JP6196093B2 - 軸受装置の振動解析方法、軸受装置の振動解析装置、および転がり軸受の状態監視装置 - Google Patents
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Description
好ましくは、励振力の履歴を算出するステップにおいて、転がり軸受の固定輪は、負荷圏内にある転動体の位置の軸受ラジアル方向において、線形ばねを介して筐体と接続されているものとする。
図1は、この発明の実施の形態1による振動解析方法によって解析される軸受装置10のモデルを示した図である。図1を参照して、軸受装置10は、転がり軸受20と、ハウジング30とを備える。この実施の形態1では、転がり軸受20が玉軸受の場合について説明される。転がり軸受20は、内輪22と、複数の転動体24と、外輪26とを含む。
図2は、この実施の形態1による振動解析装置のハードウェア構成の要部を示すブロック図である。図2を参照して、振動解析装置100は、入力部110と、インターフェース(I/F)部120と、CPU(Central Processing Unit)130と、RAM(Random Access Memory)140と、ROM(Read Only Memory)150と、出力部160とを含む。
図5は、転がり軸受の状態監視装置が適用される風力発電設備の構成を概略的に示した図である。図5を参照して、風力発電設備310は、主軸320と、ブレード330と、増速機340と、発電機350と、主軸用軸受装置(以下、単に「軸受装置」と称する。)360と、振動センサ370と、データ処理装置380とを備える。増速機340、発電機350、軸受装置360、振動センサ370およびデータ処理装置380は、ナセル390に格納され、ナセル390は、タワー400によって支持される。
B(N)=b×N-0.5 …(2)
ここで、a,bは、実験等によって予め定められる定数であり、異なる値であってもよいし、同じ値であってもよい。
そして、修正振動度算出部430は、式(3)により算出された修正振動度Vr*を記憶部480へ出力する。
上記においては、軸受装置10の振動特性を解析する際の過渡応答解析については、モード解析法を用いるものとしたが、モード解析法に代えて直接積分法を用いてもよい。直接積分法とは、算出された転動体と軌道面との間の接近量の変化量や励振力の履歴を軸受装置10の有限要素モデルに与えて逐次積分していく手法であり、振動解析装置100が十分な演算処理能力を有している場合に有効である。
上記の実施の形態1およびその変形例では、転がり軸受20が玉軸受によって構成されるものとしたが、この実施の形態2では、転がり軸受20がころ軸受によって構成される場合について説明する。
上記の実施の形態1,2では、動力学解析プログラムによって、転がり軸受20の回転軸が回転したときに転がり軸受20に生じる励振力の履歴が算出され、その算出された励振力の履歴を軸受装置10の振動特性モデルに与えることによって軸受装置10の振動波形が得られる。
この実施の形態4では、転がり軸受の状態監視装置において転がり軸受の異常判定を行なうためのしきい値まで振動解析装置が算出する。すなわち、この実施の形態4に示される振動解析装置は、予測される振動波形に基づいて、状態監視装置における異常判定用の振動のしきい値まで決定するものである。
Claims (9)
- 転がり軸受およびその筐体を含む軸受装置の振動をコンピュータにより解析するための軸受装置の振動解析方法であって、
前記転がり軸受の転動体と軌道面との接触部に与える損傷の形状データを入力するステップと、
前記転がり軸受の動力学解析を行なう動力学解析プログラムによって、前記転がり軸受の回転軸が回転したときに前記損傷により前記転がり軸受に生じる励振力の履歴を算出するステップと、
前記軸受装置が有する振動モードを解析するモード解析プログラムによって、前記軸受装置の振動特性を示す振動特性モデルを算出するステップと、
前記励振力の履歴を算出するステップにより算出される励振力の履歴を前記振動特性モデルに与えることによって、前記軸受装置の所定位置における振動波形を算出するステップとを含み、
前記振動波形を算出するステップにおいて、前記励振力の履歴は、前記振動特性モデルにおける前記転がり軸受の回転輪の中心軸上の少なくとも1点に付与される、軸受装置の振動解析方法。 - 前記振動波形を算出するステップにより算出された振動波形を用いて、前記転がり軸受を異常と判定するための振動の大きさのしきい値を決定するステップをさらに含む、請求項1に記載の軸受装置の振動解析方法。
- 前記転がり軸受は、玉軸受であり、
前記励振力の履歴を算出するステップは、
前記転がり軸受の転動体と軌道面との接触を解析する接触解析プログラムによって、前記与えられた損傷により生じる、前記転動体と前記軌道面との間の接近量の変化を算出するステップと、
前記動力学解析プログラムによって、前記転がり軸受の回転軸が回転したときに前記接近量の変化により前記転がり軸受に生じる前記励振力の履歴を算出するステップとを含む、請求項1に記載の軸受装置の振動解析方法。 - 前記転がり軸受は、ころ軸受であり、
前記動力学解析プログラムには、ころと軌道面との接触部をころの軸方向に沿って微小な幅に分割して得られる微小幅部分毎に接触荷重を算出するスライス法が用いられ、
前記振動解析方法は、与えられた損傷により生じるころの接近量の変化量をスライス毎に変換するステップをさらに含み、
前記励振力の履歴を算出するステップは、前記スライス法を用いた前記動力学解析プログラムによって前記励振力の履歴を算出するステップを含む、請求項1に記載の軸受装置の振動解析方法。 - 前記接近量は、弾性接近量である、請求項3または4に記載の軸受装置の振動解析方法。
- 前記励振力の履歴を算出するステップにおいて、前記転がり軸受の固定輪は、負荷圏内にある転動体の位置の軸受ラジアル方向において、線形ばねを介して前記筐体と接続されているものとする、請求項1に記載の軸受装置の振動解析方法。
- 転がり軸受およびその筐体を含む軸受装置の振動をコンピュータにより解析するための軸受装置の振動解析方法であって、
前記転がり軸受の転動体と軌道面との接触部に与える損傷の形状データを入力するステップと、
前記転がり軸受の動力学解析を行なう動力学解析プログラムによって、前記転がり軸受の回転軸が回転したときに前記損傷により前記転がり軸受に生じる励振力の履歴を算出するステップと、
前記軸受装置が有する振動モードを解析するモード解析プログラムによって、前記軸受装置の振動特性を示す振動特性モデルを算出するステップと、
前記励振力の履歴を算出するステップにより算出される励振力の履歴を前記振動特性モデルに与えることによって、前記軸受装置の所定位置における振動波形を算出するステップとを含み、
前記振動波形を算出するステップにおいて、前記励振力の履歴は、負荷圏内にある転動体に対して、前記負荷圏内の各転動体が支持する力の配分に応じて付与される、軸受装置の振動解析方法。 - 転がり軸受およびその筐体を含む軸受装置の振動を解析する軸受装置の振動解析装置であって、
前記転がり軸受の転動体と軌道面との接触部に与える損傷の形状データを入力するための入力部と、
前記転がり軸受の動力学解析を行なう動力学解析プログラムによって、前記転がり軸受の回転軸が回転したときに前記損傷により前記転がり軸受に生じる励振力の履歴を算出する励振力算出部と、
前記軸受装置が有する振動モードを解析するモード解析プログラムによって、前記軸受装置の振動特性を示す振動特性モデルを算出する振動特性算出部と、
前記励振力算出部により算出される励振力の履歴を前記振動特性算出部により算出される振動特性モデルに与えることによって、前記軸受装置の所定位置における振動波形を算出する振動波形算出部とを備え、
前記振動波形算出部において、前記励振力の履歴は、前記振動特性モデルにおける前記転がり軸受の回転輪の中心軸上の少なくとも1点に付与される、軸受装置の振動解析装置。 - 転がり軸受およびその筐体を含む軸受装置の振動を測定するための振動センサと、
前記振動センサを用いて測定される振動の大きさが所定のしきい値を超えると前記転がり軸受を異常と判定する判定部とを備え、
前記所定のしきい値は、前記軸受装置の振動をコンピュータにより解析するための振動解析方法により算出される振動波形を用いて決定され、
前記振動解析方法は、
前記転がり軸受の転動体と軌道面との接触部に与える損傷の形状データを入力するステップと、
前記転がり軸受の動力学解析を行なう動力学解析プログラムによって、前記転がり軸受の回転軸が回転したときに前記損傷により前記転がり軸受に生じる励振力の履歴を算出するステップと、
前記軸受装置が有する振動モードを解析するモード解析プログラムによって、前記軸受装置の振動特性を示す振動特性モデルを算出するステップと、
前記励振力の履歴を算出するステップにより算出される励振力の履歴を前記振動特性モデルに与えることによって、前記軸受装置において前記振動センサが設置される場所における振動波形を算出するステップとを含み、
前記振動波形を算出するステップにおいて、前記励振力の履歴は、前記振動特性モデルにおける前記転がり軸受の回転輪の中心軸上の少なくとも1点に付与される、転がり軸受の状態監視装置。
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