JPS6120734B2 - - Google Patents
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- JPS6120734B2 JPS6120734B2 JP53126784A JP12678478A JPS6120734B2 JP S6120734 B2 JPS6120734 B2 JP S6120734B2 JP 53126784 A JP53126784 A JP 53126784A JP 12678478 A JP12678478 A JP 12678478A JP S6120734 B2 JPS6120734 B2 JP S6120734B2
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- JP
- Japan
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- bearing
- shaft
- vibration
- pulses
- waveform
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- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims description 8
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
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- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
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- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電動機の軸受等のような軸受の監視装
置に関し、特に機器の運転中に於ても監視できる
軸受監視装置に関する。
置に関し、特に機器の運転中に於ても監視できる
軸受監視装置に関する。
近年、各産業プラントの大形化、大規模化にと
もない、そこに使用されている電気品、機械品等
の設備の量は著しく増加している。このためプラ
ント内の異常発生の回数が増すとともに、容量の
増大や負荷の増加等で、一つの機器の故障が、他
の機器におよぼす影響が大きくなつてきている。
このような状況のもとで設備の稼動率の向上と安
全運転の確保のために保守監視や異常予知の強化
が必要になつてきた。
もない、そこに使用されている電気品、機械品等
の設備の量は著しく増加している。このためプラ
ント内の異常発生の回数が増すとともに、容量の
増大や負荷の増加等で、一つの機器の故障が、他
の機器におよぼす影響が大きくなつてきている。
このような状況のもとで設備の稼動率の向上と安
全運転の確保のために保守監視や異常予知の強化
が必要になつてきた。
このような監視装置として電動機の軸受等の軸
受監視装置がある。従来の軸受監視装置は圧電形
加速度ピツクアツプを軸受ハウジングに固定する
ようにしており、正常な軸受においてはころがり
軸受特有の振動が観測され第１図の様な波形が見
られる。この場合の振動数は ｆ＝Ｃ・fc （HZ）………(1) fc＝AP／Ｂ が成り立つ。
受監視装置がある。従来の軸受監視装置は圧電形
加速度ピツクアツプを軸受ハウジングに固定する
ようにしており、正常な軸受においてはころがり
軸受特有の振動が観測され第１図の様な波形が見
られる。この場合の振動数は ｆ＝Ｃ・fc （HZ）………(1) fc＝AP／Ｂ が成り立つ。
但し式においてＡは軸受内レースの外径、Ｂは
軸受外レースの内径、Ｃは鋼球数、fcは転動体
（鋼球）の公転速度、または保持器の回転数
（rps）Ｐは回転速度（ｒ、ｐ、ｓ）である。
軸受外レースの内径、Ｃは鋼球数、fcは転動体
（鋼球）の公転速度、または保持器の回転数
（rps）Ｐは回転速度（ｒ、ｐ、ｓ）である。
また振動の周期t1は
t1＝１／ｆ＝Ｂ／Ａ・Ｐ・Ｃ………(2)
で表わされる。
軸受潤滑中に異物が混入し傷がついたり、転動
体（鋼体またはローラ）と転走面（内外輪）との
くり返し接触による疲労で局部的なはくりが発生
したりあるいは何らかの原因で軸受に傷や圧こ
ん、さびなどの局部的な劣化が発生することがあ
る。このような場合、傷の上を球やローラが通過
すると衝撃的な振動が発生する。振動の周波数成
分は単一周波数成分とはならず広帯域にわたる成
分を有しているが内外輪の固有振動数の近辺の成
分が多い。
体（鋼体またはローラ）と転走面（内外輪）との
くり返し接触による疲労で局部的なはくりが発生
したりあるいは何らかの原因で軸受に傷や圧こ
ん、さびなどの局部的な劣化が発生することがあ
る。このような場合、傷の上を球やローラが通過
すると衝撃的な振動が発生する。振動の周波数成
分は単一周波数成分とはならず広帯域にわたる成
分を有しているが内外輪の固有振動数の近辺の成
分が多い。
Γ 外輪（外レース）に傷がある場合（内輪回
転） 第２図に軸受の外レースに傷がある場合の波形
を示す。第３図に外レースの傷Ｗの例を示す。第
２図に於いて波形の鋭く立ち上つている点は鋼球
が傷の上を通過した点であり、t2は次の鋼球が傷
を通過するまでの時間（周期）となる。この様に
鋼球が傷の上を通過する度に鋭い波形の立ち上り
があるため、この波形の立ち上りは規則的であ
り、この軸受を使用している軸の回転速度Ｐと時
間t2の間には次式で示すような一定の関係が成り
立つ。
転） 第２図に軸受の外レースに傷がある場合の波形
を示す。第３図に外レースの傷Ｗの例を示す。第
２図に於いて波形の鋭く立ち上つている点は鋼球
が傷の上を通過した点であり、t2は次の鋼球が傷
を通過するまでの時間（周期）となる。この様に
鋼球が傷の上を通過する度に鋭い波形の立ち上り
があるため、この波形の立ち上りは規則的であ
り、この軸受を使用している軸の回転速度Ｐと時
間t2の間には次式で示すような一定の関係が成り
立つ。
t2＝Ｂ／Ａ・Ｐ・Ｃ………(3)
Γ 内輪（内レース）に傷がある場合（内輪回
転） 第４図に軸受の内レースに傷がある場合の波形
を示す。第５図に内レースの傷Ｗの例を示す。第
４図に於いて波形の鋭く立上つている点は鋼球が
傷の上を通過した点でありt3は次の鋼球が傷を通
過するまでの時間（周期）となる。この軸受を使
用している軸の回転速度Ｐと時間t3の間には次式
で示すような一定の関係が成り立つ。
転） 第４図に軸受の内レースに傷がある場合の波形
を示す。第５図に内レースの傷Ｗの例を示す。第
４図に於いて波形の鋭く立上つている点は鋼球が
傷の上を通過した点でありt3は次の鋼球が傷を通
過するまでの時間（周期）となる。この軸受を使
用している軸の回転速度Ｐと時間t3の間には次式
で示すような一定の関係が成り立つ。
t3Ｅ／Ａ・Ｐ・Ｃ………(4)
但しＥは鋼球の直径である。
第４図の鋭く立ち上つた波形のピーク値は一定
の周期で変化する。これは内レースの回転により
軸受に取付け加速度ピツクアツプに内レースの傷
が近づいたり離れたりするために起るものでやは
りＰとt4の間には次の関係が成り立つ。
の周期で変化する。これは内レースの回転により
軸受に取付け加速度ピツクアツプに内レースの傷
が近づいたり離れたりするために起るものでやは
りＰとt4の間には次の関係が成り立つ。
t4＝１／Ｐ ………(5)
前記(2)，(3)，(4)，(5)式は全て回転速度Ｐの関数
で回転速度Ｐが求まれば時間t1，t2，t3，t4が求ま
る。
で回転速度Ｐが求まれば時間t1，t2，t3，t4が求ま
る。
本発明は以上の欠点を除去して軸受の異常を、
その際発生する振動または騒音により検出する場
合に各種異常の固有な周期を監視し異常が内レー
スにあるか外レースにあるかを判断し軸の回転速
度に影響されずに信号を出すことのできる軸受監
視装置を得ることを目的とする。
その際発生する振動または騒音により検出する場
合に各種異常の固有な周期を監視し異常が内レー
スにあるか外レースにあるかを判断し軸の回転速
度に影響されずに信号を出すことのできる軸受監
視装置を得ることを目的とする。
以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。この装置は異常時発生する振動または騒音を
監視するため振動測定器たとえば加速度計やマイ
クロホンにより電気信号に変え、その信号中に含
まれる基本成分の周期を取り出す回路と、被監視
機器のシヤフト位置を検出するために回転角に応
じたパルスを発生するシヤフトエンコーダと、異
常振動の基本成分の周期の間のシヤフトエンコー
ダのパルスをカウントするカウンターと、予め設
定された値とカウンターの出力を比較し一致した
時出力を出すコンパレータから構成される。
る。この装置は異常時発生する振動または騒音を
監視するため振動測定器たとえば加速度計やマイ
クロホンにより電気信号に変え、その信号中に含
まれる基本成分の周期を取り出す回路と、被監視
機器のシヤフト位置を検出するために回転角に応
じたパルスを発生するシヤフトエンコーダと、異
常振動の基本成分の周期の間のシヤフトエンコー
ダのパルスをカウントするカウンターと、予め設
定された値とカウンターの出力を比較し一致した
時出力を出すコンパレータから構成される。
式(2)，(3)，(4)，を見ると、(3)と(4)は周期が違う
ため容易に判別できる。式(2)（正常な軸受の振動
周期t1）と式(3)（外レースに傷がある場合t2）とは
基本波の周期が同じであるが、第１図と第２図に
示す様に振動の加速度の大きさが異なるため、レ
ベル検出回路を付けることにより容易に判断でき
る。
ため容易に判別できる。式(2)（正常な軸受の振動
周期t1）と式(3)（外レースに傷がある場合t2）とは
基本波の周期が同じであるが、第１図と第２図に
示す様に振動の加速度の大きさが異なるため、レ
ベル検出回路を付けることにより容易に判断でき
る。
今、正常な振動は低レベルのフイルター（例え
ばノイズフイルター）によりカツトし、異常振動
の場合、つまり内レースの傷と、外レースの傷を
判断する回路を考える。
ばノイズフイルター）によりカツトし、異常振動
の場合、つまり内レースの傷と、外レースの傷を
判断する回路を考える。
式(3)，(4)は周期で求めてある。つまり回転速度
Ｐの関数のため軸の回転速度が変る度に時間t2，
t3が変化する欠点がある。式(3)，(4)を軸１回転当
りに直すと次の式となる。
Ｐの関数のため軸の回転速度が変る度に時間t2，
t3が変化する欠点がある。式(3)，(4)を軸１回転当
りに直すと次の式となる。
外レースに傷のある場合の軸１回転当りの異常
振動数P1 P1＝１／t2・Ｐ＝Ａ・Ｃ／Ｂ ………(6) 内レースに傷のある場合の軸１回転当りの異常
振動数P2 P2＝１／t3・Ｐ＝Ａ・Ｃ／Ｅ ………(7) 軸１回転当りP3パルスを発生するシヤフトエン
コーダを、この回転軸に取り付けた場合、上記異
常パルスP1またはP2のパルス間に発生するシヤフ
トエンコーダのパルスをそれぞれP4，P5とする
と、 P4＝P3／P1………(8) P5＝P3／P2………(9)となる。
振動数P1 P1＝１／t2・Ｐ＝Ａ・Ｃ／Ｂ ………(6) 内レースに傷のある場合の軸１回転当りの異常
振動数P2 P2＝１／t3・Ｐ＝Ａ・Ｃ／Ｅ ………(7) 軸１回転当りP3パルスを発生するシヤフトエン
コーダを、この回転軸に取り付けた場合、上記異
常パルスP1またはP2のパルス間に発生するシヤフ
トエンコーダのパルスをそれぞれP4，P5とする
と、 P4＝P3／P1………(8) P5＝P3／P2………(9)となる。
この式は回転速度や周期を含まないため、軸の
速度が変つても関係は変らない。つまりいかなる
回転速度の時でも、異常振動から異常振動までの
間に発生するシヤフトエンコーダのパルスをカウ
ントする事で軸受の傷の位置が判断できる。
速度が変つても関係は変らない。つまりいかなる
回転速度の時でも、異常振動から異常振動までの
間に発生するシヤフトエンコーダのパルスをカウ
ントする事で軸受の傷の位置が判断できる。
第６図で本発明の１実施例の回路構成を説明す
る。
る。
モータＭの軸受に振動測定器（例えば加速度
計）（PU）を付ける。これにより振動が電気信号
に変る。ノイズフイルター１により低レベルの信
号をカツトする。このノイズフイルター１を信号
が通過するのは軸受が異常振動した時となる様に
レベルセツトされている。次に微分回路２により
波形整形すると共に、信号レベルが低い場合は増
幅しカウンター３のゲート信号とする。カウンタ
ー３にはモータＭの軸に接続されたシヤフトエン
コーダ（PG）よりパルスが入力されている。カ
ウンター３は微分回路２のゲート信号から次のゲ
ート信号までのパルスをカウントしデジタルコン
パレータ４，５に送る。デジタルコンパレータ
４，５は式(8)，(9)によりあらかじめセツトされた
数と比較し、その数と一致したら信号を出す。
４，５どちらのコンパレータの信号がでたかで、
軸受に傷が発生したかと、どこの傷かの判断がで
きる。
計）（PU）を付ける。これにより振動が電気信号
に変る。ノイズフイルター１により低レベルの信
号をカツトする。このノイズフイルター１を信号
が通過するのは軸受が異常振動した時となる様に
レベルセツトされている。次に微分回路２により
波形整形すると共に、信号レベルが低い場合は増
幅しカウンター３のゲート信号とする。カウンタ
ー３にはモータＭの軸に接続されたシヤフトエン
コーダ（PG）よりパルスが入力されている。カ
ウンター３は微分回路２のゲート信号から次のゲ
ート信号までのパルスをカウントしデジタルコン
パレータ４，５に送る。デジタルコンパレータ
４，５は式(8)，(9)によりあらかじめセツトされた
数と比較し、その数と一致したら信号を出す。
４，５どちらのコンパレータの信号がでたかで、
軸受に傷が発生したかと、どこの傷かの判断がで
きる。
第７図と第８図に各部の波形の例を示す。両方
共に外レースに傷がある場合であるが、第７図の
軸の回転速度に比べ第８図の方が遅い場合であ
る。
共に外レースに傷がある場合であるが、第７図の
軸の回転速度に比べ第８図の方が遅い場合であ
る。
１１は加速度計の電気信号で傷の上を鋼球が通
過する度り大きい加速度が発生する。１２は信号
１１のあるレベル以上を取り出した波形である。
この段階で正常時の振動は全てカツトされ、これ
以降には信号が行かなくなる。つまり信号１２は
異常信号のみとなる。１３は微分回路により波形
整形した後、増幅回路とリミツターにより一定レ
ベルに整つたゲート信号である。回転速度が遅い
場合には異常信号の立ち上り速度（dv／dt）が
遅いので微分波形が小さくなり、増幅が必要とな
る。１４はシヤフトエンコーダ（PG）の信号
で、シヤフト１回転につき一定のパルスが出るた
め、シヤフトの回転角に応じたパルスが出る。つ
まり第７図のγ１間のパルス数と第８図のγ２間
のパルス数は同じとなる。よつて同一故障の場合
は回転速度に関係なく同一パルスとなる。
過する度り大きい加速度が発生する。１２は信号
１１のあるレベル以上を取り出した波形である。
この段階で正常時の振動は全てカツトされ、これ
以降には信号が行かなくなる。つまり信号１２は
異常信号のみとなる。１３は微分回路により波形
整形した後、増幅回路とリミツターにより一定レ
ベルに整つたゲート信号である。回転速度が遅い
場合には異常信号の立ち上り速度（dv／dt）が
遅いので微分波形が小さくなり、増幅が必要とな
る。１４はシヤフトエンコーダ（PG）の信号
で、シヤフト１回転につき一定のパルスが出るた
め、シヤフトの回転角に応じたパルスが出る。つ
まり第７図のγ１間のパルス数と第８図のγ２間
のパルス数は同じとなる。よつて同一故障の場合
は回転速度に関係なく同一パルスとなる。
本発明は軸受の傷による振動がシヤフトの位置
に関係する事に着目し、シヤフト位置検出器（シ
ヤフトエンコーダ等）と振動検出器等の組み合せ
で傷の位置を検出するものであるから、シヤフト
の位置を検出できる検出器であれば、シンクロで
も回転スイツチでも良い。また軸の振動は振動に
よる騒音を検出し電気信号に変えても良い。例え
ば内輪が回転する場合について記述したが外輪が
回転する場合も同じことが言える。
に関係する事に着目し、シヤフト位置検出器（シ
ヤフトエンコーダ等）と振動検出器等の組み合せ
で傷の位置を検出するものであるから、シヤフト
の位置を検出できる検出器であれば、シンクロで
も回転スイツチでも良い。また軸の振動は振動に
よる騒音を検出し電気信号に変えても良い。例え
ば内輪が回転する場合について記述したが外輪が
回転する場合も同じことが言える。
以上のように本発明によれば軸の回転速度に関
係なく、軸受の破損検出と傷の位置の検出が出来
るため、スピードコントロールをしている電動機
や始動時で定速運転に入る前の状態でも故障検出
が出来る。また回転速度によらず、回転角によつ
ているため正確な検出が可能である。
係なく、軸受の破損検出と傷の位置の検出が出来
るため、スピードコントロールをしている電動機
や始動時で定速運転に入る前の状態でも故障検出
が出来る。また回転速度によらず、回転角によつ
ているため正確な検出が可能である。
第１図は従来の軸受監視における正常な軸受の
振動を示す波形図、第２図は同じく外輪（外レー
ス）に傷がある場合の振動を示す波形図、第３図
は外輪（外レース）に傷がある軸受の平面図、第
４図は同じく内輪（内レース）に傷がある場合の
振動を示す波形図、第５図は内輪（内レース）に
傷がある軸受の平面図、第６図は本発明の一実施
例の回路構成図、第７図は第６図の回路の各部の
波形図、第８図は同じく回路各部の波形図であ
る。 １……ノイズフイルター、２……微分回路、３
……カウンター、４……デジタルコンパレータ、
５……デジタルコンパレータ、Ｍ……モータ（電
動機）、PG……シヤフトエンコーダ、PU……振
動測定器（加速度計）。
振動を示す波形図、第２図は同じく外輪（外レー
ス）に傷がある場合の振動を示す波形図、第３図
は外輪（外レース）に傷がある軸受の平面図、第
４図は同じく内輪（内レース）に傷がある場合の
振動を示す波形図、第５図は内輪（内レース）に
傷がある軸受の平面図、第６図は本発明の一実施
例の回路構成図、第７図は第６図の回路の各部の
波形図、第８図は同じく回路各部の波形図であ
る。 １……ノイズフイルター、２……微分回路、３
……カウンター、４……デジタルコンパレータ、
５……デジタルコンパレータ、Ｍ……モータ（電
動機）、PG……シヤフトエンコーダ、PU……振
動測定器（加速度計）。
Claims (1)
- １ 軸受の振動や騒音で軸受の異常を検出する軸
受監視装置において、異常振動の基本波を取り出
し基本波間のシヤフトの回転角をシヤフトの回転
角に応じたパルス数を発生するシヤフトエンコー
ダのパルス数をカウントする事で異常値の周期を
検出し、周期の違いにより傷の位置を検出するよ
うにした軸受監視装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12678478A JPS5554429A (en) | 1978-10-17 | 1978-10-17 | Bearing supervisory unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12678478A JPS5554429A (en) | 1978-10-17 | 1978-10-17 | Bearing supervisory unit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5554429A JPS5554429A (en) | 1980-04-21 |
| JPS6120734B2 true JPS6120734B2 (ja) | 1986-05-23 |
Family
ID=14943843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12678478A Granted JPS5554429A (en) | 1978-10-17 | 1978-10-17 | Bearing supervisory unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5554429A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5877915A (ja) * | 1981-11-02 | 1983-05-11 | Toshiba Corp | 遠心清澄機軸受異常予知装置 |
| JPS62270820A (ja) * | 1986-05-16 | 1987-11-25 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 振動音による軸受異常診断方法及びその装置 |
| JPH0643848B2 (ja) * | 1987-08-19 | 1994-06-08 | 株式会社日立製作所 | ころがり軸受の異常診断装置 |
| TW226450B (ja) * | 1992-08-31 | 1994-07-11 | Canon Kk | |
| JP3373718B2 (ja) * | 1996-03-21 | 2003-02-04 | 松下電工株式会社 | 軸受の傷検出方法 |
| JP5509720B2 (ja) * | 2009-08-07 | 2014-06-04 | 株式会社ジェイテクト | 転がり軸受装置 |
| JP6841558B2 (ja) * | 2017-02-24 | 2021-03-10 | Thk株式会社 | 転がり案内装置の状態診断システム及び状態診断方法 |
-
1978
- 1978-10-17 JP JP12678478A patent/JPS5554429A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5554429A (en) | 1980-04-21 |
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