JPS6157491B2 - - Google Patents

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JPS6157491B2
JPS6157491B2 JP55039347A JP3934780A JPS6157491B2 JP S6157491 B2 JPS6157491 B2 JP S6157491B2 JP 55039347 A JP55039347 A JP 55039347A JP 3934780 A JP3934780 A JP 3934780A JP S6157491 B2 JPS6157491 B2 JP S6157491B2
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JP
Japan
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vrms
vpeak
waveform
bearing
Prior art date
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Expired
Application number
JP55039347A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS56135140A (en
Inventor
Yoji Myazaki
Shigeyuki Komatsu
Shinobu Sagisawa
Akira Oshitani
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Kawasaki Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd, Kawasaki Steel Corp filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP3934780A priority Critical patent/JPS56135140A/ja
Publication of JPS56135140A publication Critical patent/JPS56135140A/ja
Publication of JPS6157491B2 publication Critical patent/JPS6157491B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00Testing of machine parts
    • G01M13/04Bearings
    • G01M13/045Acoustic or vibration analysis

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は回転機械の軸受として多用されてい
るころがり軸受の異常を、機械の運転中に精度良
く診断するための装置に関する。
この種の装置として、ピエゾ素子を用いて振動
加速度を検出し、その自乗平均平方根値(以下
RMS値という)または尖頭値(以下ピーク値と
いう)を評価の尺度とするものが既に市販されて
いる。しかしながら軸受の欠陥の態様によつて振
動加速度の波形が著しく異なるため、単純な
RMS値またはピーク値のみの表示では精度のよ
い診断は出来ない。診断精度を上げるには、波形
処理等によつて欠陥の種類を弁別し、別に定めた
欠陥の種類毎の判定レベルにより診断するのが正
統でかつ信頼性も高いが、相当容量の情報処理装
置を必要とする関係上、高級技術者の介在を見ね
ばならず、また可搬型とすることが困難なため、
現場における診断には不適当である。診断精度を
上げる他の方法として、欠陥種類の相違、すなわ
ち波形の相違による補正を行なつた振動レベルを
表示して、このレベル表示のみにて診断する方法
が考えられるが、現場における診断には向くもの
の補正の量を決定するためのノウハウが必要であ
り、かつそのノウハウも理論的に明確なものでは
なく、対症療法的な経験則に基づくものであるた
め、汎用的な装置としての実現は見ていない。
そこで本発明は、これらの従来技術の有する欠
点を除去して、 (イ) 波形分折をする必要がなく、従つて大容量の
情報処理装置を具備せずに済み、その結果とし
て可搬性のある装置を提供すること。
(ロ) 計器の指示する値のみで良否の判断ができ、
従つて初級技術者でも診断が可能な装置を提供
すること。
(ハ) 欠陥の種類によらずに精度の良い診断を行な
い得る装置を提供すること。
を主たる目的とするものである。
本発明はこれらの目的を達成するために、数多
くのデータから波形による評価レベルの相違を考
慮した新しい尺度を導入することを特徴とするも
のであるが、説明の便宜上、まず本発明の実施例
の構成および動作について述べる。
第1図は本発明の実施例のブロツク線図で、個
個のブロツクにて示される回路装置はいずれも公
知のものを使用することができる。1はたとえば
ピエゾ素子を用いた加速度検出器であり、診断す
べき軸受に密着させて軸受より発生する固体音を
加速度振動の形で電気信号に変換する。この振動
波形は多くの振動周波数成分を含みかつ振幅も広
範囲に変動し、ランダム波形に近いものである。
2は振動波形の中でころがり軸受の診断に必要な
周波数帯のみを取り出すためのフイルタであり、
これによつて診断に不必要な振動、たとえば不釣
合やミスアライメント等によつて発生する低い周
波数の振動や、キヤビテーシヨン、接触等によつ
て発生する高い周波数の振動を除く。
第2図Aは代表的な例として軸受の外輪に傷の
ある場合の波形を示すもので、横軸に時間
(秒)、縦軸に振動可速度(G)をとつてある。こ
の波形を周波数分析すると第2図Bの如くにな
る。周波数分布がいくつかの群をなしているの
は、これらの周波数がころがり軸受の外輪、内
輪、保持器およびそれらの達成した固有振動数に
基づくためであり、フイルタの中心周波数はそれ
ぞれの使用目的に応じて対応する部品の固有振動
周波数に合わせるのが良い。一般的には外輪の固
有振動周波数に合わせるのが最も良い結果が得ら
れる。
さて再び第1図に戻つて、フイルタ2を通過し
た信号は包絡線検波回路3に与えられここで振動
周波数信号の包絡線信号が得られる。第2図Aの
振動波形はこの処理により第2図Cに示すような
波形となる。第2図Cの波形を周波数分析すると
第2図Dの如くになる。横軸の目盛は拡大して示
してあるが、第2図Bからは明らかでない転動体
の公転周波数の成分(78Hz)をこの図からは明ら
かに認めることができる。第1図の端子4はこの
ような周波数分析を行なうための外部出力端子で
ある。
さて、包絡線検波回路3の出力信号は、RMS
値算出回路5とピーク値算出回路6とに与えられ
る。これらの回路はいずれも直流出力で通常100
〜500ミリ秒のサンプリング時間毎にそれぞれの
値を出力するもので、市販の回路で十分である。
RMS値算出回路5とピーク値算出回路6の出力
は本発明の特徴である後述のQ値を演算する計算
回路7に与えられる。計算回路7において演算さ
れたQ値は指示計8に指示される。このQ値によ
つて軸受の異常の程度を判断できるが、さらに転
動体の公転速度の指標であるDm×Nに対しての
Q値の関係を示した判定図(第4図)を用いれば
よい。但し、Dmは転動体の公転直径(mm)、N
は機械の回転速度(r.P.m)である。そのために
判断回路11が設けられ、この判断回路11には
公転直径設定回路9、および回転速度設定回路1
0より設定値Dm,Nが入力され、後述するよう
に第4図に示す境界線A,Bに基づいてQ値の判
断がなされ良好であればランプ12、注意であれ
ばランプ13、停止であればランプ14がそれぞ
れ点灯される。
次に計算回路7におけるQ値の演算について説
明する。計算回路7においては次の計算式により
Q値の演算がなされる。
Q=Vrms×Vpeak×〔a|Vpeak/Vrms−5
|+b〕 …(1) 但し(1)式においてVrmsは包絡線波形のRMS
値、Vpeakは包絡線波形のPeak(ピーク)値、
a,bは定数である。
ここで(1)式の意味について説明する。それぞれ
の軸受において測定された包絡線波形のRMS値
のPeak値を実験により測定して、Vpeak/Vrms
,Vrms ×Vpeakを演算し、縦軸にVpeak/Vrms、横軸
にVrms ×Vpeakをとつて両対数グラフ上にプロツトする
と第3図に示すようになり、Vpeak/Vrms=5
の線の近 傍に集中する。図においては、軸受を分解点検し
た結果により、まだ十分使用に耐えるものは○
印、かなりの損傷があるが、まだ使用に耐えなく
もないものは△印、損傷がひどく使用できないと
判断したものは×印でそれぞれプロツトされてい
る。また図においてVpeak/Vrms=5の線の近
傍に集中 するのは波形がランダムな形だからである。図か
らも明らかなように正常な軸受は○印にてプロツ
トされているようにVpeak/Vrms=5の線の近
傍にあ り、かつVrms×Vpeakの値は低い。これに対し
て損傷のある軸受は△印,×印で示されているよ
うにVpeak/Vrms=5の線の近傍にあつたとし
ても Vrms×Vpeakの値は高くなる。したがつて良否
の判定はVrms×Vpeakの値で判定することがで
きることがこの実験データからわかる。
以上のとおり、Vrms×Vpeakの値により良否
の判定を行なうことができることは実験データよ
り明らかであるが、このことは理論的にも次のよ
うに説明することができる。すなわちVrms×
Vpeakを変形すると次式のように表わすことがで
きる。
Vrms×Vpeak =(Vrms)2×Vpeak/Vrms …(2) (2)式の右辺において、(Vrms)2はランダム波形の
パワーを示しており、通常ランダム波のエネルギ
ーを表わすのに用いられる値である。
一方、Vpeak/Vrmsはクレストフアクタリー
または波 形率と称して、波形のおおよその形の定義として
用いられるものである。ここで(Vrms)2の値に
ついて考えてみると、軸受にきず、うねり、電食
等の損傷がある場合にはランダム波形は大きくな
るため、当然のことながら(Vrms)2の値は大き
くなる。これに対してVpeak/Vrmsの値はラン
ダム波よ りもPeak値が大きく出るような波形の場合、す
なわち軸受にきずがある場合には5よりも大きく
なるため、第3図においてVpeak/Vrms=5の
線より上 方に位置する。またランダム波よりも低周波成分
の多い波形の場合、すなわち軸受にうねり、電食
等がある場合には5よりも小さくなるため、第3
図においてVpeak/Vrmsの値を掛算することに
より Vpeak/Vrms=5を掛算する場合にくらべて(
Vrms)2 ×Vpeak/Vrmsの値は小さくなる。しかしなが
ら (Vrms)2の値のほうが損傷がある場合には大きな
変化を示すこと、損傷としてはうねりや電食より
もきずのほうが重大であることを考えればVrms
×Vpeakの値により良否の判別を行なうことがで
きるのである。
次に(1)式の右辺において〔a|Vpeak/Vrm
s−5|+ b〕の項について説明する。以上の説明により
Vrms×Vpeakの値により一応の良否の判別を行
なうことができることが理解されるが、(Vrms)2
の値に対してVpeak/Vrmsの値の変化のほうが
小さいた め、Vrms×Vpeakの値だけの良否の判別では
Vpeak/Vrms=5の線から離れた損傷に対して
は不充分 なことがある。そのために、〔a|Vpeak/Vrm
s−5| +b〕なる補正係数を掛算し、Vrms×Vpeakの
値を補正して(1)式に示すQ値を演算するのであ
る。この補正の効果を第3図を用いて説明する
と、Vrms×Vpeakの値にて良否の判別を行なう
場合には例えば破線aが境界となるが、補正係数
を掛算したQ値にて良否の判別を行なう場合には
破線bが境界となりVrms×Vpeakの値がやや小
さいが、Vpeak/Vrmsの値が5より離れている
ものも含 むことができるようになる。なお軸受の種類によ
つて定数a,bの値を設定することにより第3図
において境界bの傾きを変えることができる。
以上の説明からも明らかなように、(1)式にてQ
値を演算し、その値を判別の尺度とすることによ
りすでに十分な確度での判定が可能であるが、そ
れぞれのデータが採取された時の運転状態(Dm
×N)を横軸にとり、縦軸にQ値をとつて第4図
に示すようなグラフを作成し、Dm×Nの値とQ
値よりこのグラフを用いて判定を行なうようにす
ればより一層精度の高い判定結果を得ることがで
きる。なお、第4図においては、実線A,Bをそ
れぞれ境界線として境界線A以下は正常のもの
(良好)境界線A,Bの中間はやや損傷があるが
まだ使用できるもの(注意)境界線B以上は交換
が必要なもの(停止)と判別するようにしてい
る。そしてこれらの判別結果は第1図に示すラン
プ12,13,14で表示するようにすればよ
い。境界線A,Bが図示のようにDn×Nの値が
2×105mm/minのところで屈曲しているのは実
験データによればQ値はDn×Nの値が2×105
mm/min以上においては飽和する傾向があるから
である。
このように本発明によれば、(1)式で示すQ値の
みを用いて判定を行なうようにしたため、種々の
異常による波形のちがいによつて異なる判定レベ
ルを用いねばならないというわずらわしさを避け
て、だれでも精度の高い判定を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるころがり軸受異常診断装
置の構成を示すブロツク図、第2図は本発明によ
るころがり軸受異常診断装置の動作を説明するた
めの各種波形図、第3図は実験データをプロツト
した図、第4図はDn×Nの変化に対してQ値を
プロツトした図である。 1……加速度検出器、2……フイルタ、3……
包絡線検波回路、5……RMS値算出回路、6…
…ピーク値算出回路、7……計算回路、8……指
示計、11……判断回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 軸受に設置され、軸受より発生する固体音を
    加速度信号の形で電気信号に変換し出力する加速
    度検出器と、診断に必要な周波数帯のみを前記電
    気信号成分より取り出すフイルタと、このフイル
    タを通過した波形の包絡線の波形を得る包絡線検
    波回路と、この包絡線検波回路より出力される包
    絡線波形の自乗平均平方根値を得る自乗平均平方
    根値算出回路と、前記包絡線波形の尖頭値を得る
    尖頭値算出回路と、前記自乗平均平方根値および
    尖頭値より、 Q=Vrms×Vpeak×〔a|Vpeak/Vrms−5
    |+b〕 但しVrms;自乗平均平方根値、 Vpeak;尖頭値、 a,b;定数 を演算する計算回路とを備え、前記Q値を異常診
    断の尺度として用いることを特徴とするころがり
    軸受異常診断装置。
JP3934780A 1980-03-27 1980-03-27 Abnormality diagnostic device for roller bearing Granted JPS56135140A (en)

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JP3934780A JPS56135140A (en) 1980-03-27 1980-03-27 Abnormality diagnostic device for roller bearing

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JP3934780A JPS56135140A (en) 1980-03-27 1980-03-27 Abnormality diagnostic device for roller bearing

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JPS56135140A JPS56135140A (en) 1981-10-22
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58127142A (ja) * 1982-01-26 1983-07-28 Nippon Seiko Kk 軸受の傷検出装置
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JP5104441B2 (ja) * 2008-03-19 2012-12-19 富士電機株式会社 回転機械の転がり軸受診断方法

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JPS56135140A (en) 1981-10-22

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