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円弧状カットクラウニングでの最適クラウニング計算（寿命最大化）

本事例は、事例c7で実施したフルクラウニング形状での寿命最大化事例のころを、円弧状カットクラウニングころで、転がり疲労寿命値を最大にするクラウニング形状を探索します。
さらに、類似事例ROBPACS解析事例s24の最適値との違いについて考察します。

　　　　目的関数：転がり疲労寿命値最大化
　　　　ころ　　：φ12×12 （チャンファ長さ 0.5mm）円弧状カットクラウニング
　　　　変数　　：直線部長さとクラウニング半径
　　　　最適クラウニング探索手法： 修正勾配法（幣房オリジナル）

（注）円弧状クラウニングＲ中心の軸方向位置は、ころ軸方向長さの中央位置にあります
図１　円弧状カットクラウニングころ

面圧メッシュ、応力メッシュとも事例c7と同じです。
【面圧メッシュ】　基本分割：48×60　再分割：チャンファ部位置両側0.1mmを5分割（不均一分割）
【応力メッシュ】　ｘ方向：0.5mm均等分割+応力集中部（x=0.5と11.5）両側0.1mmを10分割（等分割）
　　　　　　　　　 y方向：0.01mm均等分割+応力集中部（y=0.22）両側0.03mmを6分割（等分割）
　　　　　　　　　 z方向：0.002mm均等分割

【修正勾配法】　初期値　：直線部長さ=4mm, クラウニング半径=700mm
　　　　　　　　刻み幅　：直線部長さ=1mm, クラウニング半径=100mm
　　　　　　　　計算回数：10回

＜解析結果＞

修正勾配法から得られたクラウニングＲと直線部長さの最適値を事例c24の表２に示します。

　表２　最適値探索結果　（ROBPACS最適値は事例s24より転記）　　　


ROBPACS最適値との比較
NOCPAC最適値は、ROBPACS最適値と近い値になっていますが、ROBPACSと比べて、直線部長さは長く、クラウニングＲは小さくなっています。クラウニングＲの最適値は、NOCPACの方が小さくなっているものの、直線部長さの影響で、チャンファ位置でのドロップ量は、NOCPACの方が小さくなっています。この原因は、事例c7で検討したように、「EPC法はエッジロードがやや小さく計算されること」、並びに「面圧ベースの寿命計算と表面下応力ベースの寿命計算に差があること」が考えられますが、現時点ではどちらが正しいのか判断できません。

参考までに、両者の接触面圧を以下に掲載します。NOCPACのエッジロードは、事例c7で述べたように、チャンファ部でメッシュを細かくしていることによるもので、最大値は34564[MPa]です。


　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図２　最適値における接触面圧比較

最適値における表面下剪断応力τyzの最大値（τmax）を図３に掲載します。図で「ROBPAC最適値」は、ROBPACSの最適値探索結果を用いて、NOCPACで計算したときのτmaxです。両者とも、面圧計算で発生していたエッジ部のピークは消失しており、フルクラウニングと比べて（事例c7の図４）、かなりフラットなτmax分布が得られています。

　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図３　最適値におけるτmax比較

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