JP6561720B2 - 軸受評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鋼用圧延装置や風力発電装置などの大形回転機械で使用される軸受の損傷の有無、及び損傷している場合の損傷箇所を弁別するための軸受評価装置に関する。

従来、例えば鉄鋼用圧延装置等の大形の装置に用いられる軸受では、軸受部品の摩耗や破損による不都合の発生を防止するために、定期的に分解目視検査を実施するようにしている。この分解目視検査は、装置の一定期間の使用後に、軸受を装置から取り外して分解し、各軸受構成部品に対して、熟練した専門の検査担当者が、目視によって、摩耗の度合いや傷の有無を確認するものである。新品の軸受にはない凹凸や摩耗などの異常が検出されれば、新品に交換した後に、再度、組み立てを実施する。

ところが、上述した分解検査は、装置から軸受を取り外す分解作業や、検査済みの軸受を再度装置に組み込み直す組込作業に多大な労力がかかり、装置の維持コストの大幅な増大を招くという問題があった。また、検査時の分解作業や組み込み作業時に、誤って軸受部品等に打痕をつけて、検査自体が部品交換を増やす原因となる虞もあった。更には、検査担当者の熟練度によっては、欠陥の見落としや、不要な部品交換の実施等の不備が発生する虞もあった。

そこで、このような大形装置に用いられる軸受の摩耗や破損による異常の有無を、上述した分解目視検査によらずに、小形軸受の異常診断等で普及している軸受評価装置（例えば特許文献１参照）を応用することが検討されている。

図２は特許文献１で開示された、かかる軸受評価装置１０１を示したものである。この軸受評価装置１０１は、転がり軸受１０３の発生する音又は振動をハウジングに取付けられた検出手段１０５によって電気信号に変換し、この電気信号を波形処理によって周波数スペクトルデータに変換し、得られたスペクトルデータが、その転がり軸受１０３の異常に起因した特定の周波数成分値にピークを持つか否かによって、転がり軸受１０３の特定部位に対する異常の有無の診断を行うものである。

このような軸受評価装置によって大形の軸受の異常診断が可能になるならば、定期的な軸受の分解作業や組み込み作業が不要になり、更に、検査作業の操作で誤って軸受を破損させるような不都合も回避することができる。更に検査担当者の熟練度によって検査の信頼性が左右されるといったことも無くなり、無駄な部品交換を無くして、装置の維持コストの低減を図ることが可能になる。

また近年、再生可能エネルギーとして着目されている風力発電の風車用軸受では、風車が高所又は洋上に設置されたりすることが多く、軸受の分解作業や組み込み作業が極めて困難であったり、非常に手間がかかることから、かかる作業を定期的に実施するのを回避するためにも、軸受の分解等を要しない軸受評価装置が待望されている。

しかし、前述した風車や鉄鋼用の圧延機等の大形の装置に用いられる軸受は、２０ｒｐｍ（３秒間に１回転）以下の低速で使用されることが多い。このような低速回転で使用される場合は、軸受損傷の発生場所に応じて出力される特定の周波数成分が互いに近接してくる。このため、得られたスペクトルデータが、その転がり軸受の異常に起因した特定の周波数成分値にピークを持っているが、損傷の発生場所が例えば内輪であるのか又は外輪であるのかを弁別するのが困難な場合があり得る。

別の従来技術として、特許文献２には、１０ｒｐｍ以下の極低速回転機械のころがり軸受から発生する音響信号を、集音機能をもつマイクロホン等を用いて検出して周波数分析によってスペクトル分布を求め、処理して得られた周波数のスペクトル平均値または実効値を基準値と比較し、このスペクトル平均値または実効値が基準値を超えたとき軸受異常と判定する軸受評価装置が開示されている。しかしながら、かかる軸受評価装置の場合、ハウジングに囲われている軸受に適用しようとすると、軸受が露出している場合に比べ音響信号が弱いため、ＳＮ比が悪い（雑音の影響が大きい）という問題があった。

特開２００３−１８５５３５号公報 特開２００８−２６８１８７号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、低速回転で使用される大形の軸受等の転がり軸受の摩耗や破損等の異常の有無を、装置の分解等が必要なく、しかも高い信頼性で診断することのできる軸受評価装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 回転側の第１の軌道輪と、固定側の第２の軌道輪と、前記第１の軌道輪と前記第２の軌道輪との間に転動自在に設けられた転動体とを備えた転がり軸受の軸受評価装置であって、
前記第１の軌道輪と一体の回転軸に一体に取付けられた、複数の第１の検出装置および該第１の検出装置の検出信号を受け取るテレメータ送信部と、
該テレメータ送信部からの信号を無線で受信するテレメータ受信部と、
前記第２の軌道輪と一体のハウジングに前記第２の軌道輪と同心円上の位置において一体に取付けられた複数の第２の検出装置と、
前記テレメータ受信部で受信された前記第１の検出装置からの検出信号と、前記第２の検出装置からの検出信号とを、対比判定する信号処理部と、
を備えた軸受評価装置。
（２） 前記第１の検出装置は、前記回転軸の周方向にほぼ等間隔で取付けられ、
前記第２の検出装置は、前記ハウジングに、前記周方向にほぼ等間隔で取付けられている（１）に記載の軸受評価装置。
（３） 前記信号処理部は、複数の前記第１の検出装置からの検出信号、及び複数の前記第２の検出装置からの検出信号のそれぞれで、複数の前記検出装置の検出値を相互に比較することにより、損傷部位の位相を判定する（１）又は（２）に記載の軸受評価装置。

本発明の軸受評価装置によれば、回転側の第１の軌道輪に一体に取付けられた第１の検出装置からの検出信号と、固定側の第２の軌道輪に一体に取付けられた第２の検出装置からの検出信号とを信号処理部にて対比判定するため、何れかの軌道輪又は転動体に異常があった場合、転がり軸受を分解することなく、精度よく信頼性の高い診断を行うことが可能になる。

本発明に係る軸受評価装置の一実施形態の概略構成を示す説明図である。 従来の評価装置のブロック図である。

以下、本発明に係る軸受評価装置について、図１に基づいて説明する。

図１に示すように、軸受評価装置１は、転がり軸受３の回転側の第１の軌道輪５と一体の回転軸２１に取付けられた第１の検出装置１１およびテレメータ送信部１３と、テレメータ送信部１３からの信号を無線で受信するテレメータ受信部１５と、転がり軸受３の固定側の軌道輪７と一体のハウジング２３に取付けられた第２の検出装置１７と、第１の検出装置１１からの検出信号と第２の検出装置からの検出信号とを対比判定する信号処理部１９と、を備える。

転がり軸受３は、本実施形態の場合、風車主軸や鉄鋼用の圧延機等の大形の装置に用いられる低速回転用の転がり軸受である。この転がり軸受３は、回転軸２１に固定され回転軸２１と一体とされている回転側の第１の軌道輪としての内輪５と、装置のハウジング２３に設けられハウジング２３と一体とされている固定側の第２の軌道輪としての外輪７と、外輪７と内輪５間に転動自在に設けられた転動体９とを有している。また図示は省略されているが、転動体９を周方向に略等間隔で保持するための保持器を必要に応じ設けてもよい。

第１の検出装置としての第１の加速度ピックアップ１１が、回転軸２１に取付けられている。この取付けは、例えばマグネットや接着剤により行われる。この第１の加速度ピックアップ１１は、回転軸２１に発生する内輪５の振動値を検出し電気信号に変換するもので、例えば圧電型の検出器を用いることができる。回転軸２１に取付けられる第１の加速度ピックアップ１１の数は１個でも構わないが、後述するように、より精度の高い評価を行うには、回転軸２１の周方向にほぼ等間隔で複数個設置されるのが好ましい。

なお、振動の検出形式としては、加加速度型、加速度型、速度型、変位型等の適宜形式のものの採用が可能である。また、第１の加速度ピックアップは、本実施形態では内輪と一体の回転軸に取付けられているが、風車用軸受など軸受サイズが大きい場合は、内輪５に直接取付けられてもよい。さらに、振動を検出する検出器としては、ほかにも、ＡＥセンサ、超音波センサ、ショックパルスセンサ、マイクロホン等、転がり軸受の振動に起因して発生する物理量を電気信号化できるものを用いることが出来る。

テレメータ送信部１３が、例えばマグネットや接着剤により又はベルトで固縛されることにより、回転軸２１に取付けられている。このテレメータ送信部１３と上述した第１の加速度ピックアップ１１とは互いにケーブルによって電気的に接続され、テレメータ送信部１３は第１の加速度ピックアップ１１から発生した電気信号を直接受け取るようになっている。

テレメータ受信部１５は、ハウジング２３に取付けられている。このテレメータ受信部１５は、上述したテレメータ送信部１３から無線で送信されてくる電気信号を受信する。かかる無線による送受信を信頼性の高いものにするために、テレメータ受信部１５は、極力テレメータ送信部１３と近接配置されているのが好ましい。

第２の検出装置としての第２の加速度ピックアップ１７が、ハウジング２３に取付けられている。この取付けも、例えばマグネットや接着剤により行われるが、ハウジングに形成された取付穴内に埋設されてもよい。この第２の加速度ピックアップ１７は、ハウジング２３に発生する外輪７の振動値を検出し電気信号に変換するもので、上述した第１の加速度ピックアップ１１と同様なタイプの検出器を用いることができる。

ハウジング２３に取付けられる第２の加速度ピックアップ１７の数は１個でも構わないが、後述するように、より精度の高い評価を行うには、外輪７の外径側で外輪７と同心円上の位置において周方向にほぼ等間隔で複数個設置されるのが好ましい。なお、第２の加速度ピックアップ１７も、軸受サイズが大きい場合は、外輪７に直接取付けられてもよい。

信号処理部１９は、テレメータ受信部１５が受信した第１の加速度ピックアップ１１からの検出信号と、第２の加速度ピックアップ１７からの検出信号とを対比判定し、転がり軸受３の状態を評価する。

引続いて、信号処理部１９での測定データの判定診断について説明する。

この判定は、もし損傷部位がある場合はこの損傷部位からの振動値が損傷のない部位からの振動値と異なるという原理に基づき、第１の加速度ピックアップ１１および第２の加速度ピックアップ１７の振動値を互いに比較することによって行う。また、上述したように、第１の加速度ピックアップ１１および第２の加速度ピックアップ１７を周方向にほぼ等間隔に配置した場合、これら複数個の加速度ピックアップの振動値を相互に比較することにより、損傷部位の位相を正確に判定することができる。

なお、本発明は、前述した実施形態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。例えば、回転側の第１の軌道輪には加速度ピックアップとエンコーダとを組合わせて取付けることにより、もし損傷がある場合の損傷の位相位置を判別することが可能となる。

１ 軸受評価装置
３ 転がり軸受
５ 内輪
７ 外輪
９ 転動体
１１ 第１の加速度ピックアップ
１３ テレメータ送信部
１５ テレメータ受信部
１７ 第２の加速度ピックアップ
１９ 信号処理部

Claims (3)

1. 回転側の第１の軌道輪と、固定側の第２の軌道輪と、前記第１の軌道輪と前記第２の軌道輪との間に転動自在に設けられた転動体とを備えた転がり軸受の軸受評価装置であって、
   前記第１の軌道輪と一体の回転軸に一体に取付けられた、複数の第１の検出装置および該第１の検出装置の検出信号を受け取るテレメータ送信部と、
   該テレメータ送信部からの信号を無線で受信するテレメータ受信部と、
   前記第２の軌道輪と一体のハウジングに前記第２の軌道輪と同心円上の位置において一体に取付けられた複数の第２の検出装置と、
   前記テレメータ受信部で受信された前記第１の検出装置からの検出信号と、前記第２の検出装置からの検出信号とを、対比判定する信号処理部と、
   を備えた軸受評価装置。
2. 前記第１の検出装置は、前記回転軸の周方向にほぼ等間隔で取付けられ、
   前記第２の検出装置は、前記ハウジングに、前記周方向にほぼ等間隔で取付けられている請求項１に記載の軸受評価装置。
3. 前記信号処理部は、複数の前記第１の検出装置からの検出信号、及び複数の前記第２の検出装置からの検出信号のそれぞれで、複数の前記検出装置の検出値を相互に比較することにより、損傷部位の位相を判定する請求項１又は２に記載の軸受評価装置。

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