JP7115658B1 - 油膜の温度導出方法、温度導出装置、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
前記装置により構成される電気回路に周波数を変化させながら交流電圧を印加することで前記潤滑剤の誘電率を測定する測定工程と、
前記測定工程にて測定された誘電率を理論式に適用し、前記潤滑剤の緩和時間を導出する導出工程と、
前記緩和時間を用いて、前記油膜温度を算出する算出工程と
を有する。
前記装置により構成される電気回路に周波数を変化させながら交流電圧を印加することで前記潤滑剤の誘電率を測定する測定手段と、
前記測定手段にて測定された誘電率を理論式に適用し、前記潤滑剤の緩和時間を導出する導出手段と、
前記緩和時間を用いて、前記油膜温度を算出する算出手段と
を有する。
コンピュータに、
装置により構成される電気回路に周波数を変化させながら交流電圧を印加することで、前記装置内の潤滑剤の誘電率を測定する測定工程と、
前記測定工程にて測定された誘電率を理論式に適用し、前記潤滑剤の緩和時間を導出する導出工程と、
前記緩和時間を用いて、前記潤滑剤の油膜温度を算出する算出工程と
を実行させる。
以下、本願発明の第1の実施形態について説明を行う。なお、以下の説明においては、転がり軸受として玉軸受を例に挙げて説明するが、これに限定するものではなく、本願発明は他の構成の転がり軸受にも適用可能である。例えば、本願発明が適用可能な転がり軸受の種類としては、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円錐ころ軸受、円筒ころ軸受、自動調心ころ軸受などが挙げられる。
図1は、本実施形態に係る診断装置1にて診断を行う際の全体構成の一例を示す概略構成図である。図1には、本実施形態に係る温度導出方法が適用される軸受装置2と、油膜の温度導出および診断を行う診断装置1が設けられる。なお、図1に示す構成は一例であり、軸受装置2の構成などに応じて、異なる構成が用いられてよい。また、図1においては、軸受装置2は、1の転がり軸受を備える構成を示したが、これに限定するものではなく、1の軸受装置2に複数の転がり軸受が備えられてもよい。
V=|V|exp(jωt) …(1)
I=|I|exp(jωt-jθ) …(2)
Z=V/I=|V/I|exp(jθ)=|Z|exp(jθ) …(3)
j:虚数
ω:交流電圧の角周波数
t:時間
θ:位相角(電圧と電流の位相のずれ)
図2は、周波数の変化に応じた誘電率(比誘電率や比誘電損率)の変化の傾向を説明するための図である。ここでは、図1に示す構成において、以下の条件により試験を行うことで軸受装置2に備えられた転がり軸受内の潤滑剤の比誘電率εr’および比誘電損率εr”を測定し、転がり軸受の潤滑剤による誘電緩和現象を確認している。ここでは、外輪温度が23℃の状態にて測定を行っている。また、転がり軸受内の潤滑剤による油膜に対する比較対象として、温度が23℃の潤滑剤(バルク状態)の測定結果を示す。なお、潤滑剤はいずれも同じものであり、バルク状態の潤滑剤は、測定時において温度変化は無いものとする。
軸受:深溝玉軸受(銘番:6306)
回転速度:997[min-1]
アキシアル荷重:1000[N]
ラジアル荷重:0[N]
温度:23[℃]
潤滑剤:リチウム系グリース
交流電圧:1.0[V]
交流電源の周波数:20~1M[Hz]
K:平衡定数
h:プランク定数
R:気体定数
kB:ボルツマン定数
T:絶対温度
ΔH‡:活性化エンタルピー
ΔS‡:活性化エントロピー
ΔG‡:活性化ギブズエネルギー(=ΔH‡-TΔS‡)
exp:指数関数
ΔH‡=39.5[kJ・mol-1]
ΔS‡=-2.5[J・mol-1・K-1]
次に、転がり軸受内の潤滑剤による誘電緩和現象に関するパラメータの導出について説明する。転がり軸受内の潤滑剤の誘電緩和現象に基づく電気特性は、図2にて示したような変化傾向を有する。この変化傾向の電気特性を特定するために実測値を理論式へ当てはめ(フィッティング)、各種パラメータを導出する。本実施形態では、転がり軸受内の潤滑剤の油膜の温度を導出するために、緩和時間τを特定する。本実施形態では、以下の式(7)~式(9)にて示す理論式を用いる。
εr∞:高周波極限での比誘電率
τ:緩和時間[s]
β:緩和時間の分布を表す定数
σ0:直流導電率[S/m]
ε0:真空の誘電率
π:円周率
f:周波数
図5は、図1に示す構成を用いて、転がり軸受の外輪の経時温度上昇において、周波数掃引により比誘電損率の測定を行った結果を示す図である。図5において、縦軸は比誘電損率εr”を示し、横軸は周波数[Hz]の対数を示す。また、ここでは、外輪の温度として、23℃、25℃、27℃、および29℃の4つを用いて説明する。図5に示すように、外輪の温度が高くなるに従って、緩和時間τ(ピーク位置)は高周波側に移動している。つまり、温度と緩和時間とは相関があることが読み取れる。
図7は、本実施形態に係る温度検出処理のフローチャートである。本処理は、診断装置1により実行され、例えば、診断装置1が備える制御装置(不図示)が本実施形態に係る処理を実現するためのプログラムを記憶装置(不図示)から読み出して実行することにより実現されてよい。
上記の実施形態では、転がり軸受内の潤滑剤による油膜を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、装置内において用いられており直接の温度検出が困難な物質であって、誘電緩和が生じる物質であれば、潤滑剤に限られず、本願発明に係る手法は適用可能である。また、適用する装置についても転がり軸受に限定するものではなく、その他、誘電緩和が生じる物質を利用した転動装置に本願発明に係る手法は適用可能である。
(1) 装置内の潤滑剤の油膜温度を導出する温度導出方法であって、
前記装置により構成される電気回路に周波数を変化させながら交流電圧を印加することで前記潤滑剤の誘電率を測定する測定工程と、
前記測定工程にて測定された誘電率を理論式に適用し、前記潤滑剤の緩和時間を導出する導出工程と、
前記緩和時間を用いて、前記油膜温度を算出する算出工程と
を有することを特徴とする温度導出方法。
この構成によれば、潤滑剤を用いる装置において直接潤滑剤の油膜温度の実測が困難な場合でも、油膜温度を導出することができる。
活性化エンタルピーΔH‡、および活性化エントロピーΔS‡は、バルク状態における前記潤滑剤の値が用いられることを特徴とする(1)に記載の温度導出方法。
この構成によれば、バルク状態の潤滑剤の情報を用いて、潤滑剤の油膜温度を容易に導出することが可能となる。
この構成によれば、装置内の潤滑剤による誘電緩和現象の電気特性を精度よく特定し、この電気特性に基づく値に基づいて、潤滑剤の油膜温度を導出することができる。
この構成によれば、また、算出した油膜温度に基づき、装置の状態診断を容易に行うことが可能となる。
この構成によれば、転動装置において直接潤滑剤の油膜温度の実測が困難な場合でも、油膜温度を導出することができる。
この構成によれば、転がり軸受において直接潤滑剤の油膜温度の実測が困難な場合でも、油膜温度を導出することができる。
前記装置により構成される電気回路に周波数を変化させながら交流電圧を印加することで前記潤滑剤の誘電率を測定する測定手段と、
前記測定手段にて測定された誘電率を理論式に適用し、前記潤滑剤の緩和時間を導出する導出手段と、
前記緩和時間を用いて、前記油膜温度を算出する算出手段と
を有することを特徴とする温度導出装置。
この構成によれば、潤滑剤を用いる装置において直接潤滑剤の油膜温度の実測が困難な場合でも、油膜温度を導出することができる。
装置により構成される電気回路に周波数を変化させながら交流電圧を印加することで、前記装置内の潤滑剤の誘電率を測定する測定工程と、
前記測定工程にて測定された誘電率を理論式に適用し、前記潤滑剤の緩和時間を導出する導出工程と、
前記緩和時間を用いて、前記潤滑剤の油膜温度を算出する算出工程と
を実行させるためのプログラム。
この構成によれば、潤滑剤を用いる装置において直接潤滑剤の油膜温度の実測が困難な場合でも、油膜温度を導出することができる。
2…軸受装置
3…外輪(外方部材)
4…内輪(内方部材)
5…転動体
6…シール
7…回転軸
8…LCRメータ
9…回転コネクタ
10…モータ
Claims (6)
- 装置内の潤滑剤の油膜温度を導出する温度導出方法であって、
前記装置により構成される電気回路に周波数を変化させながら交流電圧を印加することで前記潤滑剤の誘電率を測定する測定工程と、
前記測定工程にて測定された誘電率を理論式に適用することにより、前記潤滑剤の絶対温度と相関を有し、アイリングの式により定義される緩和時間を導出する導出工程と、
前記緩和時間を用いて、前記油膜温度を算出する算出工程と
を有し、
前記算出工程では、
τ:緩和時間
h:プランク定数
R:気体定数
k B :ボルツマン定数
ΔH ‡ :活性化エンタルピー
ΔS ‡ :活性化エントロピー
exp:指数関数
W:ランベルトW関数
を用いて前記油膜温度を算出し、
活性化エンタルピーΔH ‡ 、および活性化エントロピーΔS ‡ は、バルク状態における前記潤滑剤の値が用いられ、
前記理論式は、
ε r ”:比誘電損率
ε r0 :低周波極限での比誘電率
ε r∞ :高周波極限での比誘電率
τ:緩和時間
β:緩和時間の分布を表す定数
σ 0 :直流導電率
ε 0 :真空の誘電率
π:円周率
f:周波数
ω:交流電圧の角周波数
ln:対数関数
にて示されることを特徴とする温度導出方法。 - 前記算出工程にて算出した前記油膜温度を用いて前記装置の状態を診断する診断工程を更に有することを特徴とする請求項1に記載の温度導出方法。
- 前記装置は、転動装置であることを特徴とする請求項1に記載の温度導出方法。
- 前記装置は、転がり軸受であることを特徴とする請求項1に記載の温度導出方法。
- 装置内の潤滑剤の油膜温度を検出する温度導出装置であって、
前記装置により構成される電気回路に周波数を変化させながら交流電圧を印加することで前記潤滑剤の誘電率を測定する測定手段と、
前記測定手段にて測定された誘電率を理論式に適用することにより、前記潤滑剤の絶対温度と相関を有し、アイリングの式により定義される緩和時間を導出する導出手段と、
前記緩和時間を用いて、前記油膜温度を算出する算出手段と
を有し、
前記算出手段は、
τ:緩和時間
h:プランク定数
R:気体定数
k B :ボルツマン定数
ΔH ‡ :活性化エンタルピー
ΔS ‡ :活性化エントロピー
exp:指数関数
W:ランベルトW関数
を用いて前記油膜温度を算出し、
活性化エンタルピーΔH ‡ 、および活性化エントロピーΔS ‡ は、バルク状態における前記潤滑剤の値が用いられ、
前記理論式は、
ε r ”:比誘電損率
ε r0 :低周波極限での比誘電率
ε r∞ :高周波極限での比誘電率
τ:緩和時間
β:緩和時間の分布を表す定数
σ 0 :直流導電率
ε 0 :真空の誘電率
π:円周率
f:周波数
ω:交流電圧の角周波数
ln:対数関数
にて示されることを特徴とする温度導出装置。 - コンピュータに、
装置により構成される電気回路に周波数を変化させながら交流電圧を印加することで、前記装置内の潤滑剤の誘電率を測定する測定工程と、
前記測定工程にて測定された誘電率を理論式に適用することにより、前記潤滑剤の絶対温度と相関を有し、アイリングの式により定義される緩和時間を導出する導出工程と、
前記緩和時間を用いて、前記潤滑剤の油膜温度を算出する算出工程と
を実行させ、
前記算出工程では、
τ:緩和時間
h:プランク定数
R:気体定数
k B :ボルツマン定数
ΔH ‡ :活性化エンタルピー
ΔS ‡ :活性化エントロピー
exp:指数関数
W:ランベルトW関数
を用いて前記油膜温度を算出し、
活性化エンタルピーΔH ‡ 、および活性化エントロピーΔS ‡ は、バルク状態における前記潤滑剤の値が用いられ、
前記理論式は、
ε r ”:比誘電損率
ε r0 :低周波極限での比誘電率
ε r∞ :高周波極限での比誘電率
τ:緩和時間
β:緩和時間の分布を表す定数
σ 0 :直流導電率
ε 0 :真空の誘電率
π:円周率
f:周波数
ω:交流電圧の角周波数
ln:対数関数
にて示されるプログラム。
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