CN107013596A - 滚动轴承装置及滚动轴承的异常的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滚动轴承装置及滚动轴承的异常的检测方法。滚动轴承装置具备：轴承主体，具有呈同心状设置的作为固定圈的外圈和作为旋转圈的内圈、及设置于该外圈与内圈之间的多个滚动体；振动检测器，安装于外圈；及控制部，具有运算部，该运算部基于来自振动检测器的检测信号来计算轴承主体的振动及转速。运算部基于从检测信号获得的振动的频率成分和轴承主体的固有的振动次数来计算转速。

Description

滚动轴承装置及滚动轴承的异常的检测方法

在2016年1月27日提出的日本专利申请2016-013166的公开，包括其说明书、附图及摘要作为参照而全部包含于此。

技术领域

本发明涉及滚动轴承装置及滚动轴承的异常的检测方法，特别是涉及搭载有用于检测异常的检测器的滚动轴承装置及该滚动轴承装置中的异常的检测方法。

背景技术

存在基于转速及振动来检测滚动轴承的异常的方法。例如，在日本特开2003-308588号公报记载的滚动轴承装置中搭载有速度检测部和振动传感器。详细而言，在日本特开2003-308588号公报中，振动传感器安装于轴承装置的壳体。速度检测部是利用了线圈和磁铁的结构，线圈卷绕于轴承整周，磁铁固定于旋转体。

检测转速及振动的滚动轴承装置如日本特开2003-308588号公报所示的那样，需要用于检测转速的检测部(传感器)和振动传感器这两种传感器。因此，在该滚动轴承装置中存在部件数量变多、滚动轴承装置的结构变得复杂这样的课题。在该滚动轴承装置中，需要卷绕线圈的空间、搭载振动传感器的空间。因此，也存在滚动轴承装置的尺寸变大这样的课题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供能够简化用于检测滚动轴承的旋转异常的结构的滚动轴承装置及其检测方法。

本发明的一形态的滚动轴承装置的结构上的特征在于，具备：轴承主体，具有呈同心状设置的固定圈和旋转圈、及设置于固定圈与旋转圈之间的多个滚动体；振动检测器，安装于固定圈；及运算部，基于来自振动检测器的检测信号来计算轴承主体的振动及转速。运算部基于从检测信号获得的振动的频率成分和轴承主体的固有的振动次数来计算转速。

附图说明

前述及后述的本发明的特征及优点通过下面的具体实施方式的说明并参照附图而明确，相同的标号表示相同的部件，其中：

图1是将第一实施方式的滚动轴承装置在包括轴的中心线的平面内剖切所得到的剖视图；

图2是将第一实施方式的滚动轴承装置沿轴向观察所得到的剖视图；

图3是表示滚动轴承装置中包含的控制部的装置结构的一例的框图；

图4是表示控制部的功能结构的一例的框图；

图5是表示作为控制部的一个功能的运算部中的运算方法的概要的图；

图6是表示控制部中的动作的流程的一例的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明优选的实施方式。在以下的说明中，对同一部件及构成要素标注同一标号。它们的名称及功能也相同。因此，不重复这些说明。

本实施方式的滚动轴承装置100是用于机床的主轴的装置。图1是将第一实施方式的滚动轴承装置100在包括轴的中心线的平面内剖切所得到的剖视图。图2是第一实施方式的滚动轴承装置100的图1的A-A位置处的向视图，并且是将第一实施方式的滚动轴承装置100沿轴向观察所得到的剖视图。参照图1及图2，滚动轴承装置100具备轴承主体20、振动检测器60和控制部80。优选为，滚动轴承装置100还具备供油单元40和电池90。本实施方式的滚动轴承装置100为了将机床的主轴(轴7)支撑成能够旋转而处于收容于轴承壳体8内的状态。

轴承主体20具有内圈21、外圈22、多个滚动体23及环状的保持器24。保持器24对多个滚动体23进行保持。内圈21为外嵌于轴7的圆筒状的部件。在内圈21的外周，作为滚道面形成有滚道槽(以下，称为内圈滚道槽25)。外圈22为固定于轴承壳体8的内周面的圆筒状的部件。在外圈22的内周，作为滚道面形成有滚道槽(以下，称为外圈滚道槽26)。内圈21和外圈22呈同心状配置。在呈同心状配置的内圈21与外圈22之间形成有环状空间28。在本实施方式中，相对于外圈22，内圈21与轴7一同旋转。

多个滚动体23设置在内圈21与外圈22之间的环状空间28，在内圈滚道槽25及外圈滚道槽26内滚动。

保持器24设置于环状空间28。保持器24由环状的部件构成，沿周向每隔一定间隔形成有将多个滚动体23分别保持的多个凹槽27。保持器24具有一对环状部31、32和多个柱部33。一对环状部31、32设置于各滚动体23的轴向两侧。柱部33将这些环状部31、32连结。多个柱部33沿周向隔开间隔地设置。由这些环状部31、32和在周向上相邻的两个柱部33包围的区域成为凹槽27。在各凹槽27收容有一个滚动体23。由此，保持器24能够将多个滚动体23沿周向排列地保持。

在轴承主体20的环状空间28的轴向一侧的附近且作为固定圈的外圈22的轴向的附近设有环状的外壳41，该外壳41在内部具有空间。作为一例，外壳41设为作为供油单元40的一个构成要素的部件。

参照图2，在外壳41内部的空间设有振动检测器60、控制部80和电池90。振动检测器60与控制部80及电池90电连接。

振动检测器60配置于外壳41内部，并且与作为固定圈的外圈22抵接设置。振动检测器60包括例如压电元件等传感器，将在轴承主体20产生的振动所引起的压力转换成电压。振动检测器60通过与作为固定圈的外圈22抵接设置，难以受到由轴承主体20的旋转引起的影响。即，即使在轴承主体20高速旋转的情况下，也不会对振动检测器60作用离心力，因此能够防止振动检测器60从轴承主体20分离或发生破损。能够防止由从轴承主体20分离的振动检测器60引起的轴承主体20的破损。振动检测器60向控制部80输入与在轴承主体20产生的振动对应的检测信号。优选为，振动检测器60将在轴承主体20产生的振动所引起的压力转换为电力，将所转换的电力储存于电池90。

控制部80作为运算部而发挥功能，该运算部用于基于来自振动检测器60的检测信号来计算轴承主体20的振动和轴承主体20的转速。优选为，控制部80能够与个人计算机(PC)等未图示的外部装置通过无线或有线进行通信，作为运算结果将轴承主体20的振动和转速向外部装置输出。更优选为，控制部80基于所算出的轴承主体20的振动和转速来检测轴承主体20的异常，将检测结果向外部装置输出。运算部中的具体的运算方法的一例、异常的检测方法的一例在后文叙述。

供油单元40整体为圆环形状，设置于轴承主体20的环状空间28的轴向一侧的附近。供油单元40具有外壳41和延伸部42。延伸部42从该外壳41沿轴向延伸地设置。

在供油单元40所包含的外壳41内部的空间中还设有润滑油(油)用的罐62及泵61。在泵61中含有储存部63和未图示的排出机构。储存部63积存从罐62供给的微量的润滑油。未图示的排出机构将供给到储存部63的润滑油从排出口64压出。优选为，控制部80还与排出机构电连接，对泵61中的排出动作(供油动作)进行控制。或者，也可以为，排出机构能够与未图示的PC等外部的控制装置进行通信，按照该控制装置的控制来进行供油动作。详细而言，通过按照控制部80或未图示的外部的控制装置的控制的排出机构，泵61将微量的润滑油以油滴形式朝向轴向另一侧(图1的右侧)排出。从排出口64排出的油滴与滚动体23或内圈滚道槽25触碰。即，供油单元40设置于轴承主体20的环状空间28的轴向附近，能够向该环状空间28供给润滑油。

优选为，上述排出机构与电池90连接，从电池90接受电力的供给。更优选为，排出机构仅将从电池90供给的电力作为动力源而进行供油动作。由此，在滚动轴承装置100中，无需来自外部的供电而由供油单元40进行供油动作。

图3是表示控制部80的装置结构的一例的框图。参照图3，控制部80包括CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)11、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)12、传感器I/F13和通信部14。CPU对装置整体进行控制。ROM11存储由CPU10执行的程序。RAM12作为由CPU10执行程序时的作业区域。传感器I/F13是用于实现与振动检测器60的通信的接口(I/F)。通信部14实现与未图示的外部装置的通信。

图4是表示用于在控制部80中进行基于来自振动检测器60的检测信号的处理的功能结构的一例的框图。图4的各功能通过控制部80的CPU10将存储于ROM11的程序读取到RAM12上并执行而主要由CPU10来实现。但是，至少一部分功能也可以由专用的电子电路等、图3未示出的其他硬件来实现。

参照图4，控制部80的CPU10包括运算部101，该运算部101用于基于来自振动检测器60的检测信号来计算轴承主体20的振动及转速。优选为，CPU10包括第一检测部102和第二检测部103。第一检测部102基于由运算部101算出的轴承主体20的振动，检测轴承主体20的异常。第二检测部103进一步基于由运算部101算出的轴承主体20的转速，检测由第一检测部102检测出的异常的产生部位。运算部101中的运算结果、及第一检测部102和第二检测部103中的检测结果也可以由通信部14向未图示的外部装置发送。

图5是表示运算部101中的运算方法的概要的图。参照图5，从例如包括压电元件的振动检测器60向控制部80输入与轴承主体20的振动对应的作为检测信号的电压信号(步骤S1)。运算部101对所输入的电压信号进行采样，利用快速傅里叶变换(FFT：Fast FourierTransform)等方法对作为其结果的波形进行频率解析而获得频率成分，从其中获得一个以上的峰值频率(X1、X2、…Xn)(步骤S2)。

运算部101预先存储轴承主体20的固有的振动次数。轴承主体20的固有的振动次数是指平均绕轴旋转一周的激振力所固有的激振次数N。运算部101存储与滚动体23、轴7等的机械的激振力、由轴7的旋转产生的激振力、由连接有轴承主体20的未图示的电动机引起的激振力(脉动)分别对应的、一个以上的激振次数(N1、N2、…Nn)。

运算部101将通过步骤S2得到的一个以上的峰值频率(X1、X2、…Xn)的每一个以一个以上的激振次数(N1、N2、…Nn)分别相除，从而求算对应每个激振次数的转速(X1/N1、X2/N1、…Xn/N1)、(X1/N2、X2/N2、…Xn/N2)、…(X1/Nn、X2/Nn、…Xn/Nn)。运算部101比较对一个以上的激振次数(N1、N2、…Nn)分别算出的转速(X1/N1、X2/N1、…Xn/N1)、(X1/N2、X2/N2、…Xn/N2)、…(X1/Nn、X2/Nn、…Xn/Nn)，将其中一致的转速确定为轴承主体20的转速。

在该例中，运算部101需要使用预先存储的一个以上的激振次数(N1、N2、…Nn)中的至少两个激振次数来算出对应每个激振次数的转速，并对这些进行比较。但是，运算方法不限定于上述的方法。作为其他例，运算部101对从振动检测器60输入的电压信号进行整流而获得直流(DC)输出(步骤S3)，根据该直流输出的电压来确定转速的范围。运算部101将通过步骤S2得到的一个以上的峰值频率(X1、X2、…Xn)的每一个以预先存储的一个激振次数N相除而获得转速(X1/N、X2/N、…Xn/N)，从其中，将符合上述范围的转速确定为轴承主体20的转速。即，运算部101也可以仅使用预先存储的一个激振次数来计算轴承主体20的转速。

第一检测部102比较通过上述步骤S2得到的一个以上的峰值频率(X1、X2、…Xn)各自的振幅和作为阈值预先存储的正常旋转时的振幅，在存在比该阈值大的振幅的情况下，检测轴承主体20的异常。

在温度传感器等未图示的其他检测器搭载于滚动轴承装置100的情况下，第一检测部102也可以进一步考虑该检测器的检测结果来检测轴承主体20的异常。

第二检测部103基于由第一检测部102检测出比作为上述阈值的正常旋转时的振幅大的振幅的峰值频率，检测异常产生的部位。具体而言，第二检测部103确定与将峰值频率以由运算部101算出的轴承主体20的转速相除而获得的激振次数N一致的、运算部101所存储的平均绕轴旋转一周的激振力所固有的激振次数，从而将与该激振次数对应的部位确定为异常产生的部位。

图6是表示控制部80中的动作的流程的一例的流程图。关于图6的流程图所表示的动作，通过控制部80的CPU10将存储于ROM11的程序读取到RAM12上并执行而发挥图5的各功能来实现。

参照图6，控制部80的CPU10当从振动检测器60接受检测信号的输入时(步骤S101中为“是”)，基于由该信号所表示的压力值来计算轴承主体20的振动(步骤S103)。

接着，CPU10对从振动检测器60输入的电压信号进行采样，对作为其结果的波形进行频率解析(步骤S105)，基于在步骤S105中得到的频率成分和预先存储的轴承主体20的固有的振动次数，计算轴承主体20的转速(步骤S107)。

CPU10从在上述步骤S105中得到的频率成分中确定一个以上的峰值频率(步骤S109)，比较各峰值频率的振幅和作为阈值预先存储的正常旋转时的振幅。由此，CPU10检测轴承主体20的异常(步骤S111)。详细而言，在一个以上的峰值频率各自的振幅即使有一个比阈值大的情况下(步骤S111中为“是”)，CPU10检测为在轴承主体20产生了异常，向未图示的外部装置等输出检测结果(步骤S113)。优选为，CPU10还基于表示该异常的检测中使用的上述振幅的峰值频率和在上述步骤S107中算出的轴承主体20的转速，确定异常的产生部位(步骤S115)，作为检测结果将表示该产生部位的信息向未图示的外部装置等输出(步骤S117)。

CPU10对于从在上述步骤S105中得到的频率成分中确定的一个以上的所有峰值频率，反复进行上述步骤S111～S117的动作。当对所确定的所有峰值频率完成上述动作时(步骤S119中为“否”)，CPU10将在上述步骤S103中算出的轴承主体20的振动及在上述步骤S107中算出的轴承主体20的转速作为计算结果向未图示的外部装置等输出(步骤S121)。

在本实施方式的滚动轴承装置100中，仅使用振动检测器60来获得轴承主体20的振动和转速。因此，与搭载用于分别获得振动和转速的检测器的情况相比，能够简化滚动轴承装置100的结构。

而且，在滚动轴承装置100中，振动检测器60与作为固定圈的外圈22抵接设置。因此，即使在轴承主体20高速旋转的情况下，也不会对振动检测器60作用离心力。由此，防止振动检测器60从轴承主体20分离而破损或从轴承主体20分离的振动检测器60使轴承主体20破损。

在本实施方式的滚动轴承装置100中，基于来自振动检测器60的检测值来检测轴承主体20的异常。因此，与分别另行搭载用于检测振动的传感器和用于检测转速的传感器的情况相比，能够实现滚动轴承装置100的结构的简化并检测轴承主体的异常。

而且，在本实施方式的滚动轴承装置100中，基于来自振动检测器60的检测值来检测轴承主体20的异常的产生位置。因此，与分别另行搭载用于检测振动的传感器和用于检测转速的传感器的情况相比，能够实现滚动轴承装置100的结构的简化，并进一步检测轴承主体的异常的产生部位。

而且，在本实施方式的滚动轴承装置100中，基于振动检测器60的检测信号而生成电力，将电力储存于电池90。因此，实现滚动轴承装置100的结构的简化，并且还能够进行发电。

而且，在本实施方式的滚动轴承装置100中包括用于向轴承主体供油的供油单元40。供油单元40将从上述的电池90供给的电力作为动力源而进行对轴承主体20的供油动作。特别是，来自供油单元40的轴承主体20所需的供油量为微量，因此其供油动作所需的电力也较小。因此，在滚动轴承装置100中，能够通过从电池90供给的电力来提供供油动作所需的电量，能够无需来自外部的供电而向轴承主体20供油。

在以上的说明中，示出了控制部80搭载于滚动轴承装置100的例子。但是，控制部80也可以是由与滚动轴承装置100另行配置的PC等其他装置来实现或者与该其他装置进行协作来实现的功能。在该情况下，振动检测器60还具有通信功能，向PC等其他装置发送检测信号。图3的各功能由PC等其他装置来实现，接收来自振动检测器60的检测信号。由此，由PC等其他装置实现的控制部80计算轴承主体20的振动及转速，并检测轴承主体20的异常以及异常的产生部位。

即使是这样的结构，与第一实施方式的滚动轴承装置100同样地，与分别另行搭载用于检测振动的传感器和用于检测转速的传感器的情况相比，也能够简化滚动轴承装置100的结构。

此次公开的实施方式应理解为在所有方面为例示而非限制性的。本发明的范围不是由上述的说明表示而是由权利要求表示，旨在包含与权利要求均等的含义及范围内的所有的变更。

根据本发明，能够简化滚动轴承装置的结构。

Claims (6)

1.一种滚动轴承装置，具备：

轴承主体，具有呈同心状设置的固定圈和旋转圈、及设置于所述固定圈与所述旋转圈之间的多个滚动体；

振动检测器，安装于所述固定圈；及

运算部，基于来自所述振动检测器的检测信号来计算所述轴承主体的振动及转速，其中，

所述运算部基于从所述检测信号获得的所述振动的频率成分和所述轴承主体的固有的振动次数来计算所述转速。

2.根据权利要求1所述的滚动轴承装置，其中，

所述滚动轴承装置还具备第一检测部，所述第一检测部用于基于从所述频率成分获得的峰值频率的振幅来检测异常。

3.根据权利要求2所述的滚动轴承装置，其中，

所述滚动轴承装置还具备第二检测部，所述第二检测部用于基于所述峰值频率中的表示用于在所述第一检测部中检测异常的所述振幅的峰值频率、及由所述运算部算出的所述转速，来检测所述异常的产生部位。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的滚动轴承装置，其中，

所述振动检测器利用所述检测信号来生成电力，

所述滚动轴承装置还具备用于储存由所述振动检测器生成的电力的电池。

5.根据权利要求4所述的滚动轴承装置，其中，

所述滚动轴承装置还具备用于向所述轴承主体供油的供油单元，其中，

所述供油单元将从所述电池供给的电力作为动力源而对所述轴承主体进行供油动作。

6.一种滚动轴承的异常的检测方法，在所述滚动轴承的呈同心状设置的固定圈和旋转圈中的所述固定圈安装有振动检测器，

所述检测方法包括：

基于来自所述振动检测器的检测信号来计算所述滚动轴承的振动及转速的步骤；及

检测所述滚动轴承的异常的步骤，其中，

在计算所述振动及转速的步骤中，包括基于所述振动的频率成分和所述滚动轴承的固有的振动次数来计算所述转速的步骤，

在检测所述异常的步骤中，包括基于从所述频率成分获得的峰值频率的振幅来检测异常的步骤。