JP2005172717A - 転がり軸受の振動測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 転がり軸受１３、１３に対して種々の使用条件を設定でき、且つ、設定した使用条件下でこれら各転がり軸受１３、１３で発生する振動を正確に測定できる装置を実現する。
【解決手段】 １対の支持体４ａ、４ｂと回転体５との間に、それぞれ上記各転がり軸受１３、１３を組み付ける。これら各転がり軸受１３、１３の回転速度は駆動手段６により、同じく負荷荷重は第一、第二の荷重付与手段７、８により、それぞれ設定自在とする。上記回転体５の傾斜角度は、上記１対の支持体の４ａ、４ｂの高さ位置を調節する事により、同じく回転アンバランスは、上記回転体５の円周方向の一部に重錘を取り付ける事により、それぞれ設定自在とする。この構成を採用する事により、上記課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

この発明に係る転がり軸受の振動測定装置は、転がり軸受に各種の使用条件を設定した状態で、この転がり軸受に発生する振動を測定する為に使用する。

各種機械装置に組み込まれる転がり軸受の使用条件は、当該機械装置の運転条件に応じて種々変化する。例えば、工作機械の主軸を支持する転がり軸受の場合には、加工条件（この工作機械の運転条件）に応じて、当該転がり軸受の回転速度及び負荷荷重並びに被加工物を支持した上記主軸の傾斜角度及び回転アンバランス（当該転がり軸受の使用条件）が変化する。一方、上記機械装置に所望の動作を行なわせると共に、上記転がり軸受の寿命を十分に確保する為には、上記機械装置で実現される総ての運転条件に於いて、上記転がり軸受で発生する振動を十分に抑制できる様にする事が要求される。従って、上記機械装置の設計を行なう場合には、この様な振動抑制要求に応えられる様に、上記転がり軸受の仕様を決定する必要がある。

但し、上述した様な振動抑制要求に応える為とは言っても、過度に大きな、或は高精度の転がり軸受を使用すると、上記機械装置の小型化、低トルク化、及び低コスト化と言った、他の要求に応える事が難しくなる。従って、上記転がり軸受の仕様は、上記振動抑制要求とこれら他の要求とのバランスを考慮して決定するのが好ましい。特に、この場合、これら他の要求に十分に応えられる様にする為には、上記転がり軸受の仕様を、上記振動抑制要求に過不足なく応えられる様に決定するのが好ましい。言い換えれば、上記転がり軸受に就いては、上記振動抑制要求に応える事に関して限界設計を行なうのが好ましい。

ところが、この様な限界設計を行なう為には、各種転がり軸受が、対象となる機械装置で実現される総ての使用条件（例えば、回転速度、負荷荷重、支持する回転体の傾斜角度や回転アンバランス等に関する条件）に於いて、実際にどの様な振動を発生するのかを明確にする必要がある。ところが、従来は、この点を明確にする事ができなかった。即ち、従来は、転がり軸受の回転速度及び負荷荷重を所望通りに設定した状態で、当該転がり軸受で発生する振動を測定する装置は存在していた（例えば、特許文献１参照）が、これに加え、当該転がり軸受により支持する回転体の傾斜角度や回転アンバランスを所望通りに設定した状態で、当該転がり軸受で発生する振動を測定できる装置は存在しなかった。この為、上述した様な限界設計を行なう事が難しかった。

特開平５−１２６６２８号公報

本発明の転がり軸受の振動測定装置は、上述の様な事情に鑑み、転がり軸受の回転速度及び負荷荷重だけでなく、当該転がり軸受により支持する回転体の傾斜角度や回転アンバランスを所望通りに設定でき、且つ、設定した使用条件下で当該転がり軸受で発生する振動を測定できる様にすべく発明したものである。

本発明の転がり軸受の振動測定装置は、１対の支持体と、回転体と、駆動手段と、荷重付与手段と、振動センサとを備える。
このうちの１対の支持体は、互いに間隔をあけて設けられ、それぞれが別個の転がり軸受を構成する静止輪を嵌合支持自在である。これと共に、これら各静止輪を嵌合支持した状態で、これら各静止輪の中心軸同士の偏心量を調節自在である。そして、使用時にも回転しない。
又、上記回転体は、上記各転がり軸受を構成する回転輪に対し、それぞれ嵌合自在である。これと共に、自身の回転アンバランスを調節自在である。そして、使用時に上記各回転輪と共に回転する。
又、上記駆動手段は、上記回転体を所望の回転速度で回転駆動する。
又、上記荷重付与手段は、上記各転がり軸受に、直接若しくは他の部材を介して、所望の荷重（ラジアル荷重及びアキシアル荷重）を付与する。
更に、上記振動センサは、上記１対の転がり軸受のうちの少なくとも一方の転がり軸受の振動を、直接若しくは他の部材を介して測定する。

上述の様に構成する本発明の転がり軸受の振動測定装置によれば、転がり軸受の回転速度及び負荷荷重だけでなく、当該転がり軸受により支持する回転体の傾斜角度及び回転アンバランスを所望通りに設定でき、且つ、設定した使用条件下で当該転がり軸受で発生する振動を測定できる。
即ち、上記転がり軸受の回転速度を設定する場合には、上記回転輪に嵌合させた回転体の回転速度を、駆動手段により調節する。これにより、上記転がり軸受の回転速度を所望値に設定できる。
又、上記転がり軸受の負荷荷重を設定する場合には、上記回転輪に嵌合させた回転体に対し、設定すべき転がり軸受の負荷荷重を実現できる荷重を付与する。これにより、この転がり軸受の負荷荷重を所望通りに設定できる。
又、上記回転体の傾斜角度を設定する場合には、この回転体を１対の支持体に対し、上記１対の転がり軸受により支持する。そして、この状態で、上記１対の支持体により（例えば、これら各支持体の設置高さを調節する事により）、上記１対の転がり軸受を構成する静止輪同士の偏心量を調節する。これにより、上記回転体の傾斜角度を所望値に設定できる。
又、上記回転体の回転アンバランスを調節する場合には、例えば、この回転体の円周方向の一部に、重錘を取り付ける。これにより、この回転体の回転アンバランスを所望通りに設定できる。
更に、上記転がり軸受で発生する振動は、振動センサにより測定できる。

この様に本発明の転がり軸受の振動測定装置によれば、転がり軸受に対して上述した様な各種の使用条件を設定でき、且つ、設定した使用条件下で当該転がり軸受で発生する振動を測定できる。従って、この様な測定結果を利用すれば、各種機械装置の設計を行なう場合に、当該機械装置に組み込む転がり軸受の振動抑制に関する要求と、当該機械装置の小型化、低トルク化、及び低コスト化と言った他の要求とのバランスを考慮して、当該転がり軸受の仕様を決定する事が容易となる。更に、上記他の要求に十分に応えられる様にすべく、上記振動抑制要求に応える事に関して限界設計を行なう事も容易となる。

本発明を実施する場合には、請求項２に記載した様に、１対の支持体により１対の転がり軸受の静止輪を嵌合支持した状態でこれら各静止輪の中心軸同士の偏心量を調節自在とする為、これら各静止輪の軸方向と直交する方向に関する上記１対の支持体同士の位置関係を調節自在とする事ができる。
又、請求項３に記載した様に、回転体の回転アンバランスを調節自在とする為、この回転体の円周方向複数個所に係合部を設け、これら各係合部にそれぞれ重錘を係合自在とする事ができる。
更に、請求項４に記載した様に、荷重付与手段として、支持体の一部若しくはこの支持体の一部に固定した部材と転がり軸受を構成する静止輪との間に弾性的に挟持した弾性部材を採用する事ができる。又、請求項５に記載した様に、荷重付与手段として、上記回転体の一部に一方の軌道輪を嵌合固定したサポート軸受と、このサポート軸受の他方の軌道輪に直接若しくは他の部材を介して荷重を付与する荷重付与器とから成るものを採用する事ができる。

本発明を実施する場合に、好ましくは、請求項６に記載した様に、少なくとも１対の支持体を防振装置により支持する。
この様な構成を採用すれば、外部で発生した振動が上記１対の支持体を介して転がり軸受に伝達される事を防止できる。この為、この転がり軸受で発生した振動を正確に測定する事ができる。

図１〜４は、本発明の実施例１を示している。本実施例の転がり軸受の振動測定装置は、アングル材を組み立てて成る支持枠１に対し、それぞれが防振装置である複数のダンパ２、２と、基台３と、１対の支持体４ａ、４ｂと、回転体５と、駆動手段６と、第一、第二の荷重付与手段７、８と、図示しない１対の振動センサとを組み付けて成る。このうちの基台３は、上記支持枠１の上下方向中央部に設けた支持板３８の上面に、上記各ダンパ２、２を介して設置している。これら各ダンパ２、２は、防振材としてゴム、空気、油等を使用したもので、上記支持板３８から上記基台３に振動が伝達される事を防止する。この様な各ダンパ２、２の具体的構造に就いては従来から広く知られており、本発明の特徴部分でもない為、詳しい説明は省略する。

又、上記１対の支持体４ａ、４ｂは、上記基台３の上面に、互いに間隔をあけた状態で支持固定している。これら各支持体４ａ、４ｂはそれぞれ、本体９と環状部材１０ａ（１０ｂ）とを備える。このうちの本体９は、上部に横方向に貫通する支持孔１１を有し、上記基台３の上面に直接若しくは図示しないゲージ部材（シム板）を介して、図示しないボルト等により固定している。この様な本体９の高さは、上記ゲージ部材の厚さや枚数を変える事により、調節自在である。又、上記環状部材１０ａ（１０ｂ）は、上記支持孔１１部分に結合固定している。この様な環状部材１０ａ（１０ｂ）は、外周面の端部に結合フランジ１２を有する。上記支持孔１１部分に結合固定する場合には、図２に詳示する様に、上記結合フランジ１２を設けていない部分を上記支持孔１１内に挿入すると共に、上記結合フランジ１２を上記本体９の側面に対し、図示しないボルト等により結合固定する。

又、上記各環状部材１０ａ、１０ｂには、それぞれが試料となる１対の転がり軸受１３、１３を構成する外輪１４、１４（静止輪）を、所望の嵌合隙間を持たせた状態で内嵌支持している。本実施例の場合には、この様な所望の嵌合隙間を持たせる為に、上記各環状部材１０ａ、１０ｂとして、上記各外輪１４、１４に対する嵌合面の内径寸法が、設定すべき嵌合隙間を実現できる大きさのものを使用している。又、本実施例の場合、一方（図１〜２の右方）の転がり軸受１３を構成する外輪１４は、一方（図１〜２の右方）の支持体４ａを構成する環状部材１０ａの内周面に設けた段差面１５と、この環状部材１０ａに結合した円輪状の抑え板１６との間で軸方向に挟持する事により、軸方向の位置決めを図っている。これに対し、他方（図１〜２の左方）の転がり軸受１３を構成する外輪１４は、他方（図１〜２の左方）の支持体４ｂを構成する環状部材１０ｂに対し、隙間嵌めで内嵌している。これと共に、この他方の外輪１４の端面を、後述する弾性部材である波板ばね１７により、弾性的に押圧している。

又、前記回転体５は、軸方向中央部の径寸法が最も大きく、且つ、軸方向両端部に向かう程それぞれ径寸法が段階的に小さくなる、段付き円柱状に構成している。又、この回転体５の軸方向中央部に設けた大径部１８の端面には、それぞれが係合部である複数のねじ孔１９、１９を、径方向に関して２列に、それぞれ円周方向に関して等間隔に形成している。そして、これら複数のねじ孔１９、１９のうちの一部のねじ孔１９、１９に、それぞれ重錘であるねじ（図示せず）を螺合させる事により、上記回転体５の回転アンバランスを調節自在としている。この様な回転体５は、軸方向の両端寄り部分を、それぞれ上記各転がり軸受１３、１３を構成する内輪２０、２０に、所望の嵌合隙間を持たせた状態で内嵌している。本実施例の場合には、この様な所望の嵌合隙間を持たせる為に、上記回転体５として、上記各内輪２０、２０に対する嵌合面の外径寸法が、それぞれ設定すべき嵌合隙間を実現できる大きさのものを使用している。又、上述の様に各内輪２０、２０に回転体５の両端寄り部分を内嵌した状態で、これら各内輪２０、２０の端面を、それぞれこの回転体５の両端寄り部分に設けた段差面２１、２１に突き当てて、軸方向の位置決めを図っている。

又、前記駆動手段６は、前記支持枠１の上端部に支持固定した電動モータ２２と、この電動モータ２２の出力軸２３の端部に固定した駆動プーリ２４と、上記回転体５の一端部（図１〜２の右端部）に固定した従動プーリ２５と、これら駆動プーリ２４と従動プーリ２５との間に掛け渡した無端ベルト２６とから成る。上記電動モータ２２は、上記出力軸２３の回転速度を調節自在としている。そして、この出力軸２３の回転運動を、上記駆動プーリ２４、上記無端ベルト２６、及び上記従動プーリ２５を介して、上記回転体５に伝達自在としている。

又、前記第一の荷重付与手段７は、前記他方の支持体４ｂを構成する環状部材１０ｂに組み付けており、断面Ｌ字形で円環状の抑え部材２７と、円環状の波板ばね１７とを備える。このうちの抑え部材２７は、円輪部２８と、この円輪部２８の内周縁部から軸方向に延出する円筒部２９とを備える。そして、このうちの円筒部２９を上記環状部材１０ｂの端部に内嵌すると共に、上記円輪部２８をこの環状部材１０ｂの側面に対し、図示しないボルト等により結合固定している。又、上記波板ばね１７は、上記抑え部材２７を構成する円筒部２９の先端面と、上記環状部材１０ｂに隙間嵌めで内嵌した、前記他方の転がり軸受１３を構成する外輪１４の端面との間で、弾性的に圧縮した状態で挟持している。これにより、この外輪１４を軸方向に押圧し、前記１対の転がり軸受１３、１３に、それぞれアキシアル荷重を付与している。

又、前記第二の荷重付与手段８は、前記基台３の端部上面に固定した支持ブラケット３０と、この支持ブラケット３０の上部に支持した荷重付与器であるエアシリンダ３１と、その内輪３３を上記回転体５の他端部（図１〜２の左端部）に外嵌固定したサポート軸受３２と、このサポート軸受３２の外輪３４に外嵌固定した受け環３５とから成る。このうちの受け環３５の外周面には、上記エアシリンダ３１を構成する出力部材３６の先端面（図１〜２の下端面）を、径方向から突き当てている。これにより、上記エアシリンダ３１から上記回転体５の他端部にラジアル荷重を、上記受け環３５及びサポート軸受３２を介して付与自在としている。

又、前記図示しない１対の振動センサは、前記基台３の上面に支持している。これら各振動センサとしてはそれぞれ、加速度ピップアップやレーザードップラー振動計等、微小な振動を精度良く測定できるものを使用する事が好ましい。これら各振動センサの測定部はそれぞれ、試料となる前記１対の転がり軸受１３、１３の一部（例えば、前記各外輪１４、１４）に直接、又は、上記回転体５の一部でこれら各転がり軸受１３、１３の近傍部分に当接若しくは近接対向させている。この様な構成により、これら各転がり軸受１３、１３で発生する振動を測定できる様にしている。

上述の様に構成する本実施例の転がり軸受の振動測定装置によれば、試料となる１対の転がり軸受１３、１３の回転速度及び負荷荷重だけでなく、これら各転がり軸受１３、１３を構成する各外輪１４、１４及び各内輪２０、２０と相手部材との嵌合隙間と、これら各転がり軸受１３、１３により支持する回転体５の傾斜角度及び回転アンバランスを所望通りに設定でき、且つ、設定した使用条件下で上記１対の転がり軸受１３、１３で発生する振動を測定できる。

即ち、上記各外輪１４、１４と相手部材である前記各環状部材１０ａ、１０ｂとの嵌合隙間、並びに、上記各内輪２０、２０と相手部材である上記回転体５との嵌合隙間は、それぞれ上記環状部材１０ａ、１０ｂの内径或はこの回転体５の外径を適切に設定する事により、所望値に設定できる。又、上記各転がり軸受１３、１３の回転速度は、前記駆動手段６を構成する電動モータ２２の回転速度を調節する事により、所望値に設定できる。又、上記各転がり軸受１３、１３の負荷荷重（アキシアル荷重及びラジアル荷重）は、前記第一の荷重付与手段７を構成する波板ばね１７の弾性係数や圧縮量を調節する事により、或は前記第二の荷重付与手段８を構成するエアシリンダ３１による押圧力を調節する事により、所望通りに設定できる。又、上記回転体５の傾斜角度を設定する場合には、前述の様に１対の支持体４ａ、４ｂの設置高さを調節する事により、上記１対の転がり軸受１３、１３を構成する外輪１４、１４同士の偏心量を調節する。これにより、上記回転体５の傾斜角度を所望値に設定できる。更に、上記回転体５の回転アンバランスも、前述の様にして所望通りに設定できる。又、この様に設定した所望の使用条件に於いて、上記１対の転がり軸受１３、１３で発生する振動は、それぞれ前記各振動センサにより測定する事ができる。

尚、本実施例の場合には、上記各支持体４ａ、４ｂと上記第二の荷重付与手段８とを、それぞれ複数のダンパ２、２により防振を図った基台３の上面に固定している。この為、上記１対の転がり軸受１３、１３で発生する振動を測定する際に、外部で発生した振動が、上記各支持体４、４及び上記第二の荷重付与手段８及び上記回転体５を介して上記各転がり軸受１３、１３に伝達される事を防止できる。従って、これら各転がり軸受１３、１３で発生する振動を正確に測定できる。尚、本実施例の構造で上記振動の測定を行なう場合、上記駆動手段６により上記１対の転がり軸受１３、１３の回転速度を、設定すべき回転速度よりも少し大きい回転速度まで上昇させた後、図示しないクラッチの接続を断つ等により、上記駆動手段６と上記回転体５との接続を切り離して、上記１対の転がり軸受１３、１３を惰性回転させる事により回転速度を徐々に低下させ、これら各転がり軸受１３、１３の回転速度が上記設定すべき回転速度に達した瞬間に振動を測定する事もできる。この様にして１対の転がり軸受１３、１３の振動を測定すれば、測定時に、上記駆動手段６側で発生した振動が上記１対の転がり軸受１３、１３に伝達される事を防止できる。従って、これら１対の転がり軸受１３、１３で発生する振動をより正確に測定できる。

この様に本実施例の転がり軸受の振動測定装置によれば、試料となる１対の転がり軸受１３、１３に対して上述した様な各種の使用条件を設定でき、且つ、設定した使用条件下で上記１対の転がり軸受１３、１３で発生する振動を正確に測定できる。従って、この様にして得られた測定結果を利用すれば、各種機械装置の設計を行なう場合に、当該機械装置に組み込む転がり軸受の振動抑制に関する要求と、当該機械装置の小型化、低トルク化、及び低コスト化と言った他の要求とのバランスを考慮して、当該転がり軸受の仕様を適切に決定する事が容易となる。又、上記他の要求に十分に応えられる様にすべく、上記振動抑制要求に応える事に関して限界設計を行なう事も容易となる。

次に、図５は、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合、第二の荷重付与手段８ａを、回転体５の他端部にサポート軸受３２を介して組み付けた受け環３５と、この受け環３５に吊り下げた、荷重付与器であるウェイト３７とから構成している。上記回転体５の他端部に付与する荷重の設定は、このウェイト３７の重さを調節する事により行なう。その他の部分の構成及び作用は、上述の実施例１の場合と同様である。

尚、上述した各実施例では、回転体に対して荷重を付与する位置を、この回転体の他端部のみとした。但し、本発明を実施する場合、回転体に対して荷重を付与する位置は、他の部分（例えば、この回転体の一端部や中間部等）でも良い。又、回転体に対して荷重を付与する位置は、２箇所以上でも良い。更に、回転体に対して付与する荷重の種類は、ラジアル荷重に限らず、アキシアル荷重でも良い。
又、本発明の転がり軸受の振動測定装置に組み込む１対の転がり軸受は、上述した各実施例の様に、双方とも試料とする事ができるが、一方の転がり軸受のみを試料とし、他方の転がり軸受は、上記回転体を支持する為にのみ使用する（試料としては使用しない）、サポート軸受とする事もできる。

本発明の実施例１を、一部を切断して示す正面図。 図１の中央部拡大図。 回転体を示しており、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）の側方から見た図。 図２のＡ部拡大図。 本発明の実施例２を示す、図２と同様の図。

符号の説明

１ 支持枠
２ ダンパ
３ 基台
４ａ、４ｂ 支持体
５ 回転体
６ 駆動手段
７ 第一の荷重付与手段
８、８ａ 第二の荷重付与手段
９ 本体
１０ａ、１０ｂ 環状部材
１１ 支持孔
１２ 結合フランジ
１３ 転がり軸受
１４ 外輪
１５ 段差面
１６ 抑え板
１７ 波板ばね
１８ 大径部
１９ ねじ孔
２０ 内輪
２１ 段差面
２２ 電動モータ
２３ 出力軸
２４ 駆動プーリ
２５ 従動プーリ
２６ 無端ベルト
２７ 抑え部材
２８ 円輪部
２９ 円筒部
３０ 支持ブラケット
３１ エアシリンダ
３２ サポート軸受
３３ 内輪
３４ 外輪
３５ 受け環
３６ 出力部材
３７ ウェイト
３８ 支持板

Claims (6)

1. 互いに間隔をあけて設けられ、それぞれが別個の転がり軸受を構成する静止輪を嵌合支持自在であると共に、これら各静止輪を嵌合支持した状態でこれら各静止輪の中心軸同士の偏心量を調節自在であり、使用時にも変位しない１対の支持体と、上記各転がり軸受を構成する回転輪に対しそれぞれ嵌合自在であると共に、自身の回転アンバランスを調節自在であり、使用時に上記各回転輪と共に回転する回転体と、この回転体を所望の回転速度で回転駆動する駆動手段と、上記各転がり軸受に直接若しくは他の部材を介して所望の荷重を付与する荷重付与手段と、上記１対の転がり軸受のうちの少なくとも一方の転がり軸受の振動を直接若しくは他の部材を介して測定する振動センサとを備えた転がり軸受の振動測定装置。
2. １対の支持体により１対の転がり軸受の静止輪を嵌合支持した状態でこれら各静止輪の中心軸同士の偏心量を調節自在とする為、これら各静止輪の軸方向と直交する方向に関する上記１対の支持体同士の位置関係を調節自在とした、請求項１に記載した転がり軸受の振動測定装置。
3. 回転体の回転アンバランスを調節自在とする為、この回転体の円周方向複数個所に係合部を設け、これら各係合部にそれぞれ重錘を係合自在とした、請求項１〜２の何れかに記載した転がり軸受の振動測定装置。
4. 荷重付与手段として、支持体の一部若しくはこの支持体の一部に固定した部材と転がり軸受を構成する静止輪との間に弾性的に挟持した弾性部材を採用した、請求項１〜３の何れかに記載した転がり軸受の振動測定装置。
5. 荷重付与手段として、回転体の一部に一方の軌道輪を嵌合固定したサポート軸受と、このサポート軸受の他方の軌道輪に直接若しくは他の部材を介して荷重を付与する荷重付与器とから成るものを採用した、請求項１〜４の何れかに記載した転がり軸受の振動測定装置。
6. 少なくとも１対の支持体を防振装置により支持した、請求項１〜５の何れかに記載した転がり軸受の振動測定装置。
   

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