JP4013056B2

JP4013056B2 - 軸受負荷状態診断方法

Info

Publication number: JP4013056B2
Application number: JP2002366875A
Authority: JP
Inventors: 貞幸田中; 正夫伊藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: JP2004198246A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単列や複列の例えば、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、等といった転がり軸受の熱処理された鋼製回転軌道輪および鋼製固定軌道輪（即ち、内輪および外輪）の軌道面（『走行面』や『レース面』等とも称される。）、および熱処理された鋼製転動体（即ち、ころ又は玉）の転動面（『走行面』等とも称される。）の負荷状態を非破壊にて診断する軸受負荷状態診断方法に関し、特に鉄鋼設備に使用される圧延機用ロールネック用であって、所定時間使用された円筒ころ軸受又は円筒ころ軸受に適したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受（以下、単に『軸受』と称す。）は、例えば回転軸とハウジングとの間、即ち、一方の構成要素が他方の構成要素に対して回転するような当該構成要素間の摩擦を減少させるために軌道輪（即ち、内外輪）上の軌道面に沿って転動する転動体を有する。
【０００３】
軸受は、疲労によって寿命に達して損傷に至るものが一般的には多い。しかし、過大な荷重が軸受に負荷されたり、軸受の取付け先（例えば、回転軸やハウジング）の精度の劣化によりミスアライメントが生じたりすると早期剥離や焼付き等の予期せぬトラブルを引き起こすことがある。
【０００４】
このような予期せぬトラブルが生じた場合、原因の推定のために外輪や内輪の軌道面における転動体の走行跡を点検して負荷状態を判断したとしても、外観点検での判断であるため、十分な負荷状態観察ができない。
【０００５】
一方、軸受の軌道面に沿って移動する光センサを用いて非破壊で当該軸受の軌道面を検査する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、軸受の疲労前に対する疲労後の残留オーステナイトの減少量をＸ線解析装置を用いて測定して、当該軸受の疲労度を測定する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
また、焼入れ鋼に切削加工または研削加工を施すことによって発生する加工変質層の深さを非破壊で検出する渦電流方式の非破壊検出方法も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
渦電流方式の非破壊検出方法には、コイルに励磁電流を流して測定対象金属内に渦電流を誘導し、その渦電流によって当該コイルに生じるインピーダンスの変化を検出する所謂渦電流センサが用いられる。当該渦電流センサを用いれば、熱処理された浸炭層の深さの測定、金属組織変化（例えば、残留オーステナイトの減少量）の測定、等も行なえることは知られている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−１６７７９０号公報（第２〜３頁、図１）
【特許文献２】
特公昭６３−３４４２３号公報（第２頁、図１）
【特許文献３】
特開平１０−２０６３９５号公報（第２〜３頁）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に係る方法は、軸受の軌道面における表面欠陥を検査するための方法であるため、軌道輪内部や転動体内部の疲労による状態の変化を検出することには不向きである。
【００１１】
また、特許文献２に係る方法は、軌道輪内部や転動体内部の疲労による状態の変化（即ち、残留オーステナイト量の変化）を検出できる点優れているが、測定対象となる軌道輪や転動体を研削して被測定面を露出させねばならないことから、非破壊検査には不向きである。
【００１２】
一方、特許文献３に係る方法では、渦電流センサを用いて軸受の疲労による鋼中の残留オーステナイトの減少量を測定することのみによって、当該軸受の疲労度を直接診断したり、当該軸受の余寿命を判定したりすることは非常に困難である。
【００１３】
その理由としては、渦電流は鋼中の残留オーステナイト量に比例し、そしてカーボン量に反比例するが、軸受には種々の鋼が採用され且つ、各鋼によって熱処理も異なり、鋼中のカーボン量は軸受の種類によって異なってくることから、残留オーステナイトの変化量とカーボン量との関係だけを捉えても定量的な疲労度の診断ができないからである。
【００１４】
更に、軸受寿命との関係を捉える場合も、使用される設備固有の使用条件が複雑であり実用的ではないことが理由として挙げられる。
【００１５】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受に異常な負荷状態が生じた場合でも、渦電流センサを用いて軸受鋼中の疲労による残留オーステナイトの減少量を測定することで当該負荷状態の診断を行うことができる軸受負荷状態診断方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明に係る軸受負荷状態診断方法は、請求項１に記載したように、
コイルを備え、当該コイルに励磁電流を流して、鉄鋼設備で使用される圧延機用ロールネック用に使用される鋼製の円筒ころ軸受又は円錐ころ軸受に関してこれら軸受の内輪軌道面、外輪軌道面、またはころ転動面の表面に渦電流を誘導し、その渦電流によって前記コイルに生じるインピーダンスの変化を検出する渦電流センサを用いて、
前記内輪軌道面、前記外輪軌道面、またはころ転動面が負荷を受け所定時間使用されることによって生じる材料の疲労進行に伴う表面及びその近傍内部の残留オーステナイトの変化を測定し、
その測定結果から前記内輪軌道面、前記外輪軌道輪の軌道面、または前記転動体の転動面の疲労傾向を疲労傾向情報として把握し、一方
前記内輪軌道面、前記外輪軌道面、またはころ転動面の負荷状態における、ミスアライメントによる荷重分布、エッジロード分布、複列の軸受であった場合の各列間の荷重分担崩れ度合い、異常アキシャル荷重負荷分布、に係る疲労パターン情報を予め用意しておき、そして
前記疲労傾向情報と、前記疲労パターン情報と、を比較してそれら軸受の負荷状態を診断することを特徴としている。
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、軸受の疲労傾向情報と疲労パターン情報とを比較してこれら軸受の負荷状態を診断するので、軸受の早期剥離等の損傷原因を究明したり、ユーザの設備上の問題を究明したり、その改善方法を見出したりする手段として利用できる。
よって、軸受使用現場での直接診断が可能となり、軸受事故に対する予防保全を行なうことが可能となる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明に係る好適な実施例を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
はじめに、本発明に係る軸受負荷状態診断方法は、単列や複列の例えば、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、等といった軸受の回転軌道輪（例えば、内輪）の軌道面、固定軌道輪（回転軌道輪が例えば内輪の場合、外輪）の軌道面、および回転軌道輪と固定軌道輪との間で周方向に転動自在に配設された複数の転動体（即ち、ころ又は玉）の転動面、の疲労進行に伴う残留オーステナイト量の変化（即ち、減少量）を前述した渦電流センサを用いて測定する。
なお、本発明に係る軸受負荷状態診断方法を、前述した軸受のうち、円筒ころ軸受又は円錐ころ軸受が多用されて負荷状態の診断が重要となる請求項１の軸受、内輪の軌道面、外輪の起動面、ころ転動面に適用すると好適である。
【００２０】
そして、その測定結果から軸受の各測定面の疲労傾向を把握し、当該把握した疲労傾向情報に軌道面と転動面との機械的な接触理論、即ち後述する疲労パターン情報と比較して軸受の負荷状態の診断を行う。
【００２１】
図１は、本発明に係る軸受負荷状態診断の診断ステップ（Ｓ４）に至るまでの論理フローを示す図である。
【００２２】
図１に示されるように、先ず、外輪および内輪の軌道面およびころの転動面の残留オーステナイトの変化量が渦電流センサで検出され且つ情報化される（即ち、ステップＳ１）。このとき、当該渦電流センサからは内部増幅・処理回路等を介して疲労度を無次元化した値が算出および生成され、これらの値を基に数値変化情報が形成される。
【００２３】
一方、機械的な接触理論に基づく該当する軸受の負荷状態に対する疲労パターンの数値化されたデータテーブルが用意される（即ち、ステップＳ２）。そして、ステップＳ１からの情報とステップＳ２からの情報との突き合わせが実行される（即ち、ステップＳ３）。このとき、ステップＳ３にて該当する軸受の負荷状態に対する疲労パターン情報が前述のデータテーブルから選択される。
【００２４】
そして、ステップＳ３で選択された疲労パターン情報（数値化されたもの）を基に、（１）上述のミスアライメントによる偏荷重分布、（２）エッジロード分布、（３）複列の軸受の各列間の荷重分担崩れ度合い、（４）異常アキシャル荷重負荷分布、等といった軸受の負荷状態の診断が為される（即ち、ステップＳ４）。
【００２５】
尚、これらのステップにおける一連の情報処理ならびに診断はパーソナルコンピュータ等といったコンピュータにより実行できる。当該コンピュータは、前述のデータテーブルや軸受負荷状態診断を実行するための処理プログラムが記録されている記録媒体としてＲＯＭ（即ち、ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）と、処理プログラムのワーク領域を有し、渦電流センサの検出情報を記録可能な記録媒体としてＲＡＭ（即ち、ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭおよびＲＡＭの記録情報に基づいて演算処理を実行し、最終的には軸受負荷状態診断結果を、数値、当該数値を表わすグラフ、等や、更には必要に応じて荷重負荷分布イメージとしてＣＲＴ（即ち、Cathode Ray Tube）ディスプレイ、ＬＣＤ（即ち、Liquid Crystal Display）、プリンタ、等の画像表示装置に表示させるＣＰＵ（即ち、ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、を備えている。
【００２６】
次に、各種軸受に応じた渦電流センサによる測定の仕方について図２（Ａ）〜図２（Ｄ）を参照して説明する。基本的に渦電流センサは軸受負荷位置の軌道面に沿って走査させられ、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に示されるように円周上の各位置や軸方向に移動させられて、疲労による残留オーステナイト量の変化分布を検出する。尚、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）には単列の軸受が示されているが、複列の軸受の場合も同様に各列測定する。
【００２７】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）には円筒ころ軸受の場合の渦電流センサによる軌道面の走査例が示されている。図２（Ａ）は軸の長手方向と平行な方向に切断した場合の内外輪の縦断面図であり、渦電流センサが内外輪の軌道面に沿って軸の長手方向と平行な方向に移動する例が示されている。また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のII(B)−II(B)矢視断面図であり、渦電流センサが外輪の軌道面（内周面）に沿って周方向に移動する例が示されている（尚、内輪の場合は、軌道面（外周面）に沿って移動することになる）。
【００２８】
図２（Ｃ）および図２（Ｄ）には円錐ころ軸受の場合の渦電流センサによる軌道面の走査例が示されている。図２（Ｃ）は軸の長手方向と平行な方向に切断した場合の内外輪の縦断面図であり、渦電流センサが内外輪の軌道面に沿って軸の長手方向と平行な方向に移動する例が示されている。また、図２（Ｄ）は、図２（Ａ）のII(D)−II(D)矢視断面図であり、渦電流センサが外輪の軌道面（内周面）に沿って周方向に移動する例が示されている（尚、内輪の場合は、軌道面（外周面）に沿って移動することになる）。
【００２９】
（第１診断例）
次に、本発明に係る軸受負荷状態診断方法による第１診断例として、円筒ころ軸受のミスアライメントによる偏荷重分布の診断例を図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を参照して説明する。尚、第１診断例は図３（Ａ）に示されるように外輪の軌道面を渦電流センサにより走査した場合の診断例であり、図３（Ａ）中▲１▼は渦電流センサによる負荷圏の測定、そして▲２▼は渦電流センサによる非負荷圏（▲１▼の１８０°位置）の測定を示している。
【００３０】
そして、その測定結果例、当該測定結果例に対応する前述のデータテーブルからの疲労パターン情報に基づいた負荷状態の推定、そして当該負荷状態の推定に基づいた判定が図３（Ｂ）および図３（Ｃ）には示されている。図３（Ｂ）では正常な負荷分布であることが判定された例が示され、そして図３（Ｃ）ではミスアライメントが作用した状態（即ち、異常負荷状態）であることが判定された例が示されている。尚、測定部位は、内輪またはころ転動面を測定しても同様な評価ができる。
【００３１】
（第２診断例）
次に、本発明に係る軸受負荷状態診断方法による第２診断例として、複列円錐ころ軸受のミスアライメントによる偏荷重分布の診断例を図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照して説明する。尚、第２診断例は図４（Ａ）に示されるように内外輪の軌道面を渦電流センサにより走査した場合の診断例であり、図４（Ａ）中▲１▼は渦電流センサによるＡ列非負荷圏の測定、▲２▼は渦電流センサによるＢ列非負荷圏の測定、▲３▼は渦電流センサによるＡ列負荷圏（▲１▼の１８０°位置）の測定、そして▲４▼は渦電流センサによるＢ列負荷圏（▲２▼の１８０°位置）の測定を示している。
【００３２】
そして、その測定結果例、当該測定結果例に対応する前述のデータテーブルからの疲労パターン情報に基づいた負荷状態の推定、そして当該負荷状態の推定に基づいた判定が図４（Ｂ）および図４（Ｃ）には示されている。図４（Ｂ）では正常な負荷分布であることが判定された例が示され、そして図４（Ｃ）ではミスアライメントが作用した状態（即ち、異常負荷状態）であることが判定された例が示されている。尚、測定部位は、ころ転動面を測定しても同様な評価ができる。
【００３３】
（第３診断例）
次に、本発明に係る軸受負荷状態診断方法による第３診断例として、円筒ころ軸受の内輪軌道面のエッジロード分布の診断例を図５（Ａ）および図５（Ｂ）を参照して説明する。尚、第３診断例は図５（Ａ）に示されるように内輪の軌道面を渦電流センサにより走査した場合の診断例であり、特に図示しないが、正常な負荷分布の内輪Ａの軌道面の渦電流センサによる測定（▲１▼）、そして負荷荷重が過大な内輪Ｂの軌道面の渦電流センサによる測定（▲２▼）が実施されている。
【００３４】
そして、その測定結果例、当該測定結果例に対応する前述のデータテーブルからの疲労パターン情報に基づいた負荷状態の推定、そして当該負荷状態の推定に基づいた判定が図５（Ｂ）には示されている。図５（Ｂ）では正常な負荷分布であることが判定された例と負荷荷重が過大であることが判定された例の両方が示されている。尚、その他、円錐ころ軸受においても同様な測定により異常な負荷状態の有無を診断できる。また、測定部位は、外輪またはころ転動面を測定しても同様な評価ができる。
【００３５】
（第４診断例）
次に、本発明に係る軸受負荷状態診断方法による第４診断例として、複列（本例では４列）の円筒ころ軸受の各列間の荷重分担崩れの診断例を図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を参照して説明する。尚、第４診断例は図６（Ａ）に示されるように内輪または外輪の軌道面を渦電流センサにより走査した場合の診断例であり、図６（Ａ）中、渦電流センサによるＡ列の内輪または外輪の軌道面の測定、渦電流センサによるＢ列の内輪または外輪の軌道面の測定、渦電流センサによるＣ列の内輪または外輪の軌道面の測定、そして渦電流センサによるＤ列の内輪または外輪の軌道面の測定が示されている。
【００３６】
そして、その測定結果例、当該測定結果例に対応する前述のデータテーブルからの疲労パターン情報に基づいた負荷状態の推定、そして当該負荷状態の推定に基づいた判定が図６（Ｂ）および図６（Ｃ）には示されている。図６（Ｂ）では列荷重分担崩れが大きいことが判定された例が示され、そして図６（Ｃ）では略均等な荷重分担で異常が無いことが判定された例が示されている。尚、その他、複列の円錐ころ軸受においても同様な測定により異常な負荷状態の有無を診断できる。また、測定部位は、ころ転動面を測定しても同様な評価ができる。
【００３７】
（第５診断例）
最後に、本発明に係る軸受負荷状態診断方法による第５診断例として、複列（本例では４列）の円錐ころ軸受の異常アキシャル荷重負荷分布の診断例を図７（Ａ）〜図７（Ｃ）を参照して説明する。尚、第５診断例は図７（Ａ）に示されるように外輪の軌道面を渦電流センサにより走査した場合の診断例であり、図７（Ａ）中、渦電流センサによるＡ列の外輪の軌道面の測定、渦電流センサによるＢ列の外輪の軌道面の測定、渦電流センサによるＣ列の外輪の軌道面の測定、そして渦電流センサによるＤ列の外輪の軌道面の測定が示されている。
【００３８】
そして、その測定結果例、当該測定結果例に対応する前述のデータテーブルからの疲労パターン情報に基づいた負荷状態の推定、そして当該負荷状態の推定に基づいた判定が図７（Ｂ）および図７（Ｃ）には示されている。図７（Ｂ）では異常なアキシャル荷重が作用していることが判定された例が示され、そして図７（Ｃ）では略均等な荷重分担で異常が無いことが判定された例が示されている。尚、その他、複列の円筒ころ軸受においても同様な測定により異常なアキシャル負荷状態を診断できる。また、測定部位は、内輪またはころ転動面を測定しても同様な評価ができる。
【００３９】
尚、本発明は、前述した実施例に限定されるものではなく、適宜、変形，改良，等が可能である。勿論、本発明の軸受負荷状態診断方法は、自動調心ころ軸受等のころ軸受や、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、等の玉軸受にも適用可能である。例えば、複列の自動調心ころ軸受の場合は、各列の走行面を測定して列間の負荷状態（例えば、過大な（即ち、異常な）アキシャル荷重負荷作用の有無）を診断することも可能である。また、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受の場合も同様に各レース面を測定して負荷状態（例えば、ミスアライメント作用の有無）を診断することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、軸受の疲労傾向情報と疲労パターン情報とを比較してこれら軸受の負荷状態を診断するので、軸受の早期剥離等の損傷原因を究明したり、ユーザの設備上の問題を究明したり、その改善方法を見出したりする手段として利用できる。
よって、軸受使用現場での直接診断が可能となり、軸受事故に対する予防保全を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軸受負荷状態診断方法の診断ステップ（Ｓ４）に至るまでの論理フローを示す図である。
【図２】円筒ころ軸受の場合の渦電流センサによる軌道面の走査例を示す図である。
【図３】第１診断例を示す図である。
【図４】第２診断例を示す図である。
【図５】第３診断例を示す図である。
【図６】第４診断例を示す図である。
【図７】第５診断例を示す図である。

Claims

コイルを備え、当該コイルに励磁電流を流して、鉄鋼設備で使用される圧延機用ロールネック用に使用される鋼製の円筒ころ軸受又は円錐ころ軸受に関してこれら軸受の内輪軌道面、外輪軌道面、またはころ転動面の表面に渦電流を誘導し、その渦電流によって前記コイルに生じるインピーダンスの変化を検出する渦電流センサを用いて、
前記内輪軌道面、前記外輪軌道面、またはころ転動面が負荷を受け所定時間使用されることによって生じる材料の疲労進行に伴う表面及びその近傍内部の残留オーステナイトの変化を測定し、
その測定結果から前記内輪軌道面、前記外輪軌道輪の軌道面、または前記転動体の転動面の疲労傾向を疲労傾向情報として把握し、一方
前記内輪軌道面、前記外輪軌道面、またはころ転動面の負荷状態における、ミスアライメントによる荷重分布、エッジロード分布、複列の軸受であった場合の各列間の荷重分担崩れ度合い、異常アキシャル荷重負荷分布、に係る疲労パターン情報を予め用意しておき、そして
前記疲労傾向情報と、前記疲労パターン情報と、を比較してそれら軸受の負荷状態を診断する
ことを特徴とする軸受負荷状態診断方法。