JP2004117088A - 軸受特性の計測方法及び軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧縮性流体軸受の動特性を高精度に計測し得る軸受特性の計測方法を提供する。
【解決手段】軸受3を加振機で加振してこのときの加振力をロードセル4、5で計測するとともに、その変位量を変位計7、8で計測し、かかる計測を加振条件を変えて2回実施し、それぞれの場合の加振力及び変位量に基づき前記軸受3のばね係数及び減衰係数を求める場合において、軸受3は、気体軸受等の圧縮性流体軸受を対象とし、加振機に供給する加振信号は、所定領域の多数の周波数成分を有するものとして、軸受3のばね係数及び減衰係数の周波数特性を求める。
【選択図】 図1
【解決手段】軸受3を加振機で加振してこのときの加振力をロードセル4、5で計測するとともに、その変位量を変位計7、8で計測し、かかる計測を加振条件を変えて2回実施し、それぞれの場合の加振力及び変位量に基づき前記軸受3のばね係数及び減衰係数を求める場合において、軸受3は、気体軸受等の圧縮性流体軸受を対象とし、加振機に供給する加振信号は、所定領域の多数の周波数成分を有するものとして、軸受3のばね係数及び減衰係数の周波数特性を求める。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸受特性の計測方法及び軸受に関し、特に冷凍機、タービン等の高速回転機械に用いる気体軸受等の圧縮性流体軸受の軸受特性を高精度に計測する場合に適用して有用なものである。
【0002】
【従来の技術】
冷凍機、タービン等の高速回転機械では、気体軸受が用いられている。
【0003】
一方、この種の高速回転機械の設計に当たっては、その回転体が励振源とならないような設計とすることが肝要である。このためには軸受の動特性を知る必要がある。ここで、軸受部分は特定のバネ係数と減衰係数を有する振動系を構成しているので、回転体の回転により加振された場合の特性は次式(1)で表される。
f=kx+c・(dx/dt) ・・・(1)
ここで、fは軸受に作用する加振力、xは軸受の変位、(dx/dt)は軸受の変位速度、kはバネ係数、cは減衰係数である。
【0004】
したがって、軸受を所定の加振力で加振してやり、このときの変位を計測するとともに、かかる計測を加振力の振幅等、加振条件を変えて2回行えば、バネ係数k及び減衰係数cを未知数とする連立方程式が得られ、この連立方程式を解くことによりバネ係数k及び減衰係数cが求まる。当該軸受の動特性は、バネ係数k及び減衰係数cで特定される。
【0005】
そこで、図5に示すような加振機を用いて軸受を所定の周波数(例えば100Hz)で加振してやり、これに伴うなう加振力及び軸受の変位を測定するとともに、かかる測定値に基づいて上式(1)に基づく演算を行うことにより、当該軸受の動特性を求めることが従来より行われている。
【0006】
図5に示す場合は2台の加振機1、2を用いており、その加振ロッド1a、2aがそれぞれ軸方向に直線的に移動して、各加振ロッド1a、2aの先端に当接する軸受3に所定の加振力を付与する。このとき、加振ロッド1a、2aは各軸線方向が直交するように配設してある。したがって、加振機1、2に供給する正弦波の加振信号の位相関係を適切に設定することにより加振ロッド1a、2aで加振する軸受に円運動をさせることができる。このときの加振力を振れ回り加振力という。
【0007】
軸受の動特性の計測は、通常、対象となる軸受3に振れ回り加振力を作用させて行う。そして、このときの加振力は加振機1、2にそれぞれ配設するロードセル4、5で検出し、軸受3の変位量は、その近傍に配設する変位計(図示せず。)で検出する。ここで、変位計は、軸受3を挟んだ反対側で前記加振ロッド1a、2aの軸線上に配設してかかる軸線上における変位量をそれぞれ検出する。
【0008】
なお、転がり軸受装置の揺動特性評価方法として下記の特許文献1に開示する発明が知られている。これは、玉軸受及び玉軸受ユニットをモータによって揺動駆動し、モータの駆動電流を計測することによって玉軸受及び玉軸受ユニットのトルク、トルク変動等の軸受特性を評価するものである。
【0009】
【特許文献1】
特開平11−83650号
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来技術に係る軸受特性の計測方法においては、特定の周波数に関する軸受特性のみを検出していた。すなわち、軸受のバネ係数k及び減衰係数cには周波数依存性がないものとしてその動特性を求めていた。
【0011】
このようにバネ係数k及び減衰係数cの周波数依存性を考慮することなく軸受の動特性を求めて軸受を設計しても、これが油等の非圧縮性流体軸受である場合には不都合はないが、気体軸受等の圧縮性流体軸受である場合には、十分ではない。圧縮性流体軸受の場合にはバネ係数k及び減衰係数cが周波数依存性を有するからである。
【0012】
本発明は、上記従来技術に鑑み、圧縮性流体軸受の動特性を高精度に計測し得る軸受特性の計測方法及び軸受を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【0014】
1) 軸受を加振機で加振してこのときの加振力と前記軸受の変位量とを計測するとともに、かかる計測を振幅等の加振条件を変えて複数回実施し、それぞれの場合の加振力及び変位に基づき前記軸受のばね係数及び減衰係数を求める軸受特性の計測方法において、
軸受は、気体軸受等の圧縮性流体軸受を対象とし、
加振機に供給する加振信号は、所定領域の多数の周波数成分を有するものとして、この加振信号で前記軸受を加振するとともに、この軸受に作用する加振力を表す加振力信号及び軸受の変位量を表す変位量信号を得る一方、
かかる計測を加振条件を変えて複数回行い、それぞれの場合の加振力信号及び変位量信号に基づき前記加振力信号に含まれる各周波数毎の前記軸受のバネ係数及び減衰係数を求めること。
【0015】
2) 上記1)に記載する軸受特性の計測方法において、
各周波数毎に求めた軸受の離散的なバネ係数及び減衰係数を補間してバネ係数及び減衰係数の連続的な周波数特性曲線を求めること。
【0016】
3) 上記2)に記載する軸受特性の計測方法において、
離散的なバネ係数及び減衰係数の補間は、スプライン関数補間により行うこと。
【0017】
4) 上記2)に記載する軸受特性の計測方法において、
離散的なバネ係数及び減衰係数の補間は、気体膜理論に基づく非線形関数補間により行うこと。
【0018】
5) 上記1)乃至4)に記載する何れか一つの軸受特性の計測方法において、
加振信号は、10Hz乃至1600Hzの周波数成分を含むこと。
【0019】
6) 上記1)乃至5)に記載する何れか一つの軸受特性の計測方法において、
軸受の加振は、相互の加振方向が直交するような加振力を前記軸受に付与するように配設した2台の加振機を用いて行うとともに、前記軸受が、これが支承する回転軸に対して円運動を行うような振れ回り加振力を付与するようにしたこと。
【0020】
7) 上記1)乃至6)の何れか一つに記載する軸受特性の計測方法により求めたバネ係数及び減衰係数を加味して支承する回転体が励振源とならないように形成したこと。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【0022】
図1は本発明の実施の形態に係る軸受特性の計測原理を概念的に示す説明図である。同図中、3は計測対象である軸受、4,5はロードセル、6は回転軸、7,8は変位計である。ここで、ロードセル4及び変位計7は、図5に示す加振機1の加振ロッド1aの軸線であるx軸上に軸受3を挟んで相対向して配設してあり、ロードセル5及び変位計8は、図5に示す加振機2の加振ロッド2aの軸線であり、前記x軸に直交する軸であるy軸上に軸受3を挟んで相対向して配設してある。かくして、加振機1、2で軸受3を加振した場合の軸受3からの反力である加振力をロードセル4、5でそれぞれ検出して、各加振力を表す加振力信号を得る。同時に、軸受3のx軸及びy軸に沿う変位量を変位計7、8でそれぞれ検出して、各変位量を表す変位量信号を得る。
【0023】
ここで、軸受3は、気体軸受等の圧縮性流体軸受である。また、加振機1、2に供給する加振信号は、独立なランダム波(各周波数の振幅及び位相が異なる波)として、この加振信号で前記軸受3を加振する。すなわち、加振信号は、所定領域(例えば10Hz乃至1600Hz)の多数の周波数成分を有する。また、このときの加振は、軸受3が、これが支承する回転軸6に対して円運動を行うような振れ回り加振力として付与する。
【0024】
この結果、前記ロードセル4、5の出力信号として図2(a)に示すような加振力信号を得るとともに、前記変位計7、8の出力信号として図2(b)に示すような変位量信号を得る。かかる加振力信号及び変位量信号は、いずれも加振機1、2の加振信号と同様の領域の周波数成分を有する。したがって、軸受3の加振機1、2による加振を、加振条件を変えて複数回(少なくとも2回)行うことにより得る複数組の加振力信号及び変位量信号に基づく連立方程式を解くことにより任意の各周波数毎のバネ係数及び減衰係数を求めることができる。具体的には次の通りである。
【0025】
バネ係数をKij、減衰係数をCijとすると、当該振動系の運動方程式は次式(2)で表される。同式中の軸受特性の添字は変位方向(j方向)と力の働く方向(i方向)とを示す。
【0026】
【数1】
ここで、fi 、xi はi方向の加振力及び変位量である。
【0027】
上式(2)をフーリェ変換して周波数領域で記述すると次式(3)の通りとなる。
【数2】
ここで、次式(4)の通りに置く(Hは周波数応答関数である。)
【数3】
【0028】
独立なランダム波である加振信号で2回の加振を行って2つの連立方程式を連立させると次式(5)の通りとなる。
【数4】
ここで、右上側の添字はi回目の加振であることを表す。
【0029】
計測から得られた加振力及び変位量を上式(5)に代入すると周波数応答関数Hが求まる。また、式(4)より次式(6)、(7)となる。
【数5】
【0030】
上式(6)の周波数応答関数Hの実部から、図3に示すように、各周波数のバネ係数kが求まる。また、上式(7)の周波数応答関数Hの虚部から、図4(a)に示す周波数特性が求まり、これを2πfで除すことにより減衰係数cが求まる。すなわち、軸受3の動特性を周波数の関数として得る。
【0031】
上述の如き手法により各周波数毎に求めた軸受3の離散的なバネ係数k及び減衰係数cを補間してバネ係数kの連続的な周波数特性曲線(図3参照。)及び減衰係数cの連続的な周波数特性曲線(図4(b)参照。)を求める。ここで、補間法としては、スプライン関数補間及び気体膜理論に基づく非線形関数補間を好適に利用し得る。
【0032】
上述の手法により求めた周波数依存性をも考慮することにより、当該軸受3の動特性を高精度に測定することができ、特に高速回転体の軸受3として汎用されている圧縮性流体軸受の設計を適正に行うことができる。
【0033】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項1〕に記載する発明は、軸受を加振機で加振してこのときの加振力と前記軸受の変位とを計測するとともに、かかる計測を振幅等の加振条件を変えて複数回実施し、それぞれの場合の加振力及び変位量に基づき前記軸受のばね係数及び減衰係数を求める軸受特性の計測方法において、軸受は、気体軸受等の圧縮性流体軸受を対象とし、加振機に供給する加振信号は、所定領域の多数の周波数成分を有するものとして、この加振信号で前記軸受を加振するとともに、この軸受に作用する加振力を表す加振力信号及び軸受の変位量を表す変位量信号を得る一方、かかる計測を加振条件を変えて複数回行い、それぞれの場合の加振力信号及び変位量信号に基づき前記加振力信号に含まれる各周波数毎の前記軸受のバネ係数及び減衰係数を求めるので、
圧縮性流体軸受の動特性を決定するバネ係数及び減衰係数の周波数特性を精確に検出することができる。
この結果、バネ係数及び減衰係数の周波数依存性を加味した適切な軸受の設計が可能になる。
【0034】
〔請求項2〕に記載する発明は、〔請求項1〕に記載する軸受特性の計測方法において、各周波数毎に求めた軸受の離散的なバネ係数及び減衰係数を補間してバネ係数及び減衰係数の連続的な周波数特性曲線を求めるので、
〔請求項1〕に記載する発明におけるバネ係数及び減衰係数の連続的な周波数依存性を検出することができる。
【0035】
〔請求項3〕に記載する発明は、〔請求項2〕に記載する軸受特性の計測方法において、離散的なバネ係数及び減衰係数の補間は、スプライン関数補間により行うので、
〔請求項2〕に記載する発明を具体的に実現できる。
【0036】
〔請求項4〕に記載する発明は、〔請求項2〕に記載する軸受特性の計測方法において、離散的なバネ係数及び減衰係数の補間は、気体膜理論に基づく非線形関数補間により行うので、
〔請求項2〕に記載する発明を具体的に実現できる。
【0037】
〔請求項5〕に記載する発明は、〔請求項1〕乃至〔請求項4〕に記載する何れか一つの軸受特性の計測方法において、加振信号は、10Hz乃至1600Hzの周波数成分を含むので、
回転体の回転時に作用する具体的な周波数の加振力に対する特性を精確に検出し得る。
【0038】
〔請求項6〕に記載する発明は、〔請求項1〕乃至〔請求項5〕に記載する何れか一つの軸受特性の計測方法において、軸受の加振は、相互の加振方向が直交するような加振力を前記軸受に付与するように配設した2台の加振機を用いて行うとともに、前記軸受が、これが支承する回転軸に対して円運動を行うような振れ回り加振力を付与するようにしたので、
被検体である軸受に円運動を行わせることにより、実機に搭載した場合に作用する加振力に対する動特性をその周波数依存性とともに精確に検出することができる。
【0039】
〔請求項7〕に記載する発明は、〔請求項1〕乃至〔請求項6〕の何れか一つに記載する軸受特性の計測方法により求めたバネ係数及び減衰係数を加味して支承する回転体が励振源とならないように形成したので、
支承する回転体が励振源となることがないよう、加振力に対する周波数依存性をも加味したバネ係数及び減衰係数に基づき最適に設計された軸受を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る軸受特性の計測原理を概念的に示す説明図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る測定結果を表す信号の波形図で、(a)はロードセルで検出した加振力信号、(b)は変位計で検出した変位信号をそれぞれ示す。
【図3】本発明の実施の形態に係る軸受特性の計測方法により得るバネ係数の周波数特性を示す特性図である。
【図4】本発明の実施の形態により得る測定結果を示す図で、(a)は減衰係数を含む虚数部分の周波数特性を示す特性図、(b)は(a)に示す特性を2πfで除して求める減衰係数の周波数特性を示す特性図である。
【図5】軸受特性の計測を行うための加振機を示す説明図である。
【符号の説明】
1、2 加振機
1a、2a 加振ロッド
3 軸受
4、5 ロードセル
6 回転軸
7、8 変位計
【発明の属する技術分野】
本発明は軸受特性の計測方法及び軸受に関し、特に冷凍機、タービン等の高速回転機械に用いる気体軸受等の圧縮性流体軸受の軸受特性を高精度に計測する場合に適用して有用なものである。
【0002】
【従来の技術】
冷凍機、タービン等の高速回転機械では、気体軸受が用いられている。
【0003】
一方、この種の高速回転機械の設計に当たっては、その回転体が励振源とならないような設計とすることが肝要である。このためには軸受の動特性を知る必要がある。ここで、軸受部分は特定のバネ係数と減衰係数を有する振動系を構成しているので、回転体の回転により加振された場合の特性は次式(1)で表される。
f=kx+c・(dx/dt) ・・・(1)
ここで、fは軸受に作用する加振力、xは軸受の変位、(dx/dt)は軸受の変位速度、kはバネ係数、cは減衰係数である。
【0004】
したがって、軸受を所定の加振力で加振してやり、このときの変位を計測するとともに、かかる計測を加振力の振幅等、加振条件を変えて2回行えば、バネ係数k及び減衰係数cを未知数とする連立方程式が得られ、この連立方程式を解くことによりバネ係数k及び減衰係数cが求まる。当該軸受の動特性は、バネ係数k及び減衰係数cで特定される。
【0005】
そこで、図5に示すような加振機を用いて軸受を所定の周波数(例えば100Hz)で加振してやり、これに伴うなう加振力及び軸受の変位を測定するとともに、かかる測定値に基づいて上式(1)に基づく演算を行うことにより、当該軸受の動特性を求めることが従来より行われている。
【0006】
図5に示す場合は2台の加振機1、2を用いており、その加振ロッド1a、2aがそれぞれ軸方向に直線的に移動して、各加振ロッド1a、2aの先端に当接する軸受3に所定の加振力を付与する。このとき、加振ロッド1a、2aは各軸線方向が直交するように配設してある。したがって、加振機1、2に供給する正弦波の加振信号の位相関係を適切に設定することにより加振ロッド1a、2aで加振する軸受に円運動をさせることができる。このときの加振力を振れ回り加振力という。
【0007】
軸受の動特性の計測は、通常、対象となる軸受3に振れ回り加振力を作用させて行う。そして、このときの加振力は加振機1、2にそれぞれ配設するロードセル4、5で検出し、軸受3の変位量は、その近傍に配設する変位計(図示せず。)で検出する。ここで、変位計は、軸受3を挟んだ反対側で前記加振ロッド1a、2aの軸線上に配設してかかる軸線上における変位量をそれぞれ検出する。
【0008】
なお、転がり軸受装置の揺動特性評価方法として下記の特許文献1に開示する発明が知られている。これは、玉軸受及び玉軸受ユニットをモータによって揺動駆動し、モータの駆動電流を計測することによって玉軸受及び玉軸受ユニットのトルク、トルク変動等の軸受特性を評価するものである。
【0009】
【特許文献1】
特開平11−83650号
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き従来技術に係る軸受特性の計測方法においては、特定の周波数に関する軸受特性のみを検出していた。すなわち、軸受のバネ係数k及び減衰係数cには周波数依存性がないものとしてその動特性を求めていた。
【0011】
このようにバネ係数k及び減衰係数cの周波数依存性を考慮することなく軸受の動特性を求めて軸受を設計しても、これが油等の非圧縮性流体軸受である場合には不都合はないが、気体軸受等の圧縮性流体軸受である場合には、十分ではない。圧縮性流体軸受の場合にはバネ係数k及び減衰係数cが周波数依存性を有するからである。
【0012】
本発明は、上記従来技術に鑑み、圧縮性流体軸受の動特性を高精度に計測し得る軸受特性の計測方法及び軸受を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【0014】
1) 軸受を加振機で加振してこのときの加振力と前記軸受の変位量とを計測するとともに、かかる計測を振幅等の加振条件を変えて複数回実施し、それぞれの場合の加振力及び変位に基づき前記軸受のばね係数及び減衰係数を求める軸受特性の計測方法において、
軸受は、気体軸受等の圧縮性流体軸受を対象とし、
加振機に供給する加振信号は、所定領域の多数の周波数成分を有するものとして、この加振信号で前記軸受を加振するとともに、この軸受に作用する加振力を表す加振力信号及び軸受の変位量を表す変位量信号を得る一方、
かかる計測を加振条件を変えて複数回行い、それぞれの場合の加振力信号及び変位量信号に基づき前記加振力信号に含まれる各周波数毎の前記軸受のバネ係数及び減衰係数を求めること。
【0015】
2) 上記1)に記載する軸受特性の計測方法において、
各周波数毎に求めた軸受の離散的なバネ係数及び減衰係数を補間してバネ係数及び減衰係数の連続的な周波数特性曲線を求めること。
【0016】
3) 上記2)に記載する軸受特性の計測方法において、
離散的なバネ係数及び減衰係数の補間は、スプライン関数補間により行うこと。
【0017】
4) 上記2)に記載する軸受特性の計測方法において、
離散的なバネ係数及び減衰係数の補間は、気体膜理論に基づく非線形関数補間により行うこと。
【0018】
5) 上記1)乃至4)に記載する何れか一つの軸受特性の計測方法において、
加振信号は、10Hz乃至1600Hzの周波数成分を含むこと。
【0019】
6) 上記1)乃至5)に記載する何れか一つの軸受特性の計測方法において、
軸受の加振は、相互の加振方向が直交するような加振力を前記軸受に付与するように配設した2台の加振機を用いて行うとともに、前記軸受が、これが支承する回転軸に対して円運動を行うような振れ回り加振力を付与するようにしたこと。
【0020】
7) 上記1)乃至6)の何れか一つに記載する軸受特性の計測方法により求めたバネ係数及び減衰係数を加味して支承する回転体が励振源とならないように形成したこと。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【0022】
図1は本発明の実施の形態に係る軸受特性の計測原理を概念的に示す説明図である。同図中、3は計測対象である軸受、4,5はロードセル、6は回転軸、7,8は変位計である。ここで、ロードセル4及び変位計7は、図5に示す加振機1の加振ロッド1aの軸線であるx軸上に軸受3を挟んで相対向して配設してあり、ロードセル5及び変位計8は、図5に示す加振機2の加振ロッド2aの軸線であり、前記x軸に直交する軸であるy軸上に軸受3を挟んで相対向して配設してある。かくして、加振機1、2で軸受3を加振した場合の軸受3からの反力である加振力をロードセル4、5でそれぞれ検出して、各加振力を表す加振力信号を得る。同時に、軸受3のx軸及びy軸に沿う変位量を変位計7、8でそれぞれ検出して、各変位量を表す変位量信号を得る。
【0023】
ここで、軸受3は、気体軸受等の圧縮性流体軸受である。また、加振機1、2に供給する加振信号は、独立なランダム波(各周波数の振幅及び位相が異なる波)として、この加振信号で前記軸受3を加振する。すなわち、加振信号は、所定領域(例えば10Hz乃至1600Hz)の多数の周波数成分を有する。また、このときの加振は、軸受3が、これが支承する回転軸6に対して円運動を行うような振れ回り加振力として付与する。
【0024】
この結果、前記ロードセル4、5の出力信号として図2(a)に示すような加振力信号を得るとともに、前記変位計7、8の出力信号として図2(b)に示すような変位量信号を得る。かかる加振力信号及び変位量信号は、いずれも加振機1、2の加振信号と同様の領域の周波数成分を有する。したがって、軸受3の加振機1、2による加振を、加振条件を変えて複数回(少なくとも2回)行うことにより得る複数組の加振力信号及び変位量信号に基づく連立方程式を解くことにより任意の各周波数毎のバネ係数及び減衰係数を求めることができる。具体的には次の通りである。
【0025】
バネ係数をKij、減衰係数をCijとすると、当該振動系の運動方程式は次式(2)で表される。同式中の軸受特性の添字は変位方向(j方向)と力の働く方向(i方向)とを示す。
【0026】
【数1】
ここで、fi 、xi はi方向の加振力及び変位量である。
【0027】
上式(2)をフーリェ変換して周波数領域で記述すると次式(3)の通りとなる。
【数2】
ここで、次式(4)の通りに置く(Hは周波数応答関数である。)
【数3】
【0028】
独立なランダム波である加振信号で2回の加振を行って2つの連立方程式を連立させると次式(5)の通りとなる。
【数4】
ここで、右上側の添字はi回目の加振であることを表す。
【0029】
計測から得られた加振力及び変位量を上式(5)に代入すると周波数応答関数Hが求まる。また、式(4)より次式(6)、(7)となる。
【数5】
【0030】
上式(6)の周波数応答関数Hの実部から、図3に示すように、各周波数のバネ係数kが求まる。また、上式(7)の周波数応答関数Hの虚部から、図4(a)に示す周波数特性が求まり、これを2πfで除すことにより減衰係数cが求まる。すなわち、軸受3の動特性を周波数の関数として得る。
【0031】
上述の如き手法により各周波数毎に求めた軸受3の離散的なバネ係数k及び減衰係数cを補間してバネ係数kの連続的な周波数特性曲線(図3参照。)及び減衰係数cの連続的な周波数特性曲線(図4(b)参照。)を求める。ここで、補間法としては、スプライン関数補間及び気体膜理論に基づく非線形関数補間を好適に利用し得る。
【0032】
上述の手法により求めた周波数依存性をも考慮することにより、当該軸受3の動特性を高精度に測定することができ、特に高速回転体の軸受3として汎用されている圧縮性流体軸受の設計を適正に行うことができる。
【0033】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項1〕に記載する発明は、軸受を加振機で加振してこのときの加振力と前記軸受の変位とを計測するとともに、かかる計測を振幅等の加振条件を変えて複数回実施し、それぞれの場合の加振力及び変位量に基づき前記軸受のばね係数及び減衰係数を求める軸受特性の計測方法において、軸受は、気体軸受等の圧縮性流体軸受を対象とし、加振機に供給する加振信号は、所定領域の多数の周波数成分を有するものとして、この加振信号で前記軸受を加振するとともに、この軸受に作用する加振力を表す加振力信号及び軸受の変位量を表す変位量信号を得る一方、かかる計測を加振条件を変えて複数回行い、それぞれの場合の加振力信号及び変位量信号に基づき前記加振力信号に含まれる各周波数毎の前記軸受のバネ係数及び減衰係数を求めるので、
圧縮性流体軸受の動特性を決定するバネ係数及び減衰係数の周波数特性を精確に検出することができる。
この結果、バネ係数及び減衰係数の周波数依存性を加味した適切な軸受の設計が可能になる。
【0034】
〔請求項2〕に記載する発明は、〔請求項1〕に記載する軸受特性の計測方法において、各周波数毎に求めた軸受の離散的なバネ係数及び減衰係数を補間してバネ係数及び減衰係数の連続的な周波数特性曲線を求めるので、
〔請求項1〕に記載する発明におけるバネ係数及び減衰係数の連続的な周波数依存性を検出することができる。
【0035】
〔請求項3〕に記載する発明は、〔請求項2〕に記載する軸受特性の計測方法において、離散的なバネ係数及び減衰係数の補間は、スプライン関数補間により行うので、
〔請求項2〕に記載する発明を具体的に実現できる。
【0036】
〔請求項4〕に記載する発明は、〔請求項2〕に記載する軸受特性の計測方法において、離散的なバネ係数及び減衰係数の補間は、気体膜理論に基づく非線形関数補間により行うので、
〔請求項2〕に記載する発明を具体的に実現できる。
【0037】
〔請求項5〕に記載する発明は、〔請求項1〕乃至〔請求項4〕に記載する何れか一つの軸受特性の計測方法において、加振信号は、10Hz乃至1600Hzの周波数成分を含むので、
回転体の回転時に作用する具体的な周波数の加振力に対する特性を精確に検出し得る。
【0038】
〔請求項6〕に記載する発明は、〔請求項1〕乃至〔請求項5〕に記載する何れか一つの軸受特性の計測方法において、軸受の加振は、相互の加振方向が直交するような加振力を前記軸受に付与するように配設した2台の加振機を用いて行うとともに、前記軸受が、これが支承する回転軸に対して円運動を行うような振れ回り加振力を付与するようにしたので、
被検体である軸受に円運動を行わせることにより、実機に搭載した場合に作用する加振力に対する動特性をその周波数依存性とともに精確に検出することができる。
【0039】
〔請求項7〕に記載する発明は、〔請求項1〕乃至〔請求項6〕の何れか一つに記載する軸受特性の計測方法により求めたバネ係数及び減衰係数を加味して支承する回転体が励振源とならないように形成したので、
支承する回転体が励振源となることがないよう、加振力に対する周波数依存性をも加味したバネ係数及び減衰係数に基づき最適に設計された軸受を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る軸受特性の計測原理を概念的に示す説明図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る測定結果を表す信号の波形図で、(a)はロードセルで検出した加振力信号、(b)は変位計で検出した変位信号をそれぞれ示す。
【図3】本発明の実施の形態に係る軸受特性の計測方法により得るバネ係数の周波数特性を示す特性図である。
【図4】本発明の実施の形態により得る測定結果を示す図で、(a)は減衰係数を含む虚数部分の周波数特性を示す特性図、(b)は(a)に示す特性を2πfで除して求める減衰係数の周波数特性を示す特性図である。
【図5】軸受特性の計測を行うための加振機を示す説明図である。
【符号の説明】
1、2 加振機
1a、2a 加振ロッド
3 軸受
4、5 ロードセル
6 回転軸
7、8 変位計
Claims (7)
- 軸受を加振機で加振してこのときの加振力と前記軸受の変位量とを計測するとともに、かかる計測を振幅等の加振条件を変えて複数回実施し、それぞれの場合の加振力及び変位量に基づき前記軸受のばね係数及び減衰係数を求める軸受特性の計測方法において、
軸受は、気体軸受等の圧縮性流体軸受を対象とし、
加振機に供給する加振信号は、所定領域の多数の周波数成分を有するものとして、この加振信号で前記軸受を加振するとともに、この軸受に作用する加振力を表す加振力信号及び軸受の変位量を表す変位量信号を得る一方、
かかる計測を加振条件を変えて複数回行い、それぞれの場合の加振力信号及び変位量信号に基づき前記加振力信号に含まれる各周波数毎の前記軸受のバネ係数及び減衰係数を求めることを特徴とする軸受特性の計測方法。 - 〔請求項1〕に記載する軸受特性の計測方法において、
各周波数毎に求めた軸受の離散的なバネ係数及び減衰係数を補間してバネ係数及び減衰係数の連続的な周波数特性曲線を求めることを特徴とする軸受特性の計測方法。 - 〔請求項2〕に記載する軸受特性の計測方法において、
離散的なバネ係数及び減衰係数の補間は、スプライン関数補間により行うことを特徴とする軸受特性の計測方法。 - 〔請求項2〕に記載する軸受特性の計測方法において、
離散的なバネ係数及び減衰係数の補間は、気体膜理論に基づく非線形関数補間により行うことを特徴とする軸受特性の計測方法。 - 〔請求項1〕乃至〔請求項4〕に記載する何れか一つの軸受特性の計測方法において、
加振信号は、10Hz乃至1600Hzの周波数成分を含むことを特徴とする軸受特性の計測方法。 - 〔請求項1〕乃至〔請求項5〕に記載する何れか一つの軸受特性の計測方法において、
軸受の加振は、相互の加振方向が直交するような加振力を前記軸受に付与するように配設した2台の加振機を用いて行うとともに、前記軸受が、これが支承する回転軸に対して円運動を行うような振れ回り加振力を付与するようにしたことを特徴とする軸受特性の計測方法。 - 〔請求項1〕乃至〔請求項6〕の何れか一つに記載する軸受特性の計測方法により求めたバネ係数及び減衰係数を加味して支承する回転体が励振源とならないように形成したことを特徴とする軸受。
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