JPS62270820A - 振動音による軸受異常診断方法及びその装置 - 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、テーブルローラ等の回転機械の設備診断を
効率良く行なうため、特にその軸受につき振動音から異
常を診断する方法及びその装置に関する。

〔従来の技術〕

テーブルローラ等の回転機械は、体動中に内輪、コロ（
ボール）、外輪、保持器等の軸受構成部品に金属接触に
よる焼付き疵、スケール等異物噛込みによる圧痕等がで
きることがある。このような疵の入った軸受は、稼動中
の垂直及び水平方向の作用力の繰返しにより徐々にその
疵の範囲及び深さが著しくなり、ついには軸受の破壊と
なる等重大事故を引き起こす。そのためＣｏｎｄｉｔｉ
ｏｎ　Ｂａ５ｅｄ　Ｍａｉｎｔｅ−ｎａｎｃｅ化の一環
として、従来は回転機械の一つ一つにセンサを取付け、
これらの振動測定を実施して解析する方法により設備診
断を行ない、上記事故の発生を未然に防ぐ努力がなされ
てきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

、しかし、従来の設備診断方法では、 ■稼動中の設備にセンサを取付けることは非常に危険で
あって禁止されており、そのため稼動中には振動測定を
行なうことができない、 ■従って、修理日等を利用し、設備停止中にセンサを設
置後、設備を運転して測定することを繰返さなければな
らず、準備して測定するまでに時間を要している、 等の問題があった。

これらの問題を解決する方法として、各ポイントにセン
サを予め取付けておき、これらをコンピュータに接続し
て常時監視する技術が既に実施されているが、コスト的
に高くつき、総合的に判断するとメリットが少ない。

このような理由から、簡便な操作で稼動中に測定ができ
、且つコスト的に安価に設備診断を行なえる技術の開発
が望まれていた。そのため本発明は設備律動中に発生す
る振動音を利用して回転機械の軸受異常を診断する方法
及びその装置を提供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、設備稼動中に発生する振動を間接的に測
定することができる因子として、該振動から派生する振
動音に着目し、これを解析して軸受の異常を診断する方
法を検討した。その結果、本発明法を創案し、巣に軸受
の異常を診断できるだけでなく、軸受のどの部分に異常
があるかまでも診断できることになった。

以下本発明法につき詳細に説明する。

回転機械の保持器、外輪、内輪、ボール等の軸受各部に
疵が発生した場合に、これらの各部に固有な低周波数乃
至低周期は、所定の計算式により予め求めることができ
る。この計算に必要な基本値としては、コロ径、ＰＣＤ
。

コロ数、接触角等の軸受諸元と、定速運転中の回転機械
の回転数であり、これらを調べた上で下記計算式により
軸受各部の庇周波数又は低周期を求めておく。

（ＪＬ）回転周波数（ｆｒ）　　　　　　（７）回転周
期（Ｔｒ）（ｂ）保持器低周波数（ｆｃ）　　　　げ）
保持器低周期（Ｔｃ）（Ｑ））（Ｈ２） （Ｃ）外輪低周波数（ｆ　ｏ　）　　　　　（’２外輪
疵周期（ＴＯ）ｆｏ　＝　ｆｃ　ｊＺ（Ｈｚ）　　　　
　　Ｔｏ＝　−ｘ　１０００　（ｍｓ）（ｄ）内輪疵周
波数（ｆｌ）　　　　　に）内輪低周期（Ｔｉ）（Ｑ）
）（１（Ｚ） （ｅ）ボール疵周波数（ｆｂ）　　　　（３）ボール疵
周期（Ｔｂ）へ２−Ｃｏｇ△２　（Ｑ）］　（）（ｚ）
Ｎ：回転数　　ｄ：コロ径　　Ｄ：ＰＣＤＱ：接触角　
　２：コロ数 次に定速運転中の前記回転数時点での回転機械の振動音
をキャッチし、該振動音から周期性のあるものを抽出し
てその周波数又は周期を求める。この振動音を処理し、
周波数又は周期を求める場合は、振動音を電気信号に変
換し、電気的処理を行なって求めると良い。

このようにして求められた振動音の周波数又は周期と、
予め計算しておいた前記軸受各部の低周波数又は疵周期
を比較し、一致乃至は近似する値があるか否かを調べる
。この時、軸受各部のいずれかの低周波数又は疵周期に
、振動音の周波数又は周期が一致したり或は近似する場
合は、その部分に異常が発生していることがわかる。

又、第２発明としては、振動音を電気信号に変換し、そ
の信号を電気的に処理して振動音の周期を求める装置を
提供するものである。

即ち、本発明装置は、第１図に示すようにマイク（１）
と、核マイクｆ１）に連結した信号増幅器１２）と、該
信号増幅器（２）に連結したフィルタ同じく前記ＡＣ−
ＤＣ変換器（４）に接続した包絡線処理器（６）と、該
包絡線処理器（６）に接続した波形整形器（７）と、該
波形整形器（７）に接続する周波数カウンタ（８）と、
該周波数カウンタ（８）に接続した周期演算器（９）と
を有している。

上記本装置の構成の概要は、マイク（１１からＡＣ−Ｄ
Ｃ変換器（４）までの入力信号処理系統と、該ＡＣ−Ｄ
Ｃ変換器（４）から二つに枝分かれし、タレストファク
タ演算器（５］につながる軸受異常状懇の検出のための
異常検出系統と、包格線処理器（６）につながり、周期
演算器（９）に至る軸受異常発生箇所の特定のための異
常箇所特定系統とから構成される。

そのうち、前記マイク（１）は、回転機械から発せられ
る振動音をキャッチし、これを電気信号に変換するもの
である。

前記信号増幅器（２）は、マイク（１）にて電気信号に
変換された信号レベルは微弱であり、これを増嘱するた
めに設けられた装置である。

前記フィルタ（３）は、増幅された信号成分中には不要
な成分（うねりや高周波成分）が含まれているので、こ
のような不要信号及び雑音を除去し、目的とする周波数
の成分のみを取り出すために設けられた装置である。

前記ＡＣ−ＤＣ変換器（４）は、マイク（１）にて電気
信号に変換された振動音の信号は、交流信号であるので
、この信号を絶対値処理して正側のみの信号、即ち直流
信号に変換するために設けられた装置である。

前記タレストファクタ演算器（５）は、信号成分中の最
大値及び実効値を検出し、これら最大値及び実効値より
波高率（Ｃｒｅｓｔ　Ｆａｃｔｅｒ　；る装置である。

前記包格線処理器（６）は、絶対値処理した信号成分中
には目的とする周波数より高い成分（高周波成分）が依
然含まれており、包絡、線処理をしてこの高周辣成分を
除去するために設けられた装置である。

前記波形整形器（７）は、周ｉＡの演算５／度を高める
ために、これまでの信号処理によってほぼ目的とするも
のとなった信号から更に不要信号を除去して信号波形を
整えると共に、ピーク値をピックアップするに＋ｎであ
る。

前記周波数カウンタ（８）は、波形整形器（力で得られ
たピーク値をカウントし、周波数を求める装置である。

前記周期演算器（９）は、得られた周波数から周期を演
算し表示するものである。

尚、上記のように波形整形器（７）から周期演算器（９
）までの装置を備えて振動音の周期を検出する操作を行
なわず、前記包絡線処理器（６）で包絡８処理された信
号の振幅スペクトルをスペクトルアナライザにより表示
し、そこに現われた主スペクトルの周波数を求めるよう
にしたり、或は上記操作による周期の検出と共に、前記
スペクトルアナライザで表示された振幅スペクトルを基
に主スペクトルの周波数の検出を行なっても良い。

〔実施例〕

以下本発明の具体的実施例につき詳述する。

第２図は第２発明に係る軸受異常診断装置の一実施例を
示すブロック図であり、本装置はマイクＧＯと、信号増
幅器（１）と、フィルタ（１）と、ＡＣ−ＤＣ変換器（
４０）と、クレストファクタ演算器（５０）と、包絡線
処理器（６０）と、波形整形器（７０）と、周波数カウ
ンタ（８０）と、周期演算器（９０）とを有している。

そのうち、マイクαＯは２００　Ｈｚ　〜１０　ｋＨｚ
の範囲の音をキャッチする狭指向性のマイクである。

このマイクαＯによってキャッチされ電気信号に変換さ
れた振動音は次の信号増幅器−で増幅され、所定の信号
レベルにされる。信号の増幅度は信号増幅器−の利得切
換？でや、該信号増幅器−の出力側及び後述するフィル
タ田の出力側からスルースイッチ□□□を介してフィー
ドバックし、信号増幅器翰入力側に連絡するＡ、Ｇ、Ｃ
（Ａｕｔｏ　Ｇａ１ｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　）　Ｅにより
調整する。この信号増幅器翰出力側の信号は第３図（ａ
）に示すような波形イメージとなるが、信号にまだうね
りとノイズが含まれた状態である。尚、？１はスペクト
ルアナライザ用出力端子である。

この信号増幅器（７）により増幅された信号は次にフィ
ルタ■により処理される。該フィルタ田は高域通過戸波
器（Ｈｌｇｈ　ｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ　）（３１）と
、低域通過−波器（Ｌｏｗ　ｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ　
）（３２）とから構成されている。そのうち、高域通過
テ波器（３１）は、上述のように信号増幅器（７）で増
幅された信号に含まれるうねりとノイズという不要な成
分のうち、低械の不要成分、即ちうねりを除去するもの
である。この段階では第３図（ｂ）に示すようにうねり
が除去された波形イメージになる。そして次の低域通過
Ｆ波器（３２）では、高周波の不要成分（ノイズ）を除
去し、第３図（ｅ）に示すような波形イメージを得る。

このような両−波器（３１）　（３２）の遮断周波数を
適当に選ぶことにより目的とする周波数の成分のみを取
り出すことができる。

フィルタ処理された信号は、次にＡＣ−ＤＣ変換器（４
０）に流れる。該ＡＣ−ＤＣ変換器（４０）は整流器（
ＲｅｃｔｉｆＬｒｅ　）が用いられ、マイクαＧにより
変換された振動音の交流信号を絶対値処理して第３図（
ｄ）に示すような直流信号に変換する。

更に、クレストファクタ演算器（５０）は、絶対値処理
された信号から信号成分中の最大値及び実効値を求め、
更に、両値から波高率を演算して表示するものであり、
第３図（ｅ）に示す信号成分中の最大値を求める正側瞬
時値保持器（Ｐｅａｋ　ｈｏｌｄ　）　（５１）と、同
図（ｆ）に示す信号成分中の実効値を求める実効値演算
器（ＲＭＳ　）　（５２）と、これらの値から波高率を
演算するアナログの割算器（５３）と、メータドライバ
（５４）を介して上記演算結果を表示する電圧計（５５
）とからなる。本実施例では割算０（５３）で波高率を
演算する際、最大値をｌろ倍とすることにより、求めら
れた波高率が１より大か小かにより軸受の異常状態を知
る目安としている。尚、上記電圧計（５５）は波高率を
演算する前記割算器（５３）側、バッテリ（１０２）側
及び入力側の３方向に切替えることのできるメータ切替
スイッチ（１００）につなげられており、バッチ！Ｊ　
（１０２）側に切替えられた場合、スイッチ（１０１）
を介してバッチＩＪ　（１０２）に接続し、バッテリチ
ェックを行なうことができる。又、電圧計（５５）がメ
ータ切替スイッチ（１００）により入力側に切替えられ
た場合、メータドライバ（１０３）を介して信号増幅器
（ホ）出力側及びＡ、Ｇ、Ｃｑに接続し、信号人力レベ
ルを表示することが可能となる。

一方、クレストファクタ演算器（５０）による軸受異常
状態の検出系統とは別１こ、ＡＣ−ＤＣ変換器（４０）
で処理された信号は別途包路線処理器（６０）に送られ
、それ以下の系統で軸受異常発生箇所の特定のために信
号の周波数乃至周期の演算処理を行なう、該包路線処理
器（６０）は杷対値処理された信号成分中に依然含まれ
ている高周波成分を除去するものであり、その出側出力
は第３図（ｇ）に示すような波形イメージとなる。尚、
本実施例では包路線処理器（６０）の出力側にスペクト
ルアナライザ（６１）用出力端子（６２）が設けられて
おり、該スペクトルアナライザ（６１）を取付けること
により包絡線処理された振動音の振幅スペクトルを表示
することができるようになっている。

これまでの信号処理によりほぼ目的とする信号となるが
、信号周期の演算精度を高めるため、波形整形器（７０
）により更に信号波形を整えると共に、ピーク値をピッ
クアップする。

本実施例では該波形整形器（７０）の出力側に発光ダイ
オード（Ｌ　ＥＤ　）　（７１）がつなげられており、
波形整形器（７０）により第３図（ｈ）のような波形イ
メージとなった信号のピーク時に、前記発光ダイオード
（７１）を発光させる。この発光タイミングにより周期
性があるか否か一応の目安となる。

更に、周波数カウンタ（８０）により第３図（１）に示
すようにピーク値をち、　ｆ、　、　ｆ、・・・とカウ
ントし、周波数を求める。この際、クロックパルス発生
器（８１）により１０ｋＨｚのクロックパルスを発生し
て、周波数カウンタ（８０）に基準周波数として送りピ
ーク値をカウントする。

このようにしてカウントされた周波数は、次の周期演算
器（９０）に送り、周期に変換し直されるが、該周期演
算器（９０）はサンプリング周期１秒で信号の周期演算
を行なう瞬時値周期演算器（９１）及びその結果をデジ
タル表示する瞬時値周期頻度表示器（９２）と、サンプ
リング周期１０秒で信号の周期演算を行なう平均値周期
演算器（９３）及びその結果を同じくデジタル表示する
平均値周期頻度表示器（９４）とから構成される。

次に、上記装置を用いる軸受異常判定方法につき説明す
る。

まず、被測定対象となる回転機械の軸受のコロ径、ＰＣ
Ｄ、　　コロ数、接触角等の諸元と、その回転機械の定
速運転中の回転数を調べ、これらの基本値をもとに、上
述した軸受についての計算式によりこれら軸受各部の低
周波数及び低周期を計算しておく。

次に、本装置を用いて第４図に示すように現場で回転機
械の各ロール（２００）軸方向にマイク１０を向け、予
め調べておいた回転数になった時、クレストファクタ演
算器（５０）の電圧計（５５）が１以上になる点を探し
、前記周期演算器（９０）の周期頻度表示器（９２）　
（９４）の表示を見る。周期頻度表示器（９２）　（９
４）の数値表示がバラついている場合は、マイクαＯを
横方向に移動して測定方向を変えながら上記手順を繰り
返す０反対に周期頻度表示器（９２）　（９４）がある
数値を表示していれば、マイク■を向けた方向の軸受（
２０１）の振動音に周期性があることを示しており、以
下の手順に従って異常軸受（２０１）を探す。

即ち、周期頻度表示器（９２）　（９４）の数値と軸受
（２０１）についての計算結果を比較する。その結果、
もし一致乃至近似するものがあれば、更に次の手順で異
常部位を探す。

まず、マイクαＧを首振り操作しながら異常部位を絞り
込む。例えば第５図において、ロールＢの軸受（２０１
）に異常があるとする。マイクαＯを首振り操作して１
．Ｉｌ、１位置に移動しても、周期頻度表示器（９２）
　（９４）の数値は変わらないが、ロールＣ部で同様の
ことを行なうと、マイク（１０をＩの状態にした時に周
期頻度表示器（９２）　（９４）の数値がバラついてわ
からなくなる。従ってマイク（ＩＣ］の首撮り操作を行
ない、周期頻度表示器（９２）　（９４）の数値が変わ
らない所が異常部位であるということになる。

尚、マイクαＧの首振り操作を行なうことで、発光ダイ
オード（７１）の発光状況によっても、ある程度異常部
位の判定も可能である。又、判定精度を高めたい場合は
フィルタ（１）の周波数を適度に調整すれば良い。更に
上記の手順で異常部位を判定しにくい時は、スペクトル
アナライザ（６１）で振幅スペクトルを］認すると良い
。もし１１１＋受に異常があれば、時系列的なスペクト
ルとなるのですぐに判る。

太発明者等は、以上の装置を用い、上記操作手順に従っ
て、高炉建屋集塵ブロワの軸受につき調査してみた。

該ブロワの軸受のコロ径（ｄ）、ｐ　ＣＤ　（Ｄ）、コ
ロ数（Ｚ）、接触角（Ｑ）等の諸元は、表−１に示す通
りである。

表−１ 又、ブロワの定速運転中の回転数は９５４ｒｐｍであっ
た。更に、上述の計算式により保持器、外輪、内輪、ボ
ールの軸受各部の疵周波数及び疵周期を計算し、その結
果は表−２に示す通りである。

表−２ ＆８ｒｒ１Ｓｊ　　ｇ、□　ｍ３１ 次に、本装置により現場にて前記ブロワの軸方向にマイ
クαＯを向け、回転数が９５４　Ｐｐｍになった時点で
、上記手順ζこ従って軸受異常ａ所の判定を行なった。

この時、マイクα０でとらえた振動音の生波形は第６図
に示すものであり、又、該信号をフィルタ処理をし、絶
対値処理して正側瞬時値保持した結果得られた信号波形
は第７図に示すものとなった。

本装置では周期演算器（９０）の周期頻度表示器（９２
）　（９４）で表示される値がデータとして残らないの
で、代わりにスペクトルアナライザ（６１）に表示され
た振幅スペクトルを第８図に示す。このスペクトル表示
では１３０Ｈｚの主スペクトルがみられ、この高次成分
（２６０゜３９０．５２０Ｈ２）が時系列的に並んでい
る。

又、この信号の波形整形後の信号波形は第９図に示すよ
うになり、その周期はほぼ７．６ｍｓ前後であることが
わかる。

これらと表−２に示された軸受各部の疵周波数及び疵周
期とを比較すると、外輪低周波数及び疵周期と一致する
。この時の周期頻度表示器（９２）　（９４）の表示値
ら７．６ｍＳ　　であり外輪疵周期とほぼ一致している
。

後日、オーバホールを行なった結果、やはり外輪に疵が
あり不良であった。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明法及び装置によれば、退勤
音を測定するだけで、（１）定と同時に軸受異常の有無
及び異常発生箇所が判定でき、よって短時間で多くの設
備の０８Ｍ化が図れるという優れた効果を有している。

又、被測定物にセンサを取付ける必要がなく、稼動中の
設備でもそのまま測定できるので安全性も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２発明装置の構成を示すブロック図、第２図
は第２発明装置の一実施例を示すブロック図、第３図（
ａ）〜（ｉ）は本実施例装置の各部における名号波形例
を示す波形イメージ図、第４図は本実施例装置を用いて
本発明の異常診断方法を実施する場合の手順を示す説明
図、第５図は同じく本発明方法の実施手順を示す説明図
、第６図は本実施例で測定した振動音の生波形を示すオ
シログラフ図、第７図はフィルタ処理、絶対値処理、正
側瞬時値保持した結果得られた信号波形を示すオシログ
ラフ図、第８図は包絡縁処理後スペクトルアナライザに
表示された振幅スペクトルを示すグラフ図、第９図は波
形整形後の波形イメージを示すオシログラフ図である。 図中、（１）　（１ｏ）はマイク、（２）　（２０）は
信号増幅器、（３）　（３０）はフィルタ、（４）　（
４０）はＡＣ−ＤＣ変換器、（５）　（５０）はクレス
トファクタ演算器、（６）　（６０）は包絡絨処理器、
（７）　（７０）は波形整形器、（８）　（８０）は周
波数カウンタ、（９）　（９０）は周期演算器を各示す
。 特許出願人　　日本鋼管株式会社 発　　明　　者　　　大　　　沼　　　義　　　治同　
　　　　　　　　渡　　　辺　　　了　　　散開　　　
　　　　　　川　　　上　　　−男代理人弁理士　　　
吉　　　原　　　省　　　三周　同　　苫米地　正　敏 同　　弁護士　　　吉　　　原　　　弘　　　子第３図 （０）　　　　　　　　　　　　（ｄ）（ｂ）　　　　
　　　　　（ｅ） （ｈ） （ｉ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転機械の軸受のコロ径、ＰＣＤ、コ ロ数、接触角等の諸元と定速運転中の回 転数を調べた上で、所定の計算式に基づ いて予め保持器、外輪、内輪、ボール等 の軸受各部の疵周波数又は疵周期を求め ておき、次に上記回転数時点での回転機 械の振動音から周期性のあるものを抽出 してその周波数又は周期を求め、これら の周波数又は周期と、予め計算しておい た前記軸受各部の疵周波数又は疵周期と を比較して前記軸受のいずれの部分の異 常かを判定することを特徴とする振動音 による軸受異常診断方法。 ２、振動音を電気信号に変換するマイクと、該マイクに
   より変換された信号を増幅す る信号増幅器と、該信号増幅器で増幅さ れた信号から不要信号及び雑音を除去す るフィルタと、該フィルタで処理された 交流信号を絶対値処理して直流信号に変 換するＡＣ・ＤＣ変換器と、該ＡＣ・ＤＣ 変換器で絶対値処理された信号の成分中 から最大値及び実効値を求めそれらから 波高率を算出して表示するクレストファ クタ演算器と、前記ＡＣ・ＤＣ変換器で絶 対値処理された信号を包絡線処理して高 周波成分を除去する包絡線処理器と、該 包絡線処理器で処理された信号を波形整 形し、不要信号を除去すると共にそのピ ーク値を検出する波形整形器と、該波形 整形器で検出されたピーク値をカウント し、周波数を求める周波数カウンタと、 該周波数カウンタで求められた周波数か ら周期を演算し表示する周期演算器とを 有することを特徴とする振動音による軸 受異常診断装置。