CN116113772A - 轴承装置的状态的检测方法、检测装置以及程序 - Google Patents
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Abstract
一种检测方法，对包括外侧部件、内侧部件以及多个滚动体而构成的轴承装置的状态进行检测，其中，在对所述轴承装置施加了规定的载荷的状态下，对由所述外侧部件、所述内侧部件以及多个所述滚动体构成的电路施加交流电压，测定施加所述交流电压时的所述电路的阻抗以及相位角，基于所述阻抗以及所述相位角，导出所述内侧部件与多个所述滚动体之间、或者所述内侧部件与多个所述滚动体之间的至少一者中的油膜厚度以及金属接触比例。
Description
技术领域
本发明涉及轴承装置的状态的检测方法、检测装置以及程序。
背景技术
以往，在轴承装置中，使用润滑剂(例如，润滑油、润滑脂)对其旋转进行润滑的结构正在广泛普及。另一方面，通过对于轴承装置等旋转部件定期地进行状态诊断，从而提前检测损伤、磨损来抑制旋转部件的故障等的产生。
在使用润滑剂的轴承装置中，为了诊断其动作状态，要求适当地检测与润滑剂相关的状态。例如，在专利文献1中，公开了对轴承施加直流的低电压，根据测定出的电压来诊断轴承中的油膜状态的方法。另外，在专利文献2中公开了如下方法：将油膜模型化为电容器，在与轴承的旋转轮非接触的状态下施加交流电压，基于测定出的静电电容来推定轴承装置的油膜状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实公平05-003685号公报
专利文献2：日本专利第4942496号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
近年来，要求滚动轴承进一步低转矩化。对应于该低转矩化，在滚动轴承中使用的润滑剂的低粘度化、低油量化正在发展。在这样的状况下，滚动轴承内部的油膜断裂的可能性、部件间的接触比例变高。因此，除了油膜厚度以外，还要求适当地检测滚动轴承内部的部件间的接触状态。在专利文献2的方法中，仅进行油膜厚度的测定，难以掌握金属接触比例。另外，由于没有考虑接触区域外的静电电容，因此测定精度不高。进一步地，没有着眼于载荷方向进行测定。
鉴于上述课题，本申请的目的在于，考虑载荷方向而同时进行轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的金属接触比例的检测。
用于解决问题的技术手段
为了解决上述问题，本申请具有以下的结构。即一种检测方法的特征在于：
所述检测方法对包括外侧部件、内侧部件以及多个滚动体而构成的轴承装置的状态进行检测，
在对所述轴承装置施加了规定的载荷的状态下，对由所述外侧部件、所述内侧部件以及多个所述滚动体构成的电路施加交流电压，
测定施加所述交流电压时的所述电路的阻抗以及相位角，
基于所述阻抗以及所述相位角，导出所述内侧部件与多个所述滚动体之间、或者所述内侧部件与多个所述滚动体之间的至少一者中的油膜厚度以及金属接触比例。
另外，本发申请发明的另一方式具有以下的结构。即一种检测装置的特征在于，
所述检测装置对包括外侧部件、内侧部件以及多个滚动体而构成的轴承装置的状态进行检测，
所述检测装置具有：
获取单元，在对所述轴承装置施加了规定的载荷的状态下，所述获取单元获取对由所述外侧部件、所述内侧部件以及多个所述滚动体构成的电路施加交流电压时得到的施加所述交流电压时的所述电路的阻抗以及相位角；以及
导出单元，所述导出单元基于所述阻抗和所述相位角，导出所述内侧部件与多个所述滚动体之间、或者所述内侧部件与多个所述滚动体之间的至少一者中的油膜厚度以及金属接触比例。
另外，本发申请发明的另一方式具有以下的结构。即，一种程序的特征在于，
用于使计算机作为获取单元和导出单元发挥功能，
获取单元，在对包括外侧部件、内侧部件以及多个滚动体而构成的轴承装置施加了规定的载荷的状态下，所述获取单元获取对由所述外侧部件、所述内侧部件以及多个所述滚动体构成的电路施加交流电压时得到的施加所述交流电压时的所述电路的阻抗以及相位角，
导出单元，所述导出单元基于所述阻抗以及所述相位角，导出所述内侧部件与多个所述滚动体之间、或者所述内侧部件与多个所述滚动体之间的至少一者中的油膜厚度以及金属接触比例。
发明效果
根据本申请，能够考虑载荷方向而同时进行轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的接触比例的检测。
附图说明
图1是示出本申请第一实施方式所涉及的诊断时的装置结构的例子的概略图。
图2是表示本申请第一实施方式所涉及的轴承装置的物理模型的曲线图。
图3是表示本申请第一实施方式所涉及的几何学模型的曲线图。
图4是用于说明本申请第一实施方式所涉及的轴承装置的等效电路的电路图。
图5是用于说明本申请第一实施方式所涉及的轴承装置的等效电路的电路图。
图6是用于说明本申请第一实施方式所涉及的负载圈及非负载圈的图。
图7A是用于说明本申请第一实施方式所涉及的负载圈的静电电容的图。
图7B是用于说明本申请第一实施方式所涉及的负载圈的静电电容的图。
图8是用于说明本申请第一实施方式所涉及的等效电路的电路图。
图9是用于说明本申请第一实施方式所涉及的静电电容的曲线图。
图10是本申请第一实施方式所涉及的测定时的处理的流程图。
图11A是表示本申请第一实施方式所涉及的测定结果的曲线图。
图11B是表示本申请第一实施方式所涉及的测定结果的曲线图。
图12A是用于说明本申请第二实施方式所涉及的密封件的影响的曲线图。
图12B是用于说明本申请第二实施方式所涉及的密封件的影响的曲线图。
图13是用于说明本申请第二实施方式所涉及的等效电路的图。
图14是用于说明本申请第二实施方式所涉及的静电电容的曲线图。
图15A是表示本申请第二实施方式所涉及的测定结果的曲线图。
图15B是表示本申请第二实施方式所涉及的测定结果的曲线图。
图16A是用于说明本申请第二实施方式所涉及的测定精度的曲线图。
图16B是用于说明本申请第二实施方式所涉及的测定精度的曲线图。
图17A是用于说明本申请第二实施方式所涉及的测定精度的曲线图。
图17B是用于说明本申请第二实施方式所涉及的测定精度的曲线图。
符号说明
1…诊断装置
2…轴承装置
3···外圈(外侧部件)
4…内圈(内侧部件)
5…滚动体
6…密封件
7…旋转轴
8…LCR测量仪
9…旋转连接器
10…电动机
具体实施方式
以下，参照附图等对本申请的具体实施方式进行说明。此外，以下说明的实施方式是用于说明本申请的一个实施方式，并不意图限定地解释本申请，另外，在各实施方式中说明的全部结构不一定是为了解决本申请的问题所必须的结构。另外，在各附图中，对于相同的构成要素，通过标注相同的附图标记来表示对应关系。
＜第一实施方式＞
以下，对本申请第一实施方式进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，作为滚动轴承，以滚珠轴承为例进行说明，但并不限于此，本申请也能够应用于其他结构的滚动轴承。例如，作为能够应用本申请的滚动轴承的种类，可举出深槽滚珠轴承、角接触滚珠轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、自动调心滚子轴承等。
[装置结构]
图1是表示利用本实施方式所涉及的诊断装置1进行诊断时的整体结构的一例的概略结构图。图1中设置有应用本实施方式所涉及的诊断方法的轴承装置2和进行诊断的诊断装置1。另外，图1所示的结构是一例，也可以根据轴承装置2的结构等而使用不同的结构。另外，在图1中，轴承装置2示出了具备1个滚动轴承的结构，但并不限定于此，也可以在1个轴承装置2中具备多个滚动轴承。
在轴承装置2中，滚动轴承将旋转轴7以旋转自如的方式支承。旋转轴7经由作为旋转部件的滚动轴承而支承于将旋转轴7的外侧覆盖的壳体(未图示)。滚动轴承具备：内嵌于壳体的作为固定圈的外圈(外侧部件)3、外嵌于旋转轴7的作为旋转圈的内圈(内侧部件)4、配置于内圈4与外圈3之间的多个作为滚动体5的多个滚珠(滚子)、以及将滚动体5以滚动自如的方式保持的保持架(未图示)。虽然在此是固定外圈3的结构，但也可以是固定内圈4而使外圈3旋转那样的结构。另外，设置有用于防止垃圾向滚动体5周边的侵入、防止润滑油的泄漏的作为周边部件的密封件6。在滚动轴承内部，通过规定的润滑方式，减轻内圈4与滚动体5之间、以及外圈3与滚动体5之间的摩擦。润滑方式没有特别限定，例如使用润滑脂润滑、油润滑等，向滚动轴承内部供给。润滑剂的种类也没有特别限定。
电动机10是驱动用的电动机，对旋转轴7供给基于旋转的动力。旋转轴7经由旋转连接器9而与LCR测量仪8连接。旋转连接器9例如可以使用碳刷构成，并不限定于此。另外，轴承装置2也与LCR测量仪8电连接，此时，LCR测量仪8也作为对轴承装置2的交流电源发挥功能。
诊断装置1作为能够执行本实施方式所涉及的检测方法的检测装置而进行动作。诊断装置1在诊断时，将交流电源的角频率ω以及交流电压V作为输入而对LCR测量仪8进行指示，并从LCR测量仪8获取轴承装置2的阻抗|Z|(|Z|表示Z的绝对值)以及相位角θ作为对该输入的输出。而且，诊断装置1使用这些值来进行轴承装置2中的油膜厚度、金属接触比例的检测。关于检测方法的详细内容，在后面叙述。
诊断装置1例如可以通过包括未图示的控制装置、存储装置以及输出装置而构成的信息处理装置来实现。控制装置可以由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、MPU(Micro Processing Unit：微处理单元)、DSP(Digital Single Processor：数字信号处理器)或专用电路等构成。存储装置由HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等易失性及非易失性的存储介质构成，能够根据来自控制装置的指示进行各种信息的输入输出。输出装置由扬声器、灯、或者液晶显示器等显示设备等构成，根据来自控制装置的指示，向作业者进行告知。输出装置的告知方法没有特别限定，例如，可以是基于声音的听觉上的告知，也可以是基于画面输出的视觉上的告知。另外，输出装置可以是具备通信功能的网络接口，也可以通过经由网络(未图示)向外部装置(未图示)发送数据来进行告知动作。此处的告知内容例如在基于检测结果进行了异常诊断的情况下，并不限定于检测到异常时的告知，也可以包括表示轴承装置2正常的告知。
[物理模型]
使用图2对轴承装置2中的滚动体5与外圈3(或内圈4)的接触状态进行说明。图2是表示滚珠片与盘片接触时的物理模型的曲线图。滚珠片与滚动体对应，盘片与外圈3(或内圈4)对应。h轴表示油膜厚度方向，y轴表示与油膜厚度方向正交的方向。另外，图2所示的各变量分别如下所述。
S1：赫兹接触面积(赫兹接触区域)
c：赫兹接触圆半径(＝√(S1/π)
α：油膜的断裂率(金属接触比例)(0≤α＜1)
rb：滚珠片的半径
αS1：实际接触区域(油膜的断裂区域)
h：油膜厚度
h1：赫兹接触区域中的油膜厚度
在赫兹接触(hertzian contact)区域中，金属接触的面积与不接触的面积的比例为α：(1～α)。另外，在滚珠片与盘片不接触的理想状态下，α＝0，在y＝0的情况下，h＞0。
图2所示的油膜厚度h由下式表示。
h＝0(-αS1/2≤y≤αS1/2)
h＝h1(-c≤y＜-αS1/2、或αS1/2＜y≤c)
h＝h1+√(rb 2-c2)-√(rb 2-y2) (-rb≤y＜-c、或c＜y≤rb) (1)
需要说明的是，在实际的滚动轴承中，滚动体5在承受载荷时产生弹性变形，因此严格来说不是球体，但在本实施方式中，作为球体而使用上述的式(1)。因此，求出油膜厚度时使用的式子并不限于式(1)，也可以使用其他的计算式。
图3是表示滚动轴承的几何学模型的图。x轴表示分别与y轴和h轴正交的轴向。图3所示的各变量分别如下所述。另外，与图2相同的符号对应。
Rx：有效半径(x轴)
Ry：有效半径(y轴)
h1：赫兹接触区域中的油膜厚度
rb：滚珠片的半径
如图3所示，以滚动体5绕y轴旋转、沿h轴方向施加载荷(径向载荷)的情况进行说明。
[等效电路]
图4是通过电等效的电路(等效电路)来表示图2所示的物理模型的图。等效电路E1由电阻R1、电容器C1以及电容器C2构成。电阻R1相当于断裂区域(＝αS1)中的电阻。电容器C1相当于由赫兹接触区域中的油膜形成的电容器，设为静电电容C1。电容器C2相当于由赫兹接触区域的周边(图2的-rb≤y＜-c、以及c＜y≤rb)的油膜形成的电容器，设为静电电容C2。赫兹接触区域(＝S1)形成图4的等效电路E1中的电阻R1和电容器C1的并联电路。进而，电容器C2与由该电阻R1和电容器C1构成的电路并联连接。此时，在赫兹接触区域的周边(图2的-rb≤y＜-c、以及c＜y≤rb)填充有润滑剂。
用Z表示等效电路E1的阻抗。在此，施加于等效电路E1的交流电压V、流过等效电路E1的电流I、以及等效电路E1整体的复数阻抗Z由以下的式(2)～(4)表示。
V＝|V|exp(jωt) (2)
I＝|I|exp(jωt) (3)
Z＝V/I＝|V/I|exp(jθ)＝|Z|exp(jθ) (4)
j：虚数
ω：交流电压的角频率
t：时间
θ：相位角(电压与电流的相位的偏差)
图5是基于图4所示的等效电路E1表示1个滚动体5周围的电等效的电路的图。若着眼于1个滚动体5，则在外圈3与滚动体5之间、以及内圈4与滚动体5之间形成等效电路E2。在此，对将上侧作为由外圈3和滚动体5形成的电路，将下侧作为由内圈4和滚动体5形成的电路进行说明，但也可以相反。在1个滚动体5的周围，这些电路串联连接而形成等效电路E2。
[基于径向载荷的静电电容]
图6是用于说明对滚动轴承施加径向载荷的情况下的负载圈及非负载圈的图。在此，在滚动轴承中，径向载荷Fr经由旋转轴7施加。在该情况下，在多个滚动体5中，将产生图2所示那样的赫兹接触区域的范围称为负载圈，将除此以外的范围称为非负载圈。此外，负载圈的范围能够根据径向载荷的大小、滚动轴承的结构等而变动。
首先，对负载圈内的电容器C1的静电电容进行说明。图7A以及图7B是用于说明由位于负载圈的滚动体5形成的电容器C1的概念的图。在此，使用在负载圈中包括5个滚动体，由各滚动体形成电容器C1(1)～C1(5)的例子进行说明。在负载圈中，赫兹接触区域的大小根据滚动体的位置而不同。在该情况下，如图7A所示，假定在负载圈中越远离中央，静电电容越小。
然而，如图2、图3所示，假设赫兹接触区域中的油膜厚度h1难以受到径向载荷的影响，在本实施方式中，假设负载圈内的油膜厚度恒定。基于此，如图7B所示，将赫兹接触面积S1平均化，将由负载圈内的多个滚动体5分别形成的电容器C1的静电电容均匀地处理。因此，由位于负载圈的多个滚动体5形成的电容器C1的静电电容能够通过以下的式(5)导出。
[数1]
m：表示位于负载圈的滚动体的自然数(1≤m≤n1)
n1：位于负载圈的滚动体数
C1(m)：滚动体m的赫兹接触区域中的静电电容
接着，对非负载圈内的电容器C3的静电电容进行说明。在非负载圈中，产生滚动体5与外圈3的间隙、以及滚动体5与内圈4的间隙。如图6所示，在将位于非负载圈的滚动体5中的、位于中央的滚动体5a与外圈3以及滚动体5a与内圈4的间隙设为径向间隙hgap的情况下，位于非负载圈的多个滚动体5各自与外圈3的间隙能够根据以下的式(6)导出。此外，对滚动体5a与外圈3的间隙、以及滚动体5a与内圈4的间隙相同(hgap/2)的情况进行说明。另外，径向间隙hgap能够根据径向载荷Fr和滚动轴承的规格等导出。
[数2]
m：表示位于非负载圈的滚动体的自然数(1≤m≤(n-n1))
n：总滚动体数
n1：位于负载圈的滚动体数
而且，基于式(6)，非负载圈整体的静电电容C3能够根据以下的式(7)导出。
[数3]
m：表示位于非负载圈的滚动体的自然数(1≤m≤(n-n1))
n：总滚动体数
n1：位于负载圈的滚动体数
ε：润滑剂的介电常数
C3(m)：滚动体m的赫兹接触区域的静电电容
S1：赫兹接触面积
π：圆周率
hgap：径向间隙
ln：对数函数
图8是表示考虑了在上述的负载圈及非负载圈中形成的电容器的、轴承装置2整体中的电等效的等效电路的图。与位于负载圈的n个滚动体5对应地并联连接n个等效电路E2。此时，如使用图7所说明的那样，赫兹接触区域中的静电电容使用
另外，与位于非负载圈的(n-n1)个滚动体5对应地并联连接(n-n1)个等效电路E3。需要说明的是，与负载圈同样地，在外圈3与滚动体5之间、以及内圈4与滚动体5之间分别形成有电容器，因此等效电路E3成为2个电容器C3串联连接的结构。在此，将上侧设为由外圈3和滚动体5形成的电路，将下侧设为由内圈4和滚动体5形成的电路，但也可以相反。并且，在诊断时由LCR测量仪8对由图8所示的轴承装置2整体构成的等效电路E4供给交流电源。
图9是表示图8所示的电路所包括的电容器
C2、C3的油膜厚度h与静电电容C的关系的例子的图。横轴表示油膜厚度h[m]，纵轴表示静电电容C[F]。另外，图9表示以下条件下的关系。
轴承：深槽滚珠轴承(铭号：6306)
滚动体数(n)：8
位于负载圈的滚动体数(n1)：3
径向载荷(Fr)：147[N]
如图9所示，对于电容器
C2，随着油膜厚度h增加，其静电电容降低(单调减少)。电容
的斜率大于C2。C3与油膜厚度h无关，是恒定的。在电容器
C2、C3的组合
中，随着油膜厚度h增加，静电电容降低，但随着油膜厚度h增加，其变化的程度变缓。
[油膜厚度和油膜的断裂率的导出]
在本实施方式中，使用上述那样的径向载荷下的润滑剂的油膜厚度h以及油膜的断裂率α来检测润滑状态。首先，轴向载荷下的润滑剂的油膜厚度h以及油膜的断裂率α能够使用以下的式(8)导出。
[数4]
α＝|Z0|cosθ/|Z|cosθ0…(8)
h：油膜厚度
α：油膜的断裂率(金属接触比例)
δ：常数
ω：交流电压的角频率
W：朗伯W函数
ζ：常数
θ0：静态接触状态下的相位
θ：动态接触状态下的相位
|Z0|：静态接触状态下的阻抗
|Z|：动态接触状态下的阻抗
k：滚动轴承的数量
l：接触区域的数量
m：表示位于非负载圈的滚动体的自然数(1≤m≤(n-n1))
n：总滚动体数
n1：位于负载圈的滚动体数
C3(m)：滚动体m的赫兹接触区域的静电电容
式(8)是基于使用图5说明的等效电路E2而构成的式子。即，式(8)考虑了电容器
C2的影响后的式子。在本实施方式中，为了导出径向载荷下的润滑剂的油膜厚度h以及油膜的断裂率α，使用在式(8)中组合了式(5)～(7)的结构而得到的以下的式(9)。
[数5]
α＝|Z0|cosθ/|Z|cosθ0…(9)
C3(m)：滚动体(m)的赫兹接触区域中的静电电容
[处理流程]
图10是本实施方式所涉及的诊断处理的流程图。本处理由诊断装置1执行，例如可以通过诊断装置1所具备的控制装置(未图示)从存储装置(未图示)读取用于实现本实施方式所涉及的处理的程序并执行来实现。
在S1001中，诊断装置1对轴承装置2进行控制，使得在规定的载荷方向上施加径向载荷Fr。在此，对内圈4施加径向载荷Fr。此外，施加径向载荷Fr的控制也可以由与诊断装置1不同的装置进行。此时，测定静态接触状态下的相位和阻抗。
在S1002中，诊断装置1通过电动机10使旋转轴7开始旋转。由此，与旋转轴7连接的内圈4开始旋转。此外，也可以通过与诊断装置1不同的装置来进行电动机10的控制。
在S1003中，诊断装置1对LCR测量仪8进行控制，以使用LCR测量仪8所具备的交流电源(未图示)将角频率ω的交流电压提供给轴承装置2。由此，对轴承装置2施加角频率ω的交流电压。
在S1004中，诊断装置1从LCR测量仪8获取阻抗|Z|以及相位角θ作为针对S1003的输入的输出。即，LCR测量仪8将阻抗|Z|和相位角θ作为轴承装置2针对作为输入的交流电压V和交流电压的角频率ω的检测结果输出到诊断装置1。
在S1005中，诊断装置1通过将在S1004中获取到的阻抗|Z|以及相位角θ、在S1003中使用的交流电压的角频率ω应用于式(9)，来导出油膜厚度h以及断裂率α。
在S1006中，诊断装置1使用在S1005中导出的油膜厚度h以及断裂率α来诊断轴承装置2的润滑状态。需要说明的是，此处的诊断方法例如可以对油膜厚度h、断裂率α设置阈值，通过与该阈值的比较来判断润滑状态。然后，结束本处理流程。
[试验]
对基于上述的诊断方法进行的试验的结果进行说明。试验时的结构与图1所示的结构相同，试验条件如下。
(试验条件)
轴承：深槽滚珠轴承(铭号：6306)
滚动体数(n)：8
转速：50～1581[min-1]
轴向载荷：0[N]
径向载荷(Fr)：147[N]
温度：25℃
最大接触压力：0.89[GPa]
润滑剂的基础油：聚α-烯烃
润滑剂的增稠剂：脲
混合稠度：300
运动粘度：74[mm2/s，40℃]
压力粘性系数：13.8[GPa-1，25℃]
相对介电常数：2.3
交流电压：0.2[V]
交流电源的频率：1.0[MHz]
图11A和图11B是表示由在上述试验条件下进行试验的结果得到的旋转速度N与油膜厚度h和断裂率α的关系的图。在图11A中，横轴表示转速N[min-1]，纵轴表示油膜厚度h[m]。在图11B中，横轴表示转速N[min-1]，纵轴表示断裂率α。如上述的试验条件所示，对在转速为50～1581[min-1]的范围内得到的结果进行绘制。
在图11A中，虚线表示作为理论值导出的油膜厚度。●表示使用式(8)导出油膜厚度h的结果。〇表示使用式(9)导出油膜厚度h的结果。即，〇是考虑了在径向载荷下由非负载圈中构成的电容器C3的导出结果。如图11A所示，〇所示的结果在任一转速下都比●所示的结果接近理论值，能够更高精度地导出油膜厚度h。另外，如图11B所示，无论在哪个转速下，都能够与油膜厚度h一起导出断裂率α。
以上，根据本实施方式，在径向载荷下，能够同时进行轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的接触比例的检测。
此外，在本实施方式中使用的式(9)基于考虑了轴向载荷的式(8)而构成，因此在轴向载荷下也能够应用。因此，在轴向载荷以及径向载荷中的任一条件下都能够通用地使用。
＜第二实施方式＞
在第一实施方式中，说明了在径向载荷下，考虑了轴承装置2的非负载圈的结构而同时进行轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的接触比例的检测的结构。在本申请第二实施方式中，对用于进一步提高测定精度的结构进行说明。另外，对于与第一实施方式重复的结构省略说明，着眼于差异进行说明。
[事先验证]
为了提高使用图11A以及图11B说明的测定精度，发明人着眼于构成轴承装置2的滚动体5周围以外的结构(周边部件)。首先，为了验证滚动体5周围以外的结构的影响，准备能够忽略由滚动体构成的
C2、C3的影响的试验用轴承装置来进行试验。具体而言，由不使交流电压通过的具有绝缘性的陶瓷制的滚动体构成轴承装置所具备的多个滚动体。另外，准备了具有密封件6的轴承装置和没有密封件6的轴承装置。在对这些轴承装置施加径向载荷Fr之后，利用LCR测量仪8进行测定。
图12A以及图12B表示在对试验用轴承装置进行的试验中，从LCR测量仪8得到的径向载荷Fr与阻抗|Z|以及相位角θ的关系。在图12A中，横轴表示径向载荷Fr[N]，纵轴表示阻抗|Z|[Ω]。在图12B中，横轴表示径向载荷Fr[N]，纵轴表示相位角θ。
参照图12A，根据有无密封件6，阻抗|Z|产生差异。此时，即使径向载荷Fr变化，其差别也大致恒定，因此阻抗|Z|对径向载荷Fr不存在依赖性。另外，参照图12B，根据有无密封件6，相位角θ产生微小差异，但均为大致-90deg。可知由于在陶瓷制的滚动体中没有交流电压流动，因此在外圈3与内圈4之间以及密封件6中产生静电电容。在本实施方式中，将因外圈3与内圈4之间以及密封件6而构成的电容器作为电容器C4(静电电容C4)来处理。
[等效电路]
图13是表示在相对于在第一实施方式中使用图8说明的等效电路E4还包括了上述电容器C4的轴承装置2整体中的电等效的等效电路E5的图。等效电路E5是将等效电路E4与电容器C4并联连接而成的结构。并且，在诊断时由LCR测量仪8对由图13所示的轴承装置2整体构成的等效电路E5供给交流电源。
图14是表示在图13所示的等效电路中包括的电容器
C2、C3、C4的、油膜厚度h与静电电容C的关系的图。横轴表示油膜厚度h[m]，纵轴表示静电电容C[F]。另外，图13表示以下条件下的关系。
轴承：深槽滚珠轴承(铭号：6306)
滚动体数(n)：8
位于负载圈的滚动体数(n1)：3
径向载荷(Fr)：147[N]
如图14所示，电容器
C2、C3与图9所示的相同。另外，关于电容器C4，与油膜厚度h无关而大致恒定，但在具有密封件6的情况下，与没有密封件6的情况相比，静电电容变高。在电容器
C2、C3、C4的组合
中，随着油膜厚度h增加，静电电容降低，但随着油膜厚度h增加，其变化的程度变缓。此外，虽然在图14中未示出，但若将电容器
C2、C3、C4的组合
与图9所示的电容器
C2、C3的组合
进行比较，则电容器
C2、C3、C4的组合
成为变化(减少)缓慢的曲线。
[油膜厚度和油膜的断裂率的导出]
在本实施方式中，基于使用图13说明的等效电路E5，使用以下的式(10)导出径向载荷下的润滑剂的油膜厚度h以及油膜的断裂率α。即，式(10)相比于上述的式(9)还考虑了电容器C4的影响。如图14所示，式(10)所示的C4的值能够根据轴承装置2的结构而预先确定。
[数6]
α＝|Z0|cosθ/|Z|cosθ0…(10)
C4：在外圈与内圈之间以及密封件与内圈之间产生的静电电容
[试验]
对基于上述的诊断方法进行的试验的结果进行说明。试验时的结构、试验条件与第一实施方式所示的结构相同。
图15A和图15B是表示由在上述试验条件下进行试验的结果得到的转速N与油膜厚度h以及断裂率α的关系的图。在图15A中，横轴表示转速N[min-1]，纵轴表示油膜厚度h[m]。在图15B中，横轴表示转速N[min-1]，纵轴表示断裂率α。如上述的试验条件所示，对在转速为50～1581[min-1]的范围内得到的结果进行绘制。
在图15(a)中，虚线、●、〇与图11相同。△表示使用式(10)导出油膜厚度h的结果。即，△是考虑了电容器C4的导出结果。如图15A所示，由△表示的结果在任一转速下都比由●、〇表示的结果接近理论值，能够更高精度地导出油膜厚度h。另外，如图15B所示，无论在哪个转速下，都能够与油膜厚度h一起导出断裂率α。
接着，对本实施方式所涉及的油膜厚度的检测精度进行说明。为了确定本实施方式所涉及的负载圈和非负载圈的油膜厚度h和断裂率α，发明人准备了由多个滚动体构成的轴承装置作为试验用的轴承装置，该多个滚动体中1个是钢制滚动体，除此以外是陶瓷制滚动体。钢制滚动体作为导电体发挥功能，流过由交流电源产生的电流。另一方面，陶瓷制滚动体作为绝缘体发挥功能，交流电源产生的电流不会流过。对于该结构的轴承装置，在对钢制滚动体施加径向载荷而施加交流电压的情况下，能够忽略第一实施方式所述的电容器C3(即，非负载圈的静电电容C3)的影响。
使用上述试验用的轴承装置，在以下的条件下进行试验。
(试验条件)
轴承：深槽滚珠轴承(铭号：6306，另外滚动体的结构如上所述)
径向载荷(Fr)：147[N]
转速：50[min-1]
润滑剂：脲润滑脂
运动粘度：74[mm2/s，40℃]
图16A、图16B、图17A和图17B是示出根据在上述试验条件下进行试验的结果得到的位置
与油膜厚度h以及断裂率α的关系的图。在图16A以及图16B中，油膜厚度h以及断裂率α基于通过作为现有方法的式(8)计算出的结果而绘制。在图17A以及图17B中，油膜厚度h以及断裂率α基于通过本实施方式所涉及的式(10)计算出的结果而绘制。在图16A和图17A中，横轴表示位置
纵轴表示油膜厚度h[m]。在图16B和图17B中，横轴表示位置
纵轴表示断裂率α。此处的位置
以施加径向载荷Fr的方向的位置(负载圈的中心位置)为基准
沿着内圈4(或者外圈3)的旋转方向逆时针地取+的值。在图16A以及图16B的例子中，位置
表示0～1080的范围，其位于轴承装置的3周量的范围。另外，
360、720、1080的位置周边对应于负载圈，除此以外的范围为非负载圈。
在图16A和图17A中，虚线表示h的理论值，峰值部分相当于位于非负载圈中央的滚动体5与外圈3(或内圈4)之间的间隙(h＝hgap/2)(参照图6)。参照图16A，在负载圈中油膜厚度h能够测定接近理论值的值，另一方面，在非负载圈中无法进行油膜厚度h的准确测定。即，如图16A所示，在以往的方法中，即使在非负载圈中油膜厚度h也被检测为较薄，成为与理论值大不相同的结果。参照图16B，在任何位置
都能够测定断裂率α。另一方面，参照图17A，在负载圈及非负载圈的任一者中，油膜厚度h都能够测定出接近理论值的值。另外，参照图17B，在任何位置
都能够测定断裂率α。
另外，在本实施方式中，作为构成轴承装置2的周边部件，以密封件6为例进行了说明。但是，也可以考虑构成轴承装置2的其他周边部件而设定电容器C4(式(10)的C4的静电电容)。另外，如图14所示，也可以是根据有无密封件6来调整式(10)的C4的值的结构。
以上，根据本实施方式，与第一实施方式相比，能够在径向载荷下，同时进行轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的接触比例的检测，并且提高测定精度。另外，在径向载荷下的负载圈以及非负载圈的任一中，均能够高精度地测定油膜厚度以及接触比例。
此外，在本实施方式中使用的式(10)基于考虑了轴向载荷的式(8)而构成，因此在轴向载荷下也能够应用。因此，在轴向载荷以及径向载荷的任一条件下都能够通用地使用。
＜其他实施方式＞
另外，在本申请中，也可以使用网络或存储介质等将用于实现上述1个以上实施方式的功能的程序、应用供给到系统或装置，该系统或装置的计算机中的1个以上处理器读取并执行程序的处理来实现。
另外，也可以通过实现1个以上功能的电路(例如，ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列))来实现。
这样，本发明并不限定于上述的实施方式，将实施方式的各结构相互组合、本领域技术人员基于说明书的记载以及公知的技术进行变更、应用也是本发明所预定的，包括在要求保护的范围内。
如上所述，在本说明书中公开了以下事项。
(1)一种检测方法，其特征在于，
所述检测方法对包括外侧部件、内侧部件以及多个滚动体而构成的轴承装置的状态进行检测，
在对所述轴承装置施加了规定的载荷的状态下，对由所述外侧部件、所述内侧部件以及多个所述滚动体构成的电路施加交流电压，
测定施加所述交流电压时的所述电路的阻抗以及相位角，
基于所述阻抗以及所述相位角，导出所述内侧部件与多个所述滚动体之间、或者所述内侧部件与多个所述滚动体之间的至少一者中的油膜厚度以及金属接触比例。
根据该结构，能够考虑载荷方向而同时进行轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的金属接触比例的检测。
(2)根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
所述规定的载荷至少包括径向载荷，
使用与在由所述规定的载荷确定的所述轴承装置内的负载圈和非负载圈中分别构成的电路对应的第一计算式来导出所述油膜厚度以及所述金属接触比例。
根据该结构，能够考虑径向载荷而同时进行轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的金属接触比例的检测，并且提高测定精度。
(3)根据(2)所述的检测方法，其特征在于，
用于导出所述油膜厚度h和所述金属接触比例α的所述第一计算式为
[数7]
α＝|Z0|cosθ/|Z|cosθ0。
根据该结构，能够考虑径向载荷而同时进行轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的金属接触比例的检测，并且提高测定精度。特别是，能够进行考虑了与滚动轴承的负载圈和非负载圈对应的静电电容的轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的金属接触比例的检测。
(4)根据(1)所述的检测方法，其特征在于，
所述轴承装置还包括周边部件，
所述规定的载荷至少包括径向载荷，
使用与在由所述规定的载荷确定的所述轴承装置内的负载圈和非负载圈中分别构成的电路以及由所述周边部件构成的电路对应的第二计算式，导出所述油膜厚度以及所述金属接触比例。
根据该结构，能够考虑径向载荷以及轴向载荷，同时进行轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的金属接触比例的检测，并且提高测定精度。
(5)根据(4)所述的检测方法，其特征在于，
用于导出所述油膜厚度h和所述金属接触比例α的所述第二计算式为
[数8]
α＝|Z0|cosθ/|Z|cosθ0。
根据该结构，根据该结构，能够考虑径向载荷以及轴向载荷，同时进行轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的接触比例的检测，并且提高测定精度。特别是，能够进行考虑了与滚动轴承的部件对应的静电电容的轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的金属接触比例的检测。
(6)根据(4)或(5)所述的检测方法，其特征在于，
所述周边部件是密封件。
根据该结构，能够考虑密封件的影响来检测油膜厚度以及金属接触比例。
(7)根据(1)～(6)中任一项所述的检测方法，其特征在于，
进一步使用所述油膜厚度以及所述金属接触比例来诊断所述轴承装置。
根据该结构，能够基于根据载荷而确定的油膜厚度以及金属接触比例来诊断与滚动轴承的润滑剂相关的状态。
(8)一种检测装置，其特征在于，
所述检测装置对包括外侧部件、内侧部件以及多个滚动体而构成的轴承装置的状态进行检测，
所述检测装置具有：
获取单元，在对所述轴承装置施加了规定的载荷的状态下，所述获取单元获取对由所述外侧部件、所述内侧部件以及多个所述滚动体构成的电路施加交流电压时得到的施加所述交流电压时的所述电路的阻抗以及相位角；以及
导出单元，所述导出单元基于所述阻抗和所述相位角，导出所述内侧部件与多个所述滚动体之间、或者所述内侧部件与多个所述滚动体之间的至少一者中的油膜厚度以及金属接触比例。
根据该结构，能够考虑载荷方向而同时进行轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的金属接触比例的检测。
(9)一种程序，其特征在于，用于使计算机作为获取单元和导出单元发挥功能，
获取单元，在对包括外侧部件、内侧部件以及多个滚动体而构成的轴承装置施加了规定的载荷的状态下，所述获取单元获取对由所述外侧部件、所述内侧部件以及多个所述滚动体构成的电路施加交流电压时得到的施加所述交流电压时的所述电路的阻抗以及相位角；以及
导出单元，所述导出单元基于所述阻抗以及所述相位角，导出所述内侧部件与多个所述滚动体之间、或者所述内侧部件与多个所述滚动体之间的至少一者中的油膜厚度以及金属接触比例。
根据该结构，能够考虑载荷方向而同时进行轴承装置内部的油膜厚度以及部件间的金属接触比例的检测。
以上，参照附图对各种实施方式进行了说明，但本发明当然不限定于这样的例子。本领域技术人员显然能够在权利要求书所记载的范畴内想到各种变更例或修正例，这些变更例或修正例当然也属于本发明的技术范围。另外，在不脱离发明的主旨的范围内，也可以将上述实施方式中的各构成要素任意地组合。
需要说明的是，本申请基于2020年9月14日申请的日本专利申请(日本特愿2020-153845)，其内容在本申请中作为参照而引用。
Claims (9)
1.一种检测方法，其特征在于，
所述检测方法对包括外侧部件、内侧部件以及多个滚动体而构成的轴承装置的状态进行检测，
在对所述轴承装置施加了规定的载荷的状态下，对由所述外侧部件、所述内侧部件以及多个所述滚动体构成的电路施加交流电压，
测定施加所述交流电压时的所述电路的阻抗以及相位角，
基于所述阻抗以及所述相位角，导出所述内侧部件与多个所述滚动体之间、或者所述内侧部件与多个所述滚动体之间的至少一者中的油膜厚度以及金属接触比例。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
所述规定的载荷至少包括径向载荷，
使用与在由所述规定的载荷确定的所述轴承装置内的负载圈和非负载圈中分别构成的电路对应的第一计算式来导出所述油膜厚度以及所述金属接触比例。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，
用于导出所述油膜厚度h和所述金属接触比例α的所述第一计算式为
[数1]
α＝|Z0|cosθ/|Z|cosθ0。
4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
所述轴承装置还包括周边部件，
所述规定的载荷至少包括径向载荷，
使用与在由所述规定的载荷确定的所述轴承装置内的负载圈和非负载圈中分别构成的电路以及由所述周边部件构成的电路对应的第二计算式，导出所述油膜厚度以及所述金属接触比例。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，
用于导出所述油膜厚度h和所述金属接触比例α的所述第二计算式为
[数2]
α＝|Z0|cosθ/|Z|cosθ0。
6.根据权利要求4或5所述的检测方法，其特征在于，
所述周边部件是密封件。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的检测方法，其特征在于，
进一步使用所述油膜厚度以及所述金属接触比例来诊断所述轴承装置。
8.一种检测装置，其特征在于，
所述检测装置对包括外侧部件、内侧部件以及多个滚动体而构成的轴承装置的状态进行检测，
所述检测装置具有：
获取单元，在对所述轴承装置施加了规定的载荷的状态下，所述获取单元获取对由所述外侧部件、所述内侧部件以及多个所述滚动体构成的电路施加交流电压时得到的施加所述交流电压时的所述电路的阻抗以及相位角；以及
导出单元，所述导出单元基于所述阻抗和所述相位角，导出所述内侧部件与多个所述滚动体之间、或者所述内侧部件与多个所述滚动体之间的至少一者中的油膜厚度以及金属接触比例。
9.一种程序，其特征在于，
用于使计算机作为获取单元和导出单元发挥功能，
获取单元，在对包括外侧部件、内侧部件以及多个滚动体而构成的轴承装置施加了规定的载荷的状态下，所述获取单元获取对由所述外侧部件、所述内侧部件以及多个所述滚动体构成的电路施加交流电压时得到的施加所述交流电压时的所述电路的阻抗以及相位角，
导出单元，所述导出单元基于所述阻抗以及所述相位角，导出所述内侧部件与多个所述滚动体之间、或者所述内侧部件与多个所述滚动体之间的至少一者中的油膜厚度以及金属接触比例。
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