JP3657006B2 - 転がり軸受用の動的力検出装置および検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受のレースに固定された歪伝達手段を利用し、歪検知手段と確実に結合した、転がり軸受用の動的力検出装置および検出方法に関する。
フランス特許公開公報FR−Ａ−2125926には、レースに歪ゲージが取り付けられ、該歪ゲージを測定装置に接続する手段であるケーブルに適合したソケットが設けられた軸受が記載されている。
この場合、歪ゲージを転がり軸受へ取付けるためには、事前にレースに加工を施す必要がある。従って、予め加工が施されていない大量生産の転がり軸受に検出装置を装着することはできない。
本発明によれば、歪伝達手段および歪検知手段の支持手段は、転がり軸受のシール継手のフレームによって構成されており、フレームを転がり軸受の固定レースへ取付けるための円筒形の支持面は、上記シール継手のシールのリップの支持ディスクによって半径方向に延伸されている。
このように構成された装置は、望ましくは、取外ずし可能なシール継手のフレームに固定される。したがって、この装置は、転がり軸受構成部品に事前に変更を施すことなく、種々の型式の転がり軸受に取り付けることができる。
本発明による、動的力検出装置を支持しているシール継手を備えた転がり軸受は、標準寸法のものであり、このため、既存の適用構造物の中に内蔵することが可能である。
本発明のその他の特徴および利点は、付図を参照して、動的力検出装置の実施例の記載を読めば、明らかとなろう。
付図中：
第１図は、半径方向のリップを持ったシール継手に取り付けられた動的力検出装置を備えた転がり軸受の半径方向断面図である。
第２図は、第１図に示されたシールの継手の取付け領域の拡大図である。
第３図は、動的力検出装置の実施の１変形を備えたシール継手の取付け領域の拡大図である。
第４図は、動的力検出装置およびシール継手を支持する、第３図に示されたフレームの斜視図である。
第５図および第６図は、転がり軸受および動的力検出装置の取付け領域の図式図である。
第７図および第８図は、それぞれ第５図および第６図に示された装置の構造に対応する転がり軸受の負荷を表わす信号の変化を時間の関数として表わした図である。
第１図は、主として固定の外側のレース１、回転する内側のレース２、および上記レース１、２によって支持された転がりトラックに接する転動体３からなる転がり軸受を表わす。シール継手４、５は外側のレースによって支持され、上記レースに加工された転がりトラックの両側に位置している。
シール継手４、５は、それぞれ取付け支持のフレーム６、７を持っている。フレーム６等は、円筒形の軸方向支持面11を持っている。
歪伝達手段がその上に固定されているフレーム７は、固定レース１の内側面12に接する円筒形の軸方向支持面11と、シール継手のシールリップ８を支持する半径方向の延長部であるディスク状の支持ディスク13とを持っている。
また、フレーム７は、接続ケーブル15のヘッド14を支持しており、その実施例は、ヨーロッパ特許公開公報EP−Ａ−484195に記載されている。
歪検知手段は、変形を感知する歪検知素子16によって構成されている。
歪検知素子16は、例えば、円筒形の軸方向支持面11（第３図）または支持ディスク13（第２図）の上に搭載されたピエゾ電気的またはピエゾ抵抗的なフィルムによって構成される。
歪検知素子16は、軸方向支持面11（第３図）の自由面か、支持ディスク13（第２図）の面の一つに、任意の公知の手段によって固定される。歪検知素子16は、シールリップ８を構成する合成ゴムで覆ってモールドしてもよい。
第４図は、フレーム７の１実施例であり、変形量を大きくした、弾性変形可能な、少なくとも１つの領域A_x（ｘ＝１）を示す。このため、領域A_xは軸方向の弓形の切込み21と隙間22との間にある支持面11の一部によって構成される弾性的な棒20によって具体化されている。棒20の近傍の支持ディスク13には、検知素子16からの接続導線24を、接続ケーブル15のヘッド14へ通すための孔23が設けられている。
動的力検出装置の動作は以下の通りである。
転がり軸受に力が加えられると、歪は転動体３を介して、一方のレースから他方のレースに伝達され、転がり軸受のレース１および２は、接触領域に加えられた応力に比例して変形する。内側面12の個所における固定レースの変形はフレーム７および歪検知素子16へ伝えられる。
回転レース２が回転させられ、転動体３が領域A₁およびA₂（第５図）を次々に通過すると、フレーム７および歪検知素子16の中に周期的な変形が生じる。すると、動的力検出装置は周期的な電気信号（Ｓ）を供給するようになる。
信号（Ｓ）の特性は、例えば、転がり軸受に加えられる歪の関数として変化する。それらの測定は、レセプタ、増幅器、および信号処理システムを含む、通常の測定回路によって処理される。
受信した電気信号（Ｓ）を分析することによって、軸受に加えられた負荷に比例する領域A_xの変形に対応する信号の振幅U_xと、主として軸受の回転速度および転動体の数（第５図）に関連する特性周波数Ωを決定することが可能となる。

負荷に比例する領域A_xの変形に対応する信号の振幅U_xを求める場合には、動的力検出装置の感度を上げることが必要である。
このための第１の可能な手段は、積層された複数の層からなるフィルムの形をした歪検知素子を利用することにある。
動的力検出装置の１実施の形態においては、フレーム７に、弾性変形可能な、局所化された少なくとも１つの領域A_xを設ける（第４図）。
動的力検出方法の他の１つの実施の形態においては、レース１の２つの領域において加えられた歪を測定する。第５図および第６図に示された装置の応用例によれば、フレーム７の２つの領域におけるS₁およびS₂を次のように決める。

動的力検出方法の第６図に示すの実施の形態においては、シール継手の１つの直径の両端にある２つの領域A₁およびA₂において転がり軸受に加えられる歪と、転がり軸受に加えられる半径方向の歪を作るシャフトの中の歪の測定とが可能になる。動的力検出装置によって加えられる歪の出力信号の振幅を分析して、転がり軸受に加えられる歪の半径方向の成分Frと軸方向の成分Faとを決定する。

第５図によれば、動的力検出装置によって出される信号の位相のずれdtを分析することにより、シール継手によって、角度方向に間隔をおかれた２つの領域A₁とA₂において転がり軸受に局所的に加えられる歪の検出と、転がり軸受の回転方向の指示とが可能になる。
また、信号Ｓの一連の処理回路によって、転がり軸受の動作状態を追跡することができ、特にその転がり軸受の破損を予告することが可能になる。
また、動的力検出装置によって、電気信号Ｓの中に含まれる周波数スペクトルの変化を追跡することも可能である。転動体が転がりトラックの劣化した領域を通過する毎に作り出される雑音には高い周波数のピークが特徴として現われる。
本発明の範囲を逸脱することなく、上記組立に適した動的力検出装置を軸受のグリース保持シールのような装置に適用することも可能である。
本発明の動的力検出装置の色々な応用の態様に応じて、歪の成分を表わす信号を所定の価と比較し、また、速度、回転方向、軸方向または半径方向の力のような転がり軸受の動作パラメタの限界を定めるため、上記信号の変化および特性を検出することができる。
さらに、本発明の動的力検出装置によって、転がり軸受が良好な動作状態にあることを確認することも可能である。

Claims (5)

1. 歪伝達手段が転がり軸受のレースに固定され、歪検出手段を支持する、転がり軸受用動的力検出装置において、上記歪伝達手段および歪検出手段の支持手段は上記転がり軸受のシール継手（５）のフレーム（７）によって構成され、上記フレーム（７）は公知の方法で転がり軸受の固定レース（１）へ取付ける円筒形の支持面（11）によって構成されており、上記シール継手のリップ（８）の支持ディスク（13）の構成要素が、上記円筒形の支持面（11）を半径方向に延伸していることを特徴とする転がり軸受用の動的力検出装置。
2. 特許請求の範囲第１項記載の転がり軸受用の動的力検出装置において、上記歪検出手段は、上記シール継手（５）の上記フレーム（７）の、上記転がり軸受に加えられる荷重によって弾性変形可能な領域A_xに取り付けられていることを特徴とする、転がり軸受用の動的力検出装置。
3. 特許請求の範囲第１項または第２項のいずれか１つに記載の転がり軸受用の動的力検出装置において、上記歪検出手段は、歪検知フィルムによって構成されていることを特徴とする、転がり軸受用の動的力検出装置。
4. 特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１つに記載の転がり軸受用の動的力検出装置を応用する転がり軸受用の動的力検出方法において、転がり軸受の同一のレースの２つの領域に加えられる歪から、上記歪の半径方向および軸方向の少なくとも一方の成分を測定し、上記成分を表わす信号の変化を検出することを特徴とする、転がり軸受用の動的力検出方法。
5. 特許請求の範囲第４項記載の転がり軸受用の動的力検出方法において、上記歪の成分を表わす信号を上記信号の所定の価と比較し、
   −歪の２つの検出領域から出される信号の位相のずれから、転がり軸受の回転方向、
   −上記信号の周波数スペクトルの分析から、転がり軸受の速度、
   −上記周波数スペクトルの変化から、転がり軸受の動作の欠陥、
   等の、転がり軸受の動作パラメタを決定することを特徴とする、転がり軸受用の動的力検出方法。

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