JP2010181237A - 転がり軸受における潤滑状態観測方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】転がり軸受Bが支持される軸受ハウジング4に取り付けられる超音波探触子5から超音波を軸受Bの軸受外輪1に向けて発生させ、軸受外輪1とボール2との境界からの反射波を測定することにより、軸受外輪1とボール2の間に存在する潤滑油や潤滑状態を観測する潤滑状態観測方法であって、超音波探触子5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と、求められたエコー高さ比Hの波形信号において、ハウジングと外輪の境界からの反射波のピーク位置から決まる超音波探触子5の音軸yよりも時間的に早い側に位置する波形の局所凸部Aと、音軸yよりも時間的に遅い側に位置する凹状波形部分のピーク位置と音軸yとのズレ量Δtに基づいて、潤滑状態を観測するステップと、を有する。
【選択図】図9
Description
転がり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、前記軸受外輪と転動体との境界からの反射波を測定することにより、軸受外輪と転動体の間に存在する潤滑油や潤滑状態を観測するものであり、
前記超音波探触子が、前記軸受ハウジングと前記軸受外輪との境界からの第1反射波と、軸受外輪と転動体との境界からの第2反射波とを含む反射波を受信するステップと、
前記超音波探触子が受信した前記反射波の中から基準となる第1反射波のピーク位置(音軸)と第2反射波を抽出して各エコー高さ比(H1,H2)を求めるエコー高さ比算出ステップと、を有する転がり軸受における潤滑状態観測方法であって、
求められた第2反射波についての前記エコー高さ比(H2)の波形信号において、転動体が超音波探触子の音軸上に来る前における波形の局所凸部と、転動体が音軸上を過ぎた後における凹状波形部分の(凹部の)ピーク位置と音軸との時間ズレ量(Δt)に基づいて、前記潤滑状態を観測するステップと、を有することを特徴とするものである。
H1=(1−h1/h0)×100 ・・(式1−1)
H2=(1−h2/h0)×100 ・・(式1−2)
により定義される。h1,h2は計測された第1反射波と第2反射波のエコー高さ(反射波の大きさ)であり、h0は転動体と転動体の間に超音波探触子の音軸が位置している時のエコー高さである。したがって、エコー高さ比Hは、各境界面からの音波の透過のしやすさの尺度であり、潤滑油の存在や潤滑状態の評価はH2で行う。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。なお、h0をどのように設定するかは、上記に限定されるものではない。
転がり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、前記軸受外輪と転動体との境界からの反射波を測定することにより、軸受外輪と転動体の間に存在する潤滑油や潤滑状態を観測するものであり、
前記超音波探触子が、前記軸受ハウジングと前記軸受外輪との境界からの第1反射波と、軸受外輪と転動体との境界からの第2反射波とを含む反射波を受信するステップと、
基準となる第1反射波のピーク位置(音軸)と第2反射波を抽出して、各エコー高さ比(H1,H2)を求めるエコー高さ比算出ステップと、を有する転がり軸受における潤滑状態観測方法であって、
求められた第2反射波についての前記エコー高さ比(H2)の波形信号において、超音波探触子の音軸もしくは音軸近傍に位置する第2反射波の局所凸部のピーク量や凹部ピーク位置と音軸の時間ズレ量Δtの変化に基づいて、前記潤滑状態を観測するステップと、を有することを特徴とするものである。
まず、本発明において、超音波探触子により潤滑状態を観測する場合の原理を説明する。図1は、超音波探触子とボール(転動体に相当)の位置関係を説明する図である。図2は、超音波探触子により受信される反射波(エコー信号)の波形である。図3は、第1・第2反射波のエコー高さ比の波形信号を示す図である。図4は、観測装置の概要を示す模式図である。
次に、超音波探触子5により受信される反射波(エコー信号)の波形の具体例を図2に示す。横軸が時間であり、縦軸が反射波の大きさを示す。反射波は図に示すように、時間的に早い第1反射波とそれよりも時間的に遅い第2反射波により構成される。第1反射波は、軸受ハウジング4と軸受外輪1の境界C1からの反射波である。第2反射波は、軸受外輪1とボール2の境界C2からの反射波である。図2に示すように、第1反射波のピーク位置と第2反射波のピーク位置には、wtの時間的なズレが存在するので、第1反射波のピーク位置を基準として、第2反射波のピーク位置を取り出すことができる。このように時間的なズレを持った状態で観測することができ、境界C2からの反射波のみを観測することが可能である。ズレ量wtは、軸受の構造から決まるものであり、所定の範囲内にあることを予測可能である。
また、境界C1からの反射波をエコー高さ比で表わすと
H1=(1−h1/h0)×100 ・・(式2)
境界C2からの反射波をエコー高さ比で表わすと、
H2=(1−h2/h0)×100 ・・(式3)
以上のように、反射波(エコー高さ)で評価するのではなく、標準化されたエコー高さ比Hにより評価を行うようにしている。
図3は、実際に観測されたエコー高さ比を示すものである。上側(イ)が第2反射波による第2エコー高さ比H2であり、下側(ロ)が第1反射波によるf第1エコー高さ比H1である。第1エコー高さ比の場合、音軸直下では、透過する超音波の量が増えるため、h1が小さくなる。仮に、h1が0であれば、H1=1となる。また、図1(a)に示すような場合、h1≒h0であるからH1=0である。したがって、図に示すように、音軸直下で最もエコー高さ比H1が大きくなるような波形が得られる。
次に、エコー高さ比に基づく潤滑状態を観測するための観測装置の構成を図4により説明する。使用した軸受Bは、単列深溝玉軸受(6212)である。軸受外輪1、ボール2、軸受内輪3により構成され、軸受内輪3の内径はφ60mm、軸受外輪1の外径はφ110mmである。この軸受外輪1の外周を上下方向から1対の軸受ハウジング4により挟むようにして保持する。また、軸受Bには、上下方向にW=40kNの予圧を作用させた。
次に、図4に示す観測装置の機能をブロック図により説明する。この機能は、超音波探傷器6及びパソコン7により実現されるものであり、観測のためのソフトウェアも使用される。
次に、実験条件について説明する。まず、図5は、測定に使用した軸受の状態を説明する図である。
次に、上記の実験条件で得られた実験結果を順に説明する。図7は、2MHzの超音波探触子を用いて、軸受に前述の潤滑油(鉱物油0.5cc)を噴霧した場合の観測結果を示す。(a)は運転開始初期における測定結果を示す。上段が第2エコー高さ比H2であり、下段が第1エコー高さ比H1であり、縦軸の単位は%である。また、横軸は時間軸を表わしている。(b)は50分経過後、(c)は100分経過後である。
図8は、10MHzの超音波探触子を用いて、軸受に前述の潤滑油(鉱物油0.5cc)を噴霧した場合の観測結果を示す。(a)は運転開始初期における測定結果を示す。上段が第2エコー高さ比であり、下段が第1エコー高さ比であり、縦軸の単位は%である。また、横軸は時間軸を表わしている。(b)は30分経過後、(c)は180分経過後である。
次に、図9により、第2エコー高さ比の波形信号から潤滑油の不足や面荒れの評価指標をまとめて示す。
(1)2MHzの超音波探触子を用いた場合、波形の局所凸部Aの大きさや波形の対称性(Δt)に基づいて、評価を行うことができる。
(2)10MHzの超音波探触子を用いた場合、音軸上のピーク量ΔHに基づいて、評価を行うことができる。
転がり軸受の種類については、本実施形態では、単列深溝玉軸受を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。
2 ボール
3 軸受内輪
4 軸受ハウジング
5 超音波探触子
Δt ズレ量
ΔH ピーク量
h,h1,h2 反射波の大きさ(エコー高さ)
y 音軸
A 局所凸部
C1,C2 境界
E1 入口側
E2 出口側
H,H1,H2 エコー高さ比
P1,P2 面圧分布
Claims (2)
- 転がり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、前記軸受外輪と転動体との境界からの反射波を測定することにより、軸受外輪と転動体の間に存在する潤滑油や潤滑状態を観測するものであり、
前記超音波探触子が、前記軸受ハウジングと前記軸受外輪との境界からの第1反射波と、軸受外輪と転動体との境界からの第2反射波とを含む反射波を受信するステップと、
前記超音波探触子が受信した前記反射波の中から基準となる第1反射波のピーク位置(音軸)と第2反射波を抽出して、各エコー高さ比(H1,H2)を求めるエコー高さ比算出ステップと、を有する転がり軸受における潤滑状態観測方法であって、
求められた第2反射波についての前記エコー高さ比(H2)の波形信号において、転動体が超音波探触子の音軸上に来る前における波形の局所凸部と、転動体が音軸上を過ぎた後における凹状波形部分のピーク位置と音軸との時間ズレ量(Δt)に基づいて、前記潤滑状態を観測するステップと、を有することを特徴とする転がり軸受における潤滑状態観測方法。 - 転がり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、前記軸受外輪と転動体との境界からの反射波を測定することにより、軸受外輪と転動体の間に存在する潤滑油や潤滑状態を観測するものであり、
前記超音波探触子が、前記軸受ハウジングと前記軸受外輪との境界からの第1反射波と、軸受外輪と転動体との境界からの第2反射波とを含む反射波を受信するステップと、
基準となる第1反射波のピーク位置(音軸)と第2反射波を抽出して、各エコー高さ比(H1,H2)を求めるエコー高さ比算出ステップと、を有する転がり軸受における潤滑状態観測方法であって、
求められた第2反射波についての前記エコー高さ比(H2)の波形信号において、超音波探触子の音軸もしくは音軸近傍に位置する凸状波形部分のピーク量(ΔH)の変化に基づいて、前記潤滑状態を観測するステップと、を有することを特徴とする転がり軸受における潤滑状態観測方法。
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