CN110320038B - 滚动轴承的异常诊断方法以及异常诊断装置 - Google Patents

Abstract

提供滚动轴承的异常诊断方法以及异常诊断装置，在不受旋转速度、传递函数的影响的情况下计算可与其它机器进行比较的绝对的评价指标，高精度地判断有无异常。作为滚动轴承的异常诊断方法，执行如下步骤:振动测定步骤，测定主轴的振动；频率分析步骤，对振动进行频率分析，算出每个频率的振动的大小；特征频率计算步骤，根据轴承的规格和测定振动时的主轴的旋转速度算出作为振动的频率的特征频率；振动值计算步骤，将特征频率下的振动的大小除以以测定振动时的主轴的角速度为底、以正数为幂指数的值，算出去除了旋转速度的影响的振动值；评价指标计算步骤，根据振动值计算评价指标；判断步骤，根据评价指标来判断有无异常。

Description

滚动轴承的异常诊断方法以及异常诊断装置

技术领域

本发明涉及用于机床等的、诊断支承主轴等旋转体的滚动轴承的异常的方法以及装置。

背景技术

当在支承旋转体的滚动轴承发生内圈的损伤等异常时，会产生振动。由于轴承的异常而产生的力不是单纯的正弦波状，因此可以同时观测到高次谐波的频率成分的振动。这时产生的振动的频率(特征频率)与旋转速度成比例，可以根据旋转体的旋转速度和轴承规格算出。

在相隔基本频率的两个特征频率的振动的大小都较大的情况下，当观察所测定的振动的波形时，也可以解释为振幅正在以基本频率变动。由此，已知有如下方法：通过对所测定的振动的波形进行包络处理之后进行频率分析，从而将振幅的变动程度定量化而进行诊断。

例如在专利文献1中示出一种方法，在该方法中，对振动或声响进行测定并进行包络处理及频率分析，根据将基本频率成分的振动的大小除以作为全部频谱成分的积分值的全值而得到的计算值的大小来进行有无异常的判定。

在专利文献2中示出一种方法，在该方法中，对振动进行测定并进行包络处理和频率分析，通过将特征频率成分的值与针对每个特征频率分别设定的阈值进行比较来进行诊断，其中，所述每个特征频率考虑了通过打击试验预先测定的振动响应的水平差或旋转速度。

在专利文献3中示出一种方法，在该方法中，以提高振动测定精度为目的，在振动被测定得较大的谐振频带中进行测定，为了降低被放大的信号强度而将其与传递函数的反函数相乘。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4120099号公报

专利文献2：日本特许第5146008号公报

专利文献3：日本特开2017-37052号公报

即使由于相同的异常而产生相同大小的励振力，也会受到机械的振动模式(传递函数)的影响，因此振动的大小也不能测定为相同。此外，包络处理是不考虑传递函数的大小在各个频率下不同的情况而将多个频率的振动一并理解的处理，是多个频率的信息不可逆地混合的处理方法。

在对机床主轴那样的具有复杂的振动模式的旋转体实施诊断的情况下，有时，即使仅使旋转体的旋转速度改变10％从而特征频率改变10％，包络处理后的特征频率的振动的大小也会变化数倍。相对于旋转速度的变化，该增减是不规则的，若考虑到测定偏差，则也存在不能区别正常时和异常时的旋转速度。

由于包络处理后的特征频率的振动的大小除以全值的处理不是去除传递函数或旋转速度的影响的方法，因此，即使通过专利文献1的方法算出的计算值能够用于损伤的有无的判别程度，也存在无法进行定量的比较的问题。

此外，在进行包络处理时，多个频率的信息不可逆地混合而成为不是本来的振动频率的其它频率的振动，因此，在专利文献2中提出的、考虑到传递函数或旋转速度对包络处理后的特征频率的振动的大小产生的影响的阈值存在无法根据传递函数或旋转速度来合理地确定的问题。因此，在一般市售的轴承诊断装置中，存在如下问题：即使判断为异常的阈值的设定由使用者决定、或者预先具有判断为异常的阈值，判定结果也会根据实施测定的旋转速度而变化，从而无法判断是否真的异常。

此外，在专利文献3的方法中，在难以进行传递函数的测定的情况下，存在无法计算原来的振动的大小的问题。为了在实验中识别传递函数，需要输入和输出双方的信号。为了识别从轴承的异常引起的励振力向传感器位置的振动值的传递函数，需要将已知的励振力输入到组装后的机械的轴承位置，但是，存在难以进行向组装后的机械的轴承位置励振的问题。在替代地使用向可励振的轴承附近进行励振时的传递函数的情况下，存在如下问题：无法应对替代的传递函数的值与从轴承的异常引起的励振力向传感器位置的振动值的传递函数大不相同的频率的振动。

因此，虽然还已知通过有限元法分析机械的三维CAD模型来计算传递函数的方法，但是存在难以适当地设定衰减的大小、无法高精度地计算传递函数的绝对大小的问题。

另一方面，不仅由于传递函数而使对相同的力产生的振动的大小不同，而且，根据旋转速度的不同，由于轴承异常而产生的力的大小也发生变化。即，如果不考虑由于轴承异常而产生的力的大小和旋转速度之间的关系、以及传递函数双方，则存在无法根据所测定的振动的大小来计算绝对的评价指标的问题。

发明内容

因此，本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供滚动轴承的异常诊断方法以及异常诊断装置，能够在不受旋转速度或传递函数的影响的情况下计算能够与其它机器进行比较的绝对的评价指标，从而能够高精度地判断有没有异常。

为了实现上述目的，第1方面的发明是一种诊断支承旋转体的滚动轴承的异常的方法，其特征在于，执行如下步骤：

振动测定步骤，测定旋转体的振动；

频率分析步骤，对振动进行频率分析，算出每个频率的振动的大小；

特征频率计算步骤，根据滚动轴承的规格和在振动测定步骤中测定振动时的旋转体的旋转速度来计算作为振动的频率的特征频率；

振动值计算步骤，将特征频率下的振动的大小除以以规定的物理量为底、以正数为幂指数的值，算出去除了旋转速度的影响后的振动值，其中，所述规定的物理量与在振动测定步骤中测定振动时的旋转体的角速度具有比例关系；

评价指标计算步骤，根据振动值来计算评价指标；以及

判断步骤，根据评价指标来判断有没有异常。

第2方面的发明的特征在于，在第1方面的结构的基础上，幂指数是2。

第3方面的发明的特征在于，在第1方面的结构的基础上，在振动测定步骤中，使用振动传感器测定旋转体的振动，在评价指标计算步骤中，使用振动值以及特征频率下的从轴承异常引起的励振力向振动传感器的位置处的振动的传递函数来计算评价指标，在判断步骤中，通过将评价指标与预先设定的阈值进行比较来判断有没有异常。

第4方面的发明的特征在于，在第3方面的结构的基础上，在振动测定步骤中，在多个旋转速度下进行振动测定，在评价指标计算步骤中，计算以传递函数的大小进行加权后的加权平均评价指标作为评价指标。

第5方面的发明的特征在于，在第4方面的结构的基础上，在计算加权平均评价指标时使用的振动值和传递函数仅使用特征频率包含在预先指定的范围内的值。

第6方面的发明的特征在于，在第4方面的结构的基础上，还执行如下的推荐最高旋转速度计算步骤：在判断步骤中判断为异常时，使用评价指标和加权平均评价指标中的任意一方、旋转体的质量、旋转体的刚性转子的平衡度的上限值，计算推荐最高旋转速度。

第7方面的发明的特征在于，在第6方面的结构的基础上，还执行显示步骤，在该显示步骤中，在显示部显示推荐最高旋转速度。

第8方面的发明的特征在于，在第3至第7方面中的任一项的结构的基础上，旋转体是机床的主轴，在振动值计算步骤中，判别安装于主轴的刀具或夹具，根据判别出的刀具或夹具来选择用于计算评价指标或加权平均评价指标的传递函数。

为了实现上述目的，第9方面的发明是一种诊断支承旋转体的滚动轴承的异常的装置，其特征在于，具备：

振动测定单元，其测定旋转体的振动；

频率分析单元，其对振动进行频率分析，算出每个频率的振动的大小；

特征频率计算单元，其根据滚动轴承的规格和在振动测定步骤中测定振动时的旋转体的旋转速度计算作为振动的频率的特征频率；

振动值计算单元，其将特征频率中的振动的大小除以以规定的物理量为底、以正数为幂指数的值，算出去除了旋转速度的影响的振动值，其中，所述规定的物理量与在振动测定步骤中测定振动时的旋转体的角速度具有比例关系；

评价指标计算单元，其根据振动值来计算评价指标；以及

判断单元，其根据评价指标来判断有没有异常。

发明效果

根据本发明，将特征频率下的振动的大小除以以与测定振动时的旋转体的角速度成比例关系的规定的物理量为底、以正数为幂指数的值，算出去除了旋转速度的影响的振动值，根据该振动值算出用于判断有无异常的评价指标，因此，通过相对于将特征频率除以旋转频率而得到的值(特征比频率)不同的特征频率适当地选择旋转速度，能够测定并比较任意频率的振动。由此，由于能够在传递函数相同的相同频率下测定全部特征比频率的振动，所以，例如能够算出将去除了某一特征比频率的旋转速度的影响的振动值除以去除了旋转速度的影响的振动值的平均值(全值)而得到的值。由于该值不受传递函数的影响，因此能够进行不受测定位置、振动模式的影响的评价。由此，能够在不受旋转速度、传递函数的影响的情况下计算可与其它机器进行比较的绝对的评价指标，从而能够高精度地判断有没有异常。

附图说明

图1是滚动轴承的异常诊断装置的功能框图。

图2是示出轴承异常引起的励振力和角速度之间的关系的曲线图。

图3是异常诊断方法的流程图。

图4是显示诊断结果的说明图。

标号说明

1：主轴；2：主轴壳体；3：刀具；4：马达；5：速度检测器；6：控制装置；7：轴承；8：振动传感器；9：A/D转换器；10：存储部；11：运算部；12：显示部

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是示出将滚动轴承的异常诊断装置适用于机床主轴时的结构的功能框图，根据该图进行具体的说明。

主轴1被安装成能够经由作为滚动轴承的轴承7相对于主轴壳体2进行旋转，用于进行加工的刀具3固定在主轴1上。马达4驱动主轴1。在马达4上设有速度检测器5，所测定的马达4的旋转速度被输入到控制装置6。在加工时，控制装置6进行向马达4供给的电流的控制，使得将由速度检测器5测定到的马达4的旋转速度保持在指令旋转速度。

在主轴壳体2上安装有作为振动测定单元的振动传感器8，由振动传感器8测定的振动加速度由A/D转换部9转换为数字值，与振动测定时的旋转速度一同存储在存储部10中。存储部10还存储有安装有刀具3的情况下的从轴承异常引起的励振力向振动传感器8的位置处的振动的传递函数、作为旋转体的主轴1的质量、以及规格上的主轴1的最高旋转速度。运算部11根据存储在存储部10中的测定振动时的旋转速度和轴承规格进行轴承异常的特征频率的计算，进行存储在存储部10中的振动加速度的傅立叶变换，算出特征频率下的振动加速度的振幅，根据测定时的旋转速度、传递函数、主轴1的质量、规格上的主轴1的最高旋转速度计算作为评价指标的异常程度、推荐最高旋转速度，判断是否正常。即，运算部11作为频率分析单元、特征频率计算单元、振动值计算单元、评价指标计算单元以及判断单元来发挥功能。计算部11的诊断结果显示在显示部12上。

在轴承7中，在局部存在内圈损伤的情况下，内圈损伤随着主轴1的旋转而旋转，滚动体通过损伤的位置时产生的振动的方向发生变化，因此观测到相对于滚动体通过内圈损伤的频率低了旋转频率f_ROT的量的频率以及高了旋转频率f_ROT的量的频率的振动。该特征频率的计算可以如以下的算式1、算式2那样来进行。这里，f_I，N-是内圈损伤N次的低侧的特征频率，f_I，N+是内圈损伤N次的高侧的特征频率，Z是轴承7的滚动体的数量，D是轴承7的节圆直径，d是轴承7的滚动体直径，α是轴承7的接触角。

【算式1】

【算式2】

图2是对轴承异常引起的励振力F在横轴上绘制出角速度而得到的图，所述轴承异常引起的励振力F是通过如下方式算出的：对由存在内圈损伤的轴承7支承的主轴1以多个旋转速度测定振动加速度，算出特征比频率的振动振幅，除以与各个特征比频率对应的从轴承异常引起的励振力向振动传感器8的位置处的振动的传递函数。

但是，这里使用的传递函数不是从轴承异常引起的励振力向振动传感器8的位置处的振动的传递函数，而是替代为通过测定对轴承附近进行励振时的振动传感器8的位置处的振动而得到的传递函数。这里，轴承附近是指，通过有限元分析等求出的、对振动传感器8的位置进行励振时，轴承异常引起的励振力的产生位置和振动的方向、大小至少在某一频率范围内可视为相同的位置。根据即使替换传递函数的输入和输出也相同的相反定理，在某一频率范围内对轴承附近进行励振而得到的传递函数也可以被替代为从轴承异常引起的励振力向振动传感器8的位置处的振动的传递函数。

根据图2可知，存在轴承异常引起的励振力相对于角速度的增加而增加的倾向。大致上，轴承异常引起的励振力与角速度的平方前后成比例。可以认为，若存在内圈损伤，则在滚动体通过时，主轴1会在损伤方向上发生位移、变形，这时，如果主轴1的重心通过的轨迹(位移)与旋转速度无关而可视为恒定，则作为使主轴1的重心位移的反作用而产生的力与重心的位移的二阶微分成比例。由于重心的振动位移的频率是与旋转频率和角速度成比例的特征频率，因此该力与进行振动测定时的角速度的平方成比例。根据这些实验结果和假设，推测轴承异常引起的励振力与角速度的平方成比例。

这样，当轴承异常引起的励振力和旋转速度之间的关系明确时，能够算出从所测定的振动的值中去除了旋转速度的影响的值(考虑了旋转速度的振动值)，因此，能够选择关注的特征频率的传递函数较大(高灵敏度)的旋转速度来进行振动测定。

此外，作为还具有与旋转速度的平方成比例的性质的主轴1的异常，存在不平衡。不平衡引起的励振力为具有质量和长度之积的维度的不平衡量乘以角速度的平方的大小。通过将轴承损伤引起的振动的值除以传递函数和角速度的平方，能够算出能与不平衡量进行比较的评价指标。

另外，在所测定的旋转速度为多个的情况下，由于难以通过根据旋转速度而变化的特征频率进行讨论，因此利用将特征频率除以旋转频率而得到的值(特征比频率)进行讨论。内圈损伤的N次的低侧的特征比频率k_I，N-、内圈损伤的N次的高侧的特征比频率k_I，N+可以如以下的算式3、算式4那样分别求出。

【算式3】

【算式4】

另一方面，比频率m的振动频率为f₀的旋转频率f_ROT(f₀、m)可以如以下的算式5那样求出。

【算式5】

将在求出的旋转频率f_ROT(f₀、m)下测定的振动加速度的频率f₀、比频率m的振动成分的大小表述为A(m、f_ROT(f₀、m))时，考虑了旋转速度的振动值A^＊(m、f_ROT(f₀、m))可以如以下的算式6那样求出。

【算式6】

此外，在设频率f₀下的从轴承异常引起的励振力向振动传感器8的位置处的振动的传递函数的大小为G(f₀)时，可与不平衡量进行比较的异常程度U^＊(m、f_ROT(f₀、m))能够如以下的算式7那样求出。如后所述，这里的G(f₀)也可以是未知的。

【算式7】

如果在比频率m为m_MIN至m_MAX的n条件的旋转频率f_ROT(f₀、m)下测定振动加速度，则异常程度U^＊(m、f_ROT(f₀、m))的平均U_ave ^＊能够如以下的算式8那样求出。

【算式8】

特征比频率k处的异常程度U^＊(k，f_ROT(f₀，k))与平均U_ave ^＊之比R(k)可以如以下的式9那样求出。

【算式9】

在单一旋转速度下测定出的振动加速度的情况下，关于特征比频率k的振动振幅和一般的比频率m的振动振幅，由于频率不同，因此传递函数的大小不同，从而不能对它们进行单纯比较。但是，根据算式9可知，即使频率f₀下的从轴承异常引起的励振力向振动传递器8的位置处的振动的传递函数的大小G(f₀)是未知的，如果着眼于在多个旋转速度下始终相同的频率f0的振动加速度，则也能够算出特征比频率k下的异常程度U^＊(k、f_ROT(f₀、k))与平均U_ave ^＊之比R(k)。通过实验性地确定该值的阈值，能够在不受传递函数(机械的振动特性)的影响的情况下判定异常程度。

此外，如果从轴承异常引起的励振力向振动传感器8的位置处的振动的传递函数的大小G(f)在f_MIN至f_MAX的范围内是已知的，则通过在满足以下的算式10的旋转频率f_ROT下实施振动加速度的测定，能够根据以下的算式11算出可与针对特征比频率k的不平衡量进行比较的异常程度U^＊(k、f_ROT(f、k))。

【算式10】

【算式11】

可与不平衡量进行比较的异常程度U^＊(k、f_ROT(f、k))是与不平衡量同样不依赖于机械的振动特性或旋转速度(旋转频率)的值。但是，在特征比频率的传递函数较小的旋转频率下进行测定时，由于所测定的振动加速度的大小变小，因此容易受到噪声的影响，估计出的可与不平衡量进行比较的异常程度U^＊(k、f_ROT(f、k))的可靠性降低。

因此，关于根据通过多个旋转频率测定出的加速度算出的可与不平衡量进行比较的异常程度U^＊(k、f_ROT(f、k))，优选通过取根据传递函数的大小加权后的加权平均来实现估计精度的提高。可与不平衡量进行比较的异常程度的根据传递函数的大小进行加权后的加权平均异常程度U^＊＊(k)能够如以下的算式12那样算出。由于U^＊＊(k)仅求出U^＊(k、f_ROT(f、k))的平均，因此是能够同样处理的评价指标。

【算式12】

另外，关于旋转机械-刚体转子的平衡度，在JIS B0905中根据平衡度的等级确定了平衡度的上限值。在设旋转体的质量为M_ROT，平衡度的上限值为G_MAX，实用最高旋转速度为f_ROTMAX时，允许残留不平衡U_MAX可以如以下的算式13那样求出。

【算式13】

通过判断可与不平衡量进行比较的异常程度U^＊(k、f_ROT(f、k))、或根据可与不平衡量进行比较的异常程度的传递函数的大小进行加权后的加权平均异常程度U^＊＊(k)是否超过通过算式13算出的允许残留不平衡U_MAX，能够判断由于轴承异常而产生的励振力是否是产生不满足平衡度的等级的程度的较大振动的水准，从而能够诊断有没有异常。

此外，还能够根据算出的可与不平衡量进行比较的异常程度U^＊(k、f_ROT(f、k))、或根据可与不平衡量进行比较的异常程度的传递函数的大小加权后的加权平均异常程度U^＊＊(k)算出代表的异常程度U_rep，通过判断其是否超过通过算式13算出的允许残留不平衡U_MAX来诊断有没有异常。该代表的异常程度U_rep例如如以下的算式14那样取最大值。

【算式14】

相反，用于在不产生满足平衡度的等级的振动的范围内使用的推荐最高旋转速度f_{ROTrecommended}能够如以下的算式15那样求出。

【算式15】

图3是示出进行轴承7的异常判断的方法的流程图，根据该流程图具体进行说明。

首先，在S1中，根据由速度检测器5测定的速度是否为非零、速度的变化量是否在基准值以下、向马达4供给的电流量是否在基准值以下来判断主轴1正在以恒定的旋转速度旋转，并且不是在加工中(即，处于能够进行异常诊断的测定的状态)。

这里，如果判断为主轴1正在以恒定的旋转速度旋转，并且不是加工中(S1中为“是”)，则转移到S2。不是这样的情况下(S1中为“否”)，则废弃在S3中暂时存储的振动加速度，转移到S1。

在S2中，利用振动传感器8测定振动加速度并临时存储。接下来，在S4中，判断数据长度是否达到诊断所需的点数，在数据长度达到诊断所需的点数的情况下(S4中为“是”)，在S5中，记录测定时的旋转速度和临时存储的振动加速度，转移到S6。不是这样的情况下，返回S1(S1～S5：振动测定步骤)。

在S6中，进行振动加速度的傅立叶变换，算出每个频率的振动加速度的大小(S6：频率分析步骤)，转移到S7。在S7中，根据测定时的旋转速度和轴承规格，例如使用上述算式1，2计算诊断对象的轴承7的全部特征频率(S7：特征频率计算步骤)。

接下来，在S8中，判断第P个特征频率是否处于预先指定的频率范围内，这里，在第P个特征频率处于预先指定的频率范围内的情况下，转移到S9。在第P个特征频率不在预先指定的频率范围内的情况下，对下一个特征频率进行S8的判别。

在S9中，例如使用上述算式6算出将加速度的第P个特征频率下的振动加速度的大小除以诊断时的角速度的平方而得到的值(考虑了旋转速度的振动值)，按每个特征比频率进行记录。

接下来，在S10中，根据当前的刀具编号来判断所安装的刀具，根据第P个特征频率和刀具选择从所对应的轴承异常引起的励振力向振动传感器8的位置处的振动的传递函数，求出第P个特征频率下的传递函数的大小，按每个特征比频率进行记录。

接下来，在S11中，判断作为诊断对象的轴承7的特征频率的处理是否已结束，如果已结束，则转移到S12(S8～S11：振动值计算步骤)。如果没有结束，则对下一个特征频率进行S8的判别。

在S12中，在各个特征比频率下算出到此为止的S10中所记录的传递函数的大小的合计值，在S13中，判断合计值为最小的特征比频率的合计值是否超过基准值(是否能够进行异常诊断)。这里，在超过基准值的情况下，转移到S14。在未超过基准值的情况下，返回S1。

在S14中，在各个特征比频率下，算出考虑了到此为止的S9中所记录的旋转速度的振动值的合计值，通过除以在S12中算出的与各个特征比频率对应的传递函数的大小的合计值，算出作为用传递函数加权后的加权平均评价指标的异常程度(例如算式12的加权平均异常程度U^＊＊(k))。

接下来，在S15中，根据全部特征比频率的评价指标的值算出代表的异常程度(例如算式14的代表的异常程度U_rep)(S12～S15:评价指标计算步骤)。

接下来，在S16中，判别代表的异常程度是否超过作为根据主轴1的质量、平衡度的上限值、实用最高旋转速度(规格上的最高旋转速度)算出的阈值的允许残留不平衡(例如算式13的允许残留不平衡U_MAX)(判断步骤)。

在S16的判别中超过了的情况下，在S17中判断为异常，根据主轴1的质量、平衡度的上限值、代表的异常程度算出推荐最高旋转速度作为诊断结果(例如算式15的推荐最高旋转速度f_{ROTrecommended})(推荐最高旋转速度计算步骤)。

在未超过的情况下，在S18中判断为正常。然后，在S19中记录诊断结果。

接下来，在S20中，删除在S9和S10中记录的考虑了旋转速度的振动值的合计值以及传递函数的大小的合计值，在S21中，在显示部12显示图4所示的诊断结果(显示步骤)。

在图4中，以时间序列显示规格上的最高旋转速度、实际使用的每一定期间的使用最高旋转速度(使用实绩)、以及通过诊断算出的推荐最高旋转速度。此外，在推荐最高旋转速度相对于使用实绩下降了的情况下(图4中为机床B)，还可以显示警告。

这样，根据上述方式的轴承7的异常诊断方法以及装置，能够从所测定的振动值中去除旋转速度的影响，因此，通过相对于将特征频率除以旋转频率而得到的值(特征比频率)不同的特征频率适当地选择旋转速度，能够作为任意频率的振动进行测定并比较。由此，能够在传递函数相同的相同频率下测定全部特征比频率的振动，因此，例如能够算出将考虑了某一特征比频率的旋转速度的振动值除以考虑了旋转速度的振动值的平均值(全值)而得到的值。由于该值不受传递函数的影响，因此能够进行不受测定位置、振动模式的影响的评价。由此，能够在不受旋转速度、传递函数的影响的情况下算出可与其它机床进行比较的绝对的评价指标，从而能够高精度地判断有无异常。

另一方面，在异常严重的情况下、或同时存在多个异常的情况下，全值也有可能变大，因此有可能将考虑了特征比频率的旋转速度的振动值除以全值而得到的值计算得较小。

但是，这里，由于算出了评价指标(异常程度U^＊(k、f_ROT(f、k)))，因此能够对异常的程度进行绝对评价，其中所述评价指标具有与使用考虑了旋转速度的振动值和传递函数的大小求出的不平衡相同的维度。

此外，由于算出了利用传递函数的大小对具有与不平衡相同的维度的评价指标进行加权后的加权平均评价指标(加权平均异常程度U^＊＊(k))，因此，能够难以受到在容易受到噪声的影响的传递函数较小的条件下测定的振动值的影响，因此能够期待较高的诊断精度。此外，由于能够从所测定的振动值中去除旋转速度的影响，因此，即使在诊断中考虑的特征比频率的范围较大，通过选择与各个特征比频率一致的旋转速度，也能够在相同的频率范围内进行测定。此外，由于仅使用从轴承异常引起的励振力向振动传感器8的位置处的振动的传递函数的估计精度较高的频率范围，因此能够期待较高的诊断精度。

并且，与仅判断是否发生了故障的诊断装置不同，能够将异常程度定量地计算为推荐最高旋转速度，因此，在作为旋转体而以机床的主轴1作为诊断对象的情况下，轴承7存在异常的机床的管理者还可以采取如下选择：作为仅在推荐最高旋转速度以下的低旋转速度的条件下使用的机械，在不进行修理的情况下使用。此外，根据多个机床各自的使用最高旋转速度(使用实绩)和推荐最高旋转速度的比较，能够判断应优先修理哪个机床并制定修理计划。

此外，即使在使用传递函数根据安装在主轴1上的刀具(也可以是夹具)的不同而大幅变化的频率范围的振动值的情况下，由于自动地选择与各个刀具或夹具对应的传递函数来计算评价指标，因此能够期待较高的诊断精度。

另外，在上述方式中，作为评价指标，使用了根据加权平均异常程度算出的代表的异常程度，但是，也可以使用可与算出的不平衡量进行比较的异常程度(算式11)或加权平均异常程度(算式12)。通过对上述方式的评价指标和阈值双方乘以常数(例如，2×圆周率×实用最高旋转速度÷旋转质量)，完全相同的理论也成立。该情况下，作为阈值，可以使用平衡度的上限值本身，也可以设为机床主轴上的共同的阈值。

此外，在上述方式中，在考虑了旋转速度的振动值的计算中，用角速度的平方进行除法运算，但是，只要是正数，还可以是其它幂指数，作为与角速度成比例关系的物理量，旋转速度或旋转频率也能够获得同等的效果，因此能够置换。

此外，在根据全部特征比频率的评价指标的值计算代表的评价指标的情况下，可以设为全部特征比频率的评价指标的值的最大值，也可以根据使用了多个特征比频率的评价指标值的函数等来确定。

另一方面，多个旋转速度下的振动的测定还可以在预先确定的多个旋转速度下，在带有相同的刀具或夹具的状态下连续地进行。该情况下，能够预先求出算式12的分母的值，因此能够缩短诊断时间。此外，即使在安装了未求出传递函数的刀具或夹具的情况下，通过使用惯性力矩的值接近的传递函数已知的刀具或夹具的算式12的分母的值，也能够近似地算出异常程度。在传递函数已知的刀具或夹具中不存在惯性力矩的值接近的刀具或夹具的情况下，还可以通过根据惯性力矩不同的多个传递函数已知的刀具或夹具的算式12的分母的值进行内插或外插来确定针对未求出传递函数的刀具或夹具的算式12的分母的值。

此外，在上述方式中，举出内圈损伤引起的轴承异常为例进行了说明，但是也可以适用于滚动体的损伤等不同的轴承异常。

此外，即使是用于机床以外的机器的滚动轴承，也能够适用本发明。

Claims (9)

1.一种滚动轴承的异常诊断方法，其是诊断支承旋转体的滚动轴承的异常的方法，其特征在于，执行如下步骤：

振动测定步骤，测定所述旋转体的振动；

频率分析步骤，对所述振动进行频率分析，算出每个频率的振动的大小；

特征频率计算步骤，根据所述滚动轴承的规格以及在所述振动测定步骤中测定振动时的所述旋转体的旋转速度，算出作为振动的频率的特征频率；

振动值计算步骤，将所述特征频率下的振动的大小除以以规定的物理量为底、以正数为幂指数的值，算出去除了所述旋转速度的影响的振动值，其中，所述规定的物理量与在所述振动测定步骤中测定振动时的所述旋转体的角速度具有比例关系；

评价指标计算步骤，根据所述振动值算出评价指标；以及

判断步骤，根据所述评价指标来判断有没有异常，

在所述振动测定步骤中，使用振动传感器测定所述旋转体的振动，

在所述评价指标计算步骤中，使用所述振动值以及所述特征频率下的从轴承异常引起的励振力向所述振动传感器的位置处的振动的传递函数，算出所述评价指标，

在所述判断步骤中，将所述评价指标与预先设定的阈值进行比较，判断有没有异常。

2.根据权利要求1所述的滚动轴承的异常诊断方法，其特征在于，

所述幂指数是2。

3.根据权利要求1所述的滚动轴承的异常诊断方法，其特征在于，

在所述振动测定步骤中，在多个所述旋转速度下进行振动测定，

在所述评价指标计算步骤中，计算以所述传递函数的大小进行加权后的加权平均评价指标作为所述评价指标。

4.根据权利要求3所述的滚动轴承的异常诊断方法，其特征在于，

在计算所述加权平均评价指标时使用的所述振动值和所述传递函数仅使用所述特征频率包含在预先指定的范围内的值。

5.根据权利要求3所述的滚动轴承的异常诊断方法，其特征在于，

还执行如下的推荐最高旋转速度计算步骤：在所述判断步骤中判断为异常时，使用所述评价指标和所述加权平均评价指标中的任意一方、所述旋转体的质量、所述旋转体的刚性转子的平衡度的上限值，计算推荐最高旋转速度。

6.根据权利要求5所述的滚动轴承的异常诊断方法，其特征在于，

还执行显示步骤，在该显示步骤中，在显示部显示所述推荐最高旋转速度。

7.根据权利要求3至6中的任一项所述的滚动轴承的异常诊断方法，其特征在于，

所述旋转体是机床的主轴，

在所述振动值计算步骤中，判别安装于所述主轴的刀具或夹具，根据判别出的所述刀具或夹具来选择用于计算所述评价指标或所述加权平均评价指标的所述传递函数。

8.根据权利要求1所述的滚动轴承的异常诊断方法，其特征在于，

所述旋转体是机床的主轴，

在所述振动值计算步骤中，判别安装于所述主轴的刀具或夹具，根据判别出的所述刀具或夹具来选择用于计算所述评价指标的所述传递函数。

9.一种滚动轴承的异常诊断装置，其是诊断支承旋转体的滚动轴承的异常的装置，其特征在于，该异常诊断装置具备：

振动测定单元，其测定所述旋转体的振动；

频率分析单元，其对所述振动进行频率分析，算出每个频率的振动的大小；

特征频率计算单元，其根据所述滚动轴承的规格以及由所述振动测定单元测定振动时的所述旋转体的旋转速度，算出作为振动的频率的特征频率；

振动值计算单元，其将所述特征频率下的振动的大小除以以规定的物理量为底、以正数为幂指数的值，算出去除了所述旋转速度的影响的振动值，其中，所述规定的物理量与由所述振动测定单元测定振动时的所述旋转体的角速度具有比例关系；

评价指标计算单元，其根据所述振动值算出评价指标；以及

判断单元，其根据所述评价指标来判断有没有异常，

所述振动测定单元使用振动传感器测定所述旋转体的振动，

所述评价指标计算单元使用所述振动值以及所述特征频率下的从轴承异常引起的励振力向所述振动传感器的位置处的振动的传递函数，算出所述评价指标，

所述判断单元将所述评价指标与预先设定的阈值进行比较，判断有没有异常。

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