JP2002257795A - 軸受予荷重推定装置及び軸受予荷重推定方法及び軸受予荷重推定プログラム及びこのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
軸受予荷重推定装置及び軸受予荷重推定方法及び軸受予荷重推定プログラム及びこのプログラムを記録した記録媒体Info
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- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 軸受予荷重を推定することのできる技術を提
供すること。 【解決手段】 軸受２が支持される軸受ハウジング１に
取り付けられる超音波探触子３から超音波を軸受２の軸
受外輪２０に向けて発生させ、軸受ハウジング１と軸受
外輪２０との境界からの反射波を測定することにより、
軸受２に作用する予荷重を推定する軸受予荷重推定装置
であって、超音波探触子３が受信した反射波からエコー
高さ比を求めるエコー高さ比算出手段と、第１の軸受荷
重と第２の軸受荷重の少なくとも異なる２つの軸受荷重
を作用させて得られた第１のエコー高さ比と第２のエコ
ー高さ比とから、エコー高さ比と軸受荷重の関係式を求
める関係式算出手段と、関係式からエコー高さ比がゼロ
となる軸受荷重を求め、この軸受荷重を軸受予荷重とし
て求める予荷重算出手段とを備えた。
供すること。 【解決手段】 軸受２が支持される軸受ハウジング１に
取り付けられる超音波探触子３から超音波を軸受２の軸
受外輪２０に向けて発生させ、軸受ハウジング１と軸受
外輪２０との境界からの反射波を測定することにより、
軸受２に作用する予荷重を推定する軸受予荷重推定装置
であって、超音波探触子３が受信した反射波からエコー
高さ比を求めるエコー高さ比算出手段と、第１の軸受荷
重と第２の軸受荷重の少なくとも異なる２つの軸受荷重
を作用させて得られた第１のエコー高さ比と第２のエコ
ー高さ比とから、エコー高さ比と軸受荷重の関係式を求
める関係式算出手段と、関係式からエコー高さ比がゼロ
となる軸受荷重を求め、この軸受荷重を軸受予荷重とし
て求める予荷重算出手段とを備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸受に作用する予
荷重を推定することのできる軸受予荷重推定装置及び軸
受予荷重推定方法及び軸受予荷重推定プログラム及びこ
のプログラムを記録した記録媒体に関するものである。
荷重を推定することのできる軸受予荷重推定装置及び軸
受予荷重推定方法及び軸受予荷重推定プログラム及びこ
のプログラムを記録した記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】軸受（特に転がり軸受）は、回転する軸
を支持する機械要素として良く知られている。軸受の一
般的な構成として、内輪と、外輪と、内輪と外輪に挟持
されて転動するボールを備えている。外輪の外径部分が
軸受ハウジングに形成された嵌合孔に挿入され、内輪の
内径部分に回転軸が嵌合される。
を支持する機械要素として良く知られている。軸受の一
般的な構成として、内輪と、外輪と、内輪と外輪に挟持
されて転動するボールを備えている。外輪の外径部分が
軸受ハウジングに形成された嵌合孔に挿入され、内輪の
内径部分に回転軸が嵌合される。
【０００３】軸受に作用する軸受荷重は、軸受の外部か
ら作用する荷重だけでなく、外部からの荷重がなくても
作用する予荷重（予圧とも呼ばれる。）が存在する。例
えば、回転軸を内輪の内径部分に対して締まり嵌めにす
ると、軸受に対して予荷重がかかる。この予荷重の大き
さは、外輪と内輪とボールとの密着度に関係するもので
あり、密着度が大きいと機械運転により発生する熱量が
大きくなり軸受の寿命が短くなる原因となる。また逆に
密着度が悪いとがたつきが生じるため、やはり軸受の寿
命に悪影響を及ぼす。
ら作用する荷重だけでなく、外部からの荷重がなくても
作用する予荷重（予圧とも呼ばれる。）が存在する。例
えば、回転軸を内輪の内径部分に対して締まり嵌めにす
ると、軸受に対して予荷重がかかる。この予荷重の大き
さは、外輪と内輪とボールとの密着度に関係するもので
あり、密着度が大きいと機械運転により発生する熱量が
大きくなり軸受の寿命が短くなる原因となる。また逆に
密着度が悪いとがたつきが生じるため、やはり軸受の寿
命に悪影響を及ぼす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで予荷重がどの程
度作用しているかを知ることができれば、軸受の組立の
良否や寿命計算を行うことができるものと考えられる。
度作用しているかを知ることができれば、軸受の組立の
良否や寿命計算を行うことができるものと考えられる。
【０００５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、その課題は、軸受予荷重を推定することのできる
技術を提供することである。
あり、その課題は、軸受予荷重を推定することのできる
技術を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る軸受予荷重推定装置は、軸受が支持される
軸受ハウジングに取り付けられる超音波探触子から超音
波を前記軸受の軸受外輪に向けて発生させ、前記軸受ハ
ウジングと前記軸受外輪との境界からの反射波を測定す
ることにより、軸受に作用する予荷重を推定する軸受予
荷重推定装置であって、前記超音波探触子が受信した前
記反射波からエコー高さ比を求めるエコー高さ比算出手
段と、第１の軸受荷重と第２の軸受荷重の少なくとも異
なる２つの軸受荷重を作用させて得られた第１のエコー
高さ比と第２のエコー高さ比とから、前記エコー高さ比
と軸受荷重の関係式を求める関係式算出手段と、前記関
係式から前記エコー高さ比がゼロとなる軸受荷重を求
め、この軸受荷重を軸受予荷重として求める予荷重算出
手段とを備えたことを特徴とするものである。
本発明に係る軸受予荷重推定装置は、軸受が支持される
軸受ハウジングに取り付けられる超音波探触子から超音
波を前記軸受の軸受外輪に向けて発生させ、前記軸受ハ
ウジングと前記軸受外輪との境界からの反射波を測定す
ることにより、軸受に作用する予荷重を推定する軸受予
荷重推定装置であって、前記超音波探触子が受信した前
記反射波からエコー高さ比を求めるエコー高さ比算出手
段と、第１の軸受荷重と第２の軸受荷重の少なくとも異
なる２つの軸受荷重を作用させて得られた第１のエコー
高さ比と第２のエコー高さ比とから、前記エコー高さ比
と軸受荷重の関係式を求める関係式算出手段と、前記関
係式から前記エコー高さ比がゼロとなる軸受荷重を求
め、この軸受荷重を軸受予荷重として求める予荷重算出
手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】この装置において予荷重を推定するための
センサーとして超音波探触子を使用する。超音波探触子
は、自ら超音波を発生し、調査対象物に反射して跳ね返
ってきた反射波（エコー）を受信する。具体的には、超
音波探触子は軸受ハウジングに取り付けられ、軸受外輪
に向けて超音波を発生し、軸受ハウジングと軸受外輪と
の境界からの反射波を受信する。そして、軸受ハウジン
グと軸受外輪との密着度が大きい（固体接触面積が大き
い）と発せられた超音波は境界から透過し、この透過率
は上記密着度（固体接触面積）にほぼ比例する。
センサーとして超音波探触子を使用する。超音波探触子
は、自ら超音波を発生し、調査対象物に反射して跳ね返
ってきた反射波（エコー）を受信する。具体的には、超
音波探触子は軸受ハウジングに取り付けられ、軸受外輪
に向けて超音波を発生し、軸受ハウジングと軸受外輪と
の境界からの反射波を受信する。そして、軸受ハウジン
グと軸受外輪との密着度が大きい（固体接触面積が大き
い）と発せられた超音波は境界から透過し、この透過率
は上記密着度（固体接触面積）にほぼ比例する。
【０００８】ここで予荷重が大きいときは、密着度が大
きくなるので超音波の透過率が大きくなる。透過率が大
きくなるということは、反射波の大きさは小さくなる。
逆に、予荷重が小さいときは、反射波の大きさは大きく
なることになる。したがって、反射波を測定することに
より予荷重の大きさを推定できるものと考えられる。
きくなるので超音波の透過率が大きくなる。透過率が大
きくなるということは、反射波の大きさは小さくなる。
逆に、予荷重が小さいときは、反射波の大きさは大きく
なることになる。したがって、反射波を測定することに
より予荷重の大きさを推定できるものと考えられる。
【０００９】本発明において予荷重を推定する（演算す
る）までのステップは概略次のようになる。
る）までのステップは概略次のようになる。
【００１０】（１）超音波探触子が受信した反射波から
エコー高さ比を求めるエコー高さ比算出ステップ。本発
明においてはエコー高さ比と呼ばれる物理量を用いる。
エコー高さ比（Ｈ）とは、次式により定義される。
エコー高さ比を求めるエコー高さ比算出ステップ。本発
明においてはエコー高さ比と呼ばれる物理量を用いる。
エコー高さ比（Ｈ）とは、次式により定義される。
【００１１】Ｈ＝（１−ｈ／ｈ0 ）×１００ ｈは外的な軸受荷重が作用している時のエコー高さであ
り、ｈ0 は外的な軸受荷重が作用していない時（無負荷
時）のエコー高さである。なお１００倍しているのは％
表示するためであり、これに限定されるものではない。
軸受荷重が大きいほどｈは小さくなるため（反射波の大
きさは小さくなる）、エコー高さ比（Ｈ）は大きくな
る。
り、ｈ0 は外的な軸受荷重が作用していない時（無負荷
時）のエコー高さである。なお１００倍しているのは％
表示するためであり、これに限定されるものではない。
軸受荷重が大きいほどｈは小さくなるため（反射波の大
きさは小さくなる）、エコー高さ比（Ｈ）は大きくな
る。
【００１２】（２）第１の軸受荷重と第２の軸受荷重の
少なくとも異なる２つの軸受荷重を作用させて得られた
第１のエコー高さ比と第２のエコー高さ比とから、前記
エコー高さ比と軸受荷重の関係式を求める関係式算出ス
テップ。
少なくとも異なる２つの軸受荷重を作用させて得られた
第１のエコー高さ比と第２のエコー高さ比とから、前記
エコー高さ比と軸受荷重の関係式を求める関係式算出ス
テップ。
【００１３】エコー高さ比を求めるに当たり、予め値の
わかっている軸受荷重を作用させる。軸受荷重として
は、少なくとも２通りあればよい。第１の軸受荷重を作
用したときに得られる第１のエコー高さ比と、第２の軸
受荷重を作用したときに得られる第２のエコー高さ比と
を求める。そして、軸受荷重の大きさとエコー高さ比の
大きさの関係はほぼ比例（線形）関係にある。したがっ
て、これらのデータから軸受荷重とエコー高さ比の関係
式（通常は直線式）を求めることが可能である。作用さ
せる軸受荷重は少なくとも２つであればよいが、より正
確を期すために３通り以上の軸受荷重を作用させても良
い。
わかっている軸受荷重を作用させる。軸受荷重として
は、少なくとも２通りあればよい。第１の軸受荷重を作
用したときに得られる第１のエコー高さ比と、第２の軸
受荷重を作用したときに得られる第２のエコー高さ比と
を求める。そして、軸受荷重の大きさとエコー高さ比の
大きさの関係はほぼ比例（線形）関係にある。したがっ
て、これらのデータから軸受荷重とエコー高さ比の関係
式（通常は直線式）を求めることが可能である。作用さ
せる軸受荷重は少なくとも２つであればよいが、より正
確を期すために３通り以上の軸受荷重を作用させても良
い。
【００１４】（３）前記関係式から前記エコー高さ比が
ゼロとなる軸受荷重を求め、この軸受荷重を軸受予荷重
として求める予荷重算出ステップ。
ゼロとなる軸受荷重を求め、この軸受荷重を軸受予荷重
として求める予荷重算出ステップ。
【００１５】仮に軸受荷重がゼロであるとすれば、ｈ＝
ｈ0 となるはずであるから、エコー高さ比もゼロとなる
はずであるが、実際に実測してみるとエコー高さ比はゼ
ロにならずある値を示す。これは、軸受に予荷重が作用
しているためであると考えられる。つまり、外的な軸受
荷重が作用していなくとも、予荷重が作用しているため
に軸受荷重がゼロの場合でもエコー高さ比はある値を示
す。
ｈ0 となるはずであるから、エコー高さ比もゼロとなる
はずであるが、実際に実測してみるとエコー高さ比はゼ
ロにならずある値を示す。これは、軸受に予荷重が作用
しているためであると考えられる。つまり、外的な軸受
荷重が作用していなくとも、予荷重が作用しているため
に軸受荷重がゼロの場合でもエコー高さ比はある値を示
す。
【００１６】そこで、上記関係式において、エコー高さ
比がゼロとなる軸受荷重を求めることにより、この求め
られた軸受荷重の値が軸受予荷重の値に等しいと推定す
ることができる。
比がゼロとなる軸受荷重を求めることにより、この求め
られた軸受荷重の値が軸受予荷重の値に等しいと推定す
ることができる。
【００１７】本発明の好適な実施形態として、前記エコ
ー高さ比算出手段は、前記エコー高さ比から最大値又は
平均値を算出し、この最大値又は平均値に基づいて前記
軸受予荷重を求めるように構成したものがあげられる。
ー高さ比算出手段は、前記エコー高さ比から最大値又は
平均値を算出し、この最大値又は平均値に基づいて前記
軸受予荷重を求めるように構成したものがあげられる。
【００１８】回転軸を回転させた状態でエコー高さ比を
求めると、エコー高さ比は周期的に変化する。すなわ
ち、超音波探触子の直下にボールが位置するときにはエ
コー高さ比は最大値となり、超音波探触子の直下にボー
ルとボールの間が位置するときにはエコー高さ比は最小
値となる。なお、最小値は軸受荷重の大きさに関わらず
ほぼゼロになる。そこで、演算に用いるエコー高さ比と
しては最大値か平均値を使用することが好ましい。詳し
くは後述するが、最大値と平均値のいずれを用いたとし
ても、求められる予荷重の推定値はほぼ同じとなること
が分かった。
求めると、エコー高さ比は周期的に変化する。すなわ
ち、超音波探触子の直下にボールが位置するときにはエ
コー高さ比は最大値となり、超音波探触子の直下にボー
ルとボールの間が位置するときにはエコー高さ比は最小
値となる。なお、最小値は軸受荷重の大きさに関わらず
ほぼゼロになる。そこで、演算に用いるエコー高さ比と
しては最大値か平均値を使用することが好ましい。詳し
くは後述するが、最大値と平均値のいずれを用いたとし
ても、求められる予荷重の推定値はほぼ同じとなること
が分かった。
【００１９】上記軸受予荷重推定装置を構成するエコー
高さ比算出手段と、関係式算出手段と、予荷重算出手段
の各機能は、軸受予荷重推定プログラムにより実現する
ことができる。このプログラムは、記録媒体（ＣＤ−Ｒ
ＯＭ等）に記録させておくことができる。この記録媒体
を用いてコンピュータにインストールすることで、コン
ピュータを軸受予荷重推定装置として機能させることが
できる。
高さ比算出手段と、関係式算出手段と、予荷重算出手段
の各機能は、軸受予荷重推定プログラムにより実現する
ことができる。このプログラムは、記録媒体（ＣＤ−Ｒ
ＯＭ等）に記録させておくことができる。この記録媒体
を用いてコンピュータにインストールすることで、コン
ピュータを軸受予荷重推定装置として機能させることが
できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明に係る軸受予荷重推定装置
の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、軸
受予荷重推定装置の構成を示す概念図である。
の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、軸
受予荷重推定装置の構成を示す概念図である。
【００２１】＜軸受予荷重推定装置の構成＞軸受ハウジ
ング１の中央部に軸受２が支持されている。 軸受ハウ
ジング１の周辺部を一部カットし、超音波探触子３が取
り付けられている。超音波探触子３は左側と右側にそれ
ぞれ１つずつ取り付けられる。軸受２は、転がり軸受で
あり、外輪２０と、内輪２１と、外輪２０と内輪２１と
の間に挟持される多数個のボール２２（転動体）とを備
えている。 内輪２１の内径部分には回転軸４が圧入等
の適宜の方法により固定される。また、軸受外輪２の外
径部分も軸受ハウジング１に形成された孔部に密着嵌合
される。
ング１の中央部に軸受２が支持されている。 軸受ハウ
ジング１の周辺部を一部カットし、超音波探触子３が取
り付けられている。超音波探触子３は左側と右側にそれ
ぞれ１つずつ取り付けられる。軸受２は、転がり軸受で
あり、外輪２０と、内輪２１と、外輪２０と内輪２１と
の間に挟持される多数個のボール２２（転動体）とを備
えている。 内輪２１の内径部分には回転軸４が圧入等
の適宜の方法により固定される。また、軸受外輪２の外
径部分も軸受ハウジング１に形成された孔部に密着嵌合
される。
【００２２】超音波探触子３は、取り付け面に対して垂
直な方向に横波超音波を発生する。発生した超音波は、
軸受外輪２０と軸受ハウジング１との境界で反射し、そ
の反射波を受信することができるように構成されてい
る。
直な方向に横波超音波を発生する。発生した超音波は、
軸受外輪２０と軸受ハウジング１との境界で反射し、そ
の反射波を受信することができるように構成されてい
る。
【００２３】超音波探触子３は超音波探傷器５と接続さ
れている。超音波探傷器５には、超音波探触子３を駆動
する駆動回路や、反射波を受信するための受信回路等が
組み込まれている。また、超音波探傷器５はパソコン６
に接続されており、超音波探触子３により受信した信号
はＡＤ変換されてパソコン６に送信される。パソコン６
には、受信した反射波の信号から軸受予荷重を推定する
プログラムが組み込まれており、このパソコン６が軸受
予荷重推定装置として機能するように構成されている。
れている。超音波探傷器５には、超音波探触子３を駆動
する駆動回路や、反射波を受信するための受信回路等が
組み込まれている。また、超音波探傷器５はパソコン６
に接続されており、超音波探触子３により受信した信号
はＡＤ変換されてパソコン６に送信される。パソコン６
には、受信した反射波の信号から軸受予荷重を推定する
プログラムが組み込まれており、このパソコン６が軸受
予荷重推定装置として機能するように構成されている。
【００２４】＜原理の説明＞次に、超音波探触子３を用
いて軸受予荷重を推定する方法の原理を図２により説明
する。図２（ａ）は超音波探触子３の直下にボール２２
が位置している状態、（ｂ）は超音波探触子の直下にボ
ール２２とボール２２の間が位置している状態である。
超音波探触子３から発せられた超音波は、軸受ハウジン
グ１と軸受外輪２０との境界に向かい、一部はその境界
から透過し、残りは境界で反射する。この反射波を超音
波探触子３により受信する。
いて軸受予荷重を推定する方法の原理を図２により説明
する。図２（ａ）は超音波探触子３の直下にボール２２
が位置している状態、（ｂ）は超音波探触子の直下にボ
ール２２とボール２２の間が位置している状態である。
超音波探触子３から発せられた超音波は、軸受ハウジン
グ１と軸受外輪２０との境界に向かい、一部はその境界
から透過し、残りは境界で反射する。この反射波を超音
波探触子３により受信する。
【００２５】そして、軸受ハウジング１と軸受外輪２０
との密着度が大きい（固体接触面積が大きい）と発せら
れた超音波は境界から透過しやすくなり、この透過率は
上記密着度にほぼ比例する。図２（ａ）のようにボール
２２が超音波探触子３の直下に位置するときは、密着度
が大きくなり反射波の大きさは小さくなる。逆に、
（ｂ）のような状態だと密着度が小さくなるため超音波
は透過しにくくなり反射波の大きさは大きくなる。ま
た、軸受荷重が大きいときも密着度が大きくなる。
との密着度が大きい（固体接触面積が大きい）と発せら
れた超音波は境界から透過しやすくなり、この透過率は
上記密着度にほぼ比例する。図２（ａ）のようにボール
２２が超音波探触子３の直下に位置するときは、密着度
が大きくなり反射波の大きさは小さくなる。逆に、
（ｂ）のような状態だと密着度が小さくなるため超音波
は透過しにくくなり反射波の大きさは大きくなる。ま
た、軸受荷重が大きいときも密着度が大きくなる。
【００２６】本発明において、上記反射波の大きさを定
量的に表すために、エコー高さ比と呼ばれる物理量を用
いる。エコー高さ比（Ｈ）とは、次式により定義され
る。
量的に表すために、エコー高さ比と呼ばれる物理量を用
いる。エコー高さ比（Ｈ）とは、次式により定義され
る。
【００２７】（式）Ｈ＝（１−ｈ／ｈ0 ）×１００ ｈは外的な軸受荷重（図１にＷで示す。）が作用してい
る時のエコー高さであり、ｈ0 は外的な軸受荷重が作用
していない時（無負荷時）のエコー高さである。なお１
００倍しているのは％表示するためであり、これに限定
されるものではない。軸受荷重が大きいほど軸受２と軸
受ハウジング１の密着度は大きくなり、ｈは小さくなる
（反射波の大きさは小さくなる）ため、エコー高さ比
（Ｈ）は大きくなる。
る時のエコー高さであり、ｈ0 は外的な軸受荷重が作用
していない時（無負荷時）のエコー高さである。なお１
００倍しているのは％表示するためであり、これに限定
されるものではない。軸受荷重が大きいほど軸受２と軸
受ハウジング１の密着度は大きくなり、ｈは小さくなる
（反射波の大きさは小さくなる）ため、エコー高さ比
（Ｈ）は大きくなる。
【００２８】図３は、回転軸４を回転駆動した場合の観
測例を示す図である。縦軸はエコー高さ比を示し、横軸
は時間を示す。エコー高さ比曲線は周期的な繰り返し波
形で表されるが、ボール２２が超音波探触子３の直下に
来たときにエコー高さ比は最大値を示し、ボール２２と
ボールの間が超音波探触子３の直下にあるときはエコー
高さ比は最小値を示す。また、予荷重の推定を行う場合
のエコー高さ比は、図３に示すような最大値ＨM 又は平
均値ＨB を用いる。
測例を示す図である。縦軸はエコー高さ比を示し、横軸
は時間を示す。エコー高さ比曲線は周期的な繰り返し波
形で表されるが、ボール２２が超音波探触子３の直下に
来たときにエコー高さ比は最大値を示し、ボール２２と
ボールの間が超音波探触子３の直下にあるときはエコー
高さ比は最小値を示す。また、予荷重の推定を行う場合
のエコー高さ比は、図３に示すような最大値ＨM 又は平
均値ＨB を用いる。
【００２９】ここで予荷重が大きくなると、外的に作用
する軸受荷重の場合と同様に、密着度が大きくなるので
超音波の透過率が大きくなる。透過率が大きくなるとい
うことは、反射波の大きさは小さくなる。逆に、予荷重
が小さいときは、反射波の大きさは大きくなることにな
る。したがって、反射波を測定することにより予荷重の
大きさを推定できるものと考えられる。
する軸受荷重の場合と同様に、密着度が大きくなるので
超音波の透過率が大きくなる。透過率が大きくなるとい
うことは、反射波の大きさは小さくなる。逆に、予荷重
が小さいときは、反射波の大きさは大きくなることにな
る。したがって、反射波を測定することにより予荷重の
大きさを推定できるものと考えられる。
【００３０】＜軸受予荷重推定装置の主要部の構成＞次
に、軸受予荷重推定装置として機能するパソコン６の主
要部の構成を図４により示す。
に、軸受予荷重推定装置として機能するパソコン６の主
要部の構成を図４により示す。
【００３１】パソコン６には、表示装置６０と、ＣＰＵ
６１と、ＲＡＭ６２を有している。また、予荷重推定プ
ログラムが格納されているプログラムファイル６３と、
エコー高さデータファイル６４とを有している。これら
はデータバスを介して接続されている。予荷重推定プロ
グラムは、パソコン６にエコー高さ比算出手段６３ａ、
関係式算出手段６３ｂ、予荷重算出手段６３ｃとしての
機能を実現させるためのプログラムが格納されている。
この予荷重推定プログラムは、ＲＡＭ６２に読み込まれ
た状態で実行される。またこのプログラムはＣＤ−ＲＯ
Ｍやフロッピー（登録商標）ディスク等の記録媒体を用
いてパソコン本体内にインストールすることができる。
６１と、ＲＡＭ６２を有している。また、予荷重推定プ
ログラムが格納されているプログラムファイル６３と、
エコー高さデータファイル６４とを有している。これら
はデータバスを介して接続されている。予荷重推定プロ
グラムは、パソコン６にエコー高さ比算出手段６３ａ、
関係式算出手段６３ｂ、予荷重算出手段６３ｃとしての
機能を実現させるためのプログラムが格納されている。
この予荷重推定プログラムは、ＲＡＭ６２に読み込まれ
た状態で実行される。またこのプログラムはＣＤ−ＲＯ
Ｍやフロッピー（登録商標）ディスク等の記録媒体を用
いてパソコン本体内にインストールすることができる。
【００３２】エコー高さデータファイル６４には、軸受
荷重をゼロに設定したときに得られたエコー高さ（ｈ
0 ）のデータが書き込まれている。
荷重をゼロに設定したときに得られたエコー高さ（ｈ
0 ）のデータが書き込まれている。
【００３３】＜プログラム実行手順＞本発明において予
荷重を推定する（演算する）までのステップは概略次の
ようになる。
荷重を推定する（演算する）までのステップは概略次の
ようになる。
【００３４】（１）超音波探触子３が受信した反射波か
らエコー高さ比（Ｈ）を求めるエコー高さ比算出ステッ
プ。（エコー高さ比算出手段の機能） まず、所定の大きさの軸受荷重を作用させて反射波のエ
コー高さからエコー高さ比を求める。エコー高さ比を求
めるには軸受荷重がゼロのときのエコー高さが必要であ
るが、これは予め求められておりエコー高さデータファ
イル６４に格納されている。
らエコー高さ比（Ｈ）を求めるエコー高さ比算出ステッ
プ。（エコー高さ比算出手段の機能） まず、所定の大きさの軸受荷重を作用させて反射波のエ
コー高さからエコー高さ比を求める。エコー高さ比を求
めるには軸受荷重がゼロのときのエコー高さが必要であ
るが、これは予め求められておりエコー高さデータファ
イル６４に格納されている。
【００３５】回転軸４を回転させた状態でエコー高さ比
を求めると、図３に示すようにエコー高さ比は周期的に
変動する。そこで演算に用いる値は最大値ＨM 又は平均
値Ｈ B とする。後述するが、いずれの値を用いてもほぼ
同じような結果が得られる。
を求めると、図３に示すようにエコー高さ比は周期的に
変動する。そこで演算に用いる値は最大値ＨM 又は平均
値Ｈ B とする。後述するが、いずれの値を用いてもほぼ
同じような結果が得られる。
【００３６】また、図１に示すように超音波探触子３は
左右に一対設けられているので、それぞれからのエコー
高さ比ＨL ，ＨR が得られる。これも後述するが、いず
れからのデータを採用しても同じような結果が得られ
る。左右に設けることにより、軸受荷重が図１に示すよ
うな垂直方向ではなく偏って作用した場合に、その偏り
ベクトルを測定できるというメリットがある。
左右に一対設けられているので、それぞれからのエコー
高さ比ＨL ，ＨR が得られる。これも後述するが、いず
れからのデータを採用しても同じような結果が得られ
る。左右に設けることにより、軸受荷重が図１に示すよ
うな垂直方向ではなく偏って作用した場合に、その偏り
ベクトルを測定できるというメリットがある。
【００３７】（２）第１の軸受荷重と第２の軸受荷重の
少なくとも異なる２つの軸受荷重を作用させて得られた
第１のエコー高さ比と第２のエコー高さ比とから、前記
エコー高さ比と軸受荷重の関係式を求める関係式算出ス
テップ。（関係式算出手段の機能） エコー高さ比を求めるに当たり、予め値のわかっている
軸受荷重を作用させる。軸受荷重としては、少なくとも
２通りあればよい。図５に観測結果を示すグラフである
が、軸受荷重として５０００Ｎ，１００００Ｎ，１５０
００Ｎ，２００００Ｎの４通りを作用させている。図５
は観測結果を示すグラフであり、縦軸がエコー高さ比Ｈ
（％）、横軸が軸受荷重Ｗ（Ｎ）である。データとして
グラフに示すように左右の平均値、左右の最大値、左右
の最小値がプロットされている。この図からも明らかな
ように、エコー高さ比の最大値と平均値のいずれも軸受
荷重とほぼ比例関係にあることが理解される。最小値に
ついては、軸受荷重の値を変えてもエコー高さ比の値は
ゼロ近辺であり変化がないので、予荷重推定のために用
いることは不適当である。
少なくとも異なる２つの軸受荷重を作用させて得られた
第１のエコー高さ比と第２のエコー高さ比とから、前記
エコー高さ比と軸受荷重の関係式を求める関係式算出ス
テップ。（関係式算出手段の機能） エコー高さ比を求めるに当たり、予め値のわかっている
軸受荷重を作用させる。軸受荷重としては、少なくとも
２通りあればよい。図５に観測結果を示すグラフである
が、軸受荷重として５０００Ｎ，１００００Ｎ，１５０
００Ｎ，２００００Ｎの４通りを作用させている。図５
は観測結果を示すグラフであり、縦軸がエコー高さ比Ｈ
（％）、横軸が軸受荷重Ｗ（Ｎ）である。データとして
グラフに示すように左右の平均値、左右の最大値、左右
の最小値がプロットされている。この図からも明らかな
ように、エコー高さ比の最大値と平均値のいずれも軸受
荷重とほぼ比例関係にあることが理解される。最小値に
ついては、軸受荷重の値を変えてもエコー高さ比の値は
ゼロ近辺であり変化がないので、予荷重推定のために用
いることは不適当である。
【００３８】そして、軸受荷重の大きさとエコー高さ比
の大きさの関係がほぼ比例関係にあることから、これら
のデータから軸受荷重とエコー高さ比の関係式（直線
式）を数学的に求めることができる。
の大きさの関係がほぼ比例関係にあることから、これら
のデータから軸受荷重とエコー高さ比の関係式（直線
式）を数学的に求めることができる。
【００３９】（３）前記関係式から前記エコー高さ比が
ゼロとなる軸受荷重を求め、この軸受荷重を軸受予荷重
として求める予荷重算出ステップ。
ゼロとなる軸受荷重を求め、この軸受荷重を軸受予荷重
として求める予荷重算出ステップ。
【００４０】仮に軸受荷重がゼロであるとすれば、ｈ＝
ｈ0 となるはずであるから、エコー高さ比もゼロとなる
はずであるが、図５からも分かるようにエコー高さ比は
ゼロにならずある値を示す。これは、軸受に予荷重が作
用しているためであると考えられる。つまり、外的な軸
受荷重が作用していなくとも、予荷重が作用しているた
めに軸受荷重がゼロの場合でもエコー高さ比はある値を
示す。
ｈ0 となるはずであるから、エコー高さ比もゼロとなる
はずであるが、図５からも分かるようにエコー高さ比は
ゼロにならずある値を示す。これは、軸受に予荷重が作
用しているためであると考えられる。つまり、外的な軸
受荷重が作用していなくとも、予荷重が作用しているた
めに軸受荷重がゼロの場合でもエコー高さ比はある値を
示す。
【００４１】そこで、上記関係式（直線式）において、
エコー高さ比がゼロとなる軸受荷重を求めることによ
り、この求められた軸受荷重の値が軸受予荷重の値に等
しいと推定することができる。図５に示すように、左右
の平均値から求められる直線式と、左右の最大値から求
められる直線式は、いずれも異なる直線式ではあるが、
エコー高さ比がゼロとなるポイントはほぼ同じところに
収束している。このことからも左右のいずれの超音波探
触子３からのデータを利用してもかまわないこと、最大
値と平均値のいずれを使用してもかまわないことが理解
される。
エコー高さ比がゼロとなる軸受荷重を求めることによ
り、この求められた軸受荷重の値が軸受予荷重の値に等
しいと推定することができる。図５に示すように、左右
の平均値から求められる直線式と、左右の最大値から求
められる直線式は、いずれも異なる直線式ではあるが、
エコー高さ比がゼロとなるポイントはほぼ同じところに
収束している。このことからも左右のいずれの超音波探
触子３からのデータを利用してもかまわないこと、最大
値と平均値のいずれを使用してもかまわないことが理解
される。
【００４２】なお、図５のグラフにおいて、演算された
予荷重は軸受荷重に換算して約５０００Ｎであり、ボー
ル１個あたりに換算すると約１１８０Ｎである。
予荷重は軸受荷重に換算して約５０００Ｎであり、ボー
ル１個あたりに換算すると約１１８０Ｎである。
【００４３】＜別実施形態＞ （１）本発明が適用される軸受は特定の構造の軸受に限
定されるものではない。例えば，通常の玉軸受だけでな
くアンギュラ玉軸受にも応用することができる。例え
ば、ボールは単列ではなく複列の場合にも応用すること
ができる。
定されるものではない。例えば，通常の玉軸受だけでな
くアンギュラ玉軸受にも応用することができる。例え
ば、ボールは単列ではなく複列の場合にも応用すること
ができる。
【００４４】（２）本実施形態では、軸を回転させた状
態でエコー高さ比を計測しているが、軸受２を静止させ
てボール２２が超音波探触子３の直下にある状態で所定
の軸受荷重を作用させてエコー高さ比を計測するように
しても良い。
態でエコー高さ比を計測しているが、軸受２を静止させ
てボール２２が超音波探触子３の直下にある状態で所定
の軸受荷重を作用させてエコー高さ比を計測するように
しても良い。
【００４５】（３）本実施形態では、軸受予荷重推定プ
ログラムについてのみ説明しているが、このプログラム
が他の目的のプログラムと一体になっていても良い。図
５からもわかることであるが、既知の軸受荷重を用いて
軸受荷重とエコー高さ比の関係式を予め求めておけば、
機械運転中に計測されるエコー高さ比から軸受荷重を推
定することができる。したがって、かかる軸受荷重を推
定するプログラムと一体になっていてもよい。また、左
右の超音波探触子３から得られるデータから偏荷重を得
ることができるので、かかる機能を有するプログラムと
一体になっていても良い。さらに別の機能を有するプロ
グラムと一体になっていても良い。もちろん、このプロ
グラムが記録される記録媒体についても同様である。
ログラムについてのみ説明しているが、このプログラム
が他の目的のプログラムと一体になっていても良い。図
５からもわかることであるが、既知の軸受荷重を用いて
軸受荷重とエコー高さ比の関係式を予め求めておけば、
機械運転中に計測されるエコー高さ比から軸受荷重を推
定することができる。したがって、かかる軸受荷重を推
定するプログラムと一体になっていてもよい。また、左
右の超音波探触子３から得られるデータから偏荷重を得
ることができるので、かかる機能を有するプログラムと
一体になっていても良い。さらに別の機能を有するプロ
グラムと一体になっていても良い。もちろん、このプロ
グラムが記録される記録媒体についても同様である。
【００４６】（４）超音波探触子３については図１の構
造に限定されるものではなく、図６に示すような斜角探
触子３’を用いても良い。斜角探触子３’は、軸受ハウ
ジング１の外周部ではなく正面部（回転軸に直交する面
内）に取り付けられる。斜角探触子３’から発せられる
超音波は角度θをもって軸受ハウジング１と軸受外輪２
０の境界に到達し、一部は透過し一部は斜角探触子３に
向かって反射される。この取り付け構成の利点は、軸受
ハウジング１に機械加工を施さなくて済む点である。
造に限定されるものではなく、図６に示すような斜角探
触子３’を用いても良い。斜角探触子３’は、軸受ハウ
ジング１の外周部ではなく正面部（回転軸に直交する面
内）に取り付けられる。斜角探触子３’から発せられる
超音波は角度θをもって軸受ハウジング１と軸受外輪２
０の境界に到達し、一部は透過し一部は斜角探触子３に
向かって反射される。この取り付け構成の利点は、軸受
ハウジング１に機械加工を施さなくて済む点である。
【図１】軸受予荷重推定装置の構成を示す概念図
【図２】軸受予荷重を推定する方法の原理を説明する図
【図３】観測例を示す図
【図４】パソコンの主要部の構成を示す図
【図５】観測結果を示すグラフ
【図６】斜角探触子を説明する図
１ 軸受ハウジング ２ 軸受 ３ 超音波探触子 ２０ 外輪 ２１ 内輪 ２２ ボール ６３ プログラムファイル ６３ａ エコー高さ比算出手段 ６３ｂ 関係式算出手段 ６３ｃ 予荷重算出手段
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F051 AB04 BA07 2G024 AC01 BA01 CA11 DA06 2G047 AA07 AC08 BA03 BB01 BC03 CA01 EA11 EA13 GG28 GH19 3J101 AA02 AA42 AA52 AA62 BA77 FA24 FA26 FA31 FA41 GA60
Claims (4)
- 【請求項１】 軸受が支持される軸受ハウジングに取り
付けられる超音波探触子から超音波を前記軸受の軸受外
輪に向けて発生させ、前記軸受ハウジングと前記軸受外
輪との境界からの反射波を測定することにより、軸受に
作用する予荷重を推定する軸受予荷重推定装置であっ
て、 前記超音波探触子が受信した前記反射波からエコー高さ
比を求めるエコー高さ比算出手段と、 第１の軸受荷重と第２の軸受荷重の少なくとも異なる２
つの軸受荷重を作用させて得られた第１のエコー高さ比
と第２のエコー高さ比とから、前記エコー高さ比と軸受
荷重の関係式を求める関係式算出手段と、 前記関係式から前記エコー高さ比がゼロとなる軸受荷重
を求め、この軸受荷重を軸受予荷重として求める予荷重
算出手段とを備えたことを特徴とする軸受予荷重推定装
置。 - 【請求項２】 軸受が支持される軸受ハウジングに取り
付けられる超音波探触子から超音波を前記軸受の軸受外
輪に向けて発生させ、前記軸受ハウジングと前記軸受外
輪との境界からの反射波を測定することにより、軸受に
作用する予荷重を推定する軸受予荷重推定方法であっ
て、 前記超音波探触子が受信した前記反射波からエコー高さ
比を求めるエコー高さ比算出ステップと、 第１の軸受荷重と第２の軸受荷重の少なくとも異なる２
つの軸受荷重を作用させて得られた第１のエコー高さ比
と第２のエコー高さ比とから、前記エコー高さ比と軸受
荷重の関係式を求める関係式算出ステップと、 前記関係式から前記エコー高さ比がゼロとなる軸受荷重
を求め、この軸受荷重を軸受予荷重として求める予荷重
算出ステップとを有することを特徴とする軸受予荷重推
定方法。 - 【請求項３】 軸受が支持される軸受ハウジングに取り
付けられる超音波探触子から超音波を前記軸受の軸受外
輪に向けて発生させ、前記軸受ハウジングと前記軸受外
輪との境界からの反射波を測定することにより、軸受に
作用する予荷重を推定するための軸受予荷重推定プログ
ラムであって、 前記超音波探触子が受信した前記反射波からエコー高さ
比を求めるエコー高さ比算出ステップと、 第１の軸受荷重と第２の軸受荷重の少なくとも異なる２
つの軸受荷重を作用させて得られた第１のエコー高さ比
と第２のエコー高さ比とから、前記エコー高さ比と軸受
荷重の関係式を求める関係式算出ステップと、 前記関係式から前記エコー高さ比がゼロとなる軸受荷重
を求め、この軸受荷重を軸受予荷重として求める予荷重
算出ステップをコンピュータに実行させるための軸受予
荷重推定プログラム。 - 【請求項４】 請求項３に記載の軸受予荷重推定プログ
ラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001058381A JP4011297B2 (ja) | 2001-03-02 | 2001-03-02 | 軸受予荷重推定装置及び軸受予荷重推定方法及び軸受予荷重推定プログラム及びこのプログラムを記録した記録媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001058381A JP4011297B2 (ja) | 2001-03-02 | 2001-03-02 | 軸受予荷重推定装置及び軸受予荷重推定方法及び軸受予荷重推定プログラム及びこのプログラムを記録した記録媒体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002257795A true JP2002257795A (ja) | 2002-09-11 |
| JP4011297B2 JP4011297B2 (ja) | 2007-11-21 |
Family
ID=18918113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001058381A Expired - Fee Related JP4011297B2 (ja) | 2001-03-02 | 2001-03-02 | 軸受予荷重推定装置及び軸受予荷重推定方法及び軸受予荷重推定プログラム及びこのプログラムを記録した記録媒体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4011297B2 (ja) |
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| JP2002257687A (ja) * | 2001-03-06 | 2002-09-11 | Sumitomo Chem Co Ltd | 軸受荷重計測のための軸受支持構造 |
| JP2002257797A (ja) * | 2001-03-06 | 2002-09-11 | Sumitomo Chem Co Ltd | 軸受損傷評価装置及び軸受損傷評価方法及び軸受損傷評価プログラム及びこのプログラムを記録した記憶媒体 |
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-
2001
- 2001-03-02 JP JP2001058381A patent/JP4011297B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| 竹内彰敏，佐藤光正，小野沢元久，菅原康則，青木弘: ""超音波法による固体接触面積の測定"", 日本機械学会論文集Ｃ編, vol. 第６５巻、第６４０号, JPNX007049315, 25 December 1999 (1999-12-25), JP, pages 4767 - 4773, ISSN: 0000892209 * |
| 竹内彰敏: ""超音波法による転がり軸受の運転状態測定の試み"", 社団法人日本設計工学会研究発表講演会講演論文集, vol. 平成１１年度秋季、２９, JPN4006021874, 19 August 1999 (1999-08-19), JP, pages 93 - 94, ISSN: 0000791480 * |
| 竹内彰敏: ""超音波法による転がり軸受の運転状態測定の試み"", 社団法人日本設計工学会研究発表講演会講演論文集, vol. 平成１１年度秋季、２９, JPNX007007285, 19 August 1999 (1999-08-19), JP, pages 93 - 94, ISSN: 0000817271 * |
| 竹内彰敏: ""超音波法による転がり軸受の運転状態測定の試み"", 社団法人日本設計工学会研究発表講演会講演論文集, vol. 平成１１年度秋季、２９, JPNX007049314, 19 August 1999 (1999-08-19), JP, pages 93 - 94, ISSN: 0000892208 * |
Cited By (5)
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| JP4011297B2 (ja) | 2007-11-21 |
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