JP2004233284A - 転がり軸受ユニットの診断装置及び診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分解するのに多くの手間がかかるような機械装置の分解を行なうことなく、回転させながら定期的に検査試験を行う場合、その機械装置の回転部品の欠陥を見落とすことなく高精度な検出が可能な転がり軸受ユニットの診断装置を提供する。
【解決手段】本発明の転がり軸受ユニットの診断装置１０は、ラジアル荷重が負荷される転がり軸受１１，１１の異常を診断するものであって、回転試験台上に設置した転がり軸受１１，１１に対し任意に可変されたスラスト力を付与するスラスト力付与機構１８を有し、スラスト力付与機構１８により転がり軸受１１，１１にスラスト力を負荷しながら回転試験を行う。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば鉄道車両用の車軸やギアボックス或いは発電用風車等の機械装置に用いられる複数の回転部品を支持する転がり軸受ユニットや軸受箱の異常を診断する転がり軸受ユニットの診断装置及び診断方法に関し、特に機械装置を分解することなく回転部品の異常診断を行なう転がり軸受ユニットの診断装置及び診断方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄道車両や発電用風車等の回転部品を支持する転がり軸受ユニットや軸受箱を有する機械装置は、一定期間使用した後に、軸受やその他の部分について損傷や摩耗等の欠陥の有無が検査される。この検査は、機械装置全体を定期的に分解することにより行なわれ、回転部品にできた損傷や摩耗は、検査担当者が目視により発見するようにしている。このような検査で発見される主な欠陥としては、軸受の場合、異物の噛み込み等によって生ずる圧痕、転がり疲れによる剥離、その他の摩耗等がある。また、歯車の場合、歯部の欠損や摩耗等があり、車輪の場合、フラット等の摩耗があり、新品にはない凹凸や摩耗等があれば、新品に交換し再度装置に組み付けられる。
【０００３】
また、従来の転がり軸受ユニットの診断装置として、図８に示す診断装置５０は、一対の転がり軸受５１，５１を支持する支持台５２，５２と、継手５３，駆動プーリ５４、駆動ベルト５５，駆動モータ５６からなる駆動装置５７と、が用いられる。一対の車輪２が固定された車軸１の端部を転がり軸受５１，５１によって支持し、転がり軸受５１，５１の外周上部に振動センサ５８，５８を配置している。また、車軸１に結合されたギアボックス５９に、継手５３を介して駆動プーリ５４が連結され、駆動プーリ５４に駆動ベルト５５を介して駆動モータ５６が連結される。ギアボックス５９の出力部にも振動センサ６０が配置される。
【０００４】
このような診断装置５０では、振動センサ５８，５８が発生する振動データ信号により転がり軸受５１，５１の異常の有無を検出し、振動センサ６０が発生する振動データ信号によりギアボックス５９に内蔵された歯車の異常の有無を検出する。
【０００５】
また、転がり軸受ユニットの診断装置の他の構成例として、図９に示す診断装置７０は、一対の転がり軸受７１，７１を支持する支持台７２，７２と、車輪２に当接することによって車軸１を回転させる回転駆動ローラ７３，７３と、が用いられる。一対の車輪２が固定された車軸１の端部を転がり軸受７１，７１によって支持し、転がり軸受７１，７１の外周上部に振動センサ７４，７４を配置している。
【０００６】
このような診断装置７０では、振動センサ７４，７４が発生する振動データ信号により転がり軸受７１，７１の異常の有無を検出する。
【０００７】
また、転がり軸受ユニットの診断装置の他の構成として、図１０に示す診断装置８０は、車軸１を定位置に固定する位置決め機構８１と、位置決めされた車軸１の軸方向両側に設置され、車軸両端に嵌着された転がり軸受８２，８２の外輪８３，８３に回転体８４，８４を圧着させて、外輪８３，８３に回転を付与する外輪回転機構８５とを有する。回転体８４，８４は、ベルト８６，８６を介して連結された動力８７，８７により回転駆動される。車軸１の両端に振動ピックアップ８８，８８が取付けられている。
【０００８】
このような診断装置８０では、車軸に嵌着されたピニオンギアや車輪等からの余分な振動が全く発生せずに、転がり軸受８２，８２に有するころから発生する損傷振動のみを振動ピックアップ８８，８８により検出する（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、転がり軸受ユニットの診断装置の他の構成例として、図１１に示すセンサモジュールを有する転がり軸受ユニットの診断装置１００は、転がり軸受１０１の外輪１０２の外周上面にモジュール穴１０３が形成され、外輪１０２の外周上面のモジュール穴１０３に速度センサ、温度センサ、加速度センサを内装したモジュール１０４が挿入固定されている。そして、モジュール１０４内の各センサが発生した検出信号は、通信チャネルを通じて、転がり軸受１０１が設置される貨車や客車を牽引する機関車内の遠隔処理ユニットに送信される。
【００１０】
そして、このような診断装置１００において、速度については、回転する車輪によって生じたパルスに基づくジャーナルの瞬間的な速度を検出することにより、その速度と、同様の条件で動作する他の軸受の速度との比較を行い、軸受組立体によって経験された全周期履歴の保存記録を行なう。また、温度については、単純なレベル検出により、同様の条件で動作する他の軸受の温度との比較を行なう。そして、振動については、所定の時間間隔に亘るエネルギーレベルの単純なＲＭＳ測定を行い、そのエネルギーレベルと、処理ユニットに記憶された過去のエネルギーレベルとを比較し、同様の条件で動作する他の軸受のエネルギーレベルとの比較を行なう（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
また、転がり軸受ユニットの診断装置の他の構成例として、図１２に示す診断装置１１０は、複列円すいころ軸受１１１の外輪１１２の下端部に、センサ取付孔１１３が形成され、センサ取付孔１１３に、回転速度センサ１１４と、温度センサ１１５と、加速度センサ１１６と、を有するセンサユニット１１７が挿入支持されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１２】
更に、転がり軸受ユニットの診断装置の他の構成例として、図１３に示す診断装置１２０は、複列円すいころ軸受１２１の外輪１２２の下端部に、センサ取付孔１２３が形成され、センサ取付孔１２３に、回転速度センサ１２４と、温度センサ１２５と、を有するセンサユニット１２６が挿入支持されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１３】
また、転がり軸受ユニットの診断装置の他の構成例として、図１４に示す軸受の異常検知装置１３０は、軸受１３１の機械的振動を電気的振動に変換して出力するピックアップ１３２と、ピックアップ１３２の出力を増幅する自動利得制御増幅器１３３と、増幅器１３３の出力から駆動系や他の機械系から生ずるノイズを除去する１〜１５ｋＨｚのバンドパスフィルタ１３４と、バンドパスフィルタ１３４の出力の実効値を演算し自動利得制御増幅器１３３の利得制御端子に供給する実効値演算器１３５と、バンドパスフィルタ１３４の出力を入力する包絡線回路１３６と、包絡線回路１３６の出力を入力する実効値演算器１３７と、実効値演算器１３７の出力を入力しその値が所定値を超えたときにランプや接点出力で警報を出す警報回路１３８と、を備えた構成を有する（例えば、特許文献５参照）。
【００１４】
また、転がり軸受ユニットの診断装置の他の構成例として、図１５に示す転がり軸受の異常診断装置１４０は、転がり軸受１４１の近傍に配されるマイクロホン１４２と、増幅器１４３と、電子機器１４４と、スピーカ１４５と、モニタ１４６と、を備えた構成を有する。電子機器１４４は、演算処理装置であり、変換部としてのトランスジューサ１４７と、記録部としてのＨＤＤ１４８と、演算処理部としての異常診断分１４９と、アナログ変換出力部１５０を備える（例えば、特許文献６参照）。
【００１５】
また、転がり軸受ユニットの診断装置の他の構成例として、図１６に示す軸受の異常診断方法及び異常診断装置１６０は、センサ１６１が出力した電気的な信号波形が、アナログ・デジタル変換器１６２によってデジタルファイル化され、波形処理部１６３に送られ、波形処理部１６３で、エンベロープ処理が行われてエンベロープスペクトルが得られる。また、波形処理部１６３では、抽出工程において、軸受構成部品の特定の周波数成分である、内輪傷成分、外輪傷成分、転動体成分が、所定の式を用いてエンベロープスペクトルより抽出される。演算部１６４では、演算工程が行なわれ、判別部１６５では、比較工程が行なわれ、判定結果が出力回路１６６から出力され、スピーカ１６７やモニタ１６８により検査員に報知される（例えば、特許文献７参照）。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００１−２９６２１３号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】
特表２００１−５００５９７号公報（第１０−１６頁、第１図）
【特許文献３】
特開２００２−２９５４６４号公報（第４−５頁、第１図）
【特許文献４】
特開２００２−２９２９２８号公報（第４−５頁、第１図）
【特許文献５】
特開平２−２０５７２７号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献６】
特開２０００−１４６７６２号公報（第４−６頁、第１図）
【特許文献７】
特開２００１−０２１４５３号公報（第５−６頁、第１図）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記機械装置全体を分解して、担当者が目視で検査する方法では、限られた時間内で多数の部品を目視で検査するため、欠陥を見落とすおそれがあるという欠点がある。また、欠陥の程度の判断にも個人差があり、実質的に欠陥がなくても部品交換が行なわれることもあるため、無駄なコストがかかることにもなり得る。さらに、組み立て直しを行なうときに、検査前には無かった打痕を回転部品につけてしまう等、検査自体が部品の欠陥の新たな原因を生むおそれもある。
【００１８】
また、上記図８〜図１６に記載された転がり軸受ユニットの診断装置では、転がり軸受に車軸の自重分のラジアル荷重が常時負荷されているが、実際の車両に取付けられた場合での軸受の負荷圏とは異なることがある。例えば、図８において、軸受の負荷圏は図８中の下方であるが、実際の車両における軸受の負荷圏は上方である。そのため、実際の車両における負荷圏領域での軸受損傷を見落とすおそれがある。これは、非負荷圏の場合、軸受の転動体と転動面との接触が不安定であり、振動検出が安定しないという問題点による。そこで、回転試験の回転速度を高くして、遠心力を大きくすることにより安定した振動検出を行なおうとした方法も提案されている。しかし、高速回転で試験を行うためには、回転試験設備が大型化し、試験中の振動や騒音も高くなるため、他の試験へ影響を及ぼすおそれがあるとともに、設備費が高騰するおそれがある。
【００１９】
ラジアル荷重が負荷された状態で軸受が使用されると、軸受内部に負荷圏と非負荷圏とが存在する。図１７（ａ）に示すように、軸受１７０を低速で回転させると、転動体１７１の遠心力よりも転動体１７１の自重の方が大きいため、非負荷圏で転動体１７１が内輪１７２または保持器１７３と衝突する転動体落ち音が発生する。これに対して、図１７（ｂ）に示すように、軸受１７０を高速で回転させると、転動体１７１の遠心力の方が転動体１７１の自重よりも大きくなるため、転動体１７１は内輪１７２または保持器１７３に衝突しない。このような場合の周波数成分は、外輪１７４の損傷に起因した周波数成分と一致するため、分離することは極めて難しい。
【００２０】
また、回転部品の状態を温度で監視する場合、温度異常が発生したとしても、どの部品に異常が生じたかまではわからないことが多く、回転部品に異常が発生しても、例えば、軸受の軌道輪に傷が生じた場合、振動値は上昇するが、温度上昇はほとんどないため、異常の種類によっては検出することができないこともある。
【００２１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、分解するのに多くの手間がかかるような機械装置の分解を行なうことなく、回転させながら定期的に検査試験を行う場合、その機械装置の回転部品の欠陥を見落とすことなく高精度な検出が可能な転がり軸受ユニットの診断装置を提供し、装置の分解や組み立て直しにかかる手間を軽減すること、及び分解や組み立てに伴う部品の新たな損傷防止を図ることにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の転がり軸受ユニットの診断装置は、回転試験台を用いてラジアル荷重が負荷される転がり軸受ユニットまたは転がり軸受ユニットを内装した軸受箱の異常を診断する転がり軸受ユニットの診断装置であって、
前記回転試験台上に設置した前記転がり軸受ユニットまたは前記軸受箱に対し任意に可変されたスラスト力を付与するスラスト力付与機構を有し、前記スラスト力付与機構により該転がり軸受ユニットまたは該軸受箱にスラスト力を負荷しながら回転試験を行うとともに、該転がり軸受ユニットまたは該軸受箱に、振動センサ，温度センサ，ＡＥセンサまたは超音波センサのうちから選択される少なくとも１個の異常検出用センサを同一の筐体内に収納固定したことを特徴とする。
【００２３】
請求項２記載の転がり軸受ユニットの診断装置は、前記異常検出用センサの筐体は、検出した信号を外部に送出するための信号搬出手段を有し、前記信号搬送手段を介して送出された信号に基づき異常の有無を判定し出力する判定結果出力部を有することを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受ユニットの診断装置である。
【００２４】
請求項３記載の転がり軸受ユニットの診断装置は、前記振動センサ，前記ＡＥセンサまたは前記超音波センサから得られた検出波形から不要な周波数帯域を除去するフィルタ部と、前記フィルタ部から転送されたフィルタ後の波形の絶対値を検波するエンベロープ処理部と、前記エンベロープ処理部から転送された波形の周波数を分析する周波数分析部と、回転速度に基づき算出した損傷に起因した周波数と実測データに基づく周波数とを比較する比較照合部と、前記比較照合部での比較結果に基づき、異常の有無、異常部位の特定をする結果出力部を備えていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の転がり軸受ユニットの診断装置である。
【００２５】
請求項４記載の転がり軸受ユニットの診断装置は、前記振動センサから得られた検出波形にウェーブレット処理を施すウェーブレット解析部と、回転速度に基づき算出した損傷に起因した時間間隔と実測データに基づく時間間隔とを比較する比較照合部と、前記比較照合部での比較結果に基づき、異常の有無、異常部位の特定をする結果出力部を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転がり軸受ユニットの診断装置である。
【００２６】
請求項５記載の転がり軸受ユニットの診断装置は、前記振動センサから得られた検出信号の実効値またはピーク値または波高率に基づき、異常の有無、異常部位の特定をする結果出力部を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の転がり軸受ユニットの診断装置である。
【００２７】
請求項６記載の転がり軸受ユニットの診断方法は、請求項１乃至５のいずれかに記載の軸受ユニットの診断装置を用いて前記転がり軸受ユニットまたは前記軸受箱の異常を診断することを特徴とする。
【００２８】
上述した本発明の軸受ユニットの診断装置及び診断方法によれば、スラスト力付与機構により、転がり軸受ユニットまたは軸受箱にスラスト力を負荷しながら回転試験が行われる。また、転がり軸受ユニットまたは軸受箱に、振動センサ，温度センサ，ＡＥセンサまたは超音波センサのうちから選択される少なくとも１個の異常検出用センサが同一の筐体内に収納固定されている。
したがって、転がり軸受ユニットまたは軸受箱にスラスト荷重を負荷することにより、転がり軸受の負荷圏及び非負荷圏の存在をなくして転がり軸受の全周を負荷圏とし、転がり軸受の転動体と転動面との接触を安定させることにより、軸受転動面全体の損傷を検出することができる。また、スラスト力付与機構は、スラスト力を軸方向に任意に可変するため、例えば、複列軸受の場合等に、スラスト力の方向を変更することにより片列毎に異常の有無を検査することができる。
【００２９】
さらに、スラスト力を負荷することにより、非負荷圏が存在しなくなるため、転がり軸受を低速で回転させた際に非負荷圏で発生する転動体落ち音を低減して、外輪損傷の有無を精度良く診断することができる。また、回転部品の回転状態に伴う振動情報または温度情報が同時に検出されるので、回転部品が組み込まれている機械装置を分解することなく回転部品の回転中に複数の部品の欠陥を同時に検査することができる。そして、転がり軸受ユニットまたは軸受箱に、振動センサ，温度センサ，ＡＥセンサまたは超音波センサのうちから選択される少なくとも１個の異常検出用センサを同一の筐体内に収納固定することにより、異常の有無を検出することができる。これにより、転がり軸受や歯車の異常診断における検出精度を飛躍的に向上させることができ、機械装置の安全性及び信頼性の向上を図ることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の転がり軸受ユニットの診断装置及び診断方法の実施形態を図１乃至図７に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態の転がり軸受ユニットの診断装置の一部破断正面図、図２は図１に示す転がり軸受ユニットの診断装置の異常検出用センサにおける信号処理系統図、図３は図２とは異なる方法の信号処理系統図、図４は図２とはさらに異なる方法の信号処理系統図、図５は図２とはさらに異なる方法の信号処理系統図である。図６は本発明の第２実施形態の転がり軸受ユニットの診断装置の一部破断正面図、図７は本発明の第３実施形態の転がり軸受ユニットの診断装置の一部破断正面図である。なお、第２実施形態以下の各実施形態において、既に説明した部材等と同様な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号または相当符号を付することにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００３１】
図１に示すように、本発明の第１実施形態の転がり軸受ユニットの診断装置１０は、一対の転がり軸受１１，１１を支持する支持台１２，１２と、駆動モータ１４，駆動ベルト１５，駆動プーリ１６，継手１７を有する駆動装置１３と、基部１９，１９，加圧ロッド２０，２０，調心機構２１，２１，加圧板２２，２２を有するスラスト力付与機構１８と、５個の異常検出用センサ２３，２４，２５，２６，２７と、から構成されており、ギアボックス２８を介して車軸１に回転力を与える方式の鉄道車両用輪軸回転試験機（回転試験台）に適用される。
【００３２】
転がり軸受１１，１１は、一対の車輪２が固定された車軸１の端部が内輪（図示しない）に内嵌されている。転がり軸受１１，１１は、外輪１１ａ，１１ａが架台２９，２９上において支持台１２，１２上に配されている。
【００３３】
駆動装置１３は、通電により回転力を発生する駆動モータ１４が駆動ベルト１５を介して駆動プーリ１６に連結されており、駆動プーリ１６が継手１７を介して車軸１に結合されたギアボックス２８に連結されている。ギアボックス２８は、継手１７から与えられた回転を減速または増速したうえで車軸１を回転させる。
【００３４】
スラスト力付与機構１８を構成する基部１９，１９は、架台２９，２９上において転がり軸受１１，１１の両外側に配置されている。そして、基部１９，１９の上端部寄りに、加圧ロッド２０，２０が配されている。
【００３５】
スラスト力付与機構１８を構成する加圧ロッド２０，２０は、基部１９，１９に内蔵されたロードセル等の圧力発生手段により、予め定められた圧力を車軸１の両端部から軸方向に向けて発生する。加圧ロッド２０，２０のスラスト力は、調心機構２１，２１に与えられる。加圧ロッド２０，２０によるスラスト力は、圧力発生手段により任意に変更されるとともに、方向も任意に可変される。
【００３６】
スラスト力付与機構１８を構成する調心機構２１，２１は、調心用の球体であり、加圧ロッド２０，２０から与えられたスラスト力を調心して加圧板２２に付与する。
【００３７】
スラスト力付与機構１８を構成する加圧板２２，２２は、円筒部２２ａ，２２ａと、円板部２２ｂ，２２ｂと、を備えている。円筒部２２ａは、転がり軸受１１，１１の外輪１１ａ，１１ａの軸方向両端面に当接している。そして、円板部２２ｂ，２２ｂの中心部に調心機構２１，２１が当接している。
【００３８】
スラスト力付与機構１８は、転がり軸受１１，１１における外輪１１ａ，１１ａの端面に対し、車軸１の軸方向に沿った図中の矢印ａ，ａ方向のスラスト力を与える。これにより、転がり軸受１１，１１に負荷圏及び非負荷圏が存在しなくなり、全周を負荷圏とする。また、スラスト力付与機構１８は、加圧ロッド２０，２０によるスラスト力を任意に可変することができるため、図１に示す転がり軸受１１，１１が複列軸受である場合には、内側列にスラスト力を負荷することとなる。そして、複列軸受の場合に、スラスト力の方向を変更することにより、片列毎にスラスト力をかけることによって、各列毎にスラスト力をかけて診断を行なうことができる。なお、スラスト力は、両転がり軸受１１，１１に同時に負荷しても良いし、片側ずつ負荷しても良い。片側ずつ負荷する場合には、車軸１の他端にスラスト力の反力支持部を設けるのが好ましい。
【００３９】
５個の異常検出用センサ２３，２４，２５，２６，２７は、振動センサや温度センサまたはＡＥ（アコースティック・エミッション）センサや超音波センサを一体のケース２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａ，２７ａ内に収納固定した複合型センサである。ケース２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａ，２７ａは樹脂モールドにより成形されている。また、５個の異常検出用センサ２３，２４，２５，２６，２７は、各ケース２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａ，２７ａに信号搬送手段３０（図２に示す）を内蔵している。信号搬送手段３０は、異常検出用センサ２３，２４，２５，２６，２７が発生したデータ信号（電圧信号）を外部の制御部に転送する機能を有する。信号搬送手段としては、リード線や送信機が用いられる。そして、異常検出用センサ２３，２４，２５，２６，２７は、加速度或いは速度または変位型等、振動またはＡＥまたは超音波を電気信号化できるものであれば良く、ノイズが多いような機械装置に取付ける際には、絶縁型を使用する方がノイズの影響を受けることがないので好ましい。
【００４０】
温度センサは、サーミスタ温度測定素子や白金測温抵抗体や熱電対等の非接触タイプの温度測定素子である。温度センサとしては、雰囲気温度が規定値を超えると、バイメタルの接点が離れたり、接点が溶断したりすることで導通しなくなる温度フューズを用いても良い。その場合、装置の温度が規定値を超えたとき、温度フューズの導通が遮断されることによって温度異常が検出される。振動センサは、圧電素子等の振動測定素子である。ＡＥセンサは、亀裂の発生や進展、材料内の変態や変形、剥離や割れ、機械的な摩耗や摩擦等に起因する弾性波が固体中を伝わり、それが外表面に振動として現れた時に観察される現象を、固体表面において微小な高周波振動でもって感度よく検出するセンサである。ＡＥセンサでは、圧電変換により機械振動を電気信号に変換して用いる。
【００４１】
異常検出用センサ２３は、図１中の左方側に配置された一方の転がり軸受１１における外輪１１ａの上部に配されている。異常検出用センサ２４は、図１中の右方側に配置された他方の転がり軸受１１における外輪１１ａの上部に配されている。異常検出用センサ２５は、図１中の左方側に配置された加圧板２２の円板部２２ｂにおける下部に配されている。異常検出用センサ２６は、図１中の右方側に配置された加圧板２２の円板部２２ｂにおける上部に配されている。異常検出用センサ２７は、ギアボックス２８の出力端部に配されている。
【００４２】
異常検出用センサ２３，２４は、転がり軸受１１，１１の温度を検出して温度データ信号（電圧信号）を発生し、信号搬送手段３０を通じて温度データ信号を外部の制御部に転送することにより、転がり軸受１１，１１の焼付き異常を検出するのに用いる。また、異常検出用センサ２３，２４は、転がり軸受１１，１１の振動を検出して振動データ信号（電圧信号）を発生し、信号搬送手段３０を通じて振動データ信号を外部の制御部に転送することにより、転がり軸受１１，１１の内外輪軌道面の剥離を検出するのに用いる。
【００４３】
異常検出用センサ２５，２６は、加圧板２２，２２を介して転がり軸受１１，１１の温度を検出して温度データ信号（電圧信号）を発生し、信号搬送手段３０を通じて温度データ信号を外部の制御部に転送することにより、転がり軸受１１，１１の焼付き異常を検出するのに用いる。また、異常検出用センサ２５，２６は、加圧板２２，２２を介して転がり軸受１１，１１の振動を検出して振動データ信号（電圧信号）を発生し、信号搬送手段３０を通じて振動データ信号を外部の制御部に転送することにより、転がり軸受１１，１１の内外輪軌道面の剥離を検出するのに用いる。
【００４４】
異常検出用センサ２７は、ギアボックス２８の温度を検出して温度データ信号（電圧信号）を発生し、信号搬送手段３０を通じて温度データ信号を外部の制御部に転送するとともに、ギアボックス２８の振動を検出して振動データ信号（電圧信号）を発生し、信号搬送手段３０を通じて振動データ信号を外部の制御部に転送することにより、ギアボックス２８の歯車の欠損を検出するのに用いる。
【００４５】
図２に示すように、異常検出用センサ２３，２４，２５，２６，２７における信号処理の第１の方法において、温度センサが発生した温度データ信号及び振動センサが発生した振動データ信号は、信号搬送手段３０を介してコンパレータ２０１に入力される。コンパレータ２０１では、温度センサから与えられた温度データ信号値と閾値設定部２０２に保存されている予め設定された温度閾値とが比較される。同時に振動センサから与えられた振動データ信号値と閾値設定部２０２に保存されている振動閾値とが比較される。つまり、温度センサ及び振動センサのうちから選択される少なくとも１個の異常が異常検出用センサ２３，２４，２５，２６，２７により検出される。このとき、温度データ信号値が温度閾値を超えた場合、異常判定部２０３において温度異常判定信号が出力され、判定結果出力部２０４において温度異常のアラームが出力される。また、振動データ信号値が振動閾値を超えた場合、異常判定部２０３で振動異常判定信号が出力され、判定結果出力部２０４で振動異常のアラームが出力される。アラームは有線や無線で転送されて作動する。このとき、閾値設定部２０２に保存される温度閾値及び振動閾値、異常判定部２０３で出力される温度・振動異常判定信号は、任意の時間内における実効値やピーク値を用いても良い。
【００４６】
図３に示すように、異常検出用センサ２３，２４，２５，２６，２７における信号処理の第２の方法において、振動センサが発生した振動データ信号は、信号搬送手段３０を介して転送され、増幅後にフィルタ部２１１で任意の周波数帯域のみを抽出することにより不要な周波数帯域を除去されてエンベロープ処理部２１２に入力される。エンベロープ処理部２１２では、波形の絶対値を検波する絶対値検波処理が行われ、その後に周波数分析部２１３で周波数の分析処理が行なわれ、実測値データが比較照合部２１４へ転送される。一方、回転速度情報２１５に基づき理論周波数計算部２１６において、軸受，歯車，車輪の偏摩耗等の異常に起因したものとして設定された周波数成分の計算値データが比較照合部２１４に転送される。そして、比較照合部２１４で実測値データと計算値データとが比較照合されることにより、振動異常の有無、異常部位の特定が行なわれ、結果出力部２１７で振動異常の有無、特定部位の出力が行なわれる。結果出力部２１７への情報転送は、有線や無線で行なわれる。
【００４７】
信号処理の第２の方法では、例えば電動機等から検出した回転速度情報と回転要素部品の設計諸元に基づけば、周波数成分の計算と比較照合を容易に行うことができる。また、増幅後の振動データ信号の処理は、各種データ処理と演算と行なうもので、例えば、コンピュータ或いは専用マイクロチップ等によっても構成が可能である。さらに、検出したデータ信号をメモリ等の保存手段に格納後に、演算処理を行なうようにしても良い。
【００４８】
また、機械によっては軸受の交換に手間を要するため、機械を直ちに停止させることができないことがある。この場合、損傷の程度により軸受の交換を行なうこともある。その場合の判定基準として、予め定めておいた基準値に対して、例えば、振動の実効値、最大値、波高率を用いても良い。
【００４９】
図４に示すように、異常検出用センサ２３，２４，２５，２６，２７における信号処理の第３の方法において、振動センサが発生した振動データ信号は、信号搬送手段３０を介して転送され、増幅後にウェーブレット解析部２２１で、局所的プロセス、マルチスケールプロセス、非定常プロセスを検知するため、信号の解析、符号化、圧縮、再構成等を行って得られた実測値データが比較照合部２２２へ転送される。一方、回転速度情報２２３に基づき理論時間周期計算部２２４において、回転速度に基づき算出した損傷に起因した時間間隔の計算値データが比較照合部２２２へ転送される。そして、比較照合部２２２で実測値データと計算値データとが比較照合されることにより、振動異常の有無、異常部位の特定が行なわれ、結果出力部２２５で、振動異常の有無、特定部位の出力が行なわれる。結果出力部２２５への情報転送は、有線や無線で行なわれる。
【００５０】
信号処理の第３の方法では、例えば、駆動モータ等から検出した回転速度情報と回転要素部品の設計諸元に基づけば、時間間隔の計算と比較照合を容易に行うことができる。
【００５１】
図５に示すように、異常検出用センサ２３，２４，２５，２６，２７における信号処理の第４の方法において、振動センサが発生した振動データ信号は、信号搬送手段３０を介して転送された基本統計量演算部２３１で、振動データ信号の基本統計量が演算処理され、コンパレータ２３２に入力される。コンパレータ２３２では、基本統計量演算部２３１において演算処理された振動データ信号の基本統計量値と、閾値設定部２３３に保存されている予め設定された振動閾値とが比較される。そして、振動データ信号値の基本統計量値が振動閾値を超えた場合、異常判定部２３４で振動異常判定信号が出力され、判定結果出力部２３５で振動異常のアラームが出力される。アラームは有線や無線で転送されて作動する。このとき、閾値設定部２３４に保存される振動閾値、異常判定部２３５で出力される振動異常判定信号は、任意の時間内における実効値やピーク値を用いても良い。
【００５２】
また、温度センサ及び振動センサを用いて得られた温度情報及び振動情報を基にした異常診断の処理方法として以下に示す方法を用いても良い。
【００５３】
（１）エンベロープデータの実効値を基準値として用いる方法
本方法では、先ず予め設定した式を用いて異常時に発生する周波数成分を求める。そして、エンベロープデータの実効値を算出し、この実効値から比較用の基準値を求める。そして、基準値以上の周波数を算出し、異常時に発生する周波数成分との比較を行なう。異常周波数成分としては、内輪傷成分、外輪傷成分、転動体成分、保持器成分が、レベル毎に抽出される。
【００５４】
（２）スペクトルのピークを求め、ピーク周波数と異常周波数とを比較する方法
本方法では、先ず異常時に発生する周波数成分を求める。そして、振動分析部で求めた周波数スペクトルの中で所定数または基準値以上のピークについて、異常が発生する周波数成分に該当するかどうかを照合する。この場合も、異常周波数成分としては、内輪傷成分、外輪傷成分、転動体成分、保持器成分が、レベル毎に抽出される。
【００５５】
（３）基本周波数と特定の高調波を用いる方法
本方法では、異常周波数成分の基本周波数である１次の値、基本周波数の倍の周波数をもつ２次の値、基本周波数の４倍をもつ４次の値について、ピークの周波数と異常時に発生する周波数が一致しているかどうかを比較し、少なくとも２つの周波数において、異常有りと判断された場合には、最終的に異常有りと判断し、異常有りと判断された周波数が１つ以下である場合には、異常なしと判断する。
【００５６】
（４）異常診断と共に損傷の大きさを推定する方法
本方法では、エンベロープ処理後の周波数スペクトルを用い、大きなピークの周波数において、外輪に損傷が発生していることを確認し、この周波数におけるピークの値と周波数スペクトル全体の平均値である基準レベルとを比較することにより、異常を起こしている外輪における損傷の大きさを推定する。
【００５７】
（５）基本周波数の自然数倍の高調波成分とのレベル差を基準値とする方法
本方法では、異常周波数成分の基本周波数である１次のレベルに対して、基本周波数の２，３，４，・・・ｎ倍の周波数をもつ２，３，４，・・・ｎ次のレベルが基準値以上となっている個数をカウントし、所定個数以上基準値を超えている場合に、異常が発生していると判断する。具体的には、１次のレベルに対し、ｎ次の値が｛（１次のレベル）−（ｎ−１）・ａ｝（ｄＢ）以上である場合に、カウントを行なう。ここでａは、任意の値である。
【００５８】
（６）周波数帯域毎の実効値を用いる方法
本方法では、異常に起因する周波数のピークレベルそのものの値ではなく、異常に起因する周波数を含む周波数帯の実効値を用いて、異常診断を行なう。具体的には、異常に起因する周波数を含む周波数帯の実効値とは、周波数帯のレベルの自乗平均またはパーシャルオーバオールである。ここで、自乗平均及びパーシャルオーバオールは、予め定められた式により得られる。オーバオールは、特定の指定区間の総和を意味する。
【００５９】
上述したように、第１実施形態の転がり軸受ユニットの診断装置１０及び診断方法によれば、スラスト力付与機構１８により、転がり軸受１１，１１にスラスト力を負荷しながら回転試験が行われる。また、転がり軸受１１，１１の外周部に、振動センサや温度センサまたはＡＥセンサや超音波センサを内蔵した異常検出用センサ２３，２４が同一のケース２３ａ，２４ａ内に収納固定されている。
したがって、転がり軸受１１，１１にスラスト荷重を負荷することにより、転がり軸受１１，１１の負荷圏及び非負荷圏の存在をなくして転がり軸受の全周を負荷圏とし、転がり軸受１１，１１の転動体と転動面との接触を安定させることにより、軸受転動面全体の損傷を検出することができる。また、スラスト力付与機構１８は、スラスト力を軸方向に任意に可変するため、例えば、複列軸受の場合等に、スラスト力の方向を変更することにより片列毎に異常の有無を検査することができる。
【００６０】
さらに、スラスト力を負荷することにより、非負荷圏が存在しなくなるため、転がり軸受１１，１１を低速で回転させた際に非負荷圏で発生する転動体落ち音を低減して、外輪損傷の有無を精度良く診断することができる。また、回転部品の回転状態に伴う振動情報または温度情報が同時に検出されるので、回転部品が組み込まれている機械装置を分解することなく回転部品の回転中に複数の部品の欠陥を同時に検査することができる。そして、転がり軸受１１，１１の外周面に、振動センサや温度センサまたはＡＥセンサや超音波センサを内蔵した異常検出用センサ２３，２４を同一のケース２３ａ，２４ａ内に収納固定することにより、異常の有無を検出することができる。これにより、転がり軸受１１，１１や歯車の異常診断における検出精度を飛躍的に向上させることができ、機械装置の安全性及び信頼性の向上を図ることができる。
異常の検出の有無は、少なくとも振動センサ，温度センサ，ＡＥセンサ，超音波センサから選択される少なくとも１つがあれば可能であるが、少なくとも振動センサ，ＡＥセンサ，超音波センサから選択される少なくとも１つを用いる方がより望ましい。さらに、図２〜図５のような解析を用いて異常判定を行うには、過去の異常データベースを利用できる点で振動センサを用いるのが望ましい。ただし、微小クラッチ発生の初期段階で異常を検出したい場合や、内部欠陥を検出するには、振動センサの代わりにＡＥセンサや超音波センサを用いる方が適切である。温度センサは、前記３種類のセンサと組み合わせて異常判定に用いる方が単独で異常検出する場合より効果が大きい。
【００６１】
次に、図６を用いて本発明に係る第２実施形態を説明する。
図６に示すように、第２実施形態の転がり軸受ユニットの診断装置４０は、第１実施形態においての支持台１２，１２に代えて、転がり軸受１１，１１を内嵌した軸受箱４１，４１を備え、さらに、円板形状の加圧板４２，４２を用い、軸受箱４１，４１の上部に異常検出用センサ２３，２４を配している。
【００６２】
この場合の転がり軸受ユニットの診断装置４０では、図６中左方側に配置された一方の加圧ロッド２０により、加圧板４２を介して図６中左方側に配置された一方の軸受箱４１を図６中右方向に向く矢印ａ方向にスラスト力として押圧している。そのため、転がり軸受１１，１１の内側列にスラスト力を負荷して診断を行うことができる。この場合、図６中右方側に配置された他方の加圧ロッド２０を、他方の加圧板４２に与えられているスラスト力を受けるように、矢印ｂ方向に引張するようにすれば、転がり軸受１１，１１の外側列にスラスト力を負荷して診断を行うことができる。この場合、加圧板４２，４２として、転がり軸受１１，１１の端面の全周に負荷する形状であっても良く、或いは円周等配３点位置において負荷する形状であっても良い。また、この場合、転がり軸受１１，１１にモーメント荷重が負荷されると、転がり軸受１１，１１の隙間が円周方向で不均一になって好ましくないため、負荷部材としてばね等の弾性部材による調心機構を配するのが好ましい。第２実施形態の転がり軸受ユニットの診断装置４０においても、第１実施形態と同様の信号処理が行われる。
【００６３】
次に、図７を用いて本発明に係る第３実施形態を説明する。
図７に示すように、第３実施形態の転がり軸受ユニットの診断装置４５は、第２実施形態における軸受箱４１，４１を、架台２９，２９上に配された直動案内４６，４６上に固定している。
【００６４】
この場合の転がり軸受ユニットの診断装置４５では、軸受箱４１，４１が、直動案内４６，４６により、軸方向に移動可能な自由度を有しているため、転がり軸受１１，１１における外輪１１ａ，１１ａの端面及び軸受箱４１，４１の端面にスラスト力を負荷することとなり、軸受箱４１，４１の鍔部と転がり軸受１１，１１の端面とが接触することにより、転がり軸受１１，１１にスラスト力が負荷される。この場合、軸受箱４１，４１は二つ割れに形成する方が取付けを容易に行うことができる。第３実施形態の転がり軸受ユニットの診断装置４５においても、第１実施形態と同様の信号処理が行われる。
【００６５】
なお、本発明に係る転がり軸受ユニットの診断装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。例えば、転がり軸受ユニットの診断装置に用いられる転がり軸受として、円筒ころ軸受と単列ラジアル玉軸受との組合せや円筒ころ軸受或いは円すいころ軸受又は自動調心ころ軸受を用いるのが好ましい。
また、上記実施形態では異常検出用センサを作業性を考慮して軸受ユニットまたは軸受箱の外周部に固定してあるが、転がり軸受の外輪や軸受箱に埋設してもよく、センサ取付位置はセンシングの精度や速度が最適な条件になるように選定することが望ましい。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の転がり軸受ユニットの診断装置及び診断方法によれば、スラスト力付与機構により、転がり軸受ユニットまたは軸受箱にスラスト力を負荷しながら回転試験が行われる。また、転がり軸受ユニットまたは軸受箱に、振動センサ，温度センサ，ＡＥセンサまたは超音波センサのうちから選択される少なくとも１個の異常検出用センサが同一の筐体内に収納固定されている。
したがって、転がり軸受や歯車の異常診断における検出精度を飛躍的に向上させることができ、機械装置の安全性及び信頼性の向上を図ることができる。その結果、分解するのに多くの手間がかかるような機械装置の分解を行なうことなく、回転させながら定期的に検査試験を行う場合、その機械装置の回転部品の欠陥を見落とすことなく高精度な検出が可能な転がり軸受ユニットの診断装置を提供し、装置の分解や組み立て直しにかかる手間を軽減すること、及び分解や組み立てに伴う部品の新たな損傷防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の転がり軸受ユニットの診断装置の一部破断正面図である。
【図２】図１に示した転がり軸受ユニットの診断装置の異常検出手段における信号処理系統図である。
【図３】図２とは異なる方法の信号処理系統図である。
【図４】図２とはさらに異なる方法の信号処理系統図である。
【図５】図２とはさらに異なる方法の信号処理系統図である。
【図６】本発明の第２実施形態の転がり軸受ユニットの診断装置の一部破断正面図である。
【図７】本発明の第３実施形態の転がり軸受ユニットの診断装置の一部破断正面図である。
【図８】従来の転がり軸受ユニットの診断装置の正面図である。
【図９】従来の他の転がり軸受ユニットの診断装置の正面図である。
【図１０】従来の更に他の転がり軸受ユニットの診断装置の正面図である。
【図１１】従来の更に他の転がり軸受ユニットの診断装置の断面図である。
【図１２】従来の更に他の転がり軸受ユニットの診断装置の断面図である。
【図１３】従来の更に他の転がり軸受ユニットの診断装置の断面図である。
【図１４】従来の更に他の構成例のブロック図である。
【図１５】従来の更に他の構成例のブロック図である。
【図１６】従来の更に他の構成例のブロック図である。
【図１７】（ａ）は低速回転時におけるころの動きの説明図、（ｂ）は高速回転時におけるころの動きの説明図である。
【符号の説明】
１０，４０，４５ 転がり軸受ユニットの診断装置
１１ 転がり軸受
１８ スラスト力付与機構
２３，２４，２５，２６，２７ 異常検出用センサ
２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａ，２７ａ ケース（筐体）
３０ 信号搬出手段
４１ 軸受箱
２０４，２３５ 判定結果出力部
２１１ フィルタ部
２１２ エンベロープ処理部
２１３ 周波数分析部
２１４ 比較照合部
２１７ 結果出力部
２２１ ウェーブレット解析部
２２２ 比較照合部
２２５ 結果出力部

Claims (6)

1. 回転試験台を用いてラジアル荷重が負荷される転がり軸受ユニットまたは転がり軸受ユニットを内装した軸受箱の異常を診断する転がり軸受ユニットの診断装置であって、
   前記回転試験台上に設置した前記転がり軸受ユニットまたは前記軸受箱に対し任意に可変されたスラスト力を付与するスラスト力付与機構を有し、前記スラスト力付与機構により該転がり軸受ユニットまたは該軸受箱にスラスト力を負荷しながら回転試験を行うとともに、該転がり軸受ユニットまたは該軸受箱に、振動センサ，温度センサ，ＡＥセンサまたは超音波センサのうちから選択される少なくとも１個の異常検出用センサを同一の筐体内に収納固定したことを特徴とする転がり軸受ユニットの診断装置。
2. 前記異常検出用センサの筐体は、検出した信号を外部に送出するための信号搬出手段を有し、前記信号搬送手段を介して送出された信号に基づき異常の有無を判定し出力する判定結果出力部を有することを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受ユニットの診断装置。
3. 前記振動センサ，ＡＥセンサまたは超音波センサから得られた検出波形から不要な周波数帯域を除去するフィルタ部と、前記フィルタ部から転送されたフィルタ後の波形の絶対値を検波するエンベロープ処理部と、前記エンベロープ処理部から転送された波形の周波数を分析する周波数分析部と、回転速度に基づき算出した損傷に起因した周波数と実測データに基づく周波数とを比較する比較照合部と、前記比較照合部での比較結果に基づき、異常の有無、異常部位の特定をする結果出力部を備えていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の転がり軸受ユニットの診断装置。
4. 前記振動センサから得られた検出波形にウェーブレット処理を施すウェーブレット解析部と、回転速度に基づき算出した損傷に起因した時間間隔と実測データに基づく時間間隔とを比較する比較照合部と、前記比較照合部での比較結果に基づき、異常の有無、異常部位の特定をする結果出力部を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転がり軸受ユニットの診断装置。
5. 前記振動センサから得られた検出信号の実効値またはピーク値または波高率に基づき、異常の有無、異常部位の特定をする結果出力部を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の転がり軸受ユニットの診断装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の軸受ユニットの診断装置を用いて前記転がり軸受ユニットまたは前記軸受箱の異常を診断することを特徴とする転がり軸受ユニットの診断方法。

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