TW202314216A - 軸承裝置之狀態檢測方法、檢測裝置及程式 - Google Patents
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Abstract
本發明係一種檢測包含複數個滾子、及構成上述複數個滾子之滾動面之第1及第2構件而構成之軸承裝置之狀態的檢測方法，對由上述複數個滾子、上述第1及第2構件構成之電路施加交流電壓，測定施加上述交流電壓時之上述電路之阻抗及相位角，基於上述阻抗及上述相位角，導出上述第1構件與上述複數個滾子之間、或上述第2構件與上述複數個滾子之間之至少一者之油膜厚度及金屬接觸比例，使用與下述電路對應之計算公式導出上述油膜厚度及上述金屬接觸比例，該電路係藉由上述軸承裝置內產生之、滾子與上述第1及第2構件之至少一者之間產生之線接觸構成。
Description
本案發明係關於一種軸承裝置之狀態檢測方法、檢測裝置及程式。
先前以來，於軸承裝置中，廣泛普及使用潤滑劑(例如潤滑油或滑脂)，將其之旋轉潤滑化之構成。另一方面，進行藉由對軸承裝置等旋轉零件定期進行狀態診斷，早期檢測損傷或磨損而抑制發生旋轉零件之故障等。
於使用潤滑劑之軸承裝置中，為診斷其之動作狀態，要求適當檢測潤滑劑相關之狀態。例如，於專利文獻1中，揭示有對軸承施加直流之低電壓，自測定出之電壓診斷軸承之油膜狀態之方法。又，於專利文獻2中，揭示有以下方法：將油膜作為電容器而模型化，在未與軸承之旋轉輪接觸之狀態下施加交流電壓，基於測定出之靜電電容推定軸承裝置之油膜狀態。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利實公平05-003685號公報
[專利文獻2]日本專利第4942496號公報
[發明所欲解決之問題]
近年來，謀求滾動軸承之進而低扭矩化。隨著該低扭矩化，用於滾動軸承之潤滑劑之低黏度化或低油量化不斷推進中。於此種狀況下，滾動軸承內部之油膜斷裂之可能性、或零件間之接觸比例提高。因此，除油膜厚度以外，亦要求適當檢測滾動軸承內部之零件間之接觸狀態。又，滾動軸承存在各種種類，例如有圓筒滾子軸承或針狀滾子軸承等滾動體為滾子形狀者。於此種滾動軸承之內部，隨著其之動作，可能會於滾動體與其周邊之零件間發生線接觸。
鑑於上述問題，本案發明之目的在於，假設在軸承裝置內部發生之線接觸，高精度地進行軸承裝置內部之油膜厚度及零件間之金屬接觸比例之檢測。
[解決問題之技術手段]
為解決上述問題，本案發明具有以下構成。即，一種檢測方法，其特徵在於其係檢測包含複數個滾子、構成上述複數個滾子之滾動面之第1及第2構件而構成之軸承裝置之狀態者，且
對由上述複數個滾子、上述第1及第2構件構成之電路施加交流電壓，
測定施加上述交流電壓時之上述電路之阻抗及相位角，
基於上述阻抗及上述相位角，導出上述第1構件與上述複數個滾子之間、或上述上述第2構件與上述複數個滾子之間之至少一者之油膜厚度及金屬接觸比例，
使用與電路對應之計算公式導出上述油膜厚度及上述金屬接觸比例，且上述電路藉由上述軸承裝置內產生之、滾子與上述第1及第2構件之至少一者之間產生之線接觸構成。
又，本案發明之另一形態具有以下構成。即，一種檢測裝置，其特徵在於其係檢測包含複數個滾子、及構成上述複數個滾子之滾動面之第1及第2構件而構成之軸承裝置之狀態者，且具有：
取得機構，其取得對由上述複數個滾子、上述第1及第2構件構成之電路施加交流電壓時獲得之施加上述交流電壓時之上述電路之阻抗及相位角；及
導出機構，其基於上述阻抗及上述相位角，導出上述第1構件與上述複數個滾子之間、或上述第2構件與上述複數個滾子之間之至少一者之油膜厚度及金屬接觸比例；且
上述導出機構使用與電路對應之計算公式導出上述油膜厚度及上述金屬接觸比例，且上述電路藉由上述軸承裝置內產生之、滾子與上述第1及第2構件之至少一者之間產生之線接觸構成。
又，本案發明之另一形態具有以下構成。即，一種程式，其特徵在於使電腦作為以下者發揮功能：
取得機構，其對於軸承裝置，取得對由構成上述軸承裝置之複數個滾子、及構成上述複數個滾子之滾動面之第1及第2構件構成之電路施加交流電壓時獲得之施加上述交流電壓時之上述電路之阻抗及相位角；及
導出機構，其基於上述阻抗及上述相位角，導出上述第1構件與上述複數個滾子之間、或上述第2構件與上述複數個滾子之間之至少一者之油膜厚度及金屬接觸比例；且
上述導出機構使用與電路對應之計算公式導出上述油膜厚度及上述金屬接觸比例，且上述電路藉由上述軸承裝置內產生之、滾子與上述第1及第2構件之至少一者之間產生之線接觸構成。
[發明之效果]
藉由本案發明，可假設滾動軸承內部產生之線接觸，高精度地進行軸承裝置內部之油膜厚度及零件間之接觸比例之檢測。
以下，參照圖式等對用於實施本案發明之形態進行說明。另，以下說明之實施形態係用於說明本案發明之一實施形態，並非意欲限定解釋本案發明者，又，各實施形態所說明之所有構成未必為解決本案發明之問題必要之構成。又，於各圖式中，藉由對相同之構成要件附加相同之參照編號而顯示對應關係。
＜第1實施形態＞
以下，對本案發明之第1實施形態進行說明。另，於以下之裝置構成之說明中，雖舉推力型針狀滾子軸承為例進行說明，但並非限定於此者。本案發明亦可應用於其他構成之軸承。例如，列舉可能因滾動體(針狀、圓錐狀、圓筒狀)等發生線接觸之徑向型及推力型之圓錐或圓筒滾子軸承、或可能發生交叉滾子導軌等之線接觸之滑動零件等。
[裝置構成]
圖1係顯示藉由本實施形態之診斷裝置1進行診斷時之整體構成之一例之概略構成圖。於圖1中設置應用本實施形態之診斷方法之軸承裝置2、與進行診斷之診斷裝置1。另，圖1所示之構成為一例，可根據軸承裝置2之構成等，使用不同之構成。又，於圖1中，雖顯示軸承裝置2具備1個滾動軸承之構成，但並非限定於此者，亦可於1個軸承裝置2備置複數個滾動軸承。
軸承裝置2包含推力型針狀滾子軸承(以下，亦簡稱為滾動軸承)作為滾動軸承而構成。於軸承裝置2中，滾動軸承將旋轉軸7旋轉自如地支持。又，滾動軸承如圖1中箭頭所示，藉由負荷裝置(未圖示)於與旋轉軸正交之方向施加軸向荷重。滾動軸承具備被施加軸向荷重之側之軌道盤3、連接於旋轉軸7之側之軌道盤4、配置於軌道盤3及軌道盤4之間之複數個滾動體5即複數個滾子、及將滾動體5滾動自如地保持之保持器(未圖示)。此處，雖設為對軌道盤3施加軸向荷重之構成，但軌道盤3與軌道盤4亦可相反。又，於圖1，雖未圖示，但保持器之形狀並非特別限定者，亦可根據滾動體5之形狀等變化。於滾動軸承內部，藉由特定之潤滑方式，減輕軌道盤4與滾動體5之間、及軌道盤3與滾動體5之間之摩擦。潤滑方式雖非特別限定者，但使用例如滑脂潤滑或油潤滑等，供給至滾動軸承內部。關於潤滑劑之種類，亦並非特別限定者。
馬達10為驅動用之馬達，對旋轉軸7供給旋轉之動力。旋轉軸7經由旋轉連接器9連接於LCR(Inductance-Capacitance-Resistance，電感電容電阻)測試儀8。旋轉連接器9可使用例如碳刷構成，但並非限定於此者。又，軸承裝置2之滾動軸承中之軌道盤3亦電性連接於LCR測試儀8，此時，LCR測試儀8作為針對軸承裝置2之交流電源發揮功能。
診斷裝置1作為可執行本實施形態之檢測方法之檢測裝置進行動作。診斷裝置1於診斷時，指示LCR測試儀8以交流電源之角頻率ω、及交流電壓V為輸入，自LCR測試儀8取得軸承裝置2之阻抗|Z|(|Z|表示Z之絕對值)、及相位角θ作為對其之輸出。且，診斷裝置1使用該等值進行軸承裝置2中之油膜厚度及金屬接觸比例之檢測。稍後對檢測方法之細節進行敘述。
診斷裝置1可以包含例如未圖示之控制裝置、記憶裝置、及輸出裝置而構成之資訊處理裝置實現。控制裝置可由CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)、MPU(Micro Processing Unit：微處理單元)、DSP(Digital Single Processor：數位信號處理器)、或專用電路等構成。記憶裝置藉由HDD(Hard Disk Drive：硬碟驅動器)、ROM(Read Only Memory：唯讀記憶體)或RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)等揮發性及非揮發性記憶媒體構成，可藉由來自控制裝置之指示輸入輸出各種資訊。輸出裝置由揚聲器或燈具、或液晶顯示器等顯示器件等構成，根據來自控制裝置之指示，進行對作業者之報知。輸出裝置之報知方法並非特別限定者，例如可為聲音之聽覺報知，亦可為畫面輸出之視覺報知。又，輸出裝置可為具備通信功能之網路介面，可藉由對經由網路(未圖示)之外部裝置(未圖示)發送資料而進行報知動作。於例如基於檢測結果，進行異常診斷之情形時，此處之報知內容並非限定於檢測出異常時之報知者，亦可包含軸承裝置2正常之主旨之報知。
[實體模型]
使用圖2對軸承裝置2之滾動體5與軌道盤3(或軌道盤4)之接觸狀態進行說明。圖2係顯示滾片與座圈片接觸(此處為線接觸)時之實體模型之圖表。滾片對應於滾動體5(滾子)，座圈片對應於軌道盤3(或軌道盤4)。h軸表示油膜厚度方向，y軸表示與油膜厚度方向正交之方向。又，圖2所示之各變量分別如下所示。另，以下之說明中使用之各式之變量相同者附加相同之記號而建立對應。
S：赫茲(Hertzian)接觸區域
a：滾片(滾子)之短邊方向(此處為x軸方向)之接觸寬度
α：油膜之斷裂率(金屬接觸比例)(0≦α＜1)
r：滾片之半徑
αS：實際接觸區域(油膜之斷裂區域)
h：油膜厚度
h
1：赫茲接觸區域之油膜厚度
O：滾片之旋轉中心
於赫茲接觸區域中，金屬接觸之面積與未接觸之面積之比例為α：(1-α)。又，於滾片與座圈片未接觸之理想狀態下，α=0，且於x=0之情形時，h＞0。
圖2所示之油膜厚度h由以下式(1)表示。另，此處所示之S值對應於圖1之x軸方向之範圍。
又，於赫茲接觸區域內，雖可能存在稱為馬蹄形之油膜較薄之區域，但於本實施形態中，使用赫茲接觸區域內之平均之油膜厚度即平均油膜厚度h
a。因此，於赫茲接觸區域內產生了油膜斷裂之情形時，藉由以下式(2)求出h
a。
於圖2中，O為x=0，圖2中之O之座標由O(0,h
1+√(r
2-a
2))表示。
另，於實際之滾動軸承中，滾動體5於受到荷重時產生彈性變形，故嚴格來說其剖面非正圓形狀，但於本實施形態中，設為正圓形狀而使用上述式(1)。因此，求出油膜厚度時所用之式並非限定於式(1)者，亦可使用其他計算公式(於例如齒輪之情形時，為漸開線曲線)。
[等效電路]
圖3係由電性等效之電路(等效電路)顯示圖2所示之實體模型之圖。等效電路E1由電阻R
1、電容器C
1、及電容器C
2構成。電阻R
1相當於斷裂區域(=αS)之電阻。電容器C
1相當於由赫茲接觸區域中之油膜形成之電容器，設為靜電電容C
1。電容器C
2相當於由赫茲接觸區域之周邊(圖2之-r≦x＜-a、及、a＜x≦r)中之油膜形成之電容器，設為靜電電容C
2。赫茲接觸區域(=S)形成圖3之等效電路E1中之電阻R
1與電容器C
1之並聯電路。再者，電容器C
2並聯連接於由該電阻R
1與電容器C
1構成之電路。此時，於赫茲接觸區域之周邊(圖2之-r≦x＜-a、及、a＜x≦r)中，填充有潤滑劑。
以Z表示等效電路E1之阻抗。此處，施加於等效電路E1之交流電壓V、流過等效電路E1之電流I、及等效電路E1整體之複數阻抗Z由以下式(3)～(5)表示。
J：虛數
ω：交流電壓之角頻率
t：時間
θ：相位角(電壓與電流之相位之偏差)
如式(5)所示，複數阻抗Z由Z之絕對值|Z|與相位角θ之2個獨立之變量表示。其意指藉由測定複數阻抗，可測定相互獨立之2個參數(於本實施形態中，為以下所示之h
a及α)。圖3所示之等效電路整體之複數阻抗Z如以下式(6)般表示。
R
1：電阻R
1之電阻值
C
1：電容器C
1之靜電電容
C
2：電容器C
2之靜電電容
|Z|：動態接觸狀態之阻抗
再者，藉由式(6)，可導出以下式(7)、式(8)。
此處，式(7)中之R
1因與接觸面積成反比例之關係，故可如以下式(9)般表示。
R
10：靜止時(即α=1)之電阻值
R
10可如以下式(10)般表示。
|Z
0|：靜態接觸狀態之阻抗
θ
0：靜態接觸狀態之相位角
藉此，斷裂率α可如式(7)、式(9)、式(10)至以下之式(11)般表示。另，如上所述，於將θ
0設為靜態接觸狀態之相位角之情形時，θ可視為動態接觸狀態之相位角。
[數1]
另一方面，式(6)、式(8)之C
1可如以下式(12)般表示。另，於假設線接觸之情形時，於將滾動體(滾子)之長度(此處為長度方向之接觸寬度)設為L時，赫茲接觸區域S之接觸面積為S=2aL。
[數2]
ε：潤滑劑之介電常數
又，式(6)、式(8)中之C
2可如以下式(13)般表示。
[數3]
[與接觸狀態對應之靜電電容]
此處，對點接觸之C
2進行說明。圖5係用於說明滾動體為滾珠之情形(例如滾珠軸承)之圖。此處，為易於說明而將h
1之值顯示得較大，但實際上，如圖2所示，為小至會產生接觸(該情形時為點接觸)之程度者。於該情形時，於滾動體與軌道盤之間，可能產生點接觸。與圖2同樣，於將滾動體之半徑設為r，將油膜厚度設為h
1之情形時，圖3所示之等效電路之電容器C
2之靜電電容可由以下式(14)算出。
[數4]
π：圓周率
r：滾珠之半徑
ε：潤滑劑之介電常數
ln：對數函數
接著對產生以本實施形態處理之線接觸之情形進行說明。圖6係用於說明滾動體為滾子之情形(例如滾子軸承)之圖。此處，雖與圖5同樣，為易於說明而將h
1之值顯示得較大，但實際上，如圖2所示，為小至會產生接觸(該情形時為線接觸)之程度者。於該情形時，於滾動體與軌道盤之間，可能產生點接觸。與圖2同樣，於將滾動體之半徑設為r，將油膜厚度設為h
1之情形時，圖3所示之等效電路之電容器C
2之靜電電容可由上述式(13)算出。
另，如圖6所示，用於滾動軸承之滾子有將端部倒角化之情形。於該情形時，可將可能產生線接觸之直線部分處理為L。又，於倒角之長度方向之長度ΔL相對於L極小之情形時，亦可使用包含倒角部分之長度L’(=L+2ΔL)算出電容器C
2。
此時，若使用圖2及圖6所示之記號，則線接觸之接觸面積(即赫茲接觸區域S之接觸面積)可由2aL表示。
又，被倒角化之部分可能產生點接觸，而非線接觸。因此，關於該部分，亦可進而使用點接觸之C
2之計算公式(例如上述式(14))將電容器C
2添加至計算公式(13)。
顯示使用由上述式(13)定義之理論式，進行電容器C
2之算出結果之驗證之例。此處，顯示與使用周知之電磁場解析之一方法即有限要件法之模擬解析結果之比較。又，顯示周知之計算公式即Jackson之以下之式(15)作為比較對象。另，Jackson之式係假設與r相比h
1極大之情形者。
[數5]
圖7係顯示驗證結果之圖表，橫軸表示油膜厚度h
1[m]，縱軸表示靜電電容C
2[F]。線701表示使用本實施形態之計算公式即式(13)，算出靜電電容C
2之結果。線702表示使用Jackson之計算公式即式(15)算出靜電電容C
2之結果。又，符號703(〇)表示藉由模擬有限要件法獲得之結果。
如圖7之線701與符號703所示，使用式(13)算出之靜電電容C
2之值於1.0
-2≧h之範圍內可導出與模擬結果大致相同之值。該範圍係與本案發明中假設之滾動軸承之尺寸等(與r相比h
1極小)對應者，與Jackson之式(15)之線702相比，亦可獲得較高之精度。
[油膜厚度及油膜之斷裂率之導出]
於本實施形態，使用上述之潤滑劑之油膜厚度h
1及油膜之斷裂率α檢測潤滑狀態。藉由上述式(8)、式(11)～式(13)，導出以下式(16)。
[數6]
此時，ψ如以下式(17)般定義。
[數7]
L：滾動體(滾子)之長度
且，自式(2)、式(16)，平均油膜厚度h
a如以下式(18)般導出。
[數8]
即，藉由利用式(11)、式(18)，測定靜止時與油膜形成時之複數阻抗、及相位角，而可同時監視h
a及α。
另，上述式(18)係接觸區域為1個之情形之理論式。滾動軸承於其構成上，可能存在複數個接觸域。例如，於圖1所示之滾子軸承之情形時，對於1個滾動體，可能存在2處接觸域(軌道盤3側與軌道盤4側)。於此種情形時，圖3所示之等效電路可視為2個串聯連接之等效電路。
圖4係基於圖3所示之等效電路E1，顯示1個滾動體5周圍之電性等效之電路之圖。若著眼於1個滾動體5，則於軌道盤3與滾動體5之間、及軌道盤4與滾動體5之間形成等效電路E1。此處，雖將上側設為由軌道盤3與滾動體5形成之電路、將下側設為由軌道盤4與滾動體5形成之電路進行說明，但亦可相反。因此，於1個滾動體5周圍，將2個等效電路E1串聯連接而形成等效電路E2。
於此種構成中，於將串聯連接之接觸區域之數量設為l，將滾動體之數量設為n之情形時，ψ可如以下式(19)般表示。
[數9]
l：每1個滾動體之接觸區域之數量
n：滾動體之數量
L：滾動體(滾子)之長度
如上所述，根據產生線接觸之接觸區域之數量，應考慮之等效電路不同。於圖4之例之情形時，顯示出假設2個線接觸之接觸區域之等效電路E2。本實施形態之方法如式(18)、式(19)所示，藉由包含接觸區域之數量作為變量，而可以假設單一之線接觸之接觸區域進行檢測之方式應用，亦可以假設複數個線接觸之接觸區域而進行檢測之方式應用。即，藉由使用式(18)、式(19)，可考慮線接觸之數量，檢測1個線接觸之油膜厚度及斷裂率。
[檢驗結果]
接著，顯示使用本實施形態之計算公式進行驗證之結果。此處，對使用推力針狀滾子軸承進行之驗證進行說明。圖8A～圖8D係顯示本實施形態之方法之各種資料之驗證結果之圖。於圖8A中，橫軸表示時間t[s]，縱軸表示油膜厚度h。於本例中，相當於平均油膜厚度h
a。於圖8B中，橫軸表示時間t[s]，縱軸表示斷裂率α。於圖8C中，橫軸表示時間t[s]，縱軸表示溫度T[℃]。於圖8D中，橫軸表示時間t[s]，縱軸表示扭矩M[N･m]。於各圖中，橫軸之時間表示軸承開始旋轉後之經過時間，且分別對應。
圖8A～圖8D所示之驗證所使用之條件如以下。
軸承：推力針狀滾子軸承(銘號：FNTA2542)
軸向荷重：1.5[kN]
徑向荷重：0[N]
轉速：3000[m
-1]
溫度：25[℃]
潤滑劑：VG32(ISO)
油量：1.0 ml
相對介電常數：2.3
交流電壓：0.2[V]
交流電壓之頻率：1.0[MHz]
參照圖8A，線801表示作為比較例之Dowson-Higginson數式之理論值。且，點802表示本實施形態之算出結果。根據圖8A，隨著時間之經過，點802穩定為近似於線801所示之值。具體而言，於經過4000 s時，油膜厚度h穩定為近似於100[nm]之值。
參照圖8B，如點811所示，旋轉開始之初，斷裂率α未穩定。之後，自旋轉開始經過2000 s時，斷裂率α穩定為近似於0之值。
參照圖8C，如線821所示，隨著時間之經過，軸承之溫度上升。於軸承之溫度上升之情形時，潤滑劑之黏度降低，如圖8A般油膜變薄。
參照圖8D，如點831所示，顯示出開始旋轉之初之扭矩值高於經過一定時間後。此亦可由因溫度上升引起黏度降低來說明。
圖9A及圖9B係顯示驗證前後之滾動軸承之狀態之圖。如上所述，於本驗證中，顯示使用推力針狀滾子軸承之例。圖9A顯示出驗證前之滾動軸承之滾動面901(對應於圖2所示之座圈片)。圖9B顯示出驗證後之軸承之滾動面902。如圖9B所示，於滾動面902，形成有滾動體(滾子)滾動後之行走軌跡903。邊界904表示行走軌跡903之內側之端部。
圖10係顯示圖9B所示之驗證後之滾動面902之凹凸之圖表。此處，顯示圖9B中箭頭所示之位置之凹凸。於圖10中，縱軸表示以某位置為基準0之凹凸之深度[nm]，橫軸表示沿圖9B所示之箭頭之軸(此處設為x軸)之位置[μm]。
於圖10中，邊界904之左側對應於藉由滾動體(滾子)滾動而形成行走軌跡903之部位。另一方面，邊界904之右側對應於滾動體(滾子)不滾動(不接觸)之位置。
參照圖8B，滾動軸承開始旋轉，經過2000 s後，α≒0。認為其如圖10所示，藉由滾動體之旋轉，滾動面902之凹凸減少。於圖10之例中，於較邊界904更左側，在100 nm附近成為上限。此與圖8A所示之10000 s後之油膜厚度h穩定為近似於100[nm]之值一致。即，意指可監視滾動軸承之磨合磨損之過程(直至磨合完成為止之時間等)。
[處理流程]
圖11係本實施形態之診斷處理之流程圖。本處理由診斷裝置1執行，例如可藉由診斷裝置1所具備之控制裝置(未圖示)自記憶裝置(未圖示)讀出並執行用於實現本實施形態之處理之程式而實現。
於S1101，診斷裝置1以對軸承裝置2於特定方向(此處至少為軸向方向)賦予荷重之方式進行控制。於圖1之構成之情形時，對軌道盤3賦予軸向荷重。另，賦予荷重之控制亦可藉由與診斷裝置1不同之裝置進行。此時，測定靜態接觸狀態下之相位角與阻抗。
於S1102，診斷裝置1藉由馬達10開始使旋轉軸7旋轉。藉此開始連接於旋轉軸7之軌道盤4之旋轉。另，馬達10之控制亦可藉由與診斷裝置1不同之裝置進行。
於S1103中，診斷裝置1以使用LCR測試儀8所具備之交流電源(未圖示)將角頻率ω之交流電壓賦予至軸承裝置2之方式對LCR測試儀8進行控制。藉此，對軸承裝置2施加角頻率ω之交流電壓。
於S1104中，診斷裝置1自LCR測試儀8取得阻抗|Z|及相位角θ，作為相對於S1103之輸入的輸出。即，LCR測試儀8將阻抗|Z|及相位角θ作為相對於輸入即交流電壓V及交流電壓之角頻率ω之軸承裝置2之檢測結果，輸出至診斷裝置1。
於S1105中，診斷裝置1藉由將S1104中取得之阻抗|Z|及相位角θ、S1103中使用之交流電壓之角頻率ω應用於式(11)、式(18)、式(19)而導出油膜厚度h(於本實施形態為h
a)及斷裂率α。
於S1106中，診斷裝置1使用S1105中導出之油膜厚度h及斷裂率α診斷軸承裝置2之潤滑狀態。另，此處之診斷方法亦可對例如油膜厚度h及斷裂率α設置閾值，藉由與該閾值之比較而判斷潤滑狀態。接著，結束本處理流程。
以上，藉由本實施形態，可假設滾動軸承內部產生之線接觸，高精度地進行軸承裝置內部之油膜厚度及零件間之接觸比例之檢測。
＜其他實施形態＞
於上述實施形態中，雖列舉滾子軸承為例進行說明，但本案發明之算出方法亦可應用於測定其他對象。例如，亦可應用於滑動軸承或齒輪等。於該等中，亦可以與圖6所示之驗證結果同等之精度進行驗證。
又，於本案發明中，亦可實現以下處理：使用網路或記憶媒體等，將用於實現上述1個以上之實施形態之功能之程式或應用程式供給至系統或裝置，由該系統或裝置之電腦中之1個以上之處理器讀出並執行程式。
又，亦可藉由實現1個以上功能之電路(例如ASIC(Application Specific Integrated Circuit：特殊應用積體電路)或FPGA(Field Programmable Gate Array：場可程式化閘陣列))實現。
本發明並非如此限定於上述實施形態者，基於將實施形態之各構成相互組合、或說明書之記載、以及周知之技術，本領域技術人員進行變更、應用者亦為本發明之預定者，且包含於尋求保護之範圍內。
如以上，於本說明書中揭示有以下事項。
(1)一種檢測方法，其特徵在於其係檢測包含複數個滾子、構成上述複數個滾子之滾動面之第1及第2構件而構成之軸承裝置之狀態者，且
對由上述複數個滾子、上述第1及第2構件構成之電路施加交流電壓，
測定施加上述交流電壓時之上述電路之阻抗及相位角，
基於上述阻抗及上述相位角，導出上述第1構件與上述複數個滾子之間、或上述第2構件與上述複數個滾子之間之至少一者之油膜厚度及金屬接觸比例，
使用與電路對應之計算公式，導出上述油膜厚度及上述金屬接觸比例，且上述電路藉由上述軸承裝置內產生之、滾子與上述第1及第2構件之至少一者之間產生之線接觸構成。
根據上述構成，可假設軸承裝置內部產生之線接觸，高精度地進行軸承裝置內部之油膜厚度及零件間之接觸比例之檢測。
(2)如(1)記載之檢測方法，其中藉由上述線接觸構成之電路構成為包含：藉由上述線接觸產生之電阻、藉由位於距上述線接觸特定範圍內之潤滑劑構成之第1電容器、及藉由位於上述特定範圍外之潤滑劑構成之第2電容器。
根據上述構成，基於與軸承裝置之構成對應之等效電路，可高精度地進行軸承裝置內部之油膜厚度及零件間之接觸比例之檢測。
(3)如(2)記載之檢測方法，其中上述第1電容器之靜電電容C
1由以下[數10]表示，上述第2電容器之靜電電容C
2由以下[數11]表示。
[數10]
[數11]
根據上述構成，可精度較佳地導出與軸承裝置之構成對應之等效電路之電容器之靜電電容。
(4)如(2)或(3)記載之檢測方法，其中用於導出上述油膜厚度h
1及上述金屬接觸比例α之上述計算公式如下。
[數12]
[數13]
[數14]
根據上述構成，可假設軸承裝置產生之線接觸，高精度地進行軸承裝置內部之油膜厚度及零件間之接觸比例之檢測。
(5)如(2)或(3)記載之檢測方法，其中上述油膜厚度為上述特定範圍內之油膜厚度，
用於導出上述油膜厚度h
a及上述金屬接觸比例α之上述計算公式如下。
[數15]
[數16]
[數17]
根據上述構成，可假設滾軸承裝置內部產生之線接觸，高精度地進行軸承裝置內部之油膜厚度及零件間之接觸比例之檢測。
(6)如(1)至(5)中任一項記載之檢測方法，其進而使用上述油膜厚度及上述金屬接觸比例診斷上述軸承裝置。
根據上述構成，可假設軸承裝置內部產生之線接觸，高精度地進行軸承裝置內部之油膜厚度及零件間之接觸比例之檢測，基於其結果，可高精度地進行軸承裝置之狀態診斷。
(7)一種檢測裝置，其特徵在於其係檢測包含複數個滾子、及構成上述複數個滾子之滾動面之第1及第2構件而構成之軸承裝置之狀態者，且具有：
取得機構，其取得對由上述複數個滾子、上述第1及第2構件構成之電路施加交流電壓時獲得之施加上述交流電壓時之上述電路之阻抗及相位角；及
導出機構，其基於上述阻抗及上述相位角，導出上述第1構件與上述複數個滾子之間、或上述第2構件與上述複數個滾子之間之至少一者之油膜厚度及金屬接觸比例；且
上述導出機構使用與電路對應之計算公式導出上述油膜厚度及上述金屬接觸比例，且上述電路藉由上述軸承裝置內產生之、滾子與上述第1及第2構件之至少一者之間產生之線接觸構成。
根據上述構成，可假設軸承裝置內部產生之線接觸，高精度地進行軸承裝置內部之油膜厚度及零件間之接觸比例之檢測。
(9)一種程式，其特徵在於使電腦作為以下者發揮功能：
取得機構，其對於軸承裝置，取得對由構成上述軸承裝置之複數個滾子、及構成上述複數個滾子之滾動面之第1及第2構件構成之電路施加交流電壓時獲得之施加上述交流電壓時之上述電路之阻抗及相位角；及
導出機構，其基於上述阻抗及上述相位角，導出上述第1構件與上述複數個滾子之間、或上述第2構件與上述複數個滾子之間之至少一者之油膜厚度及金屬接觸比例；且
上述導出機構使用與電路對應之計算公式導出上述油膜厚度及上述金屬接觸比例，且上述電路藉由上述軸承裝置內產生之、滾子與上述第1及第2構件之至少一者之間產生之線接觸構成。
根據上述構成，可假設軸承裝置內部產生之線接觸，高精度地進行軸承裝置內部之油膜厚度及零件間之接觸比例之檢測。
以上，雖已一面參照圖式一面對各種實施形態進行說明，但當然本發明不限定於該例。若為本領域技術人員，則於申請專利範圍所記載之範疇內，可想到各種變更例或修正例，當了解該等當然亦為屬於本發明之技術範圍者。又，於不脫離發明主旨之範圍內，可任意組合上述實施形態之各構成要件。
另，本申請案係基於2021年5月28日申請之日本專利申請(特願2021-090421)者，其內容作為參照引用於本申請案中。
1:診斷裝置
2:軸承裝置
3:軌道盤
4:軌道盤
5:滾動體
7:旋轉軸
8:LCR測試儀
9:旋轉連接器
10:馬達
701:線
702:線
703:符號
801:線
802:點
811:點
821:線
831:點
901:滾動面
902:滾動面
903:行駛軌跡
904:邊界
C
1:電容器
C
2:電容器
E1:等效電路
E2:等效電路
h:油膜厚度
h
1:油膜厚度
L:長度
L’:長度
M:扭矩
O:旋轉中心
r:半徑
R
1:電阻
S1101~S1106:步驟
S:赫茲接觸區域
T:溫度
t:時間
x:方向
Z:複數阻抗
ΔL:長度
α:金屬接觸面積
αS:斷裂區域
圖1係顯示本案發明之第1實施形態之診斷時之裝置構成之例的概略圖。
圖2係顯示本案發明之第1實施形態之軸承裝置之實體模型之圖表。
圖3係用於說明本案發明之第1實施形態之軸承裝置之等效電路之電路圖。
圖4係用於說明本案發明之第1實施形態之軸承裝置之等效電路之電路圖。
圖5係用於說明軸承裝置之滾動體(滾珠)之圖。
圖6係用於說明軸承裝置之滾動體(滾子)之圖。
圖7係用於說明本案發明之第1實施形態之驗證結果之圖。
圖8A係用於說明本案發明之第1實施形態之驗證結果之圖。
圖8B係用於說明本案發明之第1實施形態之驗證結果之圖。
圖8C係用於說明本案發明之第1實施形態之驗證結果之圖。
圖8D係用於說明本案發明之第1實施形態之驗證結果之圖。
圖9A係用於說明本案發明之第1實施形態之驗證前後之軸承裝置之狀態之圖。
圖9B係用於說明本案發明之第1實施形態之驗證前後之軸承裝置之狀態之圖。
圖10係用於說明本案發明之第1實施形態之驗證結果之圖表。
圖11係本案發明之第1實施形態之測定時之處理之流程圖。
1:診斷裝置
2:軸承裝置
3:軌道盤
4:軌道盤
5:滾動體
7:旋轉軸
8:LCR測試儀
9:旋轉連接器
10:馬達
Claims (8)
- 一種檢測方法，其特徵在於其係檢測包含複數個滾子、構成上述複數個滾子之滾動面之第1及第2構件而構成之軸承裝置之狀態者，且 對由上述複數個滾子、上述第1及第2構件構成之電路施加交流電壓， 測定施加上述交流電壓時之上述電路之阻抗及相位角， 基於上述阻抗及上述相位角，導出上述第1構件與上述複數個滾子之間、或上述第2構件與上述複數個滾子之間之至少一者之油膜厚度及金屬接觸比例， 使用與下述電路對應之計算公式，導出上述油膜厚度及上述金屬接觸比例，該電路係藉由上述軸承裝置內產生之、滾子與上述第1及第2構件之至少一者之間產生之線接觸而構成。
- 如請求項1之檢測方法，其中藉由上述線接觸而構成之電路包含以下而構成：藉由上述線接觸產生之電阻、藉由位於距上述線接觸特定範圍內之潤滑劑構成之第1電容器、及藉由位於上述特定範圍外之潤滑劑構成之第2電容器。
- 如請求項2之檢測方法，其中上述第1電容器之靜電電容C 1由[數1]表示： [數1]ε：潤滑劑之介電常數 α：金屬接觸比例(0≦α＜1) a：滾子之短邊方向上之接觸寬度 L：滾子之長度 h 1：赫茲接觸區域之油膜厚度 上述第2電容器之靜電電容C 2由以下[數2]表示： [數2]
π：圓周率 ε：潤滑劑之介電常數 L：滾子之長度 r：滾子之半徑 h 1：赫茲接觸區域之油膜厚度。
- 如請求項2或3之檢測方法，其中用於導出上述油膜厚度h 1及上述金屬接觸比例α之上述計算公式為： [數3][數4]
[數5]
α：金屬接觸比例(0≦α＜1) Z：複數阻抗 Z 0：複數阻抗(靜止時) θ：相位角 θ 0：相位角(靜止時) r：滾子之半徑 a：滾子之短邊方向上之接觸寬度 l：每1個滾子之接觸區域之數量 n：滾子之數量 L：滾子之長度 ω：交流電壓之角頻率 ε：潤滑劑之介電常數 π：圓周率。
- 如請求項2或3之檢測方法，其中上述油膜厚度為上述特定範圍內之油膜厚度， 用於導出上述油膜厚度h a及上述金屬接觸比例α之上述計算公式為： [數6][數7]
[數8]
α：金屬接觸比例(0≦α＜1) Z：複數阻抗 Z 0：複數阻抗(靜止時) θ：相位角 θ 0：相位角(靜止時) r：滾子之半徑 a：滾子之短邊方向上之接觸寬度 l：每1個滾子之接觸區域之數量 n：滾子之數量 L：滾子之長度 ω：交流電壓之角頻率 ε：潤滑劑之介電常數 π：圓周率。
- 如請求項1至5中任一項之檢測方法，其中進而使用上述油膜厚度及上述金屬接觸比例診斷上述軸承裝置。
- 一種檢測裝置，其特徵在於其係檢測包含複數個滾子、及構成上述複數個滾子之滾動面之第1及第2構件而構成之軸承裝置之狀態者，且具有： 取得機構，其取得對由上述複數個滾子、上述第1及第2構件構成之電路施加交流電壓時獲得之施加上述交流電壓時之上述電路之阻抗及相位角；及 導出機構，其基於上述阻抗及上述相位角，導出上述第1構件與上述複數個滾子之間、或上述第2構件與上述複數個滾子之間之至少一者之油膜厚度及金屬接觸比例；且 上述導出機構使用與下述電路對應之計算公式，導出上述油膜厚度及上述金屬接觸比例，該電路係藉由上述軸承裝置內產生之、滾子與上述第1及第2構件之至少一者之間產生之線接觸而構成。
- 一種程式，其特徵在於使電腦作為以下機構發揮功能： 取得機構，其對於軸承裝置，取得對由構成上述軸承裝置之複數個滾子、及構成上述複數個滾子之滾動面之第1及第2構件構成之電路施加交流電壓時獲得之施加上述交流電壓時之上述電路之阻抗及相位角；及 導出機構，其基於上述阻抗及上述相位角，導出上述第1構件與上述複數個滾子之間、或上述第2構件與上述複數個滾子之間之至少一者之油膜厚度及金屬接觸比例；且 上述導出機構使用與下述電路對應之計算公式，導出上述油膜厚度及上述金屬接觸比例，該電路係藉由上述軸承裝置內產生之、滾子與上述第1及第2構件之至少一者之間產生之線接觸而構成。
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| JP2021090421 | 2021-05-28 |
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