JPH08219873A - 周期的に励振される機械振動の分析方法 - Google Patents
周期的に励振される機械振動の分析方法Info
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- JPH08219873A JPH08219873A JP7326238A JP32623895A JPH08219873A JP H08219873 A JPH08219873 A JP H08219873A JP 7326238 A JP7326238 A JP 7326238A JP 32623895 A JP32623895 A JP 32623895A JP H08219873 A JPH08219873 A JP H08219873A
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- G01H3/08—Analysing frequencies present in complex vibrations, e.g. comparing harmonics present
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- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 周期的機械振動を容易に分析する方法を提供
することを目的とする。 【解決手段】次の〜のステップを有する、周期的に
励振される機械振動の分析方法。 振動に関連する振幅／時間のスペクトルをプロットす
ること。 振幅／時間のスペクトルを、続く二つの励振の間に予
期される最短経過時間よりも短い複数の時間間隔に分割
し、各時間間隔の開始時が後続の時間間隔と互いに重な
り合い時間をもつようにすること。 各時間間隔における振幅／時間のスペクトルを、各時
間間隔について振幅／振動周波数間隔のスペクトルに変
換すること。 或る振動周波数について各振幅／振動周波数間隔のス
ペクトルの振幅を、それぞれの振動周波数に関連した励
振周波数スペクトルに変換すること。
することを目的とする。 【解決手段】次の〜のステップを有する、周期的に
励振される機械振動の分析方法。 振動に関連する振幅／時間のスペクトルをプロットす
ること。 振幅／時間のスペクトルを、続く二つの励振の間に予
期される最短経過時間よりも短い複数の時間間隔に分割
し、各時間間隔の開始時が後続の時間間隔と互いに重な
り合い時間をもつようにすること。 各時間間隔における振幅／時間のスペクトルを、各時
間間隔について振幅／振動周波数間隔のスペクトルに変
換すること。 或る振動周波数について各振幅／振動周波数間隔のス
ペクトルの振幅を、それぞれの振動周波数に関連した励
振周波数スペクトルに変換すること。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、運転中の機械装置
に生ずる機械振動の分析技術に関するものである。これ
らの機械装置としてはギアボックス、エンジンあるいは
これらに類するものを挙げることができる。特に、軸受
あるいはこれに類する比較的小さなユニットについての
分析が本発明の分野に属する。
に生ずる機械振動の分析技術に関するものである。これ
らの機械装置としてはギアボックス、エンジンあるいは
これらに類するものを挙げることができる。特に、軸受
あるいはこれに類する比較的小さなユニットについての
分析が本発明の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】振動分析の重要な応用としては機械的欠
陥がどこにあるかを見い出すことにある。これに関連し
て、例えば、振動状態を監視しているもとでの軸受軌道
輪の走行面（転動体の軌道面）あるいは転動体のクラッ
ク、ピット等の位置を見い出すことが知られている。
陥がどこにあるかを見い出すことにある。これに関連し
て、例えば、振動状態を監視しているもとでの軸受軌道
輪の走行面（転動体の軌道面）あるいは転動体のクラッ
ク、ピット等の位置を見い出すことが知られている。
【０００３】公知の手法によると、或る周波数域での振
動周波数が分析される。例えば、周波数域への変換が、
どの振動現象が種々の軸受要素（軌道輪、転動体等）の
周期回転に関連した励振に起因しているかを明らかにす
る。互いに転動する上記軸受要素の表面における各損傷
域は、該損傷域がころがり接触する領域を通過すると直
ぐに衝撃（インパルス）あるいは短い瞬間振動として明
らかになる。どの軸受要素で損傷が生じたかは励振と励
振との間の時間を基にして確立される。
動周波数が分析される。例えば、周波数域への変換が、
どの振動現象が種々の軸受要素（軌道輪、転動体等）の
周期回転に関連した励振に起因しているかを明らかにす
る。互いに転動する上記軸受要素の表面における各損傷
域は、該損傷域がころがり接触する領域を通過すると直
ぐに衝撃（インパルス）あるいは短い瞬間振動として明
らかになる。どの軸受要素で損傷が生じたかは励振と励
振との間の時間を基にして確立される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この公知の手法の欠点
は、選定された周波数域外では振動に関する情報がない
ことである。周波数域が誤って選定されると、すなわ
ち、振動がかろうじて生ずるような周波数域では、これ
らの反復的励振の位置づけが困難である。同時に、対象
物における欠陥を見い出すことができないということも
起こり得る。かかる分析手法は、それ故、信頼性に欠け
るという短所をもつ。
は、選定された周波数域外では振動に関する情報がない
ことである。周波数域が誤って選定されると、すなわ
ち、振動がかろうじて生ずるような周波数域では、これ
らの反復的励振の位置づけが困難である。同時に、対象
物における欠陥を見い出すことができないということも
起こり得る。かかる分析手法は、それ故、信頼性に欠け
るという短所をもつ。
【０００５】本発明の目的は、このような短所をもたな
い分析手法を提供することにある。
い分析手法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、次の〜
のステップを有する周期的な機械振動の分析の方法によ
り達成される。
のステップを有する周期的な機械振動の分析の方法によ
り達成される。
【０００７】振動に関連する振幅／時間のスペクトル
をプロットすること。
をプロットすること。
【０００８】振幅／時間のスペクトルを、続く二つの
励振の間に予期される最短経過時間よりも短い複数の時
間間隔に分割し、各時間間隔の開始時が後続の時間間隔
と互いに重なり合い時間をもつようにすること。
励振の間に予期される最短経過時間よりも短い複数の時
間間隔に分割し、各時間間隔の開始時が後続の時間間隔
と互いに重なり合い時間をもつようにすること。
【０００９】各時間間隔における振幅／時間のスペク
トルを、各時間間隔について振幅／振動周波数間隔のス
ペクトルに変換すること。
トルを、各時間間隔について振幅／振動周波数間隔のス
ペクトルに変換すること。
【００１０】或る振動周波数に関連した各振幅／振動
周波数間隔のスペクトルにおけるこれらの振幅を、それ
ぞれの振動周波数に関連した励振周波数スペクトルに変
換すること。
周波数間隔のスペクトルにおけるこれらの振幅を、それ
ぞれの振動周波数に関連した励振周波数スペクトルに変
換すること。
【００１１】各変換はフーリェ変換とすることができ
る。
る。
【００１２】振動分析の対象としている機械装置が励振
している周波数は上記励振周波数スペクトルから直接読
むことができる。このように見い出された励振周波数か
ら対象装置の幾何学的特性、例えば、その要素が励振の
原因となっている軸受、該軸受の回転速度が推定され
る。最後にそれぞれの要素に欠陥があるかどうか決定づ
けられる。
している周波数は上記励振周波数スペクトルから直接読
むことができる。このように見い出された励振周波数か
ら対象装置の幾何学的特性、例えば、その要素が励振の
原因となっている軸受、該軸受の回転速度が推定され
る。最後にそれぞれの要素に欠陥があるかどうか決定づ
けられる。
【００１３】さらには、励振周波数を、より容易に読み
取るためには、本発明の方法により次の工程及びの
ステップをももつようにするとよい。
取るためには、本発明の方法により次の工程及びの
ステップをももつようにするとよい。
【００１４】振動周波数／励振周波数のスペクトルに
おける連続的な周波数に関して複数の励振周波数スペク
トルを集める。
おける連続的な周波数に関して複数の励振周波数スペク
トルを集める。
【００１５】振動周波数と励振周波数の各組合せに関
し振幅を再生する。
し振幅を再生する。
【００１６】振動周波数／励振周波数のスペクトルは、
振幅の大きさによって色が異なるように示すこととなる
ならばその読み取りがさらに容易となる。
振幅の大きさによって色が異なるように示すこととなる
ならばその読み取りがさらに容易となる。
【００１７】したがって、もし互いに転動する軸受の要
素の一方の転動面にでも欠陥がある場合には、欠陥がこ
ろがり接触が生ずる領域に入るときに、軸受は励振す
る。これは、この励振の結果として、異なる周波数をも
つ瞬間振動が生ずるということを意味する。
素の一方の転動面にでも欠陥がある場合には、欠陥がこ
ろがり接触が生ずる領域に入るときに、軸受は励振す
る。これは、この励振の結果として、異なる周波数をも
つ瞬間振動が生ずるということを意味する。
【００１８】この場合、これらの種々の振動が同じ瞬間
に各場合について引き起こされる。この現象は、振動周
波数／励振周波数のダイアグラムにて、簡単に認識でき
る線として確認できる。上記線は、各場合においてすべ
ての振動周波数が引き起こされる励振周波数において明
らかに見られる。しかる後、既述のごとく、励振源は軸
受の回転速度及び幾何学的特性にもとづき位置が特定さ
れる。
に各場合について引き起こされる。この現象は、振動周
波数／励振周波数のダイアグラムにて、簡単に認識でき
る線として確認できる。上記線は、各場合においてすべ
ての振動周波数が引き起こされる励振周波数において明
らかに見られる。しかる後、既述のごとく、励振源は軸
受の回転速度及び幾何学的特性にもとづき位置が特定さ
れる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明による方法は添付図面に示
される実施の形態にもとづきさらに詳細に説明される。
される実施の形態にもとづきさらに詳細に説明される。
【００２０】図１に示されるグラフは時間に対する機械
振動の入力信号の振幅曲線に関するもので、この信号
は、例えば、軸受の回転部材の表面欠陥と関連がある。
転動体と軌道輪との間のころがり接触が生ずる領域へ上
記表面欠陥が入ると、インパルス又は瞬間的な振動が生
じ、これが周期的に繰り返される。この瞬間振動は１
ａ，１ｂ，１ｃ等で示されている。実際には、ころがり
軸受で観察される信号は、上記瞬間振動１ａ，１ｂ，１
ｃ等に加え、他の振動源が入ってくるので、不規則なパ
ターンを呈する。しかし、簡単化のため、明らかに観察
できる規則的な繰り返しをする瞬間振動が図１では選ば
れている。
振動の入力信号の振幅曲線に関するもので、この信号
は、例えば、軸受の回転部材の表面欠陥と関連がある。
転動体と軌道輪との間のころがり接触が生ずる領域へ上
記表面欠陥が入ると、インパルス又は瞬間的な振動が生
じ、これが周期的に繰り返される。この瞬間振動は１
ａ，１ｂ，１ｃ等で示されている。実際には、ころがり
軸受で観察される信号は、上記瞬間振動１ａ，１ｂ，１
ｃ等に加え、他の振動源が入ってくるので、不規則なパ
ターンを呈する。しかし、簡単化のため、明らかに観察
できる規則的な繰り返しをする瞬間振動が図１では選ば
れている。
【００２１】本発明によると、上記信号は図１で符号２
により示される時間間隔１，２，３等に分割され、時間
軸に示したとき、各時間間隔は二つの連続して生ずる瞬
間振動１ａ，１ｂ，１ｃ．．．の間のそれぞれの時間長
よりも短い。これに加え、時間間隔１，２，３等は情報
が失われないように互いに重なり合う時間がある。
により示される時間間隔１，２，３等に分割され、時間
軸に示したとき、各時間間隔は二つの連続して生ずる瞬
間振動１ａ，１ｂ，１ｃ．．．の間のそれぞれの時間長
よりも短い。これに加え、時間間隔１，２，３等は情報
が失われないように互いに重なり合う時間がある。
【００２２】図２の三次元グラフは、図１で明らかにし
たそれぞれの時間間隔で生じている振動周波数を示して
いる。上記時間間隔は時間軸に沿って後方に位置してゆ
くように区分して示され、又、それらは図１の場合を同
様に１，２，３等で示されている。予期されるように、
図１に示されるごとく、時間間隔１では信号が零となる
時間軸の部分と一致するので唯一つの周波数も生じてい
ない。他方、時間間隔２に瞬間振動１ａがあらわれる領
域でが存在する。ここで生ずる信号現象はフーリェ変換
によって図２の時間間隔２に示された振幅に関する振動
周波数に変換される。同じことが引き続き時間間隔３，
４等について行われる。
たそれぞれの時間間隔で生じている振動周波数を示して
いる。上記時間間隔は時間軸に沿って後方に位置してゆ
くように区分して示され、又、それらは図１の場合を同
様に１，２，３等で示されている。予期されるように、
図１に示されるごとく、時間間隔１では信号が零となる
時間軸の部分と一致するので唯一つの周波数も生じてい
ない。他方、時間間隔２に瞬間振動１ａがあらわれる領
域でが存在する。ここで生ずる信号現象はフーリェ変換
によって図２の時間間隔２に示された振幅に関する振動
周波数に変換される。同じことが引き続き時間間隔３，
４等について行われる。
【００２３】図３に示されるように、振幅曲線ｅが特定
な振動周波数、例えばｆt1に関して本発明方法による後
続のステップにおいて、引き続く一連の時間間隔で調べ
られている。
な振動周波数、例えばｆt1に関して本発明方法による後
続のステップにおいて、引き続く一連の時間間隔で調べ
られている。
【００２４】時間に対するそれぞれの振幅曲線ｅのエネ
ルギ量Ｅは図３ｂに示されている。
ルギ量Ｅは図３ｂに示されている。
【００２５】励振周波数ｆeはそのエネルギ量が二次フ
ーリェ変換によって決定される（図３ｃ参照）。図３ｃ
から、図３ａに示された周波数ｆt1をもつ振動は励振周
波数ｆe1，ｆe2等において励振されていると結論づける
ことができる。
ーリェ変換によって決定される（図３ｃ参照）。図３ｃ
から、図３ａに示された周波数ｆt1をもつ振動は励振周
波数ｆe1，ｆe2等において励振されていると結論づける
ことができる。
【００２６】このような変換が図３ａに示される関連し
たすべての周波数ｆt について行われれば、図４に示さ
れる図が得られる。図４では、種々の振動周波数ｆtが
縦軸に示され、励振周波数ｆeが横軸に示される。かか
る図は、異なる色、本例の場合には灰色の濃度の差によ
り図３ｃに示されるごとくの各励振周波数ｆeに関して
エネルギ量の大きさを示すことによりプロットすること
ができる。
たすべての周波数ｆt について行われれば、図４に示さ
れる図が得られる。図４では、種々の振動周波数ｆtが
縦軸に示され、励振周波数ｆeが横軸に示される。かか
る図は、異なる色、本例の場合には灰色の濃度の差によ
り図３ｃに示されるごとくの各励振周波数ｆeに関して
エネルギ量の大きさを示すことによりプロットすること
ができる。
【００２７】これに関連して、図４では、明らかに区別
できる励振周波数ｆe1, ｆe2等がｆd1，ｆd2で示される
線により欠陥として観察される。
できる励振周波数ｆe1, ｆe2等がｆd1，ｆd2で示される
線により欠陥として観察される。
【００２８】軸受の各部材の回転速度そして幾何学的条
件（各軸受要素の寸法、転動体の数、ピッチ円の径等）
にもとづいて、欠陥をもっているに違いないと思われる
軸受要素部材が上記周波数ｆe1そしてｆe2をもとに決定
される。
件（各軸受要素の寸法、転動体の数、ピッチ円の径等）
にもとづいて、欠陥をもっているに違いないと思われる
軸受要素部材が上記周波数ｆe1そしてｆe2をもとに決定
される。
【００２９】上記方法が適用される対象の例として、図
５は各種の欠陥をもつ軸受を示している。この軸受は、
従来のものと同様、外輪２０、内輪２１、そして転動体
２２の軸受要素を有している。機械振動を記録するのに
適したセンサ２４が取りつけられた軸受ハウジング２３
に上記軸受が組み込まれている。図５は、又軸２６への
ラジアル荷重の結果として各転動体２２が（その結果、
外輪２０と内輪２１も）荷重として受けている力２５を
図示している。
５は各種の欠陥をもつ軸受を示している。この軸受は、
従来のものと同様、外輪２０、内輪２１、そして転動体
２２の軸受要素を有している。機械振動を記録するのに
適したセンサ２４が取りつけられた軸受ハウジング２３
に上記軸受が組み込まれている。図５は、又軸２６への
ラジアル荷重の結果として各転動体２２が（その結果、
外輪２０と内輪２１も）荷重として受けている力２５を
図示している。
【００３０】図５の例においては、一つの転動体２７が
表面欠陥２８をもっている。外輪２０と内輪２１も又そ
れぞれ表面欠陥２９，３０をもっている。内輪の回転
中、各表面欠陥２８，２９，３０は周期的に他の軸受要
素と接触するようになり、その結果、図６ａ，図６ｂ，
図６ｃに示される瞬間振動が生ずる。センサ２４で記録
されるかかる瞬間振動は下述する形として確認される。
表面欠陥２８をもっている。外輪２０と内輪２１も又そ
れぞれ表面欠陥２９，３０をもっている。内輪の回転
中、各表面欠陥２８，２９，３０は周期的に他の軸受要
素と接触するようになり、その結果、図６ａ，図６ｂ，
図６ｃに示される瞬間振動が生ずる。センサ２４で記録
されるかかる瞬間振動は下述する形として確認される。
【００３１】図６ａは外輪２０における欠陥２９に関
し、時間に対してプロットした瞬間振動を示している。
外輪２０は回転していないので、各転動体には欠陥２９
の点で同じ力が作用し、その結果として図６ａにおける
瞬間振動はすべて同じ形をなしている。瞬間振動が生じ
ている周波数はｆordである。そしてその周期は１／ｆ
ordである。
し、時間に対してプロットした瞬間振動を示している。
外輪２０は回転していないので、各転動体には欠陥２９
の点で同じ力が作用し、その結果として図６ａにおける
瞬間振動はすべて同じ形をなしている。瞬間振動が生じ
ている周波数はｆordである。そしてその周期は１／ｆ
ordである。
【００３２】図６ｂは内輪２１の欠陥の結果として、時
間に対してプロットした瞬間振動を示している。内輪２
１が回転しているので、欠陥３０の位置は移動し、その
結果、転動体２２により欠陥３０の位置にて生ずる力も
変動する。図６ｂにおいて、この影響が瞬間振動の大き
さの変動として観察でき、その周波数はｆird である。
内輪自体の回転数による周波数はｆiである。
間に対してプロットした瞬間振動を示している。内輪２
１が回転しているので、欠陥３０の位置は移動し、その
結果、転動体２２により欠陥３０の位置にて生ずる力も
変動する。図６ｂにおいて、この影響が瞬間振動の大き
さの変動として観察でき、その周波数はｆird である。
内輪自体の回転数による周波数はｆiである。
【００３３】図６ｃは、時間に対してプロットした瞬間
振動を示し、これは転動体２７の欠陥２８に関連してい
る。転動体は回転（自転及び公転）しているので、回転
中、その大きさも変動する。上記一時振動の周波数はｆ
bdであり、回転せる転動体の周波数はｆcである。
振動を示し、これは転動体２７の欠陥２８に関連してい
る。転動体は回転（自転及び公転）しているので、回転
中、その大きさも変動する。上記一時振動の周波数はｆ
bdであり、回転せる転動体の周波数はｆcである。
【００３４】実際の場合、別途図示された瞬間振動は、
センサ２４により記録されそしてランダムなパターンを
もっている振動信号により隠れてしまう。上記振動信号
において、振動は他の振動源から発生している。しかし
ながら、図１〜４にて説明した方法によって、周波数ｆ
ord,ｆird そしてｆbdはセンサ２４により検出された上
記振動信号から抽出することができる。
センサ２４により記録されそしてランダムなパターンを
もっている振動信号により隠れてしまう。上記振動信号
において、振動は他の振動源から発生している。しかし
ながら、図１〜４にて説明した方法によって、周波数ｆ
ord,ｆird そしてｆbdはセンサ２４により検出された上
記振動信号から抽出することができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、振動分析の対象として
いる機械装置が励振している周波数は上記励振周波数ス
ペクトルから直接読むことができる。このように見い出
された励振周波数から対象装置の幾何学的特性、例え
ば、その要素が励振の原因となっている軸受、該軸受の
回転速度が推定され、最後にそれぞれの要素に欠陥があ
るかどうか決定づけることができる。
いる機械装置が励振している周波数は上記励振周波数ス
ペクトルから直接読むことができる。このように見い出
された励振周波数から対象装置の幾何学的特性、例え
ば、その要素が励振の原因となっている軸受、該軸受の
回転速度が推定され、最後にそれぞれの要素に欠陥があ
るかどうか決定づけることができる。
【図１】時間間隔１から１６と共に、時間の関数として
振動の振幅を示すグラフである。
振動の振幅を示すグラフである。
【図２】時間と各時間間隔１等に生ずる振動周波数の関
数として振動の振幅を示すグラフである。
数として振動の振幅を示すグラフである。
【図３】図３ａは、図２に対応する三次元のグラフで、
振動周波数ｆt1について、時間に対する励振曲線ｅを示
す図である。図３ｂは、ｆt1に関し、時間Ｔにおける振
幅Ｅの部分を示す図である。図３ｃは、各不連続な励振
周波数ｆe1， ｆe2等についての振幅Ｅを示す図でる。
振動周波数ｆt1について、時間に対する励振曲線ｅを示
す図である。図３ｂは、ｆt1に関し、時間Ｔにおける振
幅Ｅの部分を示す図である。図３ｃは、各不連続な励振
周波数ｆe1， ｆe2等についての振幅Ｅを示す図でる。
【図４】全体のスペクトル、すなわち、ダイアグラムに
再生された振動周波数と励振周波数の関数としての振幅
を示す図である。
再生された振動周波数と励振周波数の関数としての振幅
を示す図である。
【図５】各種の表面欠陥をもつ軸受を示す図である。
【図６】図６ａは図５の軸受の外輪に生ずる振動現象を
含むグラフである。図６ｂは図５の軸受の内輪に生ずる
振動現象を含むグラフである。図６ｃは図５の軸受の転
動体に生ずる振動現象を含むグラフである。
含むグラフである。図６ｂは図５の軸受の内輪に生ずる
振動現象を含むグラフである。図６ｃは図５の軸受の転
動体に生ずる振動現象を含むグラフである。
１，２，３．．．１６ 時間間隔 Ａ 振幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘンドリック アンネ モル オランダ国、4254 イーピー シュレウバ イク、 エヌ ケイセルストラート ８ (72)発明者 ゲリット コーネリス ファン ニィーエ ン オランダ国、4021 ヴィーイー マウリ ク、レーメナッペルホーフ ７
Claims (4)
- 【請求項１】 次の〜のステップを有することとす
る周期的に励振される機械振動の分析方法。 振動に関連する振幅／時間のスペクトルをプロットす
ること。 振幅／時間のスペクトルを、続く二つの励振の間に予
期される最短経過時間よりも短い複数の時間間隔に分割
し、各時間間隔の開始時が後続の時間間隔と互いに重な
り合い時間をもつようにすること。 各時間間隔における振幅／時間のスペクトルを、各時
間間隔について振幅／振動周波数間隔のスペクトルに変
換すること。 或る振動周波数に関連した各振幅／振動周波数間隔の
スペクトルにおけるこれらの振幅を、それぞれの振動周
波数に関連した励振周波数スペクトルに変換すること。 - 【請求項２】 各変換はフーリェ変換であり、加重関数
が時間間隔に関連して用いられることとする請求項１に
記載の周期的に励振される機械振動の分析方法。 - 【請求項３】 次の及びのステップを有することと
する請求項１又は請求項２に記載の周期的に励振される
機械振動の分析方法。 振動周波数／励振周波数のスペクトルにおける連続的
な周波数に関して複数の励振周波数スペクトルを集め
る。 振動周波数と励振周波数の各組合せに関し振幅を再生
する。 - 【請求項４】 振幅の大きさが異なる色で再生されるこ
ととする請求項３に記載の周期的に励振される機械振動
の分析方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL9401949 | 1994-11-22 | ||
| NL9401949A NL9401949A (nl) | 1994-11-22 | 1994-11-22 | Werkwijze voor het analyseren van regelmatig geëxciteerde mechanische trillingen. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH08219873A true JPH08219873A (ja) | 1996-08-30 |
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