JP5442553B2 - 軸受の損傷検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸受の損傷検出方法に関する。

内輪および外輪と、この内輪および外輪に接して転動する転動体と、転動体を保持する保持器とを備える軸受について、軸受の損傷を検出する方法が知られている。たとえば、内輪または外輪が回転している時の振動加速度を計測し、得られた波形について包絡線処理後、周波数分析し、損傷により生じる振動の特徴周波数のピークを基に軸受の損傷を検出する方法が知られている（特許文献１参照）。

特開平９−２５７６５１号公報

上述した特許文献に記載の軸受の損傷を検出方法では、損傷により生じる振動の特徴周波数だけでなく、特徴周波数の振動が回転周波数の振動により振幅変調されたうなり成分も利用して損傷を検出することを特徴としている。内輪、外輪、転動体の表面に損傷が存在する場合、内輪の１点が転動体を通る周波数や、外輪の１点が転動体を通る周波数、転動体の１点が内輪および外輪を通る周波数である特徴周波数に基づいて損傷を検出できる。これらの特徴周波数は、内輪および外輪と転動体との間にすべりが生じていない場合、転動体直径、転動体ピッチ円直径、転動体数、転動体接触角、回転している内輪または外輪の回転数から理論的に求めることができる。しかし、実際の軸受では内輪および外輪と転動体との間においてすべりが生じる場合があり、すべりが生じた場合の特徴周波数を理論的に求めることは困難である。

（１） 請求項１の発明による軸受の損傷検出方法は、内輪および外輪と、内輪および外輪と接して転動する転動体と、転動体を保持する保持器とを有する軸受の損傷検出方法において、内輪または外輪の可動側が回転している時の軸受の振動をセンサで測定し、センサで測定して得られた軸受の振動波形を周波数分析し、周波数分析した結果に基づいて、内輪または外輪の可動側の回転周波数ｆｒと略等しい範囲を有し、それぞれが互いに重複せず、かつ、回転周波数ｆｒの整数倍を含まない周波数範囲を少なくとも２つ以上設定し、複数の設定された周波数範囲のそれぞれにおけるピークの周波数を求め、得られたピークの周波数同士の差と、回転周波数ｆｒのｋ倍（ｋは1以上の整数）とを比較し、比較した両者が一致すると見なせるか否かを判断し、比較した両者が一致すると見なせると判断されると軸受が損傷していると判断することを特徴とする。
（２） 請求項２の発明は、請求項１に記載の軸受の損傷検出方法において、設定された周波数範囲のそれぞれにおいて最大となるピークの周波数を求め、得られた最大となるピークの周波数同士の差と、内輪または外輪の可動側の回転周波数ｆｒのｋ倍とを比較し、比較した両者が一致すると見なせるか否かを判断し、比較した両者が一致すると見なせると判断されると軸受が損傷していると判断することを特徴とする。
（３） 請求項３の発明による軸受の損傷検出方法は、内輪および外輪と、内輪および外輪と接して転動する転動体と、転動体を保持する保持器とを有する軸受の損傷検出方法において、内輪または外輪の可動側が回転している時の軸受の振動をセンサで測定し、センサで測定して得られた軸受の振動波形を周波数分析し、周波数分析した結果に基づいて、内輪または外輪の可動側の回転周波数ｆｒと略等しい範囲を有し、それぞれが互いに重複せず、かつ、回転周波数ｆｒの整数倍を含まない周波数範囲をＹ個（Ｙは２以上の整数）設定し、Ｙ個の設定された周波数範囲のそれぞれにおける最大ピークの周波数を求め、ｕ番目（ｕは１以上Ｙ以下の整数）の周波数範囲における最大ピークの周波数をｆ（ｕ）とした時のｕが１からＹまでの次数パラメータｇ（ｕ）＝ｆ（ｕ）／ｆｒ−（ｎ＋ｕ−１）について標準偏差を求め、この標準偏差が基準値よりも小さい場合には、軸受が損傷していると判断することを特徴とする。
（４） 請求項４の発明は、請求項３に記載の軸受の損傷検出方法において、最大ピークの周波数ｆ（ｕ）の振幅をａ（ｕ）とした時のｕが１からＹまでのａ（ｕ）について平均値を求め、この平均値が時間の経過とともに増加した場合には、軸受の損傷が進展したと判断することを特徴とする。
（５） 請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸受の損傷検出方法において、周波数分析した結果に基づいて得られる周波数のピークのうち、内輪の１点の損傷部分を転動体が通ることによって生じる振動に起因する周波数のピークと、外輪の１点の損傷部分を転動体が通ることによって生じる振動に起因する周波数のピークとのいずれか一つを、設定された周波数範囲のいずれか１つに含まれていることを特徴とする。
（６） 請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸受の損傷検出方法において、転動体直径をｄ、転動体ピッチ円直径をＤ、転動体数をＺ、転動体接触角をα、内輪または外輪の回転数をＮとし、内輪および外輪と転動体との間にすべりが生じないとした時に、内輪の１点を転動体が通る内輪特徴周波数ｆｉ＝（Ｄ＋ｄ×ｃｏｓα）×Ｚ×Ｎ／（１２０×Ｄ）と、外輪の１点が転動体を通る外輪特徴周波数ｆｏ＝（Ｄ−ｄ×ｃｏｓα）×Ｚ×Ｎ／（１２０×Ｄ）のいずれか一つをｔ倍（ｔは1以上の整数）して回転周波数ｆｒ＝Ｎ／６０のｒ倍（ｒは整数）を足した値が、設定された周波数範囲に含まれていることを特徴とする。
（７） 請求項７の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸受の損傷検出方法において、設定された周波数範囲は、ｆｒ×ｎ（ｎは１以上の整数）より大きくｆｒ×（ｎ＋１）より小さい周波数範囲であることを特徴とする。
（８） 請求項８の発明は、請求項６に記載の軸受の損傷検出方法において、設定された周波数範囲は、ｆｒ×ｎ（ｎは１以上の整数）より大きくｆｒ×（ｎ＋１）より小さい周波数範囲であることを特徴とする。
（９） 請求項９の発明は、請求項８に記載の軸受の損傷検出方法において、設定された周波数範囲を（２ｓ＋１）個（ｓは１以上の整数）とし、それぞれの周波数範囲をｆｒ×ｎより大きくｆｒ×（ｎ＋１）より小さい周波数範囲、ｆｒ×（ｎ＋１）より大きくｆｒ×（ｎ＋２）より小さい周波数範囲・・・ｆｒ×（ｎ＋２ｓ）より大きくｆｒ×（ｎ＋２ｓ＋１）より小さい周波数範囲としたことを特徴とする。
（１０） 請求項１０の発明は、請求項９に記載の軸受の損傷検出方法において、ｆｉ×ｔおよびｆｏ×ｔのいずれか１つが、ｆｒ×（ｎ＋ｓ）より大きくｆｒ×（ｎ＋ｓ＋１）より小さい範囲に含まれていることを特徴とする。

本発明によれば、内輪または外輪と転動体との間にすべりが生じても、軸受の損傷を検出できる。

本発明に係る軸受の損傷検出装置の構成を示す図である。 単列深みぞ玉軸受の構造を示す断面図である。 第１の実施の形態の軸受の損傷検出の処理内容を示すフローチャートである。 軸受の振動波形を周波数分析した結果の一例を示す図である。 第２の実施の形態の軸受の損傷検出の処理内容を示すフローチャートである。 軸受の振動波形を周波数分析した結果の一例を示す図である。 第３の実施の形態の軸受の損傷検出の処理内容を示すフローチャートである。 図６に示す周波数分析結果に係る軸受を所定の時間使用した後、再び周波数分析した結果の一例を示す図である。

−−−第１の実施の形態−−−
図１〜４を参照して、本発明による軸受の損傷検出方法の第１の実施の形態を説明する。図１は、本発明による軸受の損傷検出方法に係る軸受の損傷検出装置の構成を示す図であり、図２は、軸受の一例としてラジアル玉軸受である単列深みぞ玉軸受の構造を示す断面図である。本実施の形態の軸受の損傷検出装置は、振動加速度を計測する加速度センサ７と、加速度センサ７から出力される信号を増幅するアンプ８と、アンプ８を介して入力される加速度センサ７からの信号を受信する計測装置９とを備えている。本実施の形態の軸受の損傷検出装置は、軸受損傷の検出対象である軸受が設けられている機器に常設されていてもよく、複数の機器にそれぞれ設けられた軸受の損傷検出ができるように可搬型の装置でもよい。以下の説明では、損傷の検出対象である軸受が設けられている機器に軸受の損傷検出装置が常設されているものとして説明する。

加速度センサ７は、軸受１０を保持している保持部材５に取り付けられた３次元（３軸）加速度センサであり、保持部材５を介して軸受１０で発生する振動の振動加速度を計測する。なお、保持部材５は、軸受１０が取り付けられている機器のうち、軸受１０を保持している部材であり、たとえば、本実施の形態では軸受１０の外輪１を保持している。加速度センサ７は、少なくとも、軸受１０の半径方向と加速度センサ７の検出方向の１つとを一致させるように、保持部材５に対して取り付けられている。

計測装置９は、演算部９ａと、警報部９ｂとを備えている。演算部９ａは、演算装置やメモリ、周辺回路などを備えており、加速度センサ７から出力される振動波形の信号に対して、包絡線処理や周波数分析を行い、後述するように軸受１０に損傷があるか否かを判定する。警報部９ｂは、演算部９ａで軸受１０に損傷があると判定されると、その旨を報知するための警報を発する。

軸受１０は、保持部材５に固定された外輪１と、シャフト６に固定されていて回転するシャフト６と共に回転する内輪２と、外輪１および内輪２と接して転動する転動体３と、転動体３を保持する保持器４とを備えている。

このように構成される軸受の損傷検出装置では、軸受１０の損傷を次のようにして検出する。転動体直径をｄ、転動体ピッチ円直径をＤ、転動体数をＺ、転動体接触角をα、回転数をＮとすると、内輪２および外輪１と転動体３との間ですべりが生じない場合、回転周波数ｆｒと、内輪２の１点が転動体３を通る周期の逆数である内輪特徴周波数ｆｉと、外輪１の１点が転動体３を通る周期の逆数である外輪特徴周波数ｆｏはそれぞれ次式（１）〜（３）のように表される。

ｆｒ＝Ｎ／６０ ・・・（１）
ｆｉ＝（Ｄ＋ｄ×ｃｏｓα）×Ｚ×Ｎ／（１２０×Ｄ） ・・・（２）
ｆｏ＝（Ｄ−ｄ×ｃｏｓα）×Ｚ×Ｎ／（１２０×Ｄ） ・・・（３）

図３は、第１の実施の形態の軸受の損傷検出の処理内容を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、内輪２の損傷の有無を検出する処理内容を例に説明する。軸受の損傷検出装置の不図示の電源スイッチがオンされて軸受の損傷検出の開始が指示されると、この処理を行うプログラムが周期的（たとえば数秒毎）に起動されて、計測装置９の演算部９ａで実行される。ステップＳ１において、軸受１０で発生する振動の振動加速度を計測して、すなわち、アンプ８を介して入力される加速度センサ７からの信号を読み込んでステップＳ３へ進む。ステップＳ３において、ステップＳ１で計測した振動加速度の振動波形に対して公知の周波数分析を行ってステップＳ５へ進む。

ステップＳ５において、ステップＳ３で行った周波数分析の結果に対して、次の第１の周波数範囲と第２の周波数範囲とを設ける。第１の周波数範囲は、ｆｒ×ｎ（ｎは１以上の整数）より大きくｆｒ×（ｎ＋１）より小さい範囲とするが、理論上の内輪特徴周波数ｆｉをｔ倍（ｔは1以上の整数）して回転周波数ｆｒのｒ倍（ｒは整数）を足した値を含むようにnを設定する。第２の周波数範囲は、ｆｒ×m（ｍはｎとは異なる１以上の整数）より大きくｆｒ×（m＋１）より小さい範囲とするが、理論上の内輪特徴周波数ｆｉをｃ倍（ｃは1以上の整数）して回転周波数ｆｒのｅ倍（ｅは整数）を足した値を含むようにｍを設定する。

軸受１０が搭載されている機器によっては、回転周波数ｆｒの整数倍のピークが大きくなる。そこで、上述したように、たとえば、第１の周波数範囲をｆｒ×ｎより大きくｆｒ×（ｎ＋１）より小さい範囲に設定することで、回転周波数ｆｒの整数倍を含まない周波数範囲を設定し、損傷に起因する特徴周波数のピークを回転周波数ｆｒの整数倍のピークと分けて検出できる。第２の周波数範囲についても同様である。

内輪２上に損傷が存在し、内輪２および外輪１と転動体３との間にすべりが生じている場合、理論上の内輪特徴周波数ｆｉからずれた周波数に実際の内輪特徴周波数のピークが検出される。しかし、このずれ具合は回転数やトルク、潤滑状態などの条件により異なるため、理論的に求めることは困難である。また、内輪特徴周波数の振動が回転周波数の振動で振幅変調されると、内輪特徴周波数を中心として回転周波数ｆｒを間隔とした一連の周波数のピークが検出される。すなわち、実際の内輪特徴周波数のピークと、実際の内輪特徴周波数に回転周波数ｆｒの整数倍（すなわち１，２・・・および−１，−２・・・）を足した周波数のピークとが検出される。外輪特徴周波数ｆｏについても同様である。

第１の周波数範囲における最大ピークの周波数をｆ（ｎ）、第２の周波数範囲における最大ピークの周波数をｆ（ｍ）とすると、内輪２上に損傷がある場合、周波数間隔ｄ＝ｆ（ｍ）―ｆ（ｎ）と回転周波数ｆｒの（ｍ−ｎ）倍が等しくなる。そこで、演算部９ａは、ｄ−ｆｒ×（ｍ−ｎ）の絶対値と基準値ｊとを比較し、基準値ｊより小さい時には両者が一致しているものとみなして、軸受１０に損傷があると判定する。なお、この基準値ｊは、実験等によって求められ、あらかじめ定められた値である。

そこで、ステップＳ７において、ステップＳ５で設定した第１の周波数範囲で最大ピークとなる周波数ｆ（ｎ）を抽出し、ステップＳ５で設定した第２の周波数範囲で最大ピークとなる周波数ｆ（ｍ）を抽出してステップＳ９へ進む。ステップＳ９において、ステップＳ７で抽出した周波数ｆ（ｎ），ｆ（ｍ）の差である周波数間隔ｄ＝ｆ（ｍ）−ｆ（ｎ）を算出してステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１１において、ステップＳ９で算出した周波数間隔ｄと回転周波数ｆｒの（ｍ−ｎ）倍との差の絶対値が、あらかじめ定められた基準値ｊ以上であるか否かを判断する。ステップＳ１１が肯定判断されると本プログラムを終了する。ステップＳ１１が否定判断されるとステップＳ１３へ進み、軸受１０に異常がある旨の報知をするように警報部９ｂへ信号を出力する。なお、警報部９ｂでは、演算部９ａからの信号を受信すると軸受１０に異常がある旨の警報を発する。ステップＳ１３が実行されると本プログラムを終了する。

図４は、軸受の振動波形を周波数分析した結果の一例を示す図であり、転動体直径ｄが５ｍｍ、転動体ピッチ円直径が４０ｍｍ、転動体数Ｚが１８本、転動体接触角αが０度の円筒ころ軸受を回転数１８００ｒｐｍで回転させた場合の一例を示している。この場合、回転周波数ｆｒは３０Ｈｚ、内輪２上に１点の損傷が存在する場合の理論上の内輪特徴周波数ｆｉは３０３．７５Ｈｚとなる。図４に示すとおり、ｔ＝１とし、ｒ＝−１とすると、理論上の内輪特徴周波数ｆｉ（３０３．７５Ｈｚ）の１倍に回転周波数ｆｒ（３０Ｈｚ）の（−１）倍を足した周波数を含む第１の周波数範囲は、回転周波数ｆｒの９倍の２７０Ｈｚより大きく回転周波数ｆｒの１０倍の３００Ｈｚより小さい周波数範囲で、ｎ＝９となる。

一方、ｃ＝１とし、ｅ＝１とすると、理論上の内輪特徴周波数ｆｉ（３０３．７５Ｈｚ）の１倍に回転周波数ｆｒ（３０Ｈｚ）の１倍を足した周波数を含む第２の周波数範囲は、回転周波数ｆｒの１１倍の３３０Ｈｚより大きく回転周波数ｆｒの１２倍の３６０Ｈｚより小さい周波数範囲で、ｍ＝１１となる。演算部９ａは、第１および第２の周波数範囲における最大ピークｆ（ｎ），ｆ（ｍ）から、周波数間隔ｄ＝ｆ（ｍ）−ｆ（ｎ）を求め、周波数間隔ｄから回転周波数ｆｒの（ｍ−ｎ）倍、すなわち（１１−９）である２倍を引いた値の絶対値が基準値ｊより小さい場合に軸受の損傷があると判定する。

なお、上述の説明では、内輪２の損傷の有無を検出する処理内容を例に説明したが、外輪１の損傷の有無の検出についても同様である。外輪１の損傷の有無を検出する場合には、内輪特徴周波数ｆｉに代えて外輪特徴周波数ｆｏを用いればよい。以下に説明する、第２および第３の実施の形態についても同様である。

上述した第１の実施の形態の軸受の損傷検出方法によれば次の作用効果を奏する。
（１） 周波数分析の結果に対して、ｆｒ×ｎより大きくｆｒ×（ｎ＋１）より小さい第１の周波数範囲と、ｆｒ×mより大きくｆｒ×（m＋１）より小さい第２の周波数範囲を設け、第１および第２の周波数範囲におけるピークの周波数ｆ（ｎ），ｆ（ｍ）を求めるように構成した。そして、周波数間隔ｄ＝ｆ（ｍ）―ｆ（ｎ）と回転周波数ｆｒの（ｍ−ｎ）倍との差の絶対値が基準値ｊより小さい時には両者が一致しているものとみなして、軸受１０に損傷があると判定するように構成した。これにより、内輪２および外輪１と転動体３との間ですべりが生じても、損傷による振動の周波数を検出できるので、軸受１０の損傷を確実に検出できる。

（２） 第１の周波数範囲における最大ピークの周波数ｆ（ｎ）、および、第２の周波数範囲における最大ピークの周波数ｆ（ｍ）を抽出し、抽出した最大ピークの周波数ｆ（ｎ），ｆ（ｍ）に基づいて、軸受１０に損傷があるか否かを判定するように構成した。第１の周波数範囲における最大ピークの周波数ｆ（ｎ）、および、第２の周波数範囲における最大ピークの周波数ｆ（ｍ）は、軸受１０の損傷による振動に起因した周波数のピークと考えられる。したがって、軸受１０の損傷による振動に起因した周波数のピークを選択できるようになるので、軸受１０の損傷の有無を精度よく判定できる。

（３） 理論上の内輪特徴周波数ｆｉをｔ倍して回転周波数ｆｒのｒ倍を足した値を含むようにnを設定するようにした。また、理論上の内輪特徴周波数ｆｉをｃ倍して回転周波数ｆｒのｅ倍を足した値を含むようにｍを設定するようにした。これにより、内輪２および外輪１と転動体３との間にすべりが生じていても、第１および第２の周波数範囲に実際の内輪特徴周波数のピーク、または、実際の内輪特徴周波数に回転周波数ｆｒの整数倍を足した周波数のピークが含まれるようになるので、第１および第２の周波数範囲を適切に設定でき、軸受１０の損傷の有無を精度よく判定できる。

（４） 第１の周波数範囲をｆｒ×ｎより大きくｆｒ×（ｎ＋１）より小さい周波数範囲とし、第２の周波数範囲をｆｒ×mより大きくｆｒ×（m＋１）より小さい周波数範囲とするように構成した。これにより、回転周波数ｆｒの整数倍を含まない周波数範囲を設定し、最大ピークの周波数ｆ（ｎ），ｆ（ｍ）を回転周波数ｆｒの整数倍のピークと分けて検出できるので、回転周波数ｆｒの整数倍の周波数のピークに影響を受けることなく、軸受１０の損傷による振動に起因した周波数のピークを選択できるようになり、軸受１０の損傷の有無を精度よく判定できる。

−−−第２の実施の形態−−−
図５，６を参照して、本発明による軸受の損傷検出方法の第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、後述する次数に基づいて軸受１０の損傷の有無の判定する点で、第１の実施の形態と異なる。

図５は、第２の実施の形態の軸受の損傷検出の処理内容を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、内輪２の損傷の有無を検出する処理内容を例に説明する。軸受の損傷検出装置の不図示の電源スイッチがオンされて軸受の損傷検出の開始が指示されると、この処理を行うプログラムが周期的（たとえば数秒毎）に起動されて、計測装置９の演算部９ａで実行される。ステップＳ１およびステップＳ３は、第１の実施の形態の図３におけるステップＳ１およびステップＳ３と同じである。

ステップＳ３が実行されるとステップＳ２５へ進み、ステップＳ３で行った周波数分析の結果に対して、（２ｓ＋１）個（ｓは１以上の整数）の、すなわち奇数個の周波数範囲を設け、それぞれの周波数範囲を順にｆｒ×ｎ（ｎは１以上の整数）より大きくｆｒ×（ｎ＋１）より小さい周波数範囲、ｆｒ×（ｎ＋１）より大きくｆｒ×（ｎ＋２）より小さい周波数範囲・・・ｆｒ×（ｎ＋２ｓ）より大きくｆｒ×（ｎ＋２ｓ＋１）より小さい周波数範囲とする。また、（２ｓ＋１）個の周波数範囲のうち中心の周波数範囲となるｆｒ×（ｎ＋ｓ）より大きくｆｒ×（ｎ＋ｓ＋１）より小さい周波数範囲に理論上の内輪特徴周波数ｆｉをｔ倍（ｔは1以上の整数）して回転周波数ｆｒのｗ倍（ｗは整数）を足した値を含むようにｎを設定する。

このように、設ける周波数範囲を回転周波数ｆｒだけ離間した奇数個としたのは、次の理由からである。上述したように、特徴周波数の振動が回転周波数の振動で振幅変調されると、特徴周波数を中心として回転周波数ｆｒを間隔とした一連の周波数のピークが検出される。すなわち、実際の特徴周波数のピークを中心として、実際の特徴周波数に回転周波数ｆｒの自然数倍を足した周波数のピーク、および、実際の特徴周波数に回転周波数ｆｒの自然数倍を減じた周波数のピークとが検出される。そのため、奇数個の周波数範囲について、実際の特徴周波数のピークが（２ｓ＋１）個の周波数範囲のうち中心の周波数範囲に含まれるように各周波数範囲を設定すれば、実際の特徴周波数に回転周波数ｆｒの自然数倍を足した周波数のピークと、実際の特徴周波数に回転周波数ｆｒの自然数倍を減じた周波数のピークとが同数含まれる。このように複数の周波数範囲を設定できれば、実際の特徴周波数および実際の特徴周波数の振動が振幅変調された振動の周波数を精度よく検出できるので、後述する次数に基づく軸受１０の損傷の有無の判定精度を向上できる。

各周波数範囲のうち、周波数が小さい方からｕ番目（ｕは１以上、２ｓ＋１以下の整数）の周波数範囲における最大ピークの周波数をｆ（ｕ）とすると、ｆ（ｕ）の回転周波数ｆｒに対する次数はｆ（ｕ）／ｆｒと表される。隣り合うｆ（ｕ）の間隔が回転周波数ｆｒとなっている場合、次数はちょうど１だけ異なる値となる。

そのため、ｆ（ｕ）の回転周波数ｆｒに対する次数の小数点以下の値を次数パラメータｇ（ｕ）＝ｆ（ｕ）／ｆｒ−（ｎ＋ｕ−１）とすると、ｆ（ｕ）の間隔が回転周波数ｆｒとなっている場合、次数パラメータｇ（ｕ）はほぼ等しい値となる。このことを利用し、ｕが１から（２ｓ＋１）までの次数パラメータｇ（ｕ）について標準偏差を求めることで、ｆ（ｕ）の間隔が回転周波数ｆｒになっているかどうかを判定することができる。次数パラメータｇ（ｕ）の標準偏差と基準値ｉを比較し、次数パラメータｇ（ｕ）の標準偏差が基準値ｉより小さい場合に、軸受に損傷があると判定する。なお、この基準値ｉは、実験等によって求められ、あらかじめ定められた値である。

そこで、ステップＳ２７において、ステップＳ２５で設定した（２ｓ＋１）個の周波数範囲のそれぞれで最大ピークの周波数を抽出して、周波数ｆ（ｕ）を抽出してステップＳ２９へ進む。ステップＳ２９において、ステップＳ２７で抽出した周波数ｆ（ｕ）から次数パラメータｇ（ｕ）を算出してステップＳ３１へ進む。

ステップＳ３１において、ステップＳ２９で算出した次数パラメータｇ（ｕ）の標準偏差を求め、次数パラメータｇ（ｕ）が基準値ｉ以上であるか否かを判断する。ステップＳ３１が肯定判断されると本プログラムを終了する。ステップＳ３１が否定判断されるとステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３は、第１の実施の形態の図３におけるステップＳ１３と同じである。

図６は、軸受の振動波形を周波数分析した結果の一例を示す図であり、転動体直径ｄが５ｍｍ、転動体ピッチ円直径が４０ｍｍ、転動体数Ｚが１８本、転動体接触角αが０度の円筒ころ軸受を回転数１８００ｒｐｍで回転させた場合の一例を示している。図６に示すように、理論上の内輪特徴周波数ｆｉ（３０３．７５Ｈｚ）を含む中心周波数範囲を回転周波数ｆｒの１０倍より大きく回転周波数ｆｒの１１倍より小さい周波数範囲として、５個（ｓ＝２）の周波数範囲を設けるとすると、ｎ＋ｓ＝１０よりｎ＝８となる。よって、５個の周波数範囲は、次の第１〜第５の周波数範囲となる。

第１の周波数範囲は、回転周波数ｆｒの８倍の２４０Ｈｚより大きく回転周波数ｆｒの９倍の２７０Ｈｚより小さい周波数範囲である。第２の周波数範囲は、回転周波数ｆｒの９倍の２７０Ｈｚより大きく回転周波数ｆｒの１０倍の３００Ｈｚより小さい周波数範囲である。第３の周波数範囲は、回転周波数ｆｒの１０倍の３００Ｈｚより大きく回転周波数ｆｒの１１倍の３３０Ｈｚより小さい周波数範囲である。第４の周波数範囲は、回転周波数ｆｒの１１倍の３３０Ｈｚより大きく回転周波数ｆｒの１２倍の３６０Ｈｚより小さい周波数範囲である。第５の周波数範囲は、回転周波数ｆｒの１２倍の３６０Ｈｚより大きく回転周波数ｆｒの１３倍の３９０Ｈｚより小さい周波数範囲である。

図６において第１〜５の周波数範囲における最大ピークの周波数をそれぞれｆ（１）〜ｆ（５）を求め、それぞれ次数パラメータｇ（ｕ）を求める。これら５つの次数パラメータの標準偏差と基準値ｉを比較し、次数パラメータｇ（ｕ）の標準偏差が基準値ｉより小さい場合に、軸受に損傷があると判定する。

上述した第２の実施の形態の軸受の損傷検出方法では、第１の実施の形態の作用効果に加え、次の作用効果を奏する。
（１） 設ける周波数範囲を（２ｓ＋１）個とし、それぞれの周波数範囲をｆｒ×ｎより大きくｆｒ×（ｎ＋１）より小さい周波数範囲、ｆｒ×（ｎ＋１）より大きくｆｒ×（ｎ＋２）より小さい周波数範囲・・・ｆｒ×（ｎ＋２ｓ）より大きくｆｒ×（ｎ＋２ｓ＋１）より小さい周波数範囲とした。そして、（２ｓ＋１）個の周波数範囲のうち中心の周波数範囲となるｆｒ×（ｎ＋ｓ）より大きくｆｒ×（ｎ＋ｓ＋１）より小さい周波数範囲に理論上の内輪特徴周波数ｆｉをｔ倍して回転周波数ｆｒのｗ倍を足した値を含むようにｎを設定するようにした。これにより、実際の特徴周波数および実際の特徴周波数の振動が振幅変調された振動の周波数を精度よく検出できるので、軸受１０の損傷の有無の判定精度を向上できる。

（２） ｆ（ｕ）の回転周波数ｆｒに対する次数パラメータｇ（ｕ）を算出し、次数パラメータｇ（ｕ）の標準偏差と基準値ｉを比較して、次数パラメータｇ（ｕ）の標準偏差が基準値ｉより小さい場合に、軸受１０に損傷があると判定するようにした。これにより、検出された周波数が特徴周波数および特徴周波数の振動が振幅変調された振動の周波数であるかどうかを一つのパラメータで判定して、軸受１０の損傷の有無を判定できるので、軸受１０の損傷の有無の判定精度を向上できる。

−−−第３の実施の形態−−−
図７，８を参照して、本発明による軸受の損傷検出方法の第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１および第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１または第２の実施の形態と同じである。本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に次数パラメータｇ（ｕ）に基づいて軸受１０の損傷の有無を判定する他に、主に、各周波数範囲における最大ピークの周波数ｆ（ｕ）の振幅値の平均値が経時的に変化したか否かによって、軸受１０の損傷が進展しているか否かを判定する点で、第１および第２の実施の形態と異なる。

図７は、第３の実施の形態の軸受の損傷検出の処理内容を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、内輪２の損傷の有無を検出する処理内容を例に説明する。軸受の損傷検出装置の不図示の電源スイッチがオンされて軸受の損傷検出の開始が指示されると、この処理を行うプログラムが周期的（たとえば数秒毎）に起動されて、計測装置９の演算部９ａで実行される。ステップＳ１およびステップＳ３、ステップＳ２５〜Ｓ３１、ステップＳ１３は、第２の実施の形態の図７における各ステップと同じである。

ステップＳ１３が実行されるとステップＳ４１へ進み、周波数ｆ（ｕ）の振幅値ａ（ｕ）について、ｕが１から（２ｓ＋１）までのａ（ｕ）の平均値Ａを求め、求めた平均値Ａを現在の日時の情報とともに不図示のメモリに記憶させてステップＳ４３へ進む。なお、現在の日時の情報は、計測装置９の不図示のリアルタイムクロックから取得する。ステップＳ４３において、不図示のメモリに記憶された平均値Ａのうち、現在の日時より所定の期間Ｔａ以上前の期間内に記憶されたものがあれば、その中から最も新しい平均値Ａ（以下、前回の平均値Ａ）をメモリ読み出して、ステップＳ４１で今回算出した平均値Ａ（以下、今回の平均値Ａ）と比較する。そして、今回の平均値Ａが前回の平均値Ａよりも大きい値であるか否かを判断する。なお、所定の期間Ｔａは、負荷の大きさや軸受１０が設けられている機器における軸受１０の重要度などに応じて適宜定められている。

ステップＳ４３が否定判断されると本プログラムを終了する。すなわち、不図示のメモリに現在の日時より所定の期間以上前の期間内に記憶された平均値Ａが存在しなかった場合や、今回の平均値Ａが前回の平均値Ａ以下である場合には、本プログラムを終了する。ステップＳ４３が肯定判断されると、すなわち、今回の平均値Ａが前回の平均値Ａよりも大きい値である場合には、ステップＳ４５へ進む。ステップＳ４５において、軸受１０の異常が進展した旨の報知をするように警報部９ｂへ信号を出力する。なお、警報部９ｂでは、演算部９ａからの信号を受信すると軸受１０の異常が進展した旨の警報を発する。ステップＳ４５が実行されると本プログラムを終了する。

図８は、図６に示す周波数分析結果に係る軸受を所定の時間使用した後、再び周波数分析した結果の一例を示す図である。図６に示す周波数分析結果に基づいて、演算部９ａは、ｇ（ｕ）の標準偏差が基準値ｉを下回っており軸受に損傷があると判定された場合、各周波数ｆ（１）〜ｆ（５）の振幅値ａ（１）〜ａ（５）の平均値Aを算出し、算出した平均値Ａを現在の日時の情報とともに不図示のメモリに記憶させる。また、演算部９ａは、図８に示す周波数分析結果に基づいて、ｇ（ｕ）の標準偏差が基準値ｉを下回っており軸受に損傷があると判定された場合、各周波数ｆ（１）〜ｆ（５）の振幅値ａ（１）〜ａ（５）の平均値Aを算出し、算出した平均値Ａを現在の日時の情報とともに不図示のメモリに記憶させる。

演算部９ａは、図６に示す周波数分析結果に基づいて算出した平均値Ａが図８に示す周波数分析結果に基づいて平均値Ａを算出した時点から所定の期間Ｔａ以上前の期間内に記憶されたものであれば、図６に示す周波数分析結果に基づいて算出した平均値Ａと図８に示す周波数分析結果に基づいて平均値Ａとを比較する。図８に示す周波数分析結果に基づいて算出した平均値Ａが図６に示す周波数分析結果に基づいて算出した平均値Ａよりも大きい場合、演算部９ａは、軸受の損傷が進展していると判定する。

上述した第３の実施の形態の軸受の損傷検出方法では、第１および第２の実施の形態の作用効果に加え、次の作用効果を奏する。
（１） 各周波数範囲における最大ピークの周波数ｆ（ｕ）の振幅値の平均値が経時的に変化したか否かによって、軸受１０の損傷が進展しているか否かを判定するようにした。これにより、軸受１０の損傷の進展度合を判定できるので、軸受１０の適切な交換時期が分かるようになり、軸受１０を効率的に使用および交換できる。

−−−変形例−−−
（１） 上述した第１の実施の形態では、周波数間隔ｄを算出する周波数範囲が２つであったが、本発明はこれに限定されない。たとえば、周波数間隔ｄを算出する周波数範囲が３つ以上であってもよい。たとえば、周波数間隔ｄを算出する周波数範囲が第１〜第３の周波数範囲の３つであり、第１〜第３の周波数範囲におけるピークの周波数ｆ（ｎ），ｆ（ｍ），ｆ（ｌ）である場合について考える。周波数間隔ｄ１をｄ１＝ｆ（ｍ）―ｆ（ｎ）とし、周波数間隔ｄ２をｄ２＝ｆ（ｎ）―ｆ（ｌ）とし、周波数間隔ｄ３をｄ３＝ｆ（ｌ）―ｆ（ｍ）とする。そして、たとえば、すべての周波数間隔ｄ１〜ｄ３に関して、ｄ１−ｆｒ×（ｍ−ｎ）の絶対値、ｄ２−ｆｒ×（ｎ−ｌ）の絶対値、ｄ３−ｆｒ×（ｌ−ｍ）の絶対値がすべて基準値ｊより小さい時に軸受１０に損傷があると判定するようにしてもよい。また、たとえば、ｄ１−ｆｒ×（ｍ−ｎ）の絶対値、ｄ２−ｆｒ×（ｎ−ｌ）の絶対値、ｄ３−ｆｒ×（ｌ−ｍ）の絶対値のうち、２つの絶対値（すなわち過半数の絶対値）が基準値ｊより小さい時に軸受１０に損傷があると判定するようにしてもよい。

（２） 上述の説明では、各周波数範囲における最大ピークの周波数に基づいて、軸受１０に損傷があるか否かを判定するようにしているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、各周波数範囲における最大ピークの周波数でなく、２番目に大きいピークの周波数や３番目に大きいピークの周波数に基づいて、軸受１０に損傷があるか否かを判定するようにしてもよい。各周波数範囲に他の要因で発生した周波数のピークが現れる可能性があるからである。

（３） 上述の説明では、たとえば、第１の周波数範囲であれば、ｆｒ×ｎより大きくｆｒ×（ｎ＋１）より小さい範囲に設定することで、回転周波数ｆｒの整数倍を含まない周波数範囲を設定して、回転周波数ｆｒの整数倍の周波数のピークの影響を排除するようにしているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、回転周波数ｆｒの整数倍を含む周波数範囲を設定した場合には、検出される回転周波数の整数倍の周波数のピークを軸受１０に損傷があるか否かを判定する際の演算から除外することで、回転周波数ｆｒの整数倍の周波数のピークの影響を排除するようにしてもよい。

（４） 上述した第２および第３の実施の形態では、設ける周波数範囲を回転周波数ｆｒだけ離間した奇数個としたが、偶数個でもよい。
（５） 上述の説明では、加速度センサ７が３軸加速度センサであるが、本発明はこれに限定されない。少なくとも１つの軸線方向の振動加速度を計測できる加速度センサであればよい。

（６） 上述の説明では、内輪２が回転するものとして説明しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、内輪２が静止していて外輪１が回転するように軸受１０が配設されていてもよく、外輪１および内輪２がともに回転するように軸受１０が配設されていてもよい。たとえば、内輪２が静止していて外輪１が回転するように軸受１０が配設されている場合には、加速度センサ７をシャフト６に取り付けてもよい。この場合であっても、内輪特徴周波数ｆｉおよび外輪特徴周波数ｆｏを算出した式（２）〜式（３）をそのまま用いることができる。また、外輪１および内輪２がともに回転するように軸受１０が配設されていている場合には、加速度センサ７を保持部材５に取り付けてもよく、シャフト６に取り付けてもよい。
（７） 上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。

なお、本発明は、上述した実施の形態のものに何ら限定されず、内輪および外輪と、内輪および外輪と接して転動する転動体と、転動体を保持する保持器とを有する軸受の損傷検出方法において、内輪または外輪の可動側が回転している時の軸受の振動をセンサで測定し、センサで測定して得られた軸受の振動波形を周波数分析し、周波数分析した結果に基づいて、内輪または外輪の可動側の回転周波数ｆｒと略等しい範囲を有し、それぞれが互いに重複せず、かつ、回転周波数ｆｒの整数倍を含まない周波数範囲を少なくとも２つ以上設定し、複数の設定された周波数範囲のそれぞれにおけるピークの周波数を求め、得られたピークの周波数同士の差と、回転周波数ｆｒのｋ倍（ｋは1以上の整数）とを比較し、比較した両者が一致すると見なせるか否かを判断し、比較した両者が一致すると見なせると判断されると軸受が損傷していると判断することを特徴とする各種の軸受の損傷検出方法を含むものである。
また、本発明は、上述した実施の形態のものに何ら限定されず、内輪および外輪と、内輪および外輪と接して転動する転動体と、転動体を保持する保持器とを有する軸受の損傷検出方法において、内輪または外輪の可動側が回転している時の軸受の振動をセンサで測定し、センサで測定して得られた軸受の振動波形を周波数分析し、周波数分析した結果に基づいて、内輪または外輪の可動側の回転周波数ｆｒと略等しい範囲を有し、それぞれが互いに重複せず、かつ、回転周波数ｆｒの整数倍を含まない周波数範囲をＹ個（Ｙは２以上の整数）設定し、Ｙ個の設定された周波数範囲のそれぞれにおける最大ピークの周波数を求め、ｕ番目（ｕは１以上Ｙ以下の整数）の周波数範囲における最大ピークの周波数をｆ（ｕ）とした時のｕが１からＹまでの次数パラメータｇ（ｕ）＝ｆ（ｕ）／ｆｒ−（ｎ＋ｕ−１）について標準偏差を求め、この標準偏差が基準値よりも小さい場合には、軸受が損傷していると判断することを特徴とする各種の軸受の損傷検出方法を含むものである。

１ 外輪 ２ 内輪
３ 転動体 ４ 保持器
５ 保持部材 ７ 加速度センサ
８ アンプ ９ 計測装置
１０ 軸受

Claims (10)

1. 内輪および外輪と、前記内輪および前記外輪と接して転動する転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する軸受の損傷検出方法において、
   前記内輪または前記外輪の可動側が回転している時の前記軸受の振動をセンサで測定し、
   前記センサで測定して得られた前記軸受の振動波形を周波数分析し、
   前記周波数分析した結果に基づいて、前記内輪または前記外輪の可動側の回転周波数ｆｒと略等しい範囲を有し、それぞれが互いに重複せず、かつ、前記回転周波数ｆｒの整数倍を含まない周波数範囲を少なくとも２つ以上設定し、
   複数の前記設定された周波数範囲のそれぞれにおけるピークの周波数を求め、
   得られたピークの周波数同士の差と、前記回転周波数ｆｒのｋ倍（ｋは1以上の整数）とを比較し、比較した両者が一致すると見なせるか否かを判断し、比較した両者が一致すると見なせると判断されると前記軸受が損傷していると判断することを特徴とする軸受の損傷検出方法。
2. 請求項１に記載の軸受の損傷検出方法において、
   前記設定された周波数範囲のそれぞれにおいて最大となるピークの周波数を求め、
   得られた最大となるピークの周波数同士の差と、前記内輪または前記外輪の可動側の回転周波数ｆｒのｋ倍とを比較し、比較した両者が一致すると見なせるか否かを判断し、比較した両者が一致すると見なせると判断されると前記軸受が損傷していると判断することを特徴とする軸受の損傷検出方法。
3. 内輪および外輪と、前記内輪および前記外輪と接して転動する転動体と、前記転動体を保持する保持器とを有する軸受の損傷検出方法において、
   前記内輪または前記外輪の可動側が回転している時の前記軸受の振動をセンサで測定し、
   前記センサで測定して得られた前記軸受の振動波形を周波数分析し、
   前記周波数分析した結果に基づいて、前記内輪または前記外輪の可動側の回転周波数ｆｒと略等しい範囲を有し、それぞれが互いに重複せず、かつ、前記回転周波数ｆｒの整数倍を含まない周波数範囲をＹ個（Ｙは２以上の整数）設定し、
   Ｙ個の前記設定された周波数範囲のそれぞれにおける最大ピークの周波数を求め、
   ｕ番目（ｕは１以上Ｙ以下の整数）の前記周波数範囲における最大ピークの周波数をｆ（ｕ）とした時のｕが１からＹまでの次数パラメータｇ（ｕ）＝ｆ（ｕ）／ｆｒ−（ｎ＋ｕ−１）について標準偏差を求め、この標準偏差が基準値よりも小さい場合には、前記軸受が損傷していると判断することを特徴とする軸受の損傷検出方法。
4. 請求項３に記載の軸受の損傷検出方法において、
   前記最大ピークの周波数ｆ（ｕ）の振幅をａ（ｕ）とした時のｕが１からＹまでのａ（ｕ）について平均値を求め、この平均値が時間の経過とともに増加した場合には、前記軸受の損傷が進展したと判断することを特徴とする軸受の損傷検出方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の軸受の損傷検出方法において、
   前記周波数分析した結果に基づいて得られる周波数のピークのうち、内輪の１点の損傷部分を転動体が通ることによって生じる振動に起因する周波数のピークと、外輪の１点の損傷部分を転動体が通ることによって生じる振動に起因する周波数のピークとのいずれか一つを、前記設定された周波数範囲のいずれか１つに含まれていることを特徴とする軸受の損傷検出方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸受の損傷検出方法において、
   転動体直径をｄ、転動体ピッチ円直径をＤ、転動体数をＺ、転動体接触角をα、内輪または外輪の回転数をＮとし、内輪および外輪と転動体との間にすべりが生じないとした時に、内輪の１点を転動体が通る内輪特徴周波数ｆｉ＝（Ｄ＋ｄ×ｃｏｓα）×Ｚ×Ｎ／（１２０×Ｄ）と、外輪の１点が転動体を通る外輪特徴周波数ｆｏ＝（Ｄ−ｄ×ｃｏｓα）×Ｚ×Ｎ／（１２０×Ｄ）のいずれか一つをｔ倍（ｔは1以上の整数）して回転周波数ｆｒ＝Ｎ／６０のｒ倍（ｒは整数）を足した値が、前記設定された周波数範囲に含まれていることを特徴とする軸受の損傷検出方法。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の軸受の損傷検出方法において、
   前記設定された周波数範囲は、ｆｒ×ｎ（ｎは１以上の整数）より大きくｆｒ×（ｎ＋１）より小さい周波数範囲であることを特徴とする軸受の損傷検出方法。
8. 請求項６に記載の軸受の損傷検出方法において、
   前記設定された周波数範囲は、ｆｒ×ｎ（ｎは１以上の整数）より大きくｆｒ×（ｎ＋１）より小さい周波数範囲であることを特徴とする軸受の損傷検出方法。
9. 請求項８に記載の軸受の損傷検出方法において、
   前記設定された周波数範囲を（２ｓ＋１）個（ｓは１以上の整数）とし、それぞれの周波数範囲をｆｒ×ｎより大きくｆｒ×（ｎ＋１）より小さい周波数範囲、ｆｒ×（ｎ＋１）より大きくｆｒ×（ｎ＋２）より小さい周波数範囲・・・ｆｒ×（ｎ＋２ｓ）より大きくｆｒ×（ｎ＋２ｓ＋１）より小さい周波数範囲としたことを特徴とする軸受の損傷検出方法。
10. 請求項９に記載の軸受の損傷検出方法において、
    ｆｉ×ｔおよびｆｏ×ｔのいずれか１つが、ｆｒ×（ｎ＋ｓ）より大きくｆｒ×（ｎ＋ｓ＋１）より小さい範囲に含まれていることを特徴とする軸受の損傷検出方法。
    

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