JP4039052B2 - 回転装置の振動診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転装置の振動診断装置に関し、特に振動を前後の振れ回り方向で区別して周波数分析を行う回転装置の振動診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の軸受、軸受装置（例えば、ピボット用軸付き軸受等）や回転機械等の単体、若しくはこれらの組み合わせからなる回転装置の振動診断装置として、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）（以下「ＦＦＴ」という。）プログラムを内蔵する図１２に示すようなラジアル方向の振動に関する周波数分析器（以下「ＦＦＴアナライザ」という。）や図１８に示すようなアキシアル方向の振動に関するＦＦＴアナライザが広く用いられている。
【０００３】
一般に、回転装置は、軸受と軸等の回転体を備え、軸受は内輪と、外輪と、内外輪を転動させる複数の転動体とによって構成され、回転体は内輪に内挿される。
【０００４】
また、回転装置は後述する原因等により振動を発生し、この回転装置の振動は、軸受の内輪や外輪、又は回転体の異常振動として測定することができる。
【０００５】
従来のＦＦＴアナライザは、加速度ピックアップ等のセンサを有し、この加速度ピックアップ等のセンサによって測定された回転装置が備える回転体等の振動成分の信号を周波数分析し、該周波数分析された振動成分の中から比較的大きな振幅の周波数の振動成分を選択し、該選択された周波数の振動成分に基づいて回転装置の異常振動（振れ回り運動、歳差運動等）の診断を行う。
【０００６】
通常、回転装置の異常振動の原因診断方法としては、「製鉄研究」第３０５号（１９８１年）第２６頁に記載された下記表１に示す異常振動原因別一覧表を利用する回転装置の異常振動の原因診断方法が知られている。
【０００７】
【表１】
表１において「○」は振動が発生することを、「−」は振動が発生しないことを意味し、ｆｒは回転体の回転周波数、ｍｆｒは回転体のｍ次の回転周波数を表し、周波数ｆｒの符号は回転体の異常振動の回転方向（正は前回り、負は後回り）を表す。尚、異常振動の回転方向における前回りとは回転体の回転方向に振れ回ること等を、異常振動の回転方向における後回りとは回転体の回転方向と逆方向に振れ回ること等を表す。
【０００８】
表１を利用する回転装置の異常振動の原因診断方法では、例えば、正の周波数ｆｒの異常振動が比較的大きい振幅であるときは、回転体がアンバランスであると診断され、正の周波数ｆｒと負の周波数ｆｒの異常振動が共に比較的大きい振幅であるときは、回転体を支持する軸受の剛性が方向によって異なっている（剛性方向差がある）と診断される。
【０００９】
従来のＦＦＴアナライザは定数値のＦＦＴ機能しか備えていないため、１方向の振動成分ｘ（ｔ）にだけ基づいて周波数分析を行っている。
【００１０】
一般に、上述した回転装置において、軸受の外輪を固定して内輪を回転させるとき、外輪の軌動面にｎＺ−１山のうねりとｎＺ＋１山のうねりがあれば、外輪の軌動面におけるｎＺ−１山のうねりに起因する前回りの振動と、外輪の軌動面におけるｎＺ＋１山のうねりに起因する後回りの振動とが発生し、当然、これらの振動は内輪に内挿された回転体にも発生する。
【００１１】
これら回転体に発生する前回り及び後回りの振動の周波数は共にｎＺｆｃとなることが知られている（表２）。
【００１２】
【表２】
表２において、Ｚは転動体の数であり、ｆｃは転動体の公転速度であり、ｎは正の整数である。
【００１３】
このとき、軸受軌道面のうねりに起因する回転体の振動によって回転体が共振することを避けるために、回転体のロッキングモードと呼ばれる前後の振れ回り運動を呈する固有振動数と軸受軌道面のうねりに起因する回転体の振動の周波数ｎＺｆｃが一致するか否かを判別し、上記固有振動数と周波数ｎＺｆｃが一致したときには、その固有振動数は前回りか後回りか、さらには、周波数ｎＺｆｃがｎＺ＋１山のうねりに起因する振動かｎＺ−１山のうねりに起因する振動かを判別して、該判別された周波数ｎＺｆｃの起因となるうねりの形状管理を厳にする等の対策を行うことが望ましい。
【００１４】
上述した回転装置で、軸受の内輪を固定して外輪を回転させるとき、内輪の軌動面にｎＺ−１山のうねりとｎＺ＋１山のうねりがあれば、内輪の軌動面におけるｎＺ−１山のうねりに起因する周波数ｎＺｆｃの前回りの振れ回り運動と、ｎＺ＋１山のうねりに起因する周波数ｎＺｆｃの後回りの振れ回り運動とが発生する。また、これらの振れ回り運動は合成されて楕円運動を呈する。
【００１５】
これら前回り及び後回りの振れ回り運動は、夫々回転体の回転速度に非同期な径方向（ラジアル方向）振動（以下、「ＮＲＲＯ（Non Repeatable Run Out）」という。）を呈し、これらが合成された楕円運動もＮＲＲＯとなる。このＮＲＲＯの振幅は、転動体と、軸受軌道面のうねりとの相対的な位置関係等によって定まるので、このＮＲＲＯの振幅は、回転体の振れ回りの方位（以下、「方位」という。）に依存して変化する。
【００１６】
この楕円運動のＮＲＲＯは、例えば、この軸受を備える回転装置を使用するＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）装置において、径方向の振動を引き起こし、ＨＤＤ装置の径方向の振動振幅の最大値を呈する方位がＨＤＤ装置のヘッドの走査方向と一致したときに、特にＨＤＤの読み取りミスが発生する等の不具合の原因となる。
【００１７】
この不具合を防止するためには、ＮＲＲＯの振幅の最大値を呈する方位（以下、「最大方位」という。）とヘッドの走査方向が一致しないようにする必要がある。そのため、周波数ｎＺｆｃの楕円運動の場合は、振動の最大値とその方位を検出する必要がある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回転装置が備える回転体の１方向の振動成分ｘ（ｔ）の測定だけでは、測定された振動成分ｘ（ｔ）に異常振動の回転方向である振れ回りの方向を示す位相情報が含まれず、当然、ＦＦＴによる周波数分析の結果にも振れ回りの方向を示す位相情報は含まれていないので、周波数ｆｒの正負の判別がつかず、周波数ｆｒの振れ回りの方向が前回りなのか、後回りなのかを判別することができない。その結果、周波数分析の結果は前後の振れ回りを共に含んだ形でしか表示されず（図１３）、上述の表１を利用する回転装置の異常振動の原因診断方法を利用しても、回転装置の異常振動の原因を診断することができない。
【００１９】
例えば、周波数ｆｒの異常振動が比較的大きい振幅であることが分かったときでも、異常振動の原因が回転体のアンバランスにあるのか、回転体を支持する軸受の剛性方向差にあるのかを診断することができない。
【００２０】
さらには、ＨＤＤスピンドルのような大きなジャイロモーメントを有する回転体であって、ロッキングモードが存在する回転体では、図１３のように回転速度を変化させてＦＦＴをする回転次数分析（トラッキング解析）を行っても、ロッキングモードが複数存在するときには、その振れ回りの方向が明白ではない。換言すれば、図１３では固有振動数の大きいロッキングモードは前回りであり、固有振動数の小さいロッキングモードは後回りであることを知らないと、回転体のロッキングモードの固有振動数は分かっても、そのロッキングモードが前回りなのか後回りなのかを判別することもできない。
【００２１】
また、周波数ｎＺｆｃの異常振動の起因となるうねりの形状を判別して、該判別された周波数ｎＺｆｃの起因となるうねりの形状管理を厳にする等の対策では、回転体の周波数ｎＺｆｃの振れ回りの方向が前回りか後回りかを判別することができないので、ｎＺ＋１山のうねりに起因する周波数ｎＺｆｃの異常振動と、ｎＺ−１山のうねりに起因する周波数ｎＺｆｃの異常振動が重畳して表示され（図１４）、回転体のロッキングモードの固有振動数と周波数ｎＺｆｃが一致したときに、周波数ｎＺｆｃの異常振動がｎＺ＋１山のうねりに起因するのか、ｎＺ−１山のうねりに起因するのかを判別できず、どちらのうねりの形状管理を厳にするべきか診断できない。また、仮に、周波数ｎＺｆｃの異常振動の起因となるうねりが判別できたとしても、通常、正と負の周波数領域の夫々に１つずつ存在する回転体のロッキングモードの固有振動数も正の周波数の領域でしか表示されない（図１５）ので、周波数ｎＺｆｃは２つのロッキングモードの固有振動数のどちらと一致することを避けるべきか診断することができない。
【００２２】
さらに、従来のＮＲＲＯにおける振幅のオーバオール値の最大値や最小値及びそれらの方位の検出では、特開平２−２４５２９号公報の方法は装置構成の複雑さの故に高速測定が困難であり、特開平７−１０３８１５号公報の装置はＮＲＲＯの算出が全ての方位について行われるから、一定の時間を必要とし、迅速な測定ができない。
【００２３】
また、製造ライン等において回転装置の異常を診断するため、回転装置の振動を軸受の静止輪を介して接触式又は非接触式のセンサで測定する際には、軸受や回転体の大きさが変わる毎にセンサの位置を修正する必要があり、回転装置の振動診断を手間のかかるものにしていた。
【００２４】
本発明の目的は、回転装置の異常振動の振れ回り方向を判別することができ、その異常振動の原因を診断できることに加え、当該異常振動の最大値とその方位を迅速に測定できる回転装置の振動診断装置を提供することにある。
【００２５】
また、本発明の他の目的は、回転装置の振動診断を手間のかからないものにすることができる回転装置の振動診断装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の回転装置の振動診断装置は、回転装置の振動を周波数分析に基づいて分析する回転装置の振動診断装置において、前記周波数分析では、前記回転装置の振動を前後の振れ回り方向で区別して分析すると共に、前記分析された振動を合成し、該合成によって得られた少なくとも１つの楕円運動について、前記楕円運動の振幅の最大値及び該最大値を呈する振幅の前記楕円運動における方位と、前記楕円運動の振幅の最小値及び該最小値を呈する振幅の前記楕円運動における方位との少なくとも一方を算出することを特徴とする。
【００２７】
請求項１記載の回転装置の振動診断装置によれば、周波数分析では、回転装置の振動を前後の振れ回り方向で区別して分析するので、回転装置の異常振動の原因を診断できると共に、分析された振動を合成し、該合成によって得られた少なくとも１つの楕円運動について、楕円運動の振幅の最大値及び該最大値を呈する振幅の楕円運動における方位と、楕円運動の振幅の最小値及び該最小値を呈する振幅の楕円運動における方位との少なくとも一方を算出するので、異常振動の振幅の算出を全ての方位について行う必要を無くすことができ、もって当該異常振動の最大値とその方位を迅速に測定できる。
【００２８】
請求項２記載の回転装置の振動診断装置は、請求項１記載の回転装置の振動診断装置において、前記回転装置は、軸受、軸受装置及び回転機械の１つであることを特徴とする。
【００２９】
請求項２記載の回転装置の振動診断装置によれば、回転装置は、軸受、軸受装置及び回転機械の１つであるので、分析対象となる回転装置が限定されることがなく、これにより、回転装置の振動診断装置を広範囲に亘って適用できるものとすることができる。
【００３２】
請求項３記載の回転装置の振動診断装置は、請求項１又は２記載の回転装置の振動診断装置において、前記周波数分析で分析された振動に基づいて前記回転装置の異常を診断することを特徴とする。
【００３３】
請求項３記載の回転装置の振動診断装置によれば、周波数分析で分析された振動に基づいて回転装置の異常を診断するので、回転装置の異常振動の原因を確実に診断できる。
【００３４】
請求項４記載の回転装置の振動診断装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転装置の振動診断装置において、前記周波数分析では、２方向から前記回転装置の振動を測定し、該測定された回転装置の２つの振動成分を複素数に合成し、該合成した複素数を複素高速フーリエ変換することを特徴とする。
【００３５】
請求項４記載の回転装置の振動診断装置によれば、２方向（例えば、回転装置が備える回転体の回転軸に対して垂直、且つ互いに交差する２方向）における回転装置の２つの振動成分を複素数に合成し、該合成した振れ回りの方向を示す位相情報を含む複素数を複素高速フーリエ変換するので、迅速に振れ回りの方向で区別した周波数分析を行うことができ、その結果、回転体の異常振動の振れ回りの方向を迅速に判別することができ、これにより異常振動の原因を迅速に診断できる。
【００３６】
請求項５記載の振動診断装置は、請求項４記載の振動診断装置において、前記複素高速フーリエ変換された複素数に基づいて前記回転装置の振動から、所定の周波数において前記回転体の回転方向と同一方向の円運動を呈する第１の振動と、前記所定の周波数において前記回転体の回転方向と反対方向の円運動を呈する第２の振動とを選択し、前記選択された第１の振動と第２の振動を合成した楕円運動の長径を呈する方位を算出し、且つ前記第１の振動の振幅と前記第２の振動の振幅に基づいて前記楕円運動を呈する振動の振幅の最大値又は最小値を算出することを特徴とする。
【００３７】
請求項５記載の振動診断装置によれば、複素高速フーリエ変換された第１の振動と第２の振動の振幅に基づいて楕円運動を呈する振動の振幅の最大値とその方位を算出するので、楕円運動を呈する振動の振幅を全ての方位において算出する必要を無くすことができ、もって振動の最大値とその方位を迅速に測定できる。
【００３８】
請求項６の回転装置の振動診断装置は、請求項１乃至５のいずれかの回転装置の振動診断装置において、前記振動診断装置は前記回転装置に圧接する圧接手段を備え、該圧接手段を介して前記回転装置の振動を測定することを特徴とする。
【００３９】
請求項６記載の回転装置の振動診断装置によれば、振動診断装置は回転装置に圧接する圧接手段を備え、該圧接手段を介して回転装置の振動を測定するので、回転体や軸受の大きさが変わってもセンサ等の位置を修正する必要を無くすことができ、これにより、回転装置の振動診断を手間のかからないものにすることができる。
【００４０】
請求項７記載の回転装置の振動診断装置は、請求項６記載の回転装置の振動診断装置において、前記圧接手段は複数の測定手段を備え、該複数の測定手段は前記回転装置の振動を測定することを特徴とする。
【００４１】
請求項７記載の回転装置の振動診断装置によれば、圧接手段は複数の測定手段を備え、該複数の測定手段は回転装置の振動を測定するので、回転装置の異常振動の振れ回り方向をより正確に判別することができ、その異常振動の原因をより正確に診断できることに加え、当該異常振動の最大値とその方位を迅速且つ正確に測定できる。
【００４２】
好ましくは、前記２方向は互いに直交するのがよい。これにより、２つの振動成分を容易に複素数に合成することができる。
【００４３】
また、好ましくは、前記回転装置の振動の測定を、前記回転体の振動を測定することにより行うのがよい。
【００４４】
通常、回転体は軸受から突出しているので、その振動を容易に測定することができ、もって回転装置の振動の測定を容易に行うことができる。
【００４５】
また、好ましくは、前記軸受は内輪と外輪を備え、前記回転装置の振動の測定を、前記内輪の振動を測定することにより行うのがよい。
【００４６】
通常、回転装置の振動は軸受軌道面のうねりを原因とするので、原因の存在個所で振動を測定することができ、もって回転装置の振動を正確に測定することができる。
【００４７】
また、好ましくは、前記回転装置の振動の測定を、前記外輪又はその周辺の振動を測定することにより行うのがよい。
【００４８】
通常、回転装置において外輪は外部に暴露することができるので、その振動を容易に測定することができ、もって回転装置の振動の測定を容易に行うことができる。
【００４９】
ここで、本発明における２方向の振動成分の信号処理について図面を用いて説明する。
【００５０】
まず、図１に示すラジアル方向のみの振動を呈する回転装置が備える回転体において、回転体の回転軸に対して垂直、且つ互いに直交する２方向（Ｘ方向,Ｙ方向）の回転体の振動成分ｘ（ｔ）,ｙ（ｔ）を同時に測定し、これらをΔｔごとに分割してＮ点の離散値系列｛ｘi,ｙi、ｉ＝１,２,…ｎ｝を得る。その後、これらの分割された振動成分ｘi,ｙiを下記式（１）の複素数で表される複素数合成振動成分ｚiに合成する。
【００５１】
ｚi＝ｘi＋ｉｙi …（１）
一般に、実数をＦＦＴすると図２のように周波数０（Ｈｚ）の軸に関して左右対称になり、正負どちらか半分のデータのみを使用することになるが、上記式（１）の合成された回転軸と垂直な平面における位相情報を含む複素数合成振動成分ｚiを複素高速フーリエ変換すると、図３のように周波数０（Ｈｚ）の軸に関して左右非対称となり前後の振れ回りの方向で区別された周波数分析となる。
【００５２】
本発明の例として軸受の内輪の楕円運動を呈する振れ回り運動の振幅の最大値とその方位の算出処理について説明する。
【００５３】
まず、外輪軌動面にｎＺ−１山のうねりとｎＺ＋１山のうねりがある内輪回転の軸受を備える回転装置において、上述した本発明における２方向の振動成分の信号処理によって内輪のラジアル方向の振動成分ｘ（ｔ）,ｙ（ｔ）を同時に測定し、上記式（１）の複素数合成振動成分ｚiに合成して複素高速フーリエ変換する。その後、前記処理された内輪の振動に基づいて、内輪の振動からＮＲＲＯを呈する周波数ｎＺｆｃ（所定の周波数）の前回り（回転体の回転方向と同一方向）の振れ回り運動Ｌｆ（第１の振動）と、ＮＲＲＯを呈する周波数ｎＺｆｃの後回り（回転体の回転方向と反対方向）の振れ回り運動Ｌｂ（第２の振動）とを選択する。
【００５４】
一般に、半径ａの円周上を所定の周期で前回りに回転する第１の円運動（図４（ａ））と、半径ｂの円周上を上記所定の周期と同一の周期で後回りに回転する第２の円運動（図４（ｂ））とを合成すると、長径ｃ＝ａ＋ｂ、短径ｄ＝｜ａ−ｂ｜の楕円上を上記所定の周期と同一の周期で回転する楕円運動（図４（ｃ））となる。
【００５５】
本例も、図４に示す２つの円運動の合成における一般的な性質を利用して、選択した振れ回り運動Ｌｆ及びＬｂを楕円運動Ｌｕに合成する（図４（ｄ））。
【００５６】
この合成された楕円運動Ｌｕの振幅の最大値（Ｌｆ＋Ｌｂ）を与える方位Ｚｕmaxは、運動Ｌｆの位相をＺｆ（ｔ）、運動Ｌｂの位相をＺｂ（ｔ）とすると、図４に示す一般的な性質により下記式（２）で算出され、
Ｚｕmax＝（Ｚｆ（ｔ）＋Ｚｂ（ｔ））／２ …（２）
この合成された楕円運動Ｌｕの振幅の最小値を与える方位Ｚｕminは、図４に示す一般的な性質により下記式（３）で算出される。
【００５７】
Ｚｕmin＝（Ｚｆ（ｔ）＋Ｚｂ（ｔ））／２＋π／２ …（３）
また、方位Ｚｕmaxにおける最大値Ｌｕmaxは、図４に示す一般的な性質により下記式（４）で算出され、
Ｌｕmax＝Ｌｆ＋Ｌｂ …（４）
方位Ｚｕminにおける最小値Ｌｕminは、図４に示す一般的な性質により下記式（５）で算出される。
【００５８】
Ｌｕmin＝Ｌｆ−Ｌｂ …（５）
上述した本発明の軸受の内輪のＮＲＲＯを呈するラジアル方向の振れ回り運動の振幅の最大値とその方位の算出処理によれば、内輪の振動から楕円運動を呈する周波数ｎＺｆｃの振れ回り運動を選択し、該選択された周波数ｎＺｆｃの前回りの振れ回り運動Ｌｆと後回りの振れ回り運動Ｌｂとが合成された周波数ｎＺｆｃの楕円運動Ｌｕにおける長径の方位Ｚｕmaxと、振幅の最大値Ｌｕmaxとを算出することができる。
【００５９】
以上、図１に示すラジアル方向のみの振動について、本発明における前後の振れ回りの方向で区別された周波数分析を適用する場合を説明したが、図１８に示すラジアル方向と傾き方向との振動が合成された振れ回り運動（歳差運動）において、Ｘ方向の軸（以下、「Ｘ軸」という。）及びＹ方向の軸（以下、「Ｙ軸」という。）の各々について軸回りの傾き振動成分ｘθ（ｔ）及びｙθ（ｔ）を同時に測定し、これらを上述したラジアル方向のみの振動の周波数分析と同様に、離散値系列｛ｘθi，ｙθi、ｉ＝１，２，…ｎ｝とし、これらの振動成分を上記式（１）で表される複素数合成振動成分ｚθiに合成してもよく。このとき、複素数合成振動成分ｚθiを複素高速フーリエ変換することによって傾き方向の振動について、前後の振れ回りの方向で区別された周波数分析を行うことができる。
【００６０】
すなわち、上述した外輪軌道面にｎＺ−１山のうねりとｎＺ＋１山のうねりがある内輪回転の軸受を備える回転装置において、内輪のラジアル方向の振動成分であるｘ（ｔ），ｙ（ｔ）を測定せずに、内輪の傾き方向の振動成分であるｘθ（ｔ），ｙθ（ｔ）を同時に測定し、これらを合成した複素数合成振動成分ｚθiを複素高速フーリエ変換した結果に基づいて、ＮＲＲＯを呈する周波数ｎＺｆｃの前回り及び後回りの振れ回り運動を選択し、これら選択された振れ回り運動を楕円運動に合成してもよく。このとき、合成された楕円運動に上記式（２）〜（５）を適用することによって内輪のＮＲＲＯを呈する傾き方向の振れ回りの振幅の最大値とその方位等を算出することができる。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態に係る振動診断装置を図面を参照して詳述する。
【００６２】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成を示す図である。
【００６３】
図５において、複素ＦＦＴアナライザ５００（振動診断装置）は、２つの加速度ピックアップ等の振動センサ５０１と、ＡＤ変換回路５０２と、複素数合成回路５０３と、複素ＦＦＴ演算回路５０４と、診断回路５０５と、出力手段５０６とによって構成される。
【００６４】
また、複素ＦＦＴアナライザ５００によって異常振動の原因等を診断される不図示の回転装置は、不図示の軸受と軸等の回転体５０７を備え、軸受は内輪と、外輪と、内外輪を転動させる複数の転動体とによって構成され、回転体５０７は内輪に内挿される。
【００６５】
２つの振動センサ５０１は夫々回転体５０７の回転軸に垂直且つ水平（図中Ｘ方向）、垂直且つ鉛直（図中Ｙ方向）に配置される。従って、２つの振動センサ５０１は互いに直交し、ラジアル方向の振動成分を測定する。また、２つの振動センサ５０１が直交していないときには、２つの振動センサ５０１が測定した振動成分を直交する２方向に合成し直してもよい。また、２つの振動センサ５０１はＡＤ変換回路５０２及び複素数合成回路５０３を介して複素ＦＦＴ演算回路５０４に接続される。複素ＦＦＴ演算回路５０４は診断回路５０５を介して出力手段５０６に接続される。
【００６６】
２つの振動センサ５０１は夫々回転体５０７のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分を測定し、且つ測定したそれらの振動成分を回転体５０７のＸ方向、Ｙ方向に関する変位量に比例する電圧信号に変換し、該変換した電圧信号をＡＤ変換回路５０２に送信する。ＡＤ変換回路５０２は送信された電圧信号をディジタル値に変換し、該変換されたディジタル値を複素数合成回路５０３に送信する。複素数合成回路５０３は送信されたディジタル値に基づいてＸ方向、Ｙ方向の振動成分を複素数合成振動成分に合成し、該複素数合成振動成分を複素ＦＦＴ演算回路５０４に送信する。
【００６７】
また、複素ＦＦＴ演算回路５０４は、内蔵するプログラムに基づいて送信された複素数合成振動成分を複素高速フーリエ変換することにより、複素数合成振動成分の振幅を周波数の正負に亘って算出する。診断回路５０５は、算出された複素数合成振動成分の振幅の周波数の正負と、上述した表１とに基づいて回転体の異常振動の原因を診断する。
【００６８】
また、複素ＦＦＴアナライザ５００は、一定間隔で回転体５０７の回転速度を変化させ、該変化した回転速度毎に回転体５０７のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分を測定し、該測定した振動成分について後述する図６の異常診断処理を実行し、且つ回転速度毎に得られた分析結果を横軸が周波数であって、縦軸が回転速度であるグラフ上に並べて振動を解析するトラッキング解析も行うことができる。
【００６９】
以下、図５の複素ＦＦＴアナライザ５００によって実行される回転体の異常診断処理について図面を用いて説明する。
【００７０】
図６は、図５の複素ＦＦＴアナライザ５００によって実行される回転体の異常診断処理のフローチャートである。
【００７１】
まず、２つの振動センサ５０１が夫々回転体５０７のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）を同時に測定し（ステップＳ６０１）、ＡＤ変換回路５０２はｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）をΔｔごとに分割してＮ点のディジタル値系列｛ｘi,ｙi、ｉ＝１,２,…ｎ｝に変換する（ステップＳ６０２）。
【００７２】
次いで、複素数合成回路５０３は同時に測定されたディジタル値ｘi,ｙiを上記式（１）の複素数合成振動成分ｚiに合成し（ステップＳ６０３）、複素ＦＦＴ演算回路５０４は複素数合成振動成分ｚiを複素高速フーリエ変換して周波数ｋの振幅Ｚ（ｋ）を算出する（ステップＳ６０４）。
【００７３】
さらに、診断回路５０５は振幅Ｚ（ｋ）の周波数の正負と、上述した表１とに基づいて回転装置の異常振動の原因を診断する（ステップＳ６０５）。その後、出力手段５０６は信号処理された振幅Ｚ（ｋ）や診断回路５０５の診断結果等を表示して（ステップＳ６０６）、本処理を終了する。
【００７４】
図６の処理によれば、回転体５０７のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分を合成した複素数合成振動成分ｚiを複素高速フーリエ変換して周波数ｋの振幅Ｚ（ｋ）を算出するので（ステップＳ６０４）、回転体５０７のラジアル方向における振れ回りの方向を判別することができる。その結果、回転装置のラジアル方向における異常振動の原因を診断することができる。
【００７５】
図３及び図７は、図６の異常診断処理の結果を表す図である。
【００７６】
図３において、周波数ｆ1の振動成分は負の周波数領域、周波数ｆ2の振動成分は正の周波数領域に表示されるので、周波数ｆ1の振動成分の回転方向は後回りであり、周波数ｆ2の振動成分の回転方向は前回りであることが分かる。また、図７において、２つの回転体のロッキングモードの固有振動数が夫々、正及び負の周波数領域に表示されるので、夫々のロッキングモードが前回りなのか後回りなのかを明確に判別することができる。
【００７７】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る振動診断装置を説明する。
【００７８】
本発明の第２の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成は、図５の複素ＦＦＴアナライザ５００と基本的に同じであるが、振動センサ５０１が配設される位置において図５の複素ＦＦＴアナライザ５００と異なる。
【００７９】
以下、本第２の実施の形態に係る振動診断装置を図面を参照して説明する。
【００８０】
図１９（ａ）は、本第２の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を表す正面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）における線Ｉ−Ｉに関する断面図である。
【００８１】
図１９において、複素ＦＦＴアナライザ５００によって異常振動の原因等を診断される軸受又は軸受装置１９００は、内輪１９００ａ、外輪１９００ｂ及び内外輪を転動させる複数の転動輪１９００ｃを備え、複素ＦＦＴアナライザ５００は、静止輪である外輪１９００ｂに当接して、アキシアル方向に予圧を負荷し、且つ軸受又は軸受装置１９００の軸中心と同心であって、ラジアル方向と平行に配設された円形の平板１９０１ａを有する静止輪固定治具１９０１を備え、２つの振動センサ５０１の各々はＸ軸又はＹ軸上であって、平板１９０１ａの外周部の１点にラジアル方向から当接するように配設される。
【００８２】
すなわち、２つの振動センサ５０１の各々は静止輪固定治具１９０１を介して軸受又は軸受装置１９００のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分を測定する。
【００８３】
このとき、測定されたＸ方向、Ｙ方向の振動成分について図６の処理におけるステップＳ６０２〜Ｓ６０６を実行することにより、軸受又は軸受装置１９００のラジアル方向における振れ回りの方向を判別することができ、軸受又は軸受装置１９００のラジアル方向における異常振動の原因を診断することができる。
【００８４】
本第２の実施の形態によれば、２つの振動センサ５０１の各々は静止輪固定治具１９０１を介して軸受又は軸受装置１９００のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分を測定するので、軸受又は軸受装置１９００の大きさが変わっても振動センサ５０１の位置を修正する必要を無くすことができ、これにより、軸受又は軸受装置１９００の振動診断を手間のかからないものにすることができると共に、複素ＦＦＴアナライザ５００をコンパクトなものとすることができるため、複素ＦＦＴアナライザ５００のライン等におけるレイアウトの自由度を増すことができる。
【００８５】
尚、本第２の実施の形態では、外輪１９００ｂが静止輪である場合について説明したが、内輪１９００ａが静止輪であってもよく、このとき静止輪固定治具１９０１は内輪１９００ａに当接して、アキシアル方向に予圧を負荷するように配設すればよい。
【００８６】
また、２つの振動センサ５０１はＸ軸上やＹ軸上に配設されていなくてもよく、このとき２つの振動センサ５０１が測定した振動成分を直交するラジアル方向におけるＸ方向及びＹ方向に合成し直してもよい。
【００８７】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る振動診断装置を説明する。
【００８８】
本発明の第３の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成は、図５の複素ＦＦＴアナライザ５００と基本的に同じであり、本第３の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される周波数分析処理は、周波数ｎＺｆｃの振動の起因となる軸受軌道面のうねりを診断する点で、図６の異常診断処理と異なる。
【００８９】
以下、本第３の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される回転体の周波数分析処理について図面を用いて説明する。
【００９０】
図８は、本第３の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される回転体の周波数分析処理のフローチャートである。
【００９１】
図８のフローチャートにおいて、ステップＳ６０１〜Ｓ６０３は図６のフローチャートのそれと同じであるので、説明を省略する。
【００９２】
図８の処理において、ステップＳ６０３の後、複素ＦＦＴ演算回路５０４は複素数合成振動成分ｚiを複素高速フーリエ変換して周波数ｎＺｆｃにおける複素数合成振動成分ｚiの振幅Ｚ（ｎＺｆｃ）を算出する（ステップＳ８０１）。
【００９３】
図８の処理によれば、回転体のＸ方向、Ｙ方向の振動成分を合成した複素数合成振動成分ｚiを複素高速フーリエ変換して周波数ｎＺｆｃの振幅Ｚ（ｎＺｆｃ）を算出するので（ステップＳ８０１）、周波数ｎＺｆｃの異常振動の振幅を正と負の周波数領域に分けて評価することができる。その結果、周波数ｎＺｆｃの異常振動の起因となる軸受軌道面のうねりの形状を判別することができ、形状管理を厳にすべきうねりが分かり、また、周波数ｎＺｆｃが一致することを避けるべきロッキングモードの固有振動数が診断できる。
【００９４】
図９及び図１０は、図８の周波数分析処理の結果を表す図である。
【００９５】
図９はある一定の回転数における周波数分析結果であるが、正の周波数領域に表示される周波数ｎＺｆｃの異常振動の振幅が、負の周波数領域に表示される周波数ｎＺｆｃの異常振動の振幅よりも大きいため、周波数ｎＺｆｃの異常振動はｎＺ−１山のうねりに起因していることが判別できる。
【００９６】
また、図１０は一定間隔で回転数を変化させて周波数分析を行った結果であるが、２つの回転体のロッキングモードの固有振動数が夫々正及び負の周波数領域に表示されるので、周波数ｎＺｆｃと一致を避けるべきロッキングモードの固有振動数が振れ回りの方向を含めて診断でき、いわゆる危険速度を特定することができる。
【００９７】
また、図８の処理は回転体の振動を複数の周波数帯域に分割して、該分割した各周波数帯域の振幅の測定を行う１／Ｎオクターブ解析、回転体の軸方向の周波数分析等において実行されてもよい。
【００９８】
以上、本第１及び３の実施の形態として、回転体５０７のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）を２つの振動センサ５０１によって測定する場合について説明したが、この他、軸受又は軸受装置の振動成分ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）を２つの振動センサ５０１によって測定し、その後、図６又は図８のフローチャートにおけるステップＳ６０２以降の処理を実行してもよく、これらにより、軸受又は軸受装置の異常振動の原因の診断、周波数ｎＺｆｃの異常振動の起因となる軸受軌道面のうねりの形状の判別を行うことができる。
【００９９】
また、本第１乃至３の実施の形態として、ラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）を２つの振動センサ５０１によって測定する場合について説明したが、この他、後述するように２つの振動センサ５０１の配置を変更することにより、回転体、軸受又は軸受装置の傾き方向におけるＸ軸回りの傾き振動成分ｘθ（ｔ）及びＹ軸回りの振動成分ｙθ（ｔ）を２つの振動センサ５０１によって測定し、その後、図６又は図８のフローチャートにおけるステップＳ６０２以降の処理を実行してもよく、これらにより、回転体、軸受又は軸受装置の傾き方向における異常振動の原因の診断、周波数ｎＺｆｃの異常振動の起因となる軸受軌道面のうねりの形状の判別を行うことができる。
【０１００】
次に、本発明の第４の実施の形態に係る振動診断装置を説明する。
【０１０１】
本発明の第４の実施の形態に係る振動診断装置は、図５の複素ＦＦＴアナライザ５００と基本的に同じ構成であり、回転体、軸受又は軸受装置の振動について、該振動のレベルが大きく問題となる振動の周波数において後述するＮＲＲＯの振幅解析処理を実行する点で異なる。
【０１０２】
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成を示す図である。
【０１０３】
図１６において、複素ＦＦＴアナライザ５００によって異常振動の原因等を診断される軸受又は軸受装置１８００は、内輪１８００ａと、外輪１８００ｂと、複数の転動体１８００ｃとによって構成され、回転体５０７は内輪１８００ａに内挿される。
【０１０４】
また、２つの振動センサ５０１は夫々軸受又は軸受装置１８００が支持する回転体５０７の回転軸に垂直且つ水平（図１６中Ｘ方向）、垂直且つ鉛直（図１６中Ｙ方向）に配置される。従って、２つの振動センサ５０１は互いに直交し、ラジアル方向の振動成分を測定する。２つの振動センサ５０１が直交していないときには、２つの振動センサ５０１が測定した振動成分を直交する２方向に合成し直してもよい。この他の構成は図５の振動診断装置と同じである。
【０１０５】
以下、本第４の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される内輪１８００ａのＮＲＲＯの振幅解析処理について図面を用いて説明する。
【０１０６】
図１１は、本第４の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される内輪１８００ａのＮＲＲＯの振幅解析処理のフローチャートである。
【０１０７】
図１１のフローチャートにおいて、まず、内輪回転で外輪の（又は、外輪回転で内輪の）軌動面にＺ−１山とＺ＋１山のうねりがある場合の内輪１８００ａのラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分ｘ（ｔ）,ｙ（ｔ）を２つの振動センサ５０１が同時に測定し（ステップＳ１２０１）、図６のフローチャートにおけるステップＳ６０２〜Ｓ６０４と同様の処理によって内輪１８００ａの振動を複素高速フーリエ変換する。
【０１０８】
次いで、測定対象周波数の次数ｎを１にセットし（ステップＳ１２０２）、診断回路５０５が複素高速フーリエ変換された内輪１８００ａの振動に基づいて、内輪１８００ａの振動からＮＲＲＯを呈する周波数ｎＺｆｃの前回りの振れ回り運動Ｌｆと、後回りの振れ回り運動Ｌｂとを選択する（ステップＳ１２０３）。
【０１０９】
その後、半径がａである前回りの振れ回り運動Ｌｆと半径がｂである後回りの振れ回り運動Ｌｂとを図４に示す一般的な性質を利用して、周波数ｎＺｆｃの楕円運動Ｌｕ（ｎ）の振幅の最大値Ｌｕmax（ｎ）及び最小値Ｌｕmin（ｎ）を算出する（ステップＳ１２０４）。
【０１１０】
次いで、楕円運動Ｌｕの振幅の最大値を与える方位Ｚｕmax（ｎ）を上記式（２）により算出し、楕円運動の振幅の最小値Ｌｕを与える方位Ｚｕmin（ｎ）を算出する（ステップＳ１２０５）。
【０１１１】
次いで、次数ｎが任意の自然数である設定値Ｌか否かを判別する（ステップＳ１２０６）。
【０１１２】
ステップＳ１２０６の判別の結果、次数ｎが設定値Ｌより小さいときは、次数ｎに１を加算し（ステップＳ１２０７）、ステップＳ１２０３に戻る一方、次数ｎが設定値Ｌであるときは、ｎ個の楕円運動Ｌｕ（ｎ）（ｎ＝１，２..，Ｌ）を重ね合わせ、該重ね合わせたｎ個の楕円運動Ｌｕ（ｎ）のＮＲＲＯのオーバオール値における振幅の最大値ＮＲＲＯmax及び最小値ＮＲＲＯminを算出した（ステップＳ１２０８）後、本処理を終了する。
【０１１３】
このオーバオール値における振幅の最大値ＮＲＲＯmaxは、当該ＮＲＲＯmaxを呈する方位でのＮＲＲＯの振幅の厳密な最大値とは異なるが、本処理では、当該ＮＲＲＯmaxをＮＲＲＯの振幅の最大値とする。
【０１１４】
図１１の処理によれば、複素高速フーリエ変換された内輪１８００ａの振動から選択された運動Ｌｆと運動Ｌｂとを合成した内輪１８００ａの周波数ｎＺｆｃ（ｎ＝１，２..，Ｌ）の楕円運動Ｌｕ（ｎ）の振幅の最大値を与える方位Ｚｕmax（ｎ）及び最小値を与える方位Ｚｕmin（ｎ）に基づいて、ＮＲＲＯのオーバオール値における振幅の最大値ＮＲＲＯmax及び最小値ＮＲＲＯminを算出するので（ステップＳ１２０８）、ＮＲＲＯのオーバオール値の振幅の最大値とその最大方位を検出する際に、周波数ｎＺｆｃ（ｎ＝１，２..，Ｌ）の振幅の算出を全ての方位について行う必要を無くすことができ、もって迅速な測定を行うことができる。
【０１１５】
上述した本発明の第４の実施の形態の他、周波数ｎＺｆｃ（ｎ＝１，２..，Ｌ）以外の周波数成分について図１１のフローチャートにおけるステップＳ１２０３〜Ｓ１２０８を実行してもよい。
【０１１６】
また、上述した本発明の第４の実施の形態の他、周波数ｎＺｆｃ（ｎ＝１，２..，Ｌ）及びその他の周波数成分の各々において図１１のフローチャートにおけるステップＳ１２０３〜Ｓ１２０５を実行し、内輪１８００ａの各周波数における楕円運動において、ＮＲＲＯの振幅の最大値（楕円の長径）を算出し、これら振幅の最大値（楕円の長径）における最大値を内輪１８００ａの全周波数域におけるＮＲＲＯの振幅の最大値として選択してもよく、これにより、内輪１８００ａの全周波数域におけるＮＲＲＯの振幅の最大値の測定を迅速に行うことができる。
【０１１７】
また、本発明の第４の実施の形態として、内輪１８００ａの周波数ｎＺｆｃの楕円運動Ｌｕにおいて、ＮＲＲＯの振幅の最大値とその最大方位を検出する場合について説明したが、この他、軸受又は軸受装置１８００の外輪１８００ｂ又は回転体５０７の振動成分ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）を２つの振動センサ５０１によって測定し、その後、図１１のフローチャートにおけるステップＳ６０２以降の処理を実行してもよい。
【０１１８】
さらには、軸受や回転体以外の装置であって、同一周波数の前後の振れ回り運動を呈する装置の振動について図１１のフローチャートにおけるステップＳ６０２以降の処理を実行してもよい。
【０１１９】
また、測定方向は必ずしもラジアル方向に限定されることなく、ある程度以上の信号検出が可能であれば、どの方向でも良い。例えば、Ｘ軸回りやＹ軸回りで測定した場合は傾き方向の振動の振れ回りの振幅の最大値が検出できる。
【０１２０】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【０１２１】
本発明の第５の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成は、本発明の第２の実施の形態に係る振動診断装置と基本的に同じであるが、傾き方向における異常振動の原因を診断する点で異なる。
【０１２２】
以下、本第５の実施の形態に係る振動診断装置を図面を参照して説明する。
【０１２３】
図２０（ａ）は、本第５の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を表す正面図であり、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）における線II−IIに関する断面図である。
【０１２４】
図２０において、２つの振動センサ５０１の各々は、平板１９０１ａの外周部とＸ軸又はＹ軸とが交差する１点において、アキシアル方向と平行になるように配設される。
【０１２５】
すなわち、２つの振動センサ５０１の各々は静止輪固定治具１９０１を介して軸受又は軸受装置１９００のＸ軸回り及びＹ軸回りの振動成分を測定する。
【０１２６】
このとき、測定されたＸ軸回り及びＹ軸回りの振動成分について図６の処理におけるステップＳ６０２〜Ｓ６０６を実行することにより、軸受又は軸受装置１９００の傾き方向における振れ回りの方向を判別することができ、軸受又は軸受装置１９００の傾き方向における異常振動の原因を診断することができる。
【０１２７】
また、測定されたＸ軸回り及びＹ軸回りの振動成分について図１１の処理におけるステップＳ１２０１〜Ｓ１２０５を実行することにより、傾き方向の異常振動におけるＮＲＲＯの振幅の最大値や最小値、又はそれらの方位を検出でき、それらを検出する際に、周波数ｎＺｆｃ（ｎ＝１，２..，Ｌ）の振幅の算出を全ての方位について行う必要を無くすことができ、もって迅速な測定を行うことができる。
【０１２８】
２つの振動センサ５０１は平板１９０１ａの外周部に配設されていなくてもよく、このとき２つの振動センサ５０１が測定した振動成分を平板１９０１ａの外周部における振動成分に換算し直してもよい。
【０１２９】
一般に、アキシアル方向に予圧を負荷する場合には、軸受又は軸受装置１９００が有する接触角によって傾き方向の振動とラジアル方向の振動は連成する。従って、本第５の実施の形態の如く、傾き方向の異常振動について診断を行うことにより、間接的にラジアル方向の異常振動について診断を行うことも可能である。
【０１３０】
例えば、径方向の高回転精度が要求されるＨＤＤ装置用の軸受において、その軸受の傾き方向の振動を測定し、図６や図１１の処理を行えば、径方向の振動の診断等の評価を間接的に行うことができる。
【０１３１】
本第５の実施の形態によれば、２つの振動センサ５０１の各々は静止輪固定治具１９０１を介して軸受又は軸受装置１９００のＸ軸回り及びＹ軸回りの振動成分を測定し、これらの振動成分について図６や図１１の処理を行うので、軸受又は軸受装置１９００の傾き方向における異常振動の原因を診断することができ、傾き方向の異常振動におけるＮＲＲＯの振幅の最大値や最小値、又はそれらの方位を検出する際に、迅速な検出を行うことができる。
【０１３２】
上述した本第５の実施の形態では、振動センサ５０１が加速度センサの場合、測定した加速度には傾き振動による加速度だけではなく、アキシアル方向の振動による加速度も含んでしまう。
【０１３３】
しかしながら、アキシアル方向の振動を完全に除去して傾き方向の振動の診断を行うことが必要な場合がある。
【０１３４】
次に、測定した加速度にアキシアル方向の加速度が含まれない場合、すなわち、測定した加速度には傾き振動による加速度のみに基づいた振動の診断を実現する形態を本発明の第６の実施の形態として説明する。
【０１３５】
本発明の第６の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成は、本発明の第５の実施の形態に係る振動診断装置と基本的に同じであるが、振動センサ５０１の数において異なる。
【０１３６】
以下、本第６の実施の形態に係る振動診断装置を図面を参照して説明する。
【０１３７】
図２１（ａ）は、本第６の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を表す正面図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）における線III−IIIに関する断面図である。
【０１３８】
図２１において、複素ＦＦＴアナライザ５００は振動センサ５０１を４つ備え、該４つの振動センサ５０１の各々は、平板１９０１ａの外周部とＸ軸及びＹ軸とが交差する４点の各々において、アキシアル方向と平行になるように配設される。
【０１３９】
すなわち、振動センサ５０１ａは、平板１９０１ａの外周部とＹ軸とが交差する点に配設され、振動センサ５０１ｂは、この交差する点とＸ軸に関して対称となる点に配設される。
【０１４０】
また、振動センサ５０１ｃは、平板１９０１ａの外周部とＸ軸とが交差する点に配設され、振動センサ５０１ｄは、この交差する点とＹ軸に関して対称となる点に配設される。
【０１４１】
このとき、４つの振動センサ５０１の各々は静止輪固定治具１９０１を介して振動センサ５０１が配設された点におけるアキシアル方向の振動成分を測定する。
【０１４２】
以下、振動センサ５０１が測定したアキシアル方向の振動成分をＸ軸、Ｙ軸回りの振動成分に換算する方法について説明する。
【０１４３】
まず、振動センサ５０１ａが測定したアキシアル方向の振動成分ｚa（ｔ）と振動センサ５０１ｂが測定したアキシアル方向の振動成分ｚb（ｔ）との和を２で除することによって軸受又は軸受装置１９００のアキシアル方向の振動成分ｚ（ｔ）を算出し、その後、ｚa（ｔ）からｚ（ｔ）を引くことによってＸ軸回りの振動成分を算出する。次に、振動センサ５０１ｃが測定したアキシアル方向の振動成分ｚc（ｔ）からｚ（ｔ）を引くことによってＹ軸回りの振動成分を算出する。
【０１４４】
従って、振動センサ５０１ａ〜ｃが測定したアキシアル方向の振動成分が存在すれば、Ｘ軸、Ｙ軸回りの振動成分を算出することができ、換言すれば、振動センサ５０１が３つ配置されていれば、Ｘ軸、Ｙ軸回りの振動成分を算出することができる。
【０１４５】
このとき、測定されたＸ軸回り及びＹ軸回りの振動成分について図６の処理におけるステップＳ６０２〜Ｓ６０６を実行することにより、軸受又は軸受装置１９００の傾き方向における振れ回りの方向を判別することができ、軸受又は軸受装置１９００の傾き方向における異常振動の原因を診断することができる。
【０１４６】
また、測定されたＸ軸回り及びＹ軸回りの振動成分について図１１の処理におけるステップＳ１２０１〜Ｓ１２０５を実行することにより、傾き方向の異常振動におけるＮＲＲＯの振幅の最大値や最小値、又はそれらの方位を検出でき、それらを検出する際に、周波数ｎＺｆｃ（ｎ＝１，２..，Ｌ）の振幅の算出を全ての方位について行う必要を無くすことができ、もって迅速な測定を行うことができる。
【０１４７】
さらに、本第５の実施の形態と同様に、傾き方向の異常振動について診断を行うことにより、間接的にラジアル方向の異常振動について診断を行うことも可能である。
【０１４８】
本第６の実施の形態によれば、３点におけるアキシアル方向の振動成分を測定し、これらの振動成分からアキシアル方向の振動成分を除去するので、アキシアル方向の振動を完全に除去して傾き方向の振動の診断を行うことができる。
【０１４９】
上述した第６の実施の形態では、ｚa（ｔ）からｚ（ｔ）を引くことによってＸ軸回りの振動成分を算出したが、ｚb（ｔ）からｚ（ｔ）を引くことによってＸ軸回りの振動成分を算出してもよく、または、ｚa（ｔ）とｚa（ｔ）の差を２で除することによってＸ軸回りの振動成分を算出してもよい。
【０１５０】
また、上述した第６の実施の形態では、軸受又は軸受装置１９００のアキシアル方向の振動成分ｚ（ｔ）を、対向する２つの振動センサ５０１が測定したアキシアル方向の振動成分の和を２で除することによって算出したが、このｚ（ｔ）を、ｚa（ｔ）とｚb（ｔ）との和を２で除したものと、ｚc（ｔ）と振動センサ５０１ｄが測定したアキシアル方向の振動成分ｚb（ｔ）との和を２で除したものとの平均としてもよい。これにより、ｚ（ｔ）の測定誤差を小さくすることができ、もって、傾き方向の振動の診断を正確に行うことができる。
【０１５１】
ここで使用する振動センサ５０１は、変位、速度、加速度センサの何れでもよく、接触式又は非接触式のいずれでもよい。換言すれば、振動が検出できるのであれば、どのような振動センサでも必要に応じて選択することができる。
【０１５２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載の回転装置の振動診断装置によれば、周波数分析では、回転装置の振動を前後の振れ回り方向で区別して分析するので、回転装置の異常振動の原因を診断できると共に、分析された振動を合成し、該合成によって得られた少なくとも１つの楕円運動について、楕円運動の振幅の最大値及び該最大値を呈する振幅の楕円運動における方位と、楕円運動の振幅の最小値及び該最小値を呈する振幅の楕円運動における方位との少なくとも一方を算出するので、異常振動の振幅の算出を全ての方位について行う必要を無くすことができ、もって当該異常振動の最大値とその方位を迅速に測定できる。
【０１５３】
請求項２記載の回転装置の振動診断装置によれば、回転装置は、軸受、軸受装置及び回転機械の１つであるので、分析対象となる回転装置が限定されることがなく、これにより、回転装置の振動診断装置を広範囲に亘って適用できるものとすることができる。
【０１５５】
請求項３記載の回転装置の振動診断装置によれば、周波数分析で分析された振動に基づいて回転装置の異常を診断するので、回転装置の異常振動の原因を確実に診断できる。
【０１５６】
請求項４記載の回転装置の振動診断装置によれば、２方向（例えば、回転装置が備える回転体の回転軸に対して垂直、且つ互いに交差する２方向）における回転装置の２つの振動成分を複素数に合成し、該合成した振れ回りの方向を示す位相情報を含む複素数を複素高速フーリエ変換するので、迅速に振れ回りの方向で区別した周波数分析を行うことができ、その結果、回転体の異常振動の振れ回りの方向を迅速に判別することができ、これにより異常振動の原因を迅速に診断できる。
【０１５７】
請求項５記載の振動診断装置によれば、複素高速フーリエ変換された第１の振動と第２の振動の振幅に基づいて楕円運動を呈する振動の振幅の最大値とその方位を算出するので、楕円運動を呈する振動の振幅を全ての方位において算出する必要を無くすことができ、もって振動の最大値とその方位を迅速に測定できる。
【０１５８】
請求項６記載の回転装置の振動診断装置によれば、振動診断装置は回転装置に圧接する圧接手段を備え、該圧接手段を介して回転装置の振動を測定するので、回転体や軸受の大きさが変わってもセンサ等の位置を修正する必要を無くすことができ、これにより、回転装置の振動診断を手間のかからないものにすることができる。
【０１５９】
請求項７記載の回転装置の振動診断装置によれば、圧接手段は複数の測定手段を備え、該複数の測定手段は回転装置の振動を測定するので、回転装置の異常振動の振れ回り方向をより正確に判別することができ、その異常振動の原因をより正確に診断できることに加え、当該異常振動の最大値とその方位を迅速且つ正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転体におけるラジアル方向の振れ回り運動を説明する図である。
【図２】従来のＦＦＴアナライザによる周波数ｆ1及び周波数ｆ2の異常振動の周波数分析の結果を表す図である。
【図３】図６の異常診断処理による周波数−ｆ1及び周波数ｆ2の異常振動の周波数分析の結果を表す図である。
【図４】２つの円運動を楕円運動に合成したときの楕円運動の一般的な性質について説明する図であり、（ａ）は半径ａの円周上を所定の周期で前回りに回転する第１の円運動であり、（ｂ）は半径ｂの円周上を所定の周期と同一の周期で後回りに回転する第２の円運動であり、（ｃ）は第１の円運動と第２の円運動を合成した楕円運動であり、（ｄ）は第１の円運動の回転半径がＬｆ、第２の円運動の回転半径がＬｂであって、第１の円運動の位相がＦｆを呈するとき、第２の円運動の位相はＦｂを呈する場合の合成された楕円運動である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成を示す図である。
【図６】図５の複素ＦＦＴアナライザ５００によって実行される回転体の異常診断処理のフローチャートである。
【図７】一定間隔で回転数を変化させて図６の異常診断処理を行ったトラッキング解析による回転体のロッキングモードの固有振動数の周波数分析の結果を表す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される回転体の周波数分析処理のフローチャートである。
【図９】一定回転の図８の周波数分析処理による周波数ｎＺｆｃの異常振動の周波数分析の結果を表す図である。
【図１０】一定間隔で回転数を変化させて図８の周波数分析処理を行ったトラッキング解析による回転体のロッキングモードの固有振動数の周波数分析の結果を表す図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される内輪のＮＲＲＯの振幅解析処理のフローチャートである。
【図１２】従来の回転装置におけるラジアル方向の振動に関する振動診断装置の概略構成を示す図である。
【図１３】従来のＦＦＴアナライザによる回転体のロッキングモードの固有振動数の周波数分析の結果を表す図である。
【図１４】従来のＦＦＴアナライザによる周波数ｎＺｆｃの異常振動の周波数分析の結果を表す図である。
【図１５】従来のＦＦＴアナライザで一定間隔で回転数を変化させて周波数分析処理を行ったトラッキング解析による回転体のロッキングモードの固有振動数の周波数分析の結果を表す図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成を示す図である。
【図１７】従来の回転装置におけるアキシアル方向の振動に関する振動診断装置の概略構成を示す図である。
【図１８】回転体におけるラジアル方向と傾き方向との振動が合成された振れ回り運動を説明する図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を示す図であり、（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を表す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）における線Ｉ−Ｉに関する断面図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を示す図であり、（ａ）は、本発明の第５の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を表す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）における線II−IIに関する断面図である。
【図２１】本発明の第６の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を示す図であり、（ａ）は、本発明の第６の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を表す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）における線III−IIIに関する断面図である。
【符号の説明】
５００ 複素ＦＦＴアナライザ
５０１ 振動センサ
５０２ ＡＤ変換回路
５０３ 複素数合成回路
５０４ 複素ＦＦＴ演算回路
５０５ 診断回路
５０６ 出力手段
５０７ 回転体
１８００，１９００ 軸受又は軸受装置
１８００ａ，１９００ａ 内輪
１８００ｂ，１９００ｂ 外輪
１８００ｃ，１９００ｃ 転動体
１９０１ 静止輪固定治具
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転装置の振動診断装置に関し、特に振動を前後の振れ回り方向で区別して周波数分析を行う回転装置の振動診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の軸受、軸受装置（例えば、ピボット用軸付き軸受等）や回転機械等の単体、若しくはこれらの組み合わせからなる回転装置の振動診断装置として、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）（以下「ＦＦＴ」という。）プログラムを内蔵する図１２に示すようなラジアル方向の振動に関する周波数分析器（以下「ＦＦＴアナライザ」という。）や図１８に示すようなアキシアル方向の振動に関するＦＦＴアナライザが広く用いられている。
【０００３】
一般に、回転装置は、軸受と軸等の回転体を備え、軸受は内輪と、外輪と、内外輪を転動させる複数の転動体とによって構成され、回転体は内輪に内挿される。
【０００４】
また、回転装置は後述する原因等により振動を発生し、この回転装置の振動は、軸受の内輪や外輪、又は回転体の異常振動として測定することができる。
【０００５】
従来のＦＦＴアナライザは、加速度ピックアップ等のセンサを有し、この加速度ピックアップ等のセンサによって測定された回転装置が備える回転体等の振動成分の信号を周波数分析し、該周波数分析された振動成分の中から比較的大きな振幅の周波数の振動成分を選択し、該選択された周波数の振動成分に基づいて回転装置の異常振動（振れ回り運動、歳差運動等）の診断を行う。
【０００６】
通常、回転装置の異常振動の原因診断方法としては、「製鉄研究」第３０５号（１９８１年）第２６頁に記載された下記表１に示す異常振動原因別一覧表を利用する回転装置の異常振動の原因診断方法が知られている。
【０００７】
【表１】
【０００８】
表１を利用する回転装置の異常振動の原因診断方法では、例えば、正の周波数ｆｒの異常振動が比較的大きい振幅であるときは、回転体がアンバランスであると診断され、正の周波数ｆｒと負の周波数ｆｒの異常振動が共に比較的大きい振幅であるときは、回転体を支持する軸受の剛性が方向によって異なっている（剛性方向差がある）と診断される。
【０００９】
従来のＦＦＴアナライザは定数値のＦＦＴ機能しか備えていないため、１方向の振動成分ｘ（ｔ）にだけ基づいて周波数分析を行っている。
【００１０】
一般に、上述した回転装置において、軸受の外輪を固定して内輪を回転させるとき、外輪の軌動面にｎＺ−１山のうねりとｎＺ＋１山のうねりがあれば、外輪の軌動面におけるｎＺ−１山のうねりに起因する前回りの振動と、外輪の軌動面におけるｎＺ＋１山のうねりに起因する後回りの振動とが発生し、当然、これらの振動は内輪に内挿された回転体にも発生する。
【００１１】
これら回転体に発生する前回り及び後回りの振動の周波数は共にｎＺｆｃとなることが知られている（表２）。
【００１２】
【表２】
【００１３】
このとき、軸受軌道面のうねりに起因する回転体の振動によって回転体が共振することを避けるために、回転体のロッキングモードと呼ばれる前後の振れ回り運動を呈する固有振動数と軸受軌道面のうねりに起因する回転体の振動の周波数ｎＺｆｃが一致するか否かを判別し、上記固有振動数と周波数ｎＺｆｃが一致したときには、その固有振動数は前回りか後回りか、さらには、周波数ｎＺｆｃがｎＺ＋１山のうねりに起因する振動かｎＺ−１山のうねりに起因する振動かを判別して、該判別された周波数ｎＺｆｃの起因となるうねりの形状管理を厳にする等の対策を行うことが望ましい。
【００１４】
上述した回転装置で、軸受の内輪を固定して外輪を回転させるとき、内輪の軌動面にｎＺ−１山のうねりとｎＺ＋１山のうねりがあれば、内輪の軌動面におけるｎＺ−１山のうねりに起因する周波数ｎＺｆｃの前回りの振れ回り運動と、ｎＺ＋１山のうねりに起因する周波数ｎＺｆｃの後回りの振れ回り運動とが発生する。また、これらの振れ回り運動は合成されて楕円運動を呈する。
【００１５】
これら前回り及び後回りの振れ回り運動は、夫々回転体の回転速度に非同期な径方向（ラジアル方向）振動（以下、「ＮＲＲＯ（Non Repeatable Run Out）」という。）を呈し、これらが合成された楕円運動もＮＲＲＯとなる。このＮＲＲＯの振幅は、転動体と、軸受軌道面のうねりとの相対的な位置関係等によって定まるので、このＮＲＲＯの振幅は、回転体の振れ回りの方位（以下、「方位」という。）に依存して変化する。
【００１６】
この楕円運動のＮＲＲＯは、例えば、この軸受を備える回転装置を使用するＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）装置において、径方向の振動を引き起こし、ＨＤＤ装置の径方向の振動振幅の最大値を呈する方位がＨＤＤ装置のヘッドの走査方向と一致したときに、特にＨＤＤの読み取りミスが発生する等の不具合の原因となる。
【００１７】
この不具合を防止するためには、ＮＲＲＯの振幅の最大値を呈する方位（以下、「最大方位」という。）とヘッドの走査方向が一致しないようにする必要がある。そのため、周波数ｎＺｆｃの楕円運動の場合は、振動の最大値とその方位を検出する必要がある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回転装置が備える回転体の１方向の振動成分ｘ（ｔ）の測定だけでは、測定された振動成分ｘ（ｔ）に異常振動の回転方向である振れ回りの方向を示す位相情報が含まれず、当然、ＦＦＴによる周波数分析の結果にも振れ回りの方向を示す位相情報は含まれていないので、周波数ｆｒの正負の判別がつかず、周波数ｆｒの振れ回りの方向が前回りなのか、後回りなのかを判別することができない。その結果、周波数分析の結果は前後の振れ回りを共に含んだ形でしか表示されず（図１３）、上述の表１を利用する回転装置の異常振動の原因診断方法を利用しても、回転装置の異常振動の原因を診断することができない。
【００１９】
例えば、周波数ｆｒの異常振動が比較的大きい振幅であることが分かったときでも、異常振動の原因が回転体のアンバランスにあるのか、回転体を支持する軸受の剛性方向差にあるのかを診断することができない。
【００２０】
さらには、ＨＤＤスピンドルのような大きなジャイロモーメントを有する回転体であって、ロッキングモードが存在する回転体では、図１３のように回転速度を変化させてＦＦＴをする回転次数分析（トラッキング解析）を行っても、ロッキングモードが複数存在するときには、その振れ回りの方向が明白ではない。換言すれば、図１３では固有振動数の大きいロッキングモードは前回りであり、固有振動数の小さいロッキングモードは後回りであることを知らないと、回転体のロッキングモードの固有振動数は分かっても、そのロッキングモードが前回りなのか後回りなのかを判別することもできない。
【００２１】
また、周波数ｎＺｆｃの異常振動の起因となるうねりの形状を判別して、該判別された周波数ｎＺｆｃの起因となるうねりの形状管理を厳にする等の対策では、回転体の周波数ｎＺｆｃの振れ回りの方向が前回りか後回りかを判別することができないので、ｎＺ＋１山のうねりに起因する周波数ｎＺｆｃの異常振動と、ｎＺ−１山のうねりに起因する周波数ｎＺｆｃの異常振動が重畳して表示され（図１４）、回転体のロッキングモードの固有振動数と周波数ｎＺｆｃが一致したときに、周波数ｎＺｆｃの異常振動がｎＺ＋１山のうねりに起因するのか、ｎＺ−１山のうねりに起因するのかを判別できず、どちらのうねりの形状管理を厳にするべきか診断できない。また、仮に、周波数ｎＺｆｃの異常振動の起因となるうねりが判別できたとしても、通常、正と負の周波数領域の夫々に１つずつ存在する回転体のロッキングモードの固有振動数も正の周波数の領域でしか表示されない（図１５）ので、周波数ｎＺｆｃは２つのロッキングモードの固有振動数のどちらと一致することを避けるべきか診断することができない。
【００２２】
さらに、従来のＮＲＲＯにおける振幅のオーバオール値の最大値や最小値及びそれらの方位の検出では、特開平２−２４５２９号公報の方法は装置構成の複雑さの故に高速測定が困難であり、特開平７−１０３８１５号公報の装置はＮＲＲＯの算出が全ての方位について行われるから、一定の時間を必要とし、迅速な測定ができない。
【００２３】
また、製造ライン等において回転装置の異常を診断するため、回転装置の振動を軸受の静止輪を介して接触式又は非接触式のセンサで測定する際には、軸受や回転体の大きさが変わる毎にセンサの位置を修正する必要があり、回転装置の振動診断を手間のかかるものにしていた。
【００２４】
本発明の目的は、回転装置の異常振動の振れ回り方向を判別することができ、その異常振動の原因を診断できることに加え、当該異常振動の最大値とその方位を迅速に測定できる回転装置の振動診断装置を提供することにある。
【００２５】
また、本発明の他の目的は、回転装置の振動診断を手間のかからないものにすることができる回転装置の振動診断装置を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の回転装置の振動診断装置は、回転装置の振動を周波数分析に基づいて分析する回転装置の振動診断装置において、前記周波数分析では、前記回転装置の振動を前後の振れ回り方向で区別して分析すると共に、前記分析された振動を合成し、該合成によって得られた少なくとも１つの楕円運動について、前記楕円運動の振幅の最大値及び該最大値を呈する振幅の前記楕円運動における方位と、前記楕円運動の振幅の最小値及び該最小値を呈する振幅の前記楕円運動における方位との少なくとも一方を算出することを特徴とする。
【００２７】
請求項１記載の回転装置の振動診断装置によれば、周波数分析では、回転装置の振動を前後の振れ回り方向で区別して分析するので、回転装置の異常振動の原因を診断できると共に、分析された振動を合成し、該合成によって得られた少なくとも１つの楕円運動について、楕円運動の振幅の最大値及び該最大値を呈する振幅の楕円運動における方位と、楕円運動の振幅の最小値及び該最小値を呈する振幅の楕円運動における方位との少なくとも一方を算出するので、異常振動の振幅の算出を全ての方位について行う必要を無くすことができ、もって当該異常振動の最大値とその方位を迅速に測定できる。
【００２８】
請求項２記載の回転装置の振動診断装置は、請求項１記載の回転装置の振動診断装置において、前記回転装置は、軸受、軸受装置及び回転機械の１つであることを特徴とする。
【００２９】
請求項２記載の回転装置の振動診断装置によれば、回転装置は、軸受、軸受装置及び回転機械の１つであるので、分析対象となる回転装置が限定されることがなく、これにより、回転装置の振動診断装置を広範囲に亘って適用できるものとすることができる。
【００３２】
請求項３記載の回転装置の振動診断装置は、請求項１又は２記載の回転装置の振動診断装置において、前記周波数分析で分析された振動に基づいて前記回転装置の異常を診断することを特徴とする。
【００３３】
請求項３記載の回転装置の振動診断装置によれば、周波数分析で分析された振動に基づいて回転装置の異常を診断するので、回転装置の異常振動の原因を確実に診断できる。
【００３４】
請求項４記載の回転装置の振動診断装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転装置の振動診断装置において、前記周波数分析では、２方向から前記回転装置の振動を測定し、該測定された回転装置の２つの振動成分を複素数に合成し、該合成した複素数を複素高速フーリエ変換することを特徴とする。
【００３５】
請求項４記載の回転装置の振動診断装置によれば、２方向（例えば、回転装置が備える回転体の回転軸に対して垂直、且つ互いに交差する２方向）における回転装置の２つの振動成分を複素数に合成し、該合成した振れ回りの方向を示す位相情報を含む複素数を複素高速フーリエ変換するので、迅速に振れ回りの方向で区別した周波数分析を行うことができ、その結果、回転体の異常振動の振れ回りの方向を迅速に判別することができ、これにより異常振動の原因を迅速に診断できる。
【００３６】
請求項５記載の振動診断装置は、請求項４記載の振動診断装置において、前記複素高速フーリエ変換された複素数に基づいて前記回転装置の振動から、所定の周波数において前記回転体の回転方向と同一方向の円運動を呈する第１の振動と、前記所定の周波数において前記回転体の回転方向と反対方向の円運動を呈する第２の振動とを選択し、前記選択された第１の振動と第２の振動を合成した楕円運動の長径を呈する方位を算出し、且つ前記第１の振動の振幅と前記第２の振動の振幅に基づいて前記楕円運動を呈する振動の振幅の最大値又は最小値を算出することを特徴とする。
【００３７】
請求項５記載の振動診断装置によれば、複素高速フーリエ変換された第１の振動と第２の振動の振幅に基づいて楕円運動を呈する振動の振幅の最大値とその方位を算出するので、楕円運動を呈する振動の振幅を全ての方位において算出する必要を無くすことができ、もって振動の最大値とその方位を迅速に測定できる。
【００３８】
請求項６の回転装置の振動診断装置は、請求項１乃至５のいずれかの回転装置の振動診断装置において、前記振動診断装置は前記回転装置に圧接する圧接手段を備え、該圧接手段を介して前記回転装置の振動を測定することを特徴とする。
【００３９】
請求項６記載の回転装置の振動診断装置によれば、振動診断装置は回転装置に圧接する圧接手段を備え、該圧接手段を介して回転装置の振動を測定するので、回転体や軸受の大きさが変わってもセンサ等の位置を修正する必要を無くすことができ、これにより、回転装置の振動診断を手間のかからないものにすることができる。
【００４０】
請求項７記載の回転装置の振動診断装置は、請求項６記載の回転装置の振動診断装置において、前記圧接手段は複数の測定手段を備え、該複数の測定手段は前記回転装置の振動を測定することを特徴とする。
【００４１】
請求項７記載の回転装置の振動診断装置によれば、圧接手段は複数の測定手段を備え、該複数の測定手段は回転装置の振動を測定するので、回転装置の異常振動の振れ回り方向をより正確に判別することができ、その異常振動の原因をより正確に診断できることに加え、当該異常振動の最大値とその方位を迅速且つ正確に測定できる。
【００４２】
好ましくは、前記２方向は互いに直交するのがよい。これにより、２つの振動成分を容易に複素数に合成することができる。
【００４３】
また、好ましくは、前記回転装置の振動の測定を、前記回転体の振動を測定することにより行うのがよい。
【００４４】
通常、回転体は軸受から突出しているので、その振動を容易に測定することができ、もって回転装置の振動の測定を容易に行うことができる。
【００４５】
また、好ましくは、前記軸受は内輪と外輪を備え、前記回転装置の振動の測定を、前記内輪の振動を測定することにより行うのがよい。
【００４６】
通常、回転装置の振動は軸受軌道面のうねりを原因とするので、原因の存在個所で振動を測定することができ、もって回転装置の振動を正確に測定することができる。
【００４７】
また、好ましくは、前記回転装置の振動の測定を、前記外輪又はその周辺の振動を測定することにより行うのがよい。
【００４８】
通常、回転装置において外輪は外部に暴露することができるので、その振動を容易に測定することができ、もって回転装置の振動の測定を容易に行うことができる。
【００４９】
ここで、本発明における２方向の振動成分の信号処理について図面を用いて説明する。
【００５０】
まず、図１に示すラジアル方向のみの振動を呈する回転装置が備える回転体において、回転体の回転軸に対して垂直、且つ互いに直交する２方向（Ｘ方向,Ｙ方向）の回転体の振動成分ｘ（ｔ）,ｙ（ｔ）を同時に測定し、これらをΔｔごとに分割してＮ点の離散値系列｛ｘi,ｙi、ｉ＝１,２,…ｎ｝を得る。その後、これらの分割された振動成分ｘi,ｙiを下記式（１）の複素数で表される複素数合成振動成分ｚiに合成する。
【００５１】
ｚi＝ｘi＋ｉｙi …（１）
一般に、実数をＦＦＴすると図２のように周波数０（Ｈｚ）の軸に関して左右対称になり、正負どちらか半分のデータのみを使用することになるが、上記式（１）の合成された回転軸と垂直な平面における位相情報を含む複素数合成振動成分ｚiを複素高速フーリエ変換すると、図３のように周波数０（Ｈｚ）の軸に関して左右非対称となり前後の振れ回りの方向で区別された周波数分析となる。
【００５２】
本発明の例として軸受の内輪の楕円運動を呈する振れ回り運動の振幅の最大値とその方位の算出処理について説明する。
【００５３】
まず、外輪軌動面にｎＺ−１山のうねりとｎＺ＋１山のうねりがある内輪回転の軸受を備える回転装置において、上述した本発明における２方向の振動成分の信号処理によって内輪のラジアル方向の振動成分ｘ（ｔ）,ｙ（ｔ）を同時に測定し、上記式（１）の複素数合成振動成分ｚiに合成して複素高速フーリエ変換する。その後、前記処理された内輪の振動に基づいて、内輪の振動からＮＲＲＯを呈する周波数ｎＺｆｃ（所定の周波数）の前回り（回転体の回転方向と同一方向）の振れ回り運動Ｌｆ（第１の振動）と、ＮＲＲＯを呈する周波数ｎＺｆｃの後回り（回転体の回転方向と反対方向）の振れ回り運動Ｌｂ（第２の振動）とを選択する。
【００５４】
一般に、半径ａの円周上を所定の周期で前回りに回転する第１の円運動（図４（ａ））と、半径ｂの円周上を上記所定の周期と同一の周期で後回りに回転する第２の円運動（図４（ｂ））とを合成すると、長径ｃ＝ａ＋ｂ、短径ｄ＝｜ａ−ｂ｜の楕円上を上記所定の周期と同一の周期で回転する楕円運動（図４（ｃ））となる。
【００５５】
本例も、図４に示す２つの円運動の合成における一般的な性質を利用して、選択した振れ回り運動Ｌｆ及びＬｂを楕円運動Ｌｕに合成する（図４（ｄ））。
【００５６】
この合成された楕円運動Ｌｕの振幅の最大値（Ｌｆ＋Ｌｂ）を与える方位Ｚｕmaxは、運動Ｌｆの位相をＺｆ（ｔ）、運動Ｌｂの位相をＺｂ（ｔ）とすると、図４に示す一般的な性質により下記式（２）で算出され、
Ｚｕmax＝（Ｚｆ（ｔ）＋Ｚｂ（ｔ））／２ …（２）
この合成された楕円運動Ｌｕの振幅の最小値を与える方位Ｚｕminは、図４に示す一般的な性質により下記式（３）で算出される。
【００５７】
Ｚｕmin＝（Ｚｆ（ｔ）＋Ｚｂ（ｔ））／２＋π／２ …（３）
また、方位Ｚｕmaxにおける最大値Ｌｕmaxは、図４に示す一般的な性質により下記式（４）で算出され、
Ｌｕmax＝Ｌｆ＋Ｌｂ …（４）
方位Ｚｕminにおける最小値Ｌｕminは、図４に示す一般的な性質により下記式（５）で算出される。
【００５８】
Ｌｕmin＝Ｌｆ−Ｌｂ …（５）
上述した本発明の軸受の内輪のＮＲＲＯを呈するラジアル方向の振れ回り運動の振幅の最大値とその方位の算出処理によれば、内輪の振動から楕円運動を呈する周波数ｎＺｆｃの振れ回り運動を選択し、該選択された周波数ｎＺｆｃの前回りの振れ回り運動Ｌｆと後回りの振れ回り運動Ｌｂとが合成された周波数ｎＺｆｃの楕円運動Ｌｕにおける長径の方位Ｚｕmaxと、振幅の最大値Ｌｕmaxとを算出することができる。
【００５９】
以上、図１に示すラジアル方向のみの振動について、本発明における前後の振れ回りの方向で区別された周波数分析を適用する場合を説明したが、図１８に示すラジアル方向と傾き方向との振動が合成された振れ回り運動（歳差運動）において、Ｘ方向の軸（以下、「Ｘ軸」という。）及びＹ方向の軸（以下、「Ｙ軸」という。）の各々について軸回りの傾き振動成分ｘθ（ｔ）及びｙθ（ｔ）を同時に測定し、これらを上述したラジアル方向のみの振動の周波数分析と同様に、離散値系列｛ｘθi，ｙθi、ｉ＝１，２，…ｎ｝とし、これらの振動成分を上記式（１）で表される複素数合成振動成分ｚθiに合成してもよく。このとき、複素数合成振動成分ｚθiを複素高速フーリエ変換することによって傾き方向の振動について、前後の振れ回りの方向で区別された周波数分析を行うことができる。
【００６０】
すなわち、上述した外輪軌道面にｎＺ−１山のうねりとｎＺ＋１山のうねりがある内輪回転の軸受を備える回転装置において、内輪のラジアル方向の振動成分であるｘ（ｔ），ｙ（ｔ）を測定せずに、内輪の傾き方向の振動成分であるｘθ（ｔ），ｙθ（ｔ）を同時に測定し、これらを合成した複素数合成振動成分ｚθiを複素高速フーリエ変換した結果に基づいて、ＮＲＲＯを呈する周波数ｎＺｆｃの前回り及び後回りの振れ回り運動を選択し、これら選択された振れ回り運動を楕円運動に合成してもよく。このとき、合成された楕円運動に上記式（２）〜（５）を適用することによって内輪のＮＲＲＯを呈する傾き方向の振れ回りの振幅の最大値とその方位等を算出することができる。
【００６１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態に係る振動診断装置を図面を参照して詳述する。
【００６２】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成を示す図である。
【００６３】
図５において、複素ＦＦＴアナライザ５００（振動診断装置）は、２つの加速度ピックアップ等の振動センサ５０１と、ＡＤ変換回路５０２と、複素数合成回路５０３と、複素ＦＦＴ演算回路５０４と、診断回路５０５と、出力手段５０６とによって構成される。
【００６４】
また、複素ＦＦＴアナライザ５００によって異常振動の原因等を診断される不図示の回転装置は、不図示の軸受と軸等の回転体５０７を備え、軸受は内輪と、外輪と、内外輪を転動させる複数の転動体とによって構成され、回転体５０７は内輪に内挿される。
【００６５】
２つの振動センサ５０１は夫々回転体５０７の回転軸に垂直且つ水平（図中Ｘ方向）、垂直且つ鉛直（図中Ｙ方向）に配置される。従って、２つの振動センサ５０１は互いに直交し、ラジアル方向の振動成分を測定する。また、２つの振動センサ５０１が直交していないときには、２つの振動センサ５０１が測定した振動成分を直交する２方向に合成し直してもよい。また、２つの振動センサ５０１はＡＤ変換回路５０２及び複素数合成回路５０３を介して複素ＦＦＴ演算回路５０４に接続される。複素ＦＦＴ演算回路５０４は診断回路５０５を介して出力手段５０６に接続される。
【００６６】
２つの振動センサ５０１は夫々回転体５０７のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分を測定し、且つ測定したそれらの振動成分を回転体５０７のＸ方向、Ｙ方向に関する変位量に比例する電圧信号に変換し、該変換した電圧信号をＡＤ変換回路５０２に送信する。ＡＤ変換回路５０２は送信された電圧信号をディジタル値に変換し、該変換されたディジタル値を複素数合成回路５０３に送信する。複素数合成回路５０３は送信されたディジタル値に基づいてＸ方向、Ｙ方向の振動成分を複素数合成振動成分に合成し、該複素数合成振動成分を複素ＦＦＴ演算回路５０４に送信する。
【００６７】
また、複素ＦＦＴ演算回路５０４は、内蔵するプログラムに基づいて送信された複素数合成振動成分を複素高速フーリエ変換することにより、複素数合成振動成分の振幅を周波数の正負に亘って算出する。診断回路５０５は、算出された複素数合成振動成分の振幅の周波数の正負と、上述した表１とに基づいて回転体の異常振動の原因を診断する。
【００６８】
また、複素ＦＦＴアナライザ５００は、一定間隔で回転体５０７の回転速度を変化させ、該変化した回転速度毎に回転体５０７のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分を測定し、該測定した振動成分について後述する図６の異常診断処理を実行し、且つ回転速度毎に得られた分析結果を横軸が周波数であって、縦軸が回転速度であるグラフ上に並べて振動を解析するトラッキング解析も行うことができる。
【００６９】
以下、図５の複素ＦＦＴアナライザ５００によって実行される回転体の異常診断処理について図面を用いて説明する。
【００７０】
図６は、図５の複素ＦＦＴアナライザ５００によって実行される回転体の異常診断処理のフローチャートである。
【００７１】
まず、２つの振動センサ５０１が夫々回転体５０７のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）を同時に測定し（ステップＳ６０１）、ＡＤ変換回路５０２はｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）をΔｔごとに分割してＮ点のディジタル値系列｛ｘi,ｙi、ｉ＝１,２,…ｎ｝に変換する（ステップＳ６０２）。
【００７２】
次いで、複素数合成回路５０３は同時に測定されたディジタル値ｘi,ｙiを上記式（１）の複素数合成振動成分ｚiに合成し（ステップＳ６０３）、複素ＦＦＴ演算回路５０４は複素数合成振動成分ｚiを複素高速フーリエ変換して周波数ｋの振幅Ｚ（ｋ）を算出する（ステップＳ６０４）。
【００７３】
さらに、診断回路５０５は振幅Ｚ（ｋ）の周波数の正負と、上述した表１とに基づいて回転装置の異常振動の原因を診断する（ステップＳ６０５）。その後、出力手段５０６は信号処理された振幅Ｚ（ｋ）や診断回路５０５の診断結果等を表示して（ステップＳ６０６）、本処理を終了する。
【００７４】
図６の処理によれば、回転体５０７のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分を合成した複素数合成振動成分ｚiを複素高速フーリエ変換して周波数ｋの振幅Ｚ（ｋ）を算出するので（ステップＳ６０４）、回転体５０７のラジアル方向における振れ回りの方向を判別することができる。その結果、回転装置のラジアル方向における異常振動の原因を診断することができる。
【００７５】
図３及び図７は、図６の異常診断処理の結果を表す図である。
【００７６】
図３において、周波数ｆ1の振動成分は負の周波数領域、周波数ｆ2の振動成分は正の周波数領域に表示されるので、周波数ｆ1の振動成分の回転方向は後回りであり、周波数ｆ2の振動成分の回転方向は前回りであることが分かる。また、図７において、２つの回転体のロッキングモードの固有振動数が夫々、正及び負の周波数領域に表示されるので、夫々のロッキングモードが前回りなのか後回りなのかを明確に判別することができる。
【００７７】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る振動診断装置を説明する。
【００７８】
本発明の第２の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成は、図５の複素ＦＦＴアナライザ５００と基本的に同じであるが、振動センサ５０１が配設される位置において図５の複素ＦＦＴアナライザ５００と異なる。
【００７９】
以下、本第２の実施の形態に係る振動診断装置を図面を参照して説明する。
【００８０】
図１９（ａ）は、本第２の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を表す正面図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）における線Ｉ−Ｉに関する断面図である。
【００８１】
図１９において、複素ＦＦＴアナライザ５００によって異常振動の原因等を診断される軸受又は軸受装置１９００は、内輪１９００ａ、外輪１９００ｂ及び内外輪を転動させる複数の転動輪１９００ｃを備え、複素ＦＦＴアナライザ５００は、静止輪である外輪１９００ｂに当接して、アキシアル方向に予圧を負荷し、且つ軸受又は軸受装置１９００の軸中心と同心であって、ラジアル方向と平行に配設された円形の平板１９０１ａを有する静止輪固定治具１９０１を備え、２つの振動センサ５０１の各々はＸ軸又はＹ軸上であって、平板１９０１ａの外周部の１点にラジアル方向から当接するように配設される。
【００８２】
すなわち、２つの振動センサ５０１の各々は静止輪固定治具１９０１を介して軸受又は軸受装置１９００のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分を測定する。
【００８３】
このとき、測定されたＸ方向、Ｙ方向の振動成分について図６の処理におけるステップＳ６０２〜Ｓ６０６を実行することにより、軸受又は軸受装置１９００のラジアル方向における振れ回りの方向を判別することができ、軸受又は軸受装置１９００のラジアル方向における異常振動の原因を診断することができる。
【００８４】
本第２の実施の形態によれば、２つの振動センサ５０１の各々は静止輪固定治具１９０１を介して軸受又は軸受装置１９００のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分を測定するので、軸受又は軸受装置１９００の大きさが変わっても振動センサ５０１の位置を修正する必要を無くすことができ、これにより、軸受又は軸受装置１９００の振動診断を手間のかからないものにすることができると共に、複素ＦＦＴアナライザ５００をコンパクトなものとすることができるため、複素ＦＦＴアナライザ５００のライン等におけるレイアウトの自由度を増すことができる。
【００８５】
尚、本第２の実施の形態では、外輪１９００ｂが静止輪である場合について説明したが、内輪１９００ａが静止輪であってもよく、このとき静止輪固定治具１９０１は内輪１９００ａに当接して、アキシアル方向に予圧を負荷するように配設すればよい。
【００８６】
また、２つの振動センサ５０１はＸ軸上やＹ軸上に配設されていなくてもよく、このとき２つの振動センサ５０１が測定した振動成分を直交するラジアル方向におけるＸ方向及びＹ方向に合成し直してもよい。
【００８７】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る振動診断装置を説明する。
【００８８】
本発明の第３の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成は、図５の複素ＦＦＴアナライザ５００と基本的に同じであり、本第３の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される周波数分析処理は、周波数ｎＺｆｃの振動の起因となる軸受軌道面のうねりを診断する点で、図６の異常診断処理と異なる。
【００８９】
以下、本第３の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される回転体の周波数分析処理について図面を用いて説明する。
【００９０】
図８は、本第３の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される回転体の周波数分析処理のフローチャートである。
【００９１】
図８のフローチャートにおいて、ステップＳ６０１〜Ｓ６０３は図６のフローチャートのそれと同じであるので、説明を省略する。
【００９２】
図８の処理において、ステップＳ６０３の後、複素ＦＦＴ演算回路５０４は複素数合成振動成分ｚiを複素高速フーリエ変換して周波数ｎＺｆｃにおける複素数合成振動成分ｚiの振幅Ｚ（ｎＺｆｃ）を算出する（ステップＳ８０１）。
【００９３】
図８の処理によれば、回転体のＸ方向、Ｙ方向の振動成分を合成した複素数合成振動成分ｚiを複素高速フーリエ変換して周波数ｎＺｆｃの振幅Ｚ（ｎＺｆｃ）を算出するので（ステップＳ８０１）、周波数ｎＺｆｃの異常振動の振幅を正と負の周波数領域に分けて評価することができる。その結果、周波数ｎＺｆｃの異常振動の起因となる軸受軌道面のうねりの形状を判別することができ、形状管理を厳にすべきうねりが分かり、また、周波数ｎＺｆｃが一致することを避けるべきロッキングモードの固有振動数が診断できる。
【００９４】
図９及び図１０は、図８の周波数分析処理の結果を表す図である。
【００９５】
図９はある一定の回転数における周波数分析結果であるが、正の周波数領域に表示される周波数ｎＺｆｃの異常振動の振幅が、負の周波数領域に表示される周波数ｎＺｆｃの異常振動の振幅よりも大きいため、周波数ｎＺｆｃの異常振動はｎＺ−１山のうねりに起因していることが判別できる。
【００９６】
また、図１０は一定間隔で回転数を変化させて周波数分析を行った結果であるが、２つの回転体のロッキングモードの固有振動数が夫々正及び負の周波数領域に表示されるので、周波数ｎＺｆｃと一致を避けるべきロッキングモードの固有振動数が振れ回りの方向を含めて診断でき、いわゆる危険速度を特定することができる。
【００９７】
また、図８の処理は回転体の振動を複数の周波数帯域に分割して、該分割した各周波数帯域の振幅の測定を行う１／Ｎオクターブ解析、回転体の軸方向の周波数分析等において実行されてもよい。
【００９８】
以上、本第１及び３の実施の形態として、回転体５０７のラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）を２つの振動センサ５０１によって測定する場合について説明したが、この他、軸受又は軸受装置の振動成分ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）を２つの振動センサ５０１によって測定し、その後、図６又は図８のフローチャートにおけるステップＳ６０２以降の処理を実行してもよく、これらにより、軸受又は軸受装置の異常振動の原因の診断、周波数ｎＺｆｃの異常振動の起因となる軸受軌道面のうねりの形状の判別を行うことができる。
【００９９】
また、本第１乃至３の実施の形態として、ラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）を２つの振動センサ５０１によって測定する場合について説明したが、この他、後述するように２つの振動センサ５０１の配置を変更することにより、回転体、軸受又は軸受装置の傾き方向におけるＸ軸回りの傾き振動成分ｘθ（ｔ）及びＹ軸回りの振動成分ｙθ（ｔ）を２つの振動センサ５０１によって測定し、その後、図６又は図８のフローチャートにおけるステップＳ６０２以降の処理を実行してもよく、これらにより、回転体、軸受又は軸受装置の傾き方向における異常振動の原因の診断、周波数ｎＺｆｃの異常振動の起因となる軸受軌道面のうねりの形状の判別を行うことができる。
【０１００】
次に、本発明の第４の実施の形態に係る振動診断装置を説明する。
【０１０１】
本発明の第４の実施の形態に係る振動診断装置は、図５の複素ＦＦＴアナライザ５００と基本的に同じ構成であり、回転体、軸受又は軸受装置の振動について、該振動のレベルが大きく問題となる振動の周波数において後述するＮＲＲＯの振幅解析処理を実行する点で異なる。
【０１０２】
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成を示す図である。
【０１０３】
図１６において、複素ＦＦＴアナライザ５００によって異常振動の原因等を診断される軸受又は軸受装置１８００は、内輪１８００ａと、外輪１８００ｂと、複数の転動体１８００ｃとによって構成され、回転体５０７は内輪１８００ａに内挿される。
【０１０４】
また、２つの振動センサ５０１は夫々軸受又は軸受装置１８００が支持する回転体５０７の回転軸に垂直且つ水平（図１６中Ｘ方向）、垂直且つ鉛直（図１６中Ｙ方向）に配置される。従って、２つの振動センサ５０１は互いに直交し、ラジアル方向の振動成分を測定する。２つの振動センサ５０１が直交していないときには、２つの振動センサ５０１が測定した振動成分を直交する２方向に合成し直してもよい。この他の構成は図５の振動診断装置と同じである。
【０１０５】
以下、本第４の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される内輪１８００ａのＮＲＲＯの振幅解析処理について図面を用いて説明する。
【０１０６】
図１１は、本第４の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される内輪１８００ａのＮＲＲＯの振幅解析処理のフローチャートである。
【０１０７】
図１１のフローチャートにおいて、まず、内輪回転で外輪の（又は、外輪回転で内輪の）軌動面にＺ−１山とＺ＋１山のうねりがある場合の内輪１８００ａのラジアル方向におけるＸ方向、Ｙ方向の振動成分ｘ（ｔ）,ｙ（ｔ）を２つの振動センサ５０１が同時に測定し（ステップＳ１２０１）、図６のフローチャートにおけるステップＳ６０２〜Ｓ６０４と同様の処理によって内輪１８００ａの振動を複素高速フーリエ変換する。
【０１０８】
次いで、測定対象周波数の次数ｎを１にセットし（ステップＳ１２０２）、診断回路５０５が複素高速フーリエ変換された内輪１８００ａの振動に基づいて、内輪１８００ａの振動からＮＲＲＯを呈する周波数ｎＺｆｃの前回りの振れ回り運動Ｌｆと、後回りの振れ回り運動Ｌｂとを選択する（ステップＳ１２０３）。
【０１０９】
その後、半径がａである前回りの振れ回り運動Ｌｆと半径がｂである後回りの振れ回り運動Ｌｂとを図４に示す一般的な性質を利用して、周波数ｎＺｆｃの楕円運動Ｌｕ（ｎ）の振幅の最大値Ｌｕmax（ｎ）及び最小値Ｌｕmin（ｎ）を算出する（ステップＳ１２０４）。
【０１１０】
次いで、楕円運動Ｌｕの振幅の最大値を与える方位Ｚｕmax（ｎ）を上記式（２）により算出し、楕円運動の振幅の最小値Ｌｕを与える方位Ｚｕmin（ｎ）を算出する（ステップＳ１２０５）。
【０１１１】
次いで、次数ｎが任意の自然数である設定値Ｌか否かを判別する（ステップＳ１２０６）。
【０１１２】
ステップＳ１２０６の判別の結果、次数ｎが設定値Ｌより小さいときは、次数ｎに１を加算し（ステップＳ１２０７）、ステップＳ１２０３に戻る一方、次数ｎが設定値Ｌであるときは、ｎ個の楕円運動Ｌｕ（ｎ）（ｎ＝１，２..，Ｌ）を重ね合わせ、該重ね合わせたｎ個の楕円運動Ｌｕ（ｎ）のＮＲＲＯのオーバオール値における振幅の最大値ＮＲＲＯmax及び最小値ＮＲＲＯminを算出した（ステップＳ１２０８）後、本処理を終了する。
【０１１３】
このオーバオール値における振幅の最大値ＮＲＲＯmaxは、当該ＮＲＲＯmaxを呈する方位でのＮＲＲＯの振幅の厳密な最大値とは異なるが、本処理では、当該ＮＲＲＯmaxをＮＲＲＯの振幅の最大値とする。
【０１１４】
図１１の処理によれば、複素高速フーリエ変換された内輪１８００ａの振動から選択された運動Ｌｆと運動Ｌｂとを合成した内輪１８００ａの周波数ｎＺｆｃ（ｎ＝１，２..，Ｌ）の楕円運動Ｌｕ（ｎ）の振幅の最大値を与える方位Ｚｕmax（ｎ）及び最小値を与える方位Ｚｕmin（ｎ）に基づいて、ＮＲＲＯのオーバオール値における振幅の最大値ＮＲＲＯmax及び最小値ＮＲＲＯminを算出するので（ステップＳ１２０８）、ＮＲＲＯのオーバオール値の振幅の最大値とその最大方位を検出する際に、周波数ｎＺｆｃ（ｎ＝１，２..，Ｌ）の振幅の算出を全ての方位について行う必要を無くすことができ、もって迅速な測定を行うことができる。
【０１１５】
上述した本発明の第４の実施の形態の他、周波数ｎＺｆｃ（ｎ＝１，２..，Ｌ）以外の周波数成分について図１１のフローチャートにおけるステップＳ１２０３〜Ｓ１２０８を実行してもよい。
【０１１６】
また、上述した本発明の第４の実施の形態の他、周波数ｎＺｆｃ（ｎ＝１，２..，Ｌ）及びその他の周波数成分の各々において図１１のフローチャートにおけるステップＳ１２０３〜Ｓ１２０５を実行し、内輪１８００ａの各周波数における楕円運動において、ＮＲＲＯの振幅の最大値（楕円の長径）を算出し、これら振幅の最大値（楕円の長径）における最大値を内輪１８００ａの全周波数域におけるＮＲＲＯの振幅の最大値として選択してもよく、これにより、内輪１８００ａの全周波数域におけるＮＲＲＯの振幅の最大値の測定を迅速に行うことができる。
【０１１７】
また、本発明の第４の実施の形態として、内輪１８００ａの周波数ｎＺｆｃの楕円運動Ｌｕにおいて、ＮＲＲＯの振幅の最大値とその最大方位を検出する場合について説明したが、この他、軸受又は軸受装置１８００の外輪１８００ｂ又は回転体５０７の振動成分ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）を２つの振動センサ５０１によって測定し、その後、図１１のフローチャートにおけるステップＳ６０２以降の処理を実行してもよい。
【０１１８】
さらには、軸受や回転体以外の装置であって、同一周波数の前後の振れ回り運動を呈する装置の振動について図１１のフローチャートにおけるステップＳ６０２以降の処理を実行してもよい。
【０１１９】
また、測定方向は必ずしもラジアル方向に限定されることなく、ある程度以上の信号検出が可能であれば、どの方向でも良い。例えば、Ｘ軸回りやＹ軸回りで測定した場合は傾き方向の振動の振れ回りの振幅の最大値が検出できる。
【０１２０】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【０１２１】
本発明の第５の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成は、本発明の第２の実施の形態に係る振動診断装置と基本的に同じであるが、傾き方向における異常振動の原因を診断する点で異なる。
【０１２２】
以下、本第５の実施の形態に係る振動診断装置を図面を参照して説明する。
【０１２３】
図２０（ａ）は、本第５の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を表す正面図であり、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）における線II−IIに関する断面図である。
【０１２４】
図２０において、２つの振動センサ５０１の各々は、平板１９０１ａの外周部とＸ軸又はＹ軸とが交差する１点において、アキシアル方向と平行になるように配設される。
【０１２５】
すなわち、２つの振動センサ５０１の各々は静止輪固定治具１９０１を介して軸受又は軸受装置１９００のＸ軸回り及びＹ軸回りの振動成分を測定する。
【０１２６】
このとき、測定されたＸ軸回り及びＹ軸回りの振動成分について図６の処理におけるステップＳ６０２〜Ｓ６０６を実行することにより、軸受又は軸受装置１９００の傾き方向における振れ回りの方向を判別することができ、軸受又は軸受装置１９００の傾き方向における異常振動の原因を診断することができる。
【０１２７】
また、測定されたＸ軸回り及びＹ軸回りの振動成分について図１１の処理におけるステップＳ１２０１〜Ｓ１２０５を実行することにより、傾き方向の異常振動におけるＮＲＲＯの振幅の最大値や最小値、又はそれらの方位を検出でき、それらを検出する際に、周波数ｎＺｆｃ（ｎ＝１，２..，Ｌ）の振幅の算出を全ての方位について行う必要を無くすことができ、もって迅速な測定を行うことができる。
【０１２８】
２つの振動センサ５０１は平板１９０１ａの外周部に配設されていなくてもよく、このとき２つの振動センサ５０１が測定した振動成分を平板１９０１ａの外周部における振動成分に換算し直してもよい。
【０１２９】
一般に、アキシアル方向に予圧を負荷する場合には、軸受又は軸受装置１９００が有する接触角によって傾き方向の振動とラジアル方向の振動は連成する。従って、本第５の実施の形態の如く、傾き方向の異常振動について診断を行うことにより、間接的にラジアル方向の異常振動について診断を行うことも可能である。
【０１３０】
例えば、径方向の高回転精度が要求されるＨＤＤ装置用の軸受において、その軸受の傾き方向の振動を測定し、図６や図１１の処理を行えば、径方向の振動の診断等の評価を間接的に行うことができる。
【０１３１】
本第５の実施の形態によれば、２つの振動センサ５０１の各々は静止輪固定治具１９０１を介して軸受又は軸受装置１９００のＸ軸回り及びＹ軸回りの振動成分を測定し、これらの振動成分について図６や図１１の処理を行うので、軸受又は軸受装置１９００の傾き方向における異常振動の原因を診断することができ、傾き方向の異常振動におけるＮＲＲＯの振幅の最大値や最小値、又はそれらの方位を検出する際に、迅速な検出を行うことができる。
【０１３２】
上述した本第５の実施の形態では、振動センサ５０１が加速度センサの場合、測定した加速度には傾き振動による加速度だけではなく、アキシアル方向の振動による加速度も含んでしまう。
【０１３３】
しかしながら、アキシアル方向の振動を完全に除去して傾き方向の振動の診断を行うことが必要な場合がある。
【０１３４】
次に、測定した加速度にアキシアル方向の加速度が含まれない場合、すなわち、測定した加速度には傾き振動による加速度のみに基づいた振動の診断を実現する形態を本発明の第６の実施の形態として説明する。
【０１３５】
本発明の第６の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成は、本発明の第５の実施の形態に係る振動診断装置と基本的に同じであるが、振動センサ５０１の数において異なる。
【０１３６】
以下、本第６の実施の形態に係る振動診断装置を図面を参照して説明する。
【０１３７】
図２１（ａ）は、本第６の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を表す正面図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）における線III−IIIに関する断面図である。
【０１３８】
図２１において、複素ＦＦＴアナライザ５００は振動センサ５０１を４つ備え、該４つの振動センサ５０１の各々は、平板１９０１ａの外周部とＸ軸及びＹ軸とが交差する４点の各々において、アキシアル方向と平行になるように配設される。
【０１３９】
すなわち、振動センサ５０１ａは、平板１９０１ａの外周部とＹ軸とが交差する点に配設され、振動センサ５０１ｂは、この交差する点とＸ軸に関して対称となる点に配設される。
【０１４０】
また、振動センサ５０１ｃは、平板１９０１ａの外周部とＸ軸とが交差する点に配設され、振動センサ５０１ｄは、この交差する点とＹ軸に関して対称となる点に配設される。
【０１４１】
このとき、４つの振動センサ５０１の各々は静止輪固定治具１９０１を介して振動センサ５０１が配設された点におけるアキシアル方向の振動成分を測定する。
【０１４２】
以下、振動センサ５０１が測定したアキシアル方向の振動成分をＸ軸、Ｙ軸回りの振動成分に換算する方法について説明する。
【０１４３】
まず、振動センサ５０１ａが測定したアキシアル方向の振動成分ｚa（ｔ）と振動センサ５０１ｂが測定したアキシアル方向の振動成分ｚb（ｔ）との和を２で除することによって軸受又は軸受装置１９００のアキシアル方向の振動成分ｚ（ｔ）を算出し、その後、ｚa（ｔ）からｚ（ｔ）を引くことによってＸ軸回りの振動成分を算出する。次に、振動センサ５０１ｃが測定したアキシアル方向の振動成分ｚc（ｔ）からｚ（ｔ）を引くことによってＹ軸回りの振動成分を算出する。
【０１４４】
従って、振動センサ５０１ａ〜ｃが測定したアキシアル方向の振動成分が存在すれば、Ｘ軸、Ｙ軸回りの振動成分を算出することができ、換言すれば、振動センサ５０１が３つ配置されていれば、Ｘ軸、Ｙ軸回りの振動成分を算出することができる。
【０１４５】
このとき、測定されたＸ軸回り及びＹ軸回りの振動成分について図６の処理におけるステップＳ６０２〜Ｓ６０６を実行することにより、軸受又は軸受装置１９００の傾き方向における振れ回りの方向を判別することができ、軸受又は軸受装置１９００の傾き方向における異常振動の原因を診断することができる。
【０１４６】
また、測定されたＸ軸回り及びＹ軸回りの振動成分について図１１の処理におけるステップＳ１２０１〜Ｓ１２０５を実行することにより、傾き方向の異常振動におけるＮＲＲＯの振幅の最大値や最小値、又はそれらの方位を検出でき、それらを検出する際に、周波数ｎＺｆｃ（ｎ＝１，２..，Ｌ）の振幅の算出を全ての方位について行う必要を無くすことができ、もって迅速な測定を行うことができる。
【０１４７】
さらに、本第５の実施の形態と同様に、傾き方向の異常振動について診断を行うことにより、間接的にラジアル方向の異常振動について診断を行うことも可能である。
【０１４８】
本第６の実施の形態によれば、３点におけるアキシアル方向の振動成分を測定し、これらの振動成分からアキシアル方向の振動成分を除去するので、アキシアル方向の振動を完全に除去して傾き方向の振動の診断を行うことができる。
【０１４９】
上述した第６の実施の形態では、ｚa（ｔ）からｚ（ｔ）を引くことによってＸ軸回りの振動成分を算出したが、ｚb（ｔ）からｚ（ｔ）を引くことによってＸ軸回りの振動成分を算出してもよく、または、ｚa（ｔ）とｚa（ｔ）の差を２で除することによってＸ軸回りの振動成分を算出してもよい。
【０１５０】
また、上述した第６の実施の形態では、軸受又は軸受装置１９００のアキシアル方向の振動成分ｚ（ｔ）を、対向する２つの振動センサ５０１が測定したアキシアル方向の振動成分の和を２で除することによって算出したが、このｚ（ｔ）を、ｚa（ｔ）とｚb（ｔ）との和を２で除したものと、ｚc（ｔ）と振動センサ５０１ｄが測定したアキシアル方向の振動成分ｚb（ｔ）との和を２で除したものとの平均としてもよい。これにより、ｚ（ｔ）の測定誤差を小さくすることができ、もって、傾き方向の振動の診断を正確に行うことができる。
【０１５１】
ここで使用する振動センサ５０１は、変位、速度、加速度センサの何れでもよく、接触式又は非接触式のいずれでもよい。換言すれば、振動が検出できるのであれば、どのような振動センサでも必要に応じて選択することができる。
【０１５２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載の回転装置の振動診断装置によれば、周波数分析では、回転装置の振動を前後の振れ回り方向で区別して分析するので、回転装置の異常振動の原因を診断できると共に、分析された振動を合成し、該合成によって得られた少なくとも１つの楕円運動について、楕円運動の振幅の最大値及び該最大値を呈する振幅の楕円運動における方位と、楕円運動の振幅の最小値及び該最小値を呈する振幅の楕円運動における方位との少なくとも一方を算出するので、異常振動の振幅の算出を全ての方位について行う必要を無くすことができ、もって当該異常振動の最大値とその方位を迅速に測定できる。
【０１５３】
請求項２記載の回転装置の振動診断装置によれば、回転装置は、軸受、軸受装置及び回転機械の１つであるので、分析対象となる回転装置が限定されることがなく、これにより、回転装置の振動診断装置を広範囲に亘って適用できるものとすることができる。
【０１５５】
請求項３記載の回転装置の振動診断装置によれば、周波数分析で分析された振動に基づいて回転装置の異常を診断するので、回転装置の異常振動の原因を確実に診断できる。
【０１５６】
請求項４記載の回転装置の振動診断装置によれば、２方向（例えば、回転装置が備える回転体の回転軸に対して垂直、且つ互いに交差する２方向）における回転装置の２つの振動成分を複素数に合成し、該合成した振れ回りの方向を示す位相情報を含む複素数を複素高速フーリエ変換するので、迅速に振れ回りの方向で区別した周波数分析を行うことができ、その結果、回転体の異常振動の振れ回りの方向を迅速に判別することができ、これにより異常振動の原因を迅速に診断できる。
【０１５７】
請求項５記載の振動診断装置によれば、複素高速フーリエ変換された第１の振動と第２の振動の振幅に基づいて楕円運動を呈する振動の振幅の最大値とその方位を算出するので、楕円運動を呈する振動の振幅を全ての方位において算出する必要を無くすことができ、もって振動の最大値とその方位を迅速に測定できる。
【０１５８】
請求項６記載の回転装置の振動診断装置によれば、振動診断装置は回転装置に圧接する圧接手段を備え、該圧接手段を介して回転装置の振動を測定するので、回転体や軸受の大きさが変わってもセンサ等の位置を修正する必要を無くすことができ、これにより、回転装置の振動診断を手間のかからないものにすることができる。
【０１５９】
請求項７記載の回転装置の振動診断装置によれば、圧接手段は複数の測定手段を備え、該複数の測定手段は回転装置の振動を測定するので、回転装置の異常振動の振れ回り方向をより正確に判別することができ、その異常振動の原因をより正確に診断できることに加え、当該異常振動の最大値とその方位を迅速且つ正確に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転体におけるラジアル方向の振れ回り運動を説明する図である。
【図２】従来のＦＦＴアナライザによる周波数ｆ1及び周波数ｆ2の異常振動の周波数分析の結果を表す図である。
【図３】図６の異常診断処理による周波数−ｆ1及び周波数ｆ2の異常振動の周波数分析の結果を表す図である。
【図４】２つの円運動を楕円運動に合成したときの楕円運動の一般的な性質について説明する図であり、（ａ）は半径ａの円周上を所定の周期で前回りに回転する第１の円運動であり、（ｂ）は半径ｂの円周上を所定の周期と同一の周期で後回りに回転する第２の円運動であり、（ｃ）は第１の円運動と第２の円運動を合成した楕円運動であり、（ｄ）は第１の円運動の回転半径がＬｆ、第２の円運動の回転半径がＬｂであって、第１の円運動の位相がＦｆを呈するとき、第２の円運動の位相はＦｂを呈する場合の合成された楕円運動である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成を示す図である。
【図６】図５の複素ＦＦＴアナライザ５００によって実行される回転体の異常診断処理のフローチャートである。
【図７】一定間隔で回転数を変化させて図６の異常診断処理を行ったトラッキング解析による回転体のロッキングモードの固有振動数の周波数分析の結果を表す図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される回転体の周波数分析処理のフローチャートである。
【図９】一定回転の図８の周波数分析処理による周波数ｎＺｆｃの異常振動の周波数分析の結果を表す図である。
【図１０】一定間隔で回転数を変化させて図８の周波数分析処理を行ったトラッキング解析による回転体のロッキングモードの固有振動数の周波数分析の結果を表す図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る振動診断装置によって実行される内輪のＮＲＲＯの振幅解析処理のフローチャートである。
【図１２】従来の回転装置におけるラジアル方向の振動に関する振動診断装置の概略構成を示す図である。
【図１３】従来のＦＦＴアナライザによる回転体のロッキングモードの固有振動数の周波数分析の結果を表す図である。
【図１４】従来のＦＦＴアナライザによる周波数ｎＺｆｃの異常振動の周波数分析の結果を表す図である。
【図１５】従来のＦＦＴアナライザで一定間隔で回転数を変化させて周波数分析処理を行ったトラッキング解析による回転体のロッキングモードの固有振動数の周波数分析の結果を表す図である。
【図１６】本発明の第４の実施の形態に係る振動診断装置の概略構成を示す図である。
【図１７】従来の回転装置におけるアキシアル方向の振動に関する振動診断装置の概略構成を示す図である。
【図１８】回転体におけるラジアル方向と傾き方向との振動が合成された振れ回り運動を説明する図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を示す図であり、（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を表す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）における線Ｉ−Ｉに関する断面図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を示す図であり、（ａ）は、本発明の第５の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を表す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）における線II−IIに関する断面図である。
【図２１】本発明の第６の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を示す図であり、（ａ）は、本発明の第６の実施の形態に係る振動診断装置における一部の概略構成を表す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）における線III−IIIに関する断面図である。
【符号の説明】
５００ 複素ＦＦＴアナライザ
５０１ 振動センサ
５０２ ＡＤ変換回路
５０３ 複素数合成回路
５０４ 複素ＦＦＴ演算回路
５０５ 診断回路
５０６ 出力手段
５０７ 回転体
１８００，１９００ 軸受又は軸受装置
１８００ａ，１９００ａ 内輪
１８００ｂ，１９００ｂ 外輪
１８００ｃ，１９００ｃ 転動体
１９０１ 静止輪固定治具
Claims (7)
- 回転装置の振動を周波数分析に基づいて分析する回転装置の振動診断装置において、前記周波数分析では、前記回転装置の振動を前後の振れ回り方向で区別して分析すると共に、前記分析された振動を合成し、該合成によって得られた少なくとも１つの楕円運動について、前記楕円運動の振幅の最大値及び該最大値を呈する振幅の前記楕円運動における方位と、前記楕円運動の振幅の最小値及び該最小値を呈する振幅の前記楕円運動における方位との少なくとも一方を算出することを特徴とする回転装置の振動診断装置。
- 前記回転装置は、軸受、軸受装置及び回転機械の１つであることを特徴とする請求項１記載の回転装置の振動診断装置。
- 前記周波数分析で分析された振動に基づいて前記回転装置の異常を診断することを特徴とする請求項１又は２記載の回転装置の振動診断装置。
- 前記周波数分析では、２方向から前記回転装置の振動を測定し、該測定された回転装置の２つの振動成分を複素数に合成し、該合成した複素数を複素高速フーリエ変換することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転装置の振動診断装置。
- 前記複素高速フーリエ変換された複素数に基づいて前記回転装置の振動から、所定の周波数において前記回転体の回転方向と同一方向の円運動を呈する第１の振動と、前記所定の周波数において前記回転体の回転方向と反対方向の円運動を呈する第２の振動とを選択し、前記選択された第１の振動と第２の振動を合成した楕円運動の長径を呈する方位を算出し、且つ前記第１の振動の振幅と前記第２の振動の振幅に基づいて前記楕円運動を呈する振動の振幅の最大値又は最小値を算出することを特徴とする請求項４記載の回転装置の振動診断装置。
- 前記振動診断装置は前記回転装置に圧接する圧接手段を備え、該圧接手段を介して前記回転装置の振動を測定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転装置の振動診断装置。
- 前記圧接手段は複数の測定手段を備え、該複数の測定手段は前記回転装置の振動を測定することを特徴とする請求項６記載の回転装置の振動診断装置。
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