JPS6232327A - 回転体の異常診断装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電動機等の回転機械に用いられている軸受等
の回転体に発生する異常を診断する装置に関する。

〔発明の背景〕

軸受けは回転体の回転を円滑ならしめ、かつ、所要の強
度をもって軸を支承しつるものでなければならない、し
かし、軸受けは金属同士の機械的接触を伴うものである
から経年劣化は避は難い。

軸受けに発生する異常には種々の態様があり５その原因
に応じて適切な対竿を講じなければならな’ｔ’ｌｌ 従来の軸受異常検出装置としては、例えば特開昭５０−
６７１８４号公報に記載があるように、軸受けに発生し
た損傷の有無のみを検出するにとどまり。

その異常原因の内容の分析や将来的な寿命までも予測し
うる能力を有するものではなかった。

〔発明の目的〕

本発明は１回転体の異常を検出するどともに、その異常
原因を判定する異常診断装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明は、振動検出器によ
り軸受に発生した振動を検出して電気信号に変換し、こ
の検出信号の振動成分が有する周波数、平均変化率およ
び波高率を演算器により算出し、この算出した値に基づ
いて予め定められた判定基準により軸受の異常原因を判
定するようにしたものである。

このように、振動検出信号から周波数成分、平均変化率
および波高率を算出し、その算出値をもって予め経験的
、実験的に求めた判定基準により自動判断できるため、
単に異常の有無を検出するのではなく、異常原因の内容
を知りつるため、異常の解析に有用なものとなる。

〔発明の実施例〕

次に、本発明に係る回転体の異常診断装置の実施例を図
面に基づいて説明する。

第１図にその実施例を示す、異常診断装置は。

大別して、軸受けの機械的振動を検出する振動検出部１
００と、その検出信号の波形を整形する波形整形部２０
０と、波形整形された検出信号に含まれる各種成分を抽
出する検出部３００と、この検出部３００からの出力信
号波形をＣＲＴ　（陰極線管）に表示する波形Ｉｌ！測
部４００と、この波形観測部４００によって得られた波
形を入力装置１０．１１，１２からの指示によって分析
し、後述する各種演算を行なって振動の発生原因の判定
および当該軸受の寿命予測計算を行うデータ処理部５０
０と、を備えて構成される。

づ− 次に、詳＆ＩＥｌを説明する。振動検出部１００は、例
えば振動センサ等の加速度ピックアップを用いて構成す
る。

波形整形部２００は、後述する検出部３００での検出処
理のために摂動検出部１００からの検出信号の波形を整
形するもので次のように構成される。すなわち、検出信
号は較正切替スイッチ６を介して電圧増幅器３３により
増幅され、減衰器（アッテネータ）３４を介してバイパ
スフィルタ３６に与えられる。バイパスフィルタ３６は
検出信号に含まれる不要な高域側の雑音成分を除去する
。そのカットオフ周波数は診断すべき対象に応じて実験
的に求める。バイパスフィルタ３６によりろ波された検
出信号はローパスフィルタ３７に入力される。ローパス
フィルタ３７は検出信号に含まれる不要な低域側の雑音
成分を除去する。そのカットオフ周波数は診断すべき対
象に応じて実験的に求める。対象により必要な信号の周
波数帯域が異なるからである０次いで、検出信号は増幅
器３８により増幅され、直線整流＠３９により整流され
て出力される。３２は較正用発振器、５はゲイン切換ス
イッチである。

検出部３００は、直線整流＠３９の出力信号から、その
出力信号（以下、ノーマル値という）。

ピーク値（ＲＥＡＫ値）、エンベロープ値、および平均
値（ＲＭＳ値）をそれぞれ検出し、選択スイッチ４を介
して後述の波形観測部４００に出力するものである。

すなわち、ノーマル値は平滑回路４５を介して波高率算
出回路４６に入力される。ピーク値は、振動波形の最高
値であり、ピーク値記憶回路４０により保持出力され、
平滑回路を介して波高率算出回路４６および選択スイッ
チ４Ａに出力される。

エンベロープ値は振動波形の包路線波形であり、エンベ
ロープ検出回路４２により抽出され、平滑回路４３を介
して選択スイッチ４Ｂに出力される。

ＲＭＳ値は実効値用平滑回路４４により抽出され。

選択スイッチ４Ａ、４Ｂに出力される。波高率算出回路
４６は、平滑回路４１からのＰＥＡＫ値を平滑回路４４
および選択スイッチ４Ａを介して支えられるＲＭＳ値で
除する（ＰＥＡＫ／ＲＭＳ）ことにより振動波形の波高
率を求める。４７は直流定電圧源である。

波形観測部４００は１選択スイッチ４Ｂを介して得られ
る検出部３００からの各信号波形を選択的にＣＲＴ　ｎ
上に表示するものである。５２は垂直信号増幅器、５３
は水平偏向発振器、１８は時間幅切換スイッチである。

このＣＲＴＱ上に表示された波形からＲＭＳ値。

ＰＥＡＫ値、および周波数値をオペレータがタッチパネ
ル１０より後述するデータ処理部５００に人力する。５
１は直流定電圧源−である。

データ処理部５００ａｔ、　波形１ｌｌｖｑ部４００よ
り得られた周波数値、ＲＭＳ値、ＰＥＡＫに基づいて、
異常の原因の判定および当該軸受の寿命予測を行ない、
その結果を液晶表示器３、プリンタ６３、データレコー
ダ６４等の出力装置に出力するものである。Ａ体的な構
成としてはＣＰＵ６２を中心としたマイクロコンピュー
タを利用すればよい、異常原因の判定、寿命予測は後述
するフローチャートに従って処理される。

第２図〜第５図に本実施例における異常診断処理フロー
チャートを示す、まず、第２図に全体のフローを示し、
異常判定フロー■を第３図、ｙＫ囚判定フロー■を第４
図、寿命予測フロー◎を第５図に示す。

第２図（全体フロー）において、加速度ピックアップ３
１−を診断対象となる軸受のケースに取付けた後１診断
のための項目設定１０１を行う。

項目設定１，０１では次のデータを入力する。

■測定年月日、■製造番号、■測定位置（負荷直結側か
１反直結側か）、■ベアリング番号、０回転数、■運転
時間、■前回ＲＭＳ８１Ｉｌ定値（Ｉ＆大大焦点であり
、これらの数字は入れ間違った時は修正できるようにな
っている。

波形ｍｍ１０２では、■ノーマル値、■エンベロープ値
（振動波形の包絡線波形を成形）、■ＰＨΔに値（振動
波形の最高値を保持し出力）、■ＲＭＳ値（振動波形を
正弦波換算して出力）を測定する。　波形観測項目設定
１０３では、タッチベンで波形入力１０４で次の入力を
設定する。すなわち■ＰＥＡＫ値、■ＰＭＳ値、■周波
数（ＰＥＡＫ値と次のＰＥＡＫ値間の間隔を人力する）
である。

このとき、波形入力クリア１０５が必要であるならば再
入力が可能である。これらの入力データをマイクロコン
ピュータにより平均値、°バラツキ計算１０６を行い異
常判定１０７．Ｊｌｉ囚判定１０８、寿命予測】、０９
を算出、出力するのである。

異常判定■は次の順序で行われる。第３図に示すように
、まずＲＭＳ変化率計算１１１を行うが、これはＲＭＳ
値／初期ＲＭＳ値を計算する。

次に波高率計算１１２を行う工これはＰＥＡＫ／ＲＭＳ
値が計算され、ここまでの数値及び計算結果の表示１１
３は液晶表示器でなされる。これらの計算した波高率１
１４．ＲＭＳ変化率１１５の結果により、第３図のフロ
ーチャートで示した判断基準から、注意表示１１６．正
常表示１１７、異常表示１１８がなされ、必要な場合は
プリント１１９あるいはデータ出力１２０で記録が可能
である。

次に、原因判定■は第４図に示す順序で行われる。まず
１周波数計算を行うが、これはタッチパネルで測定した
ＰＥＡＫ値間の時間間隔から算出される０次いで、前述
のＰＭＳ変化率計算１２２゜波高値計算１２３．および
次に示す計算を行う。

測定物の回転数ｆｒは 内輪の回転速度ｆ１は Ｄ 保持器の回転速度ｆｃは 転動体の自転速度ｆｂ ここに、ｄ：転動体の直径（ｍ）、Ｄ：ピッチ円径〔■
〕、α：接触角である。

なお、以上の式（１）〜（４）の理解を助けるため、軸
受の構造を第５図に示す、この第５図に示すように、軸
受は、軸１５１と保持器１５３及びそれらの機械的摩擦
をできるだけ小さくするための転動体１５２より構成さ
れる。ｌｌｌ１１５１と転動体１５２はともに回転し、
保持器１５３は静止している。

内輪の回転速度ｆ１は軸の内輪の１点が転動体と接触す
る周波数を、保持器の回転速度ｆｃは外輪の１点が転動
体と接触する周波数を、転動体の自転速度ｆ１は転動体
の１点が内輪または外輪と接触する周波数を、それぞれ
云う。

また、転動体の直径α、軸受のピッチ円直径Ｄ及び接触
角αは第５図に示す通りである。

ここまでの数値及び計算結果の表示１２４は液晶表示器
でなされる。これらの計算した波高率１２５、周波数１
２６〜１２９と１３２．ＲＭＳ変化率１．３０〜１３１
の結果により、フロ・−チャートで示した判断基準から
、ＰＵ取付不具合表示１３３、ゴミ混入表示１３４．内
輪きず表示１３５、外軸きず表示１３６、転動体きず表
示１３７．潤滑不良表示ＩＨ１８、再点検表示１３９１
面あれ表示１４０がなされ、必要な場合は、プリント１
４１あるいはデータ出力１４２で記録が可能である。

寿命予測◎は次の順序で行われる。第６図に示すように
、まず回帰計算１４３を行うが、これは数点のデ・−夕
から指数曲線に回帰させて数値を求める。この結果によ
り寿命計算１４４ができ、寿命時間を算出できる。この
算出結果の表示１４５がなされ、必要な場合は、プリン
ト１４６あるいはデータ出力〕−４７で記録が可能であ
る。

以上のような順序で軸受けの寿命晴間を予測し、その記
録をも行わせることができる。なお、データ人力方法と
しては、前述のタッチパネルのほか、データキー１２に
より行わせることもＱ（能である。

寿命予測時間の計算方法は、次のように行う。

まず、条件としては （１）あてはまる関数をｙ＝Ａｅ”とする。

（２）寿命時間を初期値（ｙｏ）の６倍と考える。

寿命時間はＸであられす。

上記（１）の両辺の対数をとると Ｑｏｇｙ　：”：　１ｉｏｇＡ＋　Ｂ　ｘ　ＱｏｇＣ−
■ここで。

Ｙ＝Ｑｏｇｙ Ｘ＝ｘ　　　　　ｌ とおくと０式は Ｙ：α＋βＸ　　　　　　　　・・・・・・　■となり
、直線式となる。

データを（Ｘｉ　、　ｘｔ　）としたときの０式の解ハ
△ α、βは公式より となる。０式より Ｙ−α Ｘ＝□　　　　　　　　　　　・・・・・・　■β 一方。

Ｙ＝Ｑｏ＜ｙ ＝　Ｑｏｇ　（６Ｘ　ｙｏ） ＝　Ｑｏｇ　（６ＸＡ　ｅ”’） ＝　Ｉｌｏｇ６　＋　ｇｏｇＡ ＝誌ｏｇ６＋α　　　　　　　　　・・・・・・　■■
を０式に代入すると Ｘ＝□ β Ｑｏｇ６ β 以上を整理すると次のようになる。

設定及び測定データを（ｘｚ　ｐ　’／裏）（ｘｓ。

ｙｘ＞・・・・・・（ｉｎ　ｓ　７ｍ　）としてｎ　　
ｉ＝１ ■　α＝Ｙ−βＸ β で計算できる。

最後に、第７図に本装置を正面から見た外観を示してお
く、持運びのための把手２を設けたケース１のパネル表
面に設けられた次の器具から構成される。すなわち、操
作を対話式に行うためのメツセージ、及び測定結果等を
表示する液晶表示器３、測定波形の選択を行う切換スイ
ッチ４、モニタゲインを切換えるためのスイッチ５、較
正切換スイッチ６、振動音を開くための取出口及び音量
調整器７，８．波形成形部で電気信号に成形された機械
的振動をＣＲＴ上に表示するオシロスコープ９、オシロ
スコープに表示された波形から。

ＲＭＳ、ＰＥＡＫ及び周波数をマイクロコンピュータに
入力するタッチパネル１０．ｍ定項目及びデータ等を入
力するタッチキーのうち、　ＦＵＮＣＴＩＯＮキー１】
、データ（数字）キー】２、オシロスコープ操作用調整
器及びスイッチ１３〜１９、高域フィルタ入切スイッチ
２０．低域フィルタ人切スイッチ２１．１！ｌｔ源人を
表示するランプ２２、ｉｔＷ人切入切スイッチ２３受け
の機械的振動を検出する加速度ピックアップを接続する
ための入力口２４から成る。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば、軸受けの異常判定、
原因判定及び寿命時間を予測できるので。

その対応処理が的確となるだけでなく、軸受けの状況測
定を何回も行う必要はなく、効率向上、経済性にすぐれ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る回転体の異常診断装置の実施例を
示すブロック図、第２図はその動作フローを示すフロー
チャート、第３図は異常判定フローを示すフローチャー
ト、第４図は原因判定フローを示すフローチャート、第
５図は軸受の構造例を示す断面図、第６図は寿命予測フ
ローを示すフローチャート、第７図は寿命予測する場合
の近似関数を示す説明図、第８図は本装置の外観例を示
す正面図である。 １・・・ケース、２・・・把手、３・・・液晶表示器、
４〜６・・・切換スイッチ、７・・・取出口、８・・・
音ｔ−調整器、９・・・オシロスコープ、１０・・・タ
ッチパネル、１１・・・ファンクションキー、１２・・
・データキー、１３゜１５．１７，１９・・・可変抵抗
器、１４．Ｉ６゜１．８・・・切換スイッチ、２０，２
１．２３・・・入切スイッチ、２２・・・ランプ、２４
・・・入力口、３１・・・ピックアップ、３２・・・較
正用発振器、３３〜３８・・・増幅器、３９・・・整流
器、４０〜４６・・・記憶、平滑回路、４７，５１，６
１・・・直流定電圧電源、５２゜５３・・・増幅器、６
２・・・マイクロコンピュータ。 ６３・・・プリンタ、６４・・・データレコーダ、１０
１〜１０９・・・入力、計算処理及び判定、１１１〜１
２０・・・異常判定の処理及び判定、１２１〜１４２・
・・原因判定の処理及び判定、１４３〜１４７・・・寿
命予測の処理及び判定。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．回転体に発生した振動を検出し電気信号に変換して
   出力する振動検出器と、前記検出信号の振動成分の周波
   数、平均変化率および波高率を算出する演算器と、この
   演算値に基づき予め定められた判定基準により回転体の
   異常原因を判定する判定手段と、を備えたことを特徴と
   する回転体の異常診断装置。
2. ２．特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記回
   転体の異常診断装置は、前記演算値に基づいて指数曲線
   の回帰計算を行い、その算出値により当該回転体の寿命
   予測計算を行う演算器を含むことを特徴とする回転体の
   異常診断装置。