粘度η相对于滑动试验前的界限粘度η
lima
之比(η/η
lima
)，满足0.19＜η/η
lima
＜5.20的no.29、no.30、no.33至no.35、no.37以及no.38处于流体润滑状态。另一方面、为η/η
lima
≤0.19的no.31以及no.32未能维持流体润滑状态。
[0220]
在轴承构件使用了铝合金的情况下，关于粘度η相对于滑动试验前的界限粘度η
lima
之比(η/η
lima
)，满足0.08≤η/η
lima
＜5.20的no.86至no.91处于流体润滑状态。另一方面，为η/η
lima
＜0.08的no.85未能维持流体润滑状态。
[0221]
工业实用性
[0222]
本发明的一方案的轴承装置能够抑制杂质的混入以及成本的增大，并且能够抑制轴构件与轴承构件之间的摩擦阻力以及烧结，因此例如能够应用于船用的轴承装置。

技术特征：
1.一种轴承装置，其具备：轴构件，其轴径为180mm以上；轴承构件，其将所述轴构件的外周面支承为能够滑动；以及润滑油，其被供给到所述轴构件的外周面与所述轴承构件的内周面之间的间隙，且在该间隙形成油膜，其中，所述轴构件的外周面的算术平均粗糙度ra1为0.05μm以上且0.30μm以下，并且所述外周面的突出峰部高度rpk1为0.04μm以上且0.34μm以下。2.根据权利要求1所述的轴承装置，其中，在将所述轴构件的硬度设为h1[hv]、并将所述轴承构件的硬度设为h2[hv]的情况下，h1/h2为4.1以上。3.根据权利要求1或2所述的轴承装置，其中，在将所述轴承构件的内周面的算术平均粗糙度设为ra2[μm]、并将所述轴承构件的内周面的突出峰部高度设为rpk2[μm]的情况下，ra2/ra1为0.26以上且38.0以下，并且rpk2/rpk1为0.32以上且69.0以下。4.根据权利要求1或2所述的轴承装置，其中，按照下述式1算出的油膜厚度h[μm]为按照下述式2算出的界限油膜厚度h
lim
[μm]以上，[μm]以上，其中，在所述式1中，r是指所述轴构件以及所述轴承构件的等效半径[m]，α是指所述润滑油的粘度压力系数[1/gpa]，η是指所述润滑油的粘度[pa
·
秒]，u是指所述轴构件的周向速度[m/秒]，e是指所述轴构件以及所述轴承构件的等效纵弹性模量[gpa]，w是指所述轴构件的轴向上的每单位长度的施加于所述轴承构件的载荷[n/m]，在所述式2中，λ
lim
是指所述油膜维持流体润滑状态的最小的油膜参数的值，ra2是指所述轴承构件的内周面的算术平均粗糙度[μm]。5.根据权利要求4所述的轴承装置，其中，所述润滑油的粘度η为按照下述式3算出的所述润滑油的界限粘度η
lim
[pa
·
秒]以上，6.根据权利要求4所述的轴承装置，其中，所述轴构件的周向速度u为按照下述式4算出的所述轴构件的界限周向速度u
lim
[m/秒]以上，7.根据权利要求4所述的轴承装置，其中，
所述轴构件以及所述轴承构件的等效半径r为按照下述式5算出的所述轴构件以及所述轴承构件的界限等效半径r
lim
[m]以上，8.根据权利要求1或2所述的轴承装置，其中，所述润滑油的粘度η满足下述式6，0.08
×
η
lim
≤η＜5.20
×
η
lim
…
6其中，在所述式6中，η
lim
是指在如下情况按照下述式3算出的所述润滑油的界限粘度[pa
·
秒]，该情况是将所述轴构件以及所述轴承构件的等效半径设为r[m]，将所述润滑油的粘度压力系数设为α[1/gpa]，将所述润滑油的粘度设为η[pa
·
秒]，将所述轴构件的周向速度设为u[m/秒]，将所述轴构件以及所述轴承构件的等效纵弹性模量设为e[gpa]，将所述轴构件的轴向上的每单位长度的施加于所述轴承构件的载荷设为w[n/m]，将所述油膜维持流体润滑状态的最小的油膜参数的值设为λ
lim
，将所述轴承构件的内周面的算术平均粗糙度设为ra2，9.一种轴承装置的驱动方法，其中，所述轴承装置的驱动方法包括驱动工序，在所述驱动工序中，使用具备轴径为180mm以上的轴构件、将所述轴构件的外周面支承为能够滑动的轴承构件以及被供给到所述轴构件的外周面与所述轴承构件的内周面之间的间隙且在该间隙形成油膜的润滑油的轴承装置，使所述轴构件旋转，所述轴构件的外周面的算术平均粗糙度ra1为0.05μm以上且0.30μm以下，并且所述外周面的突出峰部高度rpk1为0.04μm以上且0.34μm以下。

技术总结
本发明提供轴承装置以及轴承装置的驱动方法。一种轴承装置，其具备：轴构件，其轴径为180mm以上；轴承构件，其将所述轴构件的外周面支承为能够滑动；以及润滑油，其被供给到所述轴构件的外周面与所述轴承构件的内周面之间的间隙，并在该间隙形成油膜，其中，所述轴构件的外周面的算术平均粗糙度Ra1为0.05μm以上且0.30μm以下，并且所述外周面的突出峰部高度Rpk1为0.04μm以上且0.34μm以下。为0.04μm以上且0.34μm以下。为0.04μm以上且0.34μm以下。


技术研发人员：高川优作 冲田圭介 松田真理子
受保护的技术使用者：株式会社神户制钢所
技术研发日：2022.07.27
技术公布日：2023/2/9