軸受の平均荷重をそのまま疲労寿命計算に使えますか？

簡潔な回答

一般には使えません。軸受の疲労損傷は荷重に対して非線形であり、回転速度が変われば負荷を受ける回転数も変わります。単純平均では、短時間のより重い荷重期間を過小評価することがあります。風力発電機の軸受評価では、選んだ計算方法に従って荷重・継続時間、または荷重・回転数のスペクトルを保持する必要があります。

平均値が誤解を招く理由を見る

明示的に仮定した定速回転の玉軸受の例で、荷重の三乗による重み付けを用いると、1 と 3 kN が同じ時間ずつ作用した場合の等価荷重は 14 の三乗根、約 2.41 kN となります。算術平均は 2 kN です。この例は非線形な重み付けを示すためだけのものです。潤滑、汚染、信頼度補正、揺動、実際の風況下の運転条件は含まず、MARSTON の寿命計算でもありません。

運転中の負荷履歴を保持する

回転速度が変化する場合、同じ時間数が必ずしも同じ接触サイクル数を意味するわけではありません。荷重と速度をそれぞれ独立に平均化して相関が消えると仮定せず、両者の組合せを記録してください。運転条件の定義では、別途静的評価を必要とする静止時の高荷重ケースも明示すべきです。Schaeffler の等価運転値の扱いは、こうした区別を明確にしています。選択する疲労指数と補正項は、実際の軸受と計算根拠に適合していなければなりません。

寿命の主張を支えるスペクトルを求める

荷重と速度の区分、負荷履歴の割合、等価荷重式、およびまれな事象や除外した事象の扱いを求めてください。割合が提示された運転条件全体をカバーし、単位が整合していることを確認してください。平均軸受荷重だけが示された場合、その簡略化を正当化する根拠を尋ねてください。具体的な設備と用途を評価せずに、風況運転係数を作ったり、例示された等価荷重を年数に置き換えたり、軸受交換間隔を約束したりしないでください。スペクトルには、百分率が時間を表すのか回転数を表すのかを示す必要があります。これらの割合が一致するのは適切な回転速度の仮定がある場合だけであり、両者を混同すると、式の算術計算に誤りがなくても算出される等価荷重が変わることがあります。