JPH03245054A - 揺動軸受の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、２つの部材間に介設され、一方の部材を他
方の部材に揺動可能に連結する揺動輪受の異常診断装置
に関する。

〈従来の技術〉 従来、揺動軸受の異常診断装置としては、揺動軸受が発
生する振動を検出し、検出した振動が基準値を越える異
常値を示したときに、その揺動軸受は異常であると判別
するようにしたものがある。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記従来の揺動軸受の異常診断装置は、
振動に基づいて異常診断を行うようにしているため、異
常の診断に際し、外部振動等の外乱の影響を受けて、し
ばしば誤診するという問題があった。また、揺動軸受が
低速で揺動する場合に、揺動軸受に異常があっても異常
と診断するに十分な大きさの振動が発生しないため、異
常検出ができないという問題があった。

そこで、この発明の目的は、外乱をうけることなく、揺
動輪受の異常を正確に診断でき、特に、低速で揺動する
揺動軸受であってもその異常を正確に診断することので
きる揺動軸受の異常診断装置を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明者は、揺動軸受と回転軸受とでは破壊損傷の構造
が異なることを知見した。すなわち第４図（ａ）　、　
（ｂ）に示すように、回転軸受の損傷は、一般に内部の
介在物を起点として転送面に至るはく離であり、揺動軸
受の損傷は転送面の摩耗、へこみであることを知見した
。これは回転軸受は、高速、すなわち高角速度で駆動さ
れ、揺動軸受は低速、すなわち低角速度で駆動されるか
らであると考えられる。このような損傷、破壊の構造の
違いにより、軸受の損傷を示すＡＥ（アコースティック
エミッノヨン）の持続時間は、ＡＥ倍信号包絡線検波し
た波形を示す第５図（ａ）　、　（ｂ）に示すように異
なる。第５図（ａ）に示す回転軸受においては、損傷を
表わすＡＥの持続時間は１ｍｓであり、揺動軸受におい
ては、損傷を表わすＡＥの持続時間は２０ｍ５である。

ＡＥ倍信号のものを示す第６図（ａ）。

（ｂ）からも、揺動軸受の方か回転軸受よりも損傷を表
わすＡＥの持続時間が長くなることが分かった。

このような発見に基づき、この発明では、基準値を越え
るＡＥの持続時間を計測し、この持続時間の長いＡＥの
みを損傷を表わすものとして、カウントすることによっ
て、持続時間の短いＡＥを排除して、外乱を受けないよ
うにし、揺動軸受の異常の有無を正確に診断するのであ
る。

すなわち、この発明の揺動軸受の異常診断装置は、揺動
軸受か発生するアコースティックエミッノヨンを検出し
てＡＥ倍信号出力するＡＥセンサと、上記ＡＥ倍信号基
準値とを比νするＡＥ比較手段と、上記ＡＥ比較手段の
出力を受け、上記ＡＥ倍信号上記基準値を越えていると
きの持続時間を算出する持続時間算出手段と、上記持続
時間算出手段から持続時間を表わす信号を受けて、持続
時間が基準値を越えたか否かを比較する持続時間比較手
段と、上記揺動輪受の揺動角度を検出する揺動角度検出
手段と、上記揺動角度検出手段からの揺動角度を表わす
信号を受けて、上記持続時間比較手段から出力された持
続時間が基準値を越えたことを表わす信号の数を揺動角
度毎に積算する積算手段と、上記積算手段から出力され
た積算値と基準値とを比較して、いずれかの積算値が基
準値を越えたときに、揺動輪受に異常が生じたことを表
わす信号を出力する異常判別手段とを備えたことを特徴
としている。

〈作用〉 上記揺動軸受から発生するＡＥはＡＥセンサにより検出
される。ＡＥ比較手段は、上記ＡＥセンサからのＡＥ倍
信号基準値とを比較する。持続時間算出手段は、ＡＥ比
校手段からの中力を受けて、上記ＡＥ倍信号上記基準値
を越えているときの持続時間を算出する。上記持続時間
比較手段は、持続時間算出手段から出力された持続時間
が基準値を越えたか否かを比較する。こうすることによ
って、基準レベル以上で、かつ、持続時間の長いＡＥの
みが検出され、雑音が排除されるのである。

次いで、揺動角度検出手段から出力された揺動軸受の揺
動角度毎に、積算手段によって、持続時間比較手段から
出力された持続時間が基準値を越えたことを表わす信号
の出力が積算される。そして、異常判別手段によって、
積算手段から入力された積算値と基準値とが比較され、
いずれから積算値が基準値を越えたときに揺動軸受の異
常を表わす信号が出力される。このように、ＡＥ倍信号
レベルが基準値以上で、かつ、その持続時間が一定長さ
以上で、かつ、ある揺動角度に一定回数以上である場合
に、揺動軸受の異常と判別するので、正確確実に揺動軸
受の異常が判別される。しかも、従来のように振動を検
出するのではなく、ＡＥを検出するため、低速で揺動す
る揺動軸受であっても、異常があれば確実に検出される
。

〈実施例〉 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図はこの発明の揺動軸受の異常診断装置の一実施例
を示すブロック図であり、ｌはＡＥセンサ、２はプリア
ップ、３はバンドパスフィルタ４はメインアンプ、５は
包絡線検波回路である。

また、６はＡＥ比較回路、７は持続時間算出手段として
の積分回路、８はＡＥ比較回路６の出力のトレイリング
エツジを検出するエツジ検出回路、９は持続時間比較手
段としての持続時間比較回路である。また、１０はスイ
ッチ回路、１１−１゜１１−２．−．１１−Ｎは積算回
路、１２−１１−．２．−．１２−Ｎは比較回路、１３
はＯＲ回路、１４は表示回路、１５はタイマー、１６は
揺動角度検出回路である。上記比較回路＋２−１．１２
２、・、＋２−Ｎと上記ＯＲ回路１３により、異常判別
手段１７か構成さ乙ている。

上ｇ２ＡＥセンサｌは、第２図に示すように、クランク
２１とすべり子２２と連接棒２３とで構成されるすへり
子クランク機構２０の上記すべり子２２と連接棒２３と
の連結部近傍に図示の如く装着されている。そして、揺
動輪受２４は、連接棒２３のピン２３ａとすべり子２２
間に介設され、連接棒２３をすべり子２２に揺動可能に
連結する。

そして、ＡＥセンサｌは揺動軸受２４からのＡＥを確実
に検出して、ＡＥ倍信号を出力する。また、第１図に示
すバンドパスフィルター３は、ＡＥセッサｌにより検出
され、プリアンプ２により増幅されたＡＥ倍信号うち、
揺動軸受２４の異常に起因するＡＥ信号以外をカットで
きるように、通過帯域が１５０ＫＨｚ〜３００ＫＨｚに
設定されている。メインアンプ４はバンドパスフィルタ
ー４からの出力を増幅し、包絡線検波回路５はメインア
ップ４からの出力を包絡線検波する。ＡＥ比較回路６は
、包絡線検波回路５から出力された信号が基準値を越え
たか否かを判別し、所定レベル以上のＡＥ倍信号検出す
る。積分回路７はＡＥ比較回路６からの入力がＨ”であ
る場合に、その入力°Ｈ”を後記するリセットパルスを
受けるまで積分して、ＡＥ倍信号基準値を越えている持
続時間を算出する。エツジ検出回路８は、ＡＥ比較回路
６から出力された“Ｈ”信号のトレイリングエツジ、す
なわち立ち下がりを検出して、積分回路７にリセットパ
ルスを出力する。積分回路７は、このリセットパルスを
受けるまでＡＥ比較回路６の出力を積分しているので、
“Ｈ”レベルの持続時間を計時していることになる。持
続時間比較回路９は、積分回路７から出力された持続時
間を表わす信号が基準値のレベルを越えたときに、パル
スｂをスイッチ回路１０に出力する。

一方、揺動角度検出回路１６は、第２図に示すクランク
角θを検出して、このクランク角θとクランク半径ｒと
連接棒２３の長さＱに基づいて、次式により、連接棒２
３の揺動角度φ、すなわち揺動軸受２４の揺動角度φを
算出する （ｓｉｎφ＝（ｒ／＋２）ｓｉｎθ、０°≦θ≦３６０
°）。

また、積算回路１１−１．１１−２．−・、ＩｔＮは揺
動軸受２４の揺動角度範囲２φをＮ分割した夫々に対応
するよう設けられている。上記スイッチ回路ＩＯは上記
揺動角度検出回路１６のからの揺動角度信号Ｃを受けて
、この揺動角度信号Ｃの示す揺動角度φをその担当範囲
に含む積算回路１１１．１１−２．・−、１１−（Ｎ−
１）または１１−Ｎに、上記持続時間比較回路９はから
の出力すが入力されるように切り替わるものである。タ
イマー１５は、予め設定された時間を計時する毎に、上
記複数の積算回路１１−１．１１−２．・・・、１１−
Ｈにリセット信号ｇを入力する。

上記積算回路１１−１．１１−２．・・・、１１−Ｎは
、夫々、持続時間比較回路９よりスイッチ回路１０を介
して入力された信号すを積算する。すなわち、積算回路
１１−１．１１−２．・・・、１１−Ｎは、持続時間比
較回路９からの信号すを、揺動角度検出回路１６からの
揺動角度信号Ｃに応じて、揺動角度範囲２φをＮ分割し
た夫々毎に積算する。

積算回路１１−１．ＬＬ−２，・・・、１１−Ｎの積算
値ｄ＋、ｄｔ、−・、ｄｎは比較回路１２−１．１２−
２．−・１２−Ｎに夫々入力される。比較回路１２−１
は、積算回路１１−１からの積算値ｄ、を基準値Ｓ、と
比較し、積算値ｄ１が基準値Ｓ、を越えたときに、この
ことを示す信号ｅｌをＯＲ回路１３に入力する。

他の比較回路１２−２．１２−３−、＋　２−Ｎも同様
に積算回路１１−２．１１−３．、ｌ　ｌ−Ｎからの積
算値ｄｔ、ｃＬ”’　、ｄｎを基準値Ｓ、と比較し、積
算値ｄ！、ｄ３・、ｄｎが基準値Ｓ、を越えたときに、
このことを示す信号ｅｙ、ｅａ、”’、ｅｎをＯＲ回路
１３こ夫々入力する。ＯＲ回路１３は比較回路１２１．
１２−２．−．１２−Ｎの少むくともいずれか一つより
上記信号ｅ、、ｅ、、　　またはｅｎが入力されたとき
、このことを示す信号ｈ、すなわち揺動軸受の異常信号
りを表示回路１４に入力する。そして、この表示回路１
１に揺動軸受に異常があることを表示させる。なお、各
積算回路＋１−１．１１２、−．１１−Ｎの積算値は、
上記タイマー１５からの上記リセット信号ｇの入力によ
り、所定時間毎にリセットさ杷るようになっている。

上記構成において、いま、揺動軸受２４の転送面に摩耗
やへこみ等による異常があるとする。そして、揺動軸受
２４は、第２図のようなすべり子クランク機構２０の作
動による連接棒２３の揺動と共に、すべり子２２に対し
て図中矢印Ｘで示すように揺動しているとする。

すると、この揺動軸受２４は、第３図に示すように、連
接棒２３が上記異常部分に負荷が作用する揺動角度φ“
（クランク角θ°）になる毎に、大きなＡＥを発生する
。このＡＥはＡＥセンサｌにより検出され、プリアンプ
２で増幅され、バンドパスフィルター３で１５０ＫＨｚ
−３００ＫＨｚのＡＥ倍信号抽出される。このバンドパ
スフィルター３からの出力はメインアンプ４て増幅され
、さらに包絡線検波回路５で包絡線検波されて、ＡＥ比
較回路６に入力される。ＡＥ比較回路６ては、包絡線検
波回路５から入力された信号が基準値を越えたか否かが
判別され、所定レヘル以上のＡＥ倍信号検出される。積
分回路７はＡＥ比較回路６からの入力が“Ｈ”である場
合に、その入力“Ｈ”を二ノジ検出回路８からリセット
パルスを受けるまで積分して、“Ｈ”レベルの持続時間
を計時する。積分回路７から入力された持続時間を表わ
す信号が基準値のレベルを越えたときに、持続時間比較
回路９から、パルスがスイッチ回路１０に出力される。

こうすることによって、持続時間の長い揺動輪受２４の
損傷を表わすＡＥ倍信号発生のみが検出される。一方、
揺動角度検出回路１６は、第２図中θで示すクランク角
度を検出して、揺動角度φを表わす信号をスイッチ回路
１０に出力する。上記スイッチ回路１０は揺動角度検出
回路１６からの揺動角度信号Ｃを受け、この揺動角度信
号Ｃの示す揺動角度φをその担当範囲に含む積算回路１
１１１１−２．・・、　１１−（Ｎ−１）または（１１
−Ｎ）に、上記持続時間比較９からの出力すが入力され
るように切り替わる。タイマー１５は予め設定された時
間を計時する毎に、上記積算回路１１−１．１１−２．
−・、１１−Ｎにリセット信号ｇを入力する。

上記積算回路８−Ｌ、Ｓ−２，・、８−Ｎは夫々、持続
時間比較回路９よりスイッチ回路ｌＯを介して入力され
る信号すの数をカウントする。すなわち、積算回路１１
−１．１１−２．・・・、１１−Ｎは、持続時間比較回
路９からの信号すの出力を、揺動角度検出回路１６から
の揺動角度信号Ｃに応じて、揺動角度範囲２φをＮ分割
した夫々毎に積算する。

各積算回路ｔ　ｔ−ｔ、ｔ　１−２．・、ＩＩ−Ｎの積
算値（Ｌ、ｄｔ、・、ｄｎは比較回路１２−１．１２−
２１１−Ｎに夫々入力される。比較回路１２１は、積算
回路１１−１からの積算値ｄｉを基準値Ｓ、と比較し、
積算値ｄ、が基準値Ｓ、を越えたときに、このことを示
す信号ｅ１がＯＲ回路１３に入力される。他の比較回路
１２−２．１２−３．・・１２−Ｈにおいても、積算回
路１１−２．１１３　・・・　１１−Ｎからの積算値ｄ
ｔ、ｄ３．・・、ｄｎが基準値Ｓ、と比較され、積算値
ｄ、、ｄ３．・・、ｄｎが基準値Ｓｔを越えたとき、こ
のことを示す信号ｅ　ｔ　、ｅ　ｓ　、・・、ｅｎがＯ
Ｒ回路１３に夫々入力される。ＯＲ回路１３は上記比較
回路１２−１．１２−２．・・・、１２−Ｈの少なくと
もいずれか一つより上記信号ｅ　Ｉ　−ｅ　＊　＋また
はｅｎが入力されたとき、異常信号りを表示回路１４に
出力して、異常を表示する。

このように、ＡＥ倍信号レベルが所定値以上で、かつ持
続時間が所定値以上長いＡＥ倍信号発生数を揺動角度毎
にカプトして、その積算値に基づいて、揺動輪受の異常
の有無を判断するので、持続時間が長く、一定揺動角度
毎に生じる揺動軸受の凰満に起因したＡＥのみを抽出し
て、異常を判断することになり、正確に揺動軸受の異常
を診断できる。

上記実施例では、持続時間算出手段を積分回路で構成し
たか、クロックパルスをカウンタて計数するようにして
も良い。また、上記実施例では、揺動角度検出手段は、
クランク角θを検出し、この検出したクランク角Ｏより
揺動角度φを算出するしのであったか、揺動角度検出手
段はこれに限らず、揺動軸受の揺動角度を直接検出する
ものであってもよい。

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明の揺動輪受の異常診
断装置は、持続時間の長いＡＥ倍信号発生数を揺動角度
毎に積算し、この積算値を基準値と比較して、揺動軸受
の異常を診断するので、揺動軸受固有のへこみ、摩耗に
よって生じ、かつ周期的に生じるＡＥ倍信号検出して、
低速等の悪条件の場合でも、揺動軸受の異常を正確に検
出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の揺動軸受の異常診断装置の実施例を
示すブロック図、第２図は揺動軸受およびＡＥセンサの
配置の説明図、第３図は異常がある揺動軸受がその作動
と共に発生するＡＥのその発生数と揺動角度との関係の
一例を示した図、第４図（ａ）　、　（ｂ）は回転軸受
と揺動軸受の破損の構造を示す図、第５図（ａ）　、　
（ｂ）は回転軸受と揺動軸受の包絡線検波後のＡＥ倍信
号示す図、第６図（ａ）。 （ｂ）は回転軸受と揺動輪受のＡＥ倍信号波形図である
。 ｌ　・ＡＥセンサ、６・・ＡＥ比較回路、７　積分回路
、８−エツジ検出回路、 ９・持続時間比較回路、ＩＯ・スイッチ回路、１１・積
算回路、１６　揺動角度検出回路、１７−異常判別手段
、２４・揺動輪受。 第２図 ２０ 第３図 フランク″Ａｅ ＡＥ板幅（ｍＶ　） 第４１河（０） 回転軸受 第４図（ｂ） ）Ｓ乞重カ庫由受 ＡＥ撮幅（ｍＶ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）揺動軸受が発生するアコースティックエミッショ
   ンを検出してＡＥ信号を出力するＡＥセンサと、 上記ＡＥ信号と基準値とを比較するＡＥ比較手段と、 上記ＡＥ比較手段の出力を受け、上記ＡＥ信号が上記基
   準値を越えているときの持続時間を算出する持続時間算
   出手段と、 上記持続時間算出手段から持続時間を表わす信号を受け
   て、持続時間が基準値を越えたか否かを比較する持続時
   間比較手段と、 上記揺動軸受の揺動角度を検出する揺動角度検出手段と
   、 上記揺動角度検出手段からの揺動角度を表わす信号を受
   けて、上記持続時間比較手段から出力された持続時間が
   基準値を越えたことを表わす信号の出力を揺動角度毎に
   積算する積算手段と、上記積算手段から出力された積算
   値と基準値とを比較して、いずれかの積算値が基準値を
   越えたときに、揺動軸受に異常が生じたことを表わす信
   号を出力する異常判別手段とを備えたことを特徴とする
   揺動軸受の異常診断装置。