winLIFE GEARWHEELS AND BEARINGS

疲労寿命/信頼性評価解析ソフトwinLIFE -機能

前提条件

以下の計算を実施するには、winLIFE BASICに加えて、winLIFE GEAR WHEELS AND BEARINGSモジュールが必要です。

歯車の疲労寿命

歯車の疲労寿命は、歯元(曲げ疲労)や歯面(ピッチング)の損傷によって決まります。材料と接触圧に依存して、両方のタイプの損傷が生じる可能性があります。そのため、両方のケースを計算すべきです。

歯元疲労

歯元疲労は、歯元に働く動的曲げ応力によって生じます。その結果、表面粗さ、作用応力、切欠き係数にもよりますが、初期き裂が生じて最終破断に至る場合があります。

詳細なS-N曲線が作成されているため、このwinLIFEモジュールの計算は確かな根拠に基づいています。


歯車の歯に働く力と、結果として生じる歯元の曲げ応力

歯面疲労(ピッチング)

歯車の歯に働く力が歯面に移動したとき、ヘルツ接触圧が生じて、ピッチングの形で材料疲労を引き起こす場合があります。この疲労寿命もS-N曲線で記述されます。


歯車の歯に働く力と、結果として生じる接触圧

転がり軸受の疲労寿命


転がり軸受

転がり軸受の疲労は、歯車の歯面に生じるピッチングの場合と同様に、局部的なヘルツ接触圧が原因です。

この疲労現象は指数方程式で記述することも可能であり、S-N曲線と同様の方法で示されます。軸受メーカーによって立証されたデータが非常に有用であり、現実に近いものです。結果として、予測された寿命は実現象と優れた相関性を示します。

S-N曲線とその修正

上記のすべての要因に対する疲労寿命計算において、S-N曲線または類似の手法を使用できます。以下の修正が良く行われます。


S-N曲線とその修正


歯車のS-N曲線を作成するための入力ダイアログ

DIN規格やFVAガイドラインがS-N曲線ジェネレータに組み込まれており、歯車のS-N曲線を作成する際に役立ちます。

上図は、このタイプのジェネレータ用のwinLIFE入力ダイアログです。転がり軸受の疲労寿命計算に必要なデータは、メーカーのカタログから入手できます。適切な計算手順がwnLIFEに組み込まれています。

荷重スペクトルの入力

歯車や転がり軸受の疲労寿命は、回転数とその結果として生じる荷重(トルクや支持力)に依存します。

疲労寿命計算には、こうした荷重が必要です。ユーザーは、これをチャートに入力するか、または滞留時間のマトリックスに対話形式で入力できます。


滞留時間のマトリックス入力用ダイアログ

滞留時間幅をrpm-トルクマトリックスの各要素に入力します。典型的なマトリックスは数百の要素で構成されるため、滞留時間マトリックスを手入力することは一般的ではありません。それらは、通常、既存のデータまたはシミュレーションの計算結果から得られます。

上図は、winEVAシステムから転送された滞留時間マトリックスを示しています。winLIFEのインターフェースはドキュメントが整備されているので、他のシステムと連携することも非常に容易です。

荷重スペクトルは、疲労寿命計算に必要なトルク(支持力)-rpmのスペクトルに自動的に変換されます。結果が下図に示されています。

パーツへの変換

ユーザーが取り扱うべき荷重は、通常、代表的パーツ(例えば、変速機の入力シャフト)に関係しています。これは容易に測定できます。試験対象のパーツ(例えば、遊星歯車)のスペクトルに変換するため、ユーザーはrpmおよびトルクに対応した係数を入力する必要があります。


歯車のrpmおよびトルクの滞留時間から得られた時間比率


歯車のrpm対トルク

歯車を扱っている場合は、1回転あたりの噛み合い数や、遊星歯車であれば応力反転の特異的影響に対する他の係数も入力する必要があります。

疲労寿命計算

実際の疲労寿命計算は、winLIFE Basicモジュールと同様に、線形累積損傷則に従って実施されます。詳細な結果がプロトコルファイルに記録され、プロジェクトファイルに保管されます。スペクトルの場合は、個々のステップの割合が記録されます。

ユーザーインターフェース

すでにwinLIFE Basicモジュールを使用しているユーザーであれば、このモジュールはまったく同じように体系化されているのですぐに使えます。

歯車と軸受の疲労寿命は、一般のコンポーネントと同様の方法で計算されます。したがって、このモジュールはwinLIFEバージョン2.3以降のユーザーインターフェースに組み込まれました。計算処理はBasicモジュールと同一です。そのため、ユーザーはすぐに使いこなせます。