JPH0643848B2 - ころがり軸受の異常診断装置 - Google Patents

ころがり軸受の異常診断装置

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JPH0643848B2
JPH0643848B2 JP62205998A JP20599887A JPH0643848B2 JP H0643848 B2 JPH0643848 B2 JP H0643848B2 JP 62205998 A JP62205998 A JP 62205998A JP 20599887 A JP20599887 A JP 20599887A JP H0643848 B2 JPH0643848 B2 JP H0643848B2
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実 柳橋
弌也 佐藤
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種回転機械に用いられているころがり軸受
の異常診断装置に係り、特にAE(Acoustic
Emission)計測法を用いたものに関する。
〔従来の技術〕
回転機械の回転摺動部にはころがり軸受が多数用いられ
ており、ころがり軸受に何らかの原因により異常(例え
ば、焼付き等)が発生した場合、著しい場合には当該回
転機械の停止の原因となる。通常、回転機械は単独で設
備されることはなく、他の機器と有機的に連関して設け
られるものであるから、例えばプラント等においてはプ
ラント全体の停止を余儀なくされる事態に発展すること
も希れではない。したがって、ころがり軸受の異常は早
期に、かつ、正確に検出する必要がある。
従来のころがり軸受の異常検出技術としては、次のよう
なものが公知である。まず、第1に、回転機械に発生し
た振動をピツクアツプして行う、いわゆる振動計測法を
用いたものが公知である(特開昭50−67184号公
報、特開開52−123679号公報等)。これらは、
いずれもころがり軸受の損傷に起因して回転機械に発生
する周期的な突発形振動波形を2次的に検出して異常判
定を行うものである。
第2の公知例として、AE計測法を用いて異常検出を行
うものがある(特開昭49−46982号公報)。
第3の公知例として、単なる異常判定だけではなく、こ
ろがり軸受中の損傷発生箇所の特定を可能としたものが
ある(特開昭57−74627号公報)。但し、これは
振動計測法を用いたものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記第1の公知例は、ころがり軸受より発生する突発型
振動波形に着目し、そのレベルや周期性などを調べるこ
とにより軸受異常を判定するものである。すなわち、ボ
ールやころ並びにレース面に圧痕などの傷が発生した場
合、突発型の振動波形が発生するため、それを検出する
ものであるが、上記従来技術においては、異常を検出で
きる範囲としては、ある程度損傷が進行した場合であ
り、異常の早期検出は難しい。一方、ボールやころ並び
にレース面などの摩耗や面荒れなどの微細傷が連続して
発生するような場合上記従来技術にて異常を検出するこ
とは困難であつた。
上記第2の公知例は、AE計測を行うことで、異常原因
をより直接的に検出する点で評価されるが、異常内容や
異常箇所の特定等の正確な診断機能をもつていない。
上記第3の公知例は、正確性において位置の特定が可能
であり、依然として振動計測法であるため、ころがり軸
受の異常による振動が発生した後でなければ検出できな
いため、早期に異常検出をすることができない。
一方、我々はAE計測法によりころがり軸受に発生する
異常現象の要因とAEセンサにより検出されるAE信号
の信号形態との関係について実験を行なった処、ころが
り軸受に発生する異常状態の要因に応じてAEセンサの
検出信号として連続形の信号と、突発形の信号の、いず
れかが発生することを確認した。本発明はこのような新
たな知見に基づいてなされたものである。
本発明の目的は、ころがり軸受の要因別の異常早期検出
と異常発生箇所の判定が可能なころがり軸受の異常診断
装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕 本発明の目的は、ころがり軸受の異常によつて発生する
AE信号の検波処理波形の波形特徴および周波数特徴の
解析結果をころがり軸受の異常診断アルゴリズムにて処
理することにより達成される。
すなわち、本発明は、ころがり軸受から発生するAE信
号を検出するAEセンサと、前記AEセンサ出力信号を
検出する検波器と、前記検波器出力信号の平均値レベル
と予め求められた正常レベルとを比較する信号レベル判
定器と、前記検波器出力信号波形が連続形か突発形かを
判定する波形特徴判定器と、前記信号レベル判定器出力
信号に基づいて前記ころがり軸受の異常発生の有無を判
定する異常判定器と、前記波形特徴判定器出力信号が突
発形を示し、かつ、前記異常判定器出力信号が異常を示
すものである場合に前記検波出力信号の周波数分析を行
う周波数分析器と、前記ころがり軸受の転動体通過周波
数と前記周波数分析器出力信号における最大ピーク信号
の周波数とに基づいて前記ころがり軸受の損傷発生箇所
標定を行う損傷発生箇所標定器と、前記異常判定結果お
よび損傷発生箇所標定結果を表示する表示器と、を備え
たことを特徴とするものである。
〔作用〕
ころがり軸受の異常を早期に検出するためにはAE計測
法を用いる。すなわち、ころがり軸受に異常が発生した
場合、その異常が微細であつてもAE信号が発生する。
たとえば、ころがり軸受のボールやコロ並びにレース面
に摩耗が面荒れなどの微細欠陥が発生した場合には、連
続型AE信号が発生する。また、圧痕などの傷が発生し
た場合には、その異常が初期状態であつても突発型AE
信号が発生する。
一方、前記突発型AE信号を検波処理し、その周波数成
分を調べると、周波数成分における最大ピーク周波数
が、ボールあるいはコロが内輪や外輪のレース面を通過
する際の運動すなわち転動体通過の周波数と一致する。
本発明では、上記波形特徴を調べることによりころがり
軸受の要因別の早期異常検出を、また上記最大ピーク周
波数とボールあるいはコロの転動体通過周波数とを比較
することにより、異常発生箇所の位置標定を行なう。
〔実施例〕
次に、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は、本発明による手法を用いて、ころがり軸受の
異常診断を行なうための診断アルゴリズム、第2図は前
記診断アルゴリズムを実行するためのシステム構成例で
ある。
第2図において、回転機械1に設置されているころがり
軸受部2にAEセンサ3を設置し、AEセンサ3の出力
を増幅器4にて増幅し、その出力を検波器5にて検波処
理し、次に検波器5の出力をA/Dコンバータにてデイ
ジタル信号に変換後、信号解析評価部7に転送する。信
号解析評価部7では転送された検波波形の波形特徴を解
析することにより、ころがり軸受の要因別の異常を診断
し、診断結果をCRTデイスプレイ等の表示部8にて外
部に表示する。
次に、信号解析評価部7にて実施する診断処理内容につ
いて第1図を用いて具体的に説明する。まず、信号解析
評価部7に転送された検波信号10は波形レベル判定器
11にて振幅値のレベル判定がなされる。具体的には平
均値のレベルが算出され、次にあらかじめ信号解析評価
部7に入力されているころがり軸受正常時の平均値レベ
ルとのレベル判定がなされ、正常時に対するレベル比率
が異常判定器にて出力される。
一方、検波信号10は波形特徴判定器13に入力され、
入力された検波信号が連続型であるのか、突発型である
のかが判定される。ころがり軸受の異常によつて発生す
るAE信号を見ると、第3図に示されるように、異常の
種類により正常時の信号の振幅レベルに対し、連続的に
AE信号の振幅レベルが上昇するタイプ(連続型AE信
号)と突発的にAE信号の振幅レベルが上昇するタイプ
(突発型AE信号)に分類される。すなわち、AE信号
が連続型であるのか、突発型であるのかを識別すること
により、ころがり軸受異常の要因が判定できる。
次に、波形特徴判定器13の具体的判定手法の一例を第
4図に示す波形を用いて説明する。
波形特徴判定器13では、A/Dコンバータ6より出力
された検波処理後のデイジタル変換波形の平均値電圧V
mを次式に示す演算式より求める。
ここに、Nは前記A/Dコンバータ6にて設定したサン
プリング数,Vは各サンプリング数において検出した
電圧値である。
次に、上記(1)式にて求められたVを越えた波形の
電圧値、すなわち、第4図に示すVp1,Vp2,V
p3……Vpiより、全体のピーク電圧平均値Vを次
式に示す演算式より求める。
次に、以上の波形解析結果を用いて、次式に示す演算式
により連続型,突発型AE信号の判定を実施する。
ここに、Kは波形判定定数であり、(3)式を満足した
場合は突発型、満足しない場合は連続型とする。以上の
演算によつて判定された結果は、異常判定器12に出力
される。
次に、異常判定器12では、レベル判定器11より出力
されたレベル比率を監視し、そのレベル比率が規準値を
越えた場合には、ころがり軸受に異常が発生していると
判定する。次に異常要因の判定は、波形特徴判定機能1
3より出力される連続型,突発型の波形特徴判定結果よ
り判断する。すなわち、平均値レベルが規準値を越え、
波形が連続型である場合には摩耗や面荒れ等による微細
傷が連続して発生している損傷と判定し、また、波形が
突発型である場合には、圧痕やフレーキング等による損
傷が一部に発生しているものと判定する。以上の診断結
果は、表示部8に転送され、表示部8にて診断結果が表
示される。
本実施例によれば、ころがり軸受の早期異常検出の他、
異常の発生要因も明確となるため、最適な運転条件への
フイードバツクが可能になるなど、事故防止を図ること
ができる。
次に、本発明の他の実施例について第5図〜第7図を用
いて説明する。本発明は、ころがり軸受の傷発生個所標
定を可能としたアルゴリズムの実施例である。
第5図に示すように、異常判定器12によつてころがり
軸受に損傷が発生し、しかもAE信号が突発型であると
診断された場合、異常判定器12よりFET処理器14
に動作命令が送られる。FET処理器14では動作命令
に基づき、該検波信号10の周波数分析を行なう。次
に、周波数分析結果は傷発生箇所標定器15に出力さ
れ、傷発生箇所が診断される。
傷発生箇所標定器15の傷発生箇所の具体的な標定方法
について第6,7図を用いて詳細に説明する。ころがり
軸受の損傷によつて発生する突発型AE信号の検波処理
波形を周波数分析し、その周波数の第1ピーク周波数
(Fp1)を調べると、第6図に示すように、傷発生箇
所によつて該第1ピーク周波数値が異なる。ボール、ま
たはコロなどの転動体の接触による周波数は次式にて求
められる。内輪上の1点がN個のボールまたはコロと接
触する転動体通過周波数Fは、 外輪上の1点がN個のボールまたはコロと接触する転動
体通過周波数Fは、 ボールまたはコロ上の1点が内輪または外輪と接触する
転動体通過周波数Fは、 ここに、Fは軸受の回転周波数、dはボールまたはコ
ロ径、Dはピツチ円直径である。
第7図は第6図に示した周波数分析結果をもとに、上記
(4)(5)(6)式より各F,F,F値を求めた演算結
果の一例である。第7図からわかるように、ころがり軸
受の各要素における転動状態と、第6図に述べたAE検
波処理波形の最大ピーク周波数(Fp1)はよく一致す
る。すなわち、各要素が転動し、傷を通過する際AE信
号が発生する。傷発生箇所標定器15では、第5図に示
すように、最大ピーク周波数Fp1と、前述した計算式
を演算するために設けられた転動体通過周波数演算手段
にて計算された計算結果F,F,F値とを比較
し、傷発生箇所の標定を行なう。次に、傷発生箇所標定
器15における標定結果は表示部8に転送され表示部8
にて結果が表示される。
本実施例によれば、ころがり軸受の異常箇所が明確とな
るため、メンテナンスの際の工数を低減することが可能
となる。
〔発明の効果〕
以上述べた本発明によれば、ころがり軸受損傷の早期検
知と、損傷要因の判定および損傷発生箇所の診断が可能
であるため、ころがり軸受損傷による事故を未然に回避
できるなど、工業上その効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例であるころがり軸受異常診断
のアルゴリズムを示すフローチヤート、第2図はシステ
ム構成図、第3図,第4図は本発明を説明するための説
明図、第5図は本発明の第2の実施例を示すフローチヤ
ート、第6図,第7図は第2の実施例を説明するための
説明図である。 1……回転機械、2……ころがり軸受部、3……AEセ
ンサ、4……増幅器、5……検波器、6……A/Dコン
バータ、7……信号解析評価部、8……表示部、11…
…波形レベル判定器、12……異常判定器、13……波
形特徴判定器、14……FFT処理器、15……傷発生
箇所標定器。
フロントページの続き (72)発明者 佐藤 弌也 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 大熊 誠典 茨城県日立市会瀬町2丁目9番1号 日立 サービスエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−189315(JP,A) 特開 昭55−54429(JP,A) 特開 昭56−135140(JP,A) 特開 昭60−31306(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ころがり軸受から発生するAE信号を検出
    するAEセンサと、 前記AEセンサ出力信号を検出する検波器と、 前記検波器出力信号の平均値レベルと予め求められた正
    常レベルとを比較する信号レベル判定器と、 前記検波器出力信号波形が連続形か突発形かを判定する
    波形特徴判定器と、 前記信号レベル判定器出力信号に基づいて前記ころがり
    軸受の異常発生の有無を判定する異常判定器と、 前記波形特徴判定器出力信号が突発形を示し、かつ、前
    記異常判定器出力信号が異常を示すものである場合に前
    記検波出力信号の周波数分析を行う周波数分析器と、 前記ころがり軸受の転動体通過周波数と前記周波数分析
    器出力信号における最大ピーク信号の周波数とに基づい
    て前記ころがり軸受の損傷発生箇所標定を行う損傷発生
    箇所標定器と、 前記異常判定結果および損傷発生箇所標定結果を表示す
    る表示器と、 を備えたことを特徴とするころがり軸受の異常診断装
    置。
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