JP2005325980A - Shaft coupling monitoring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧延設備などの駆動軸に組込まれる十字軸継手を監視する軸継手監視装置に関する。 The present invention relates to a shaft joint monitoring device that monitors a cross shaft joint incorporated in a drive shaft of a rolling facility or the like.
例えば鉄鋼用圧延設備では、圧延ローラと駆動モータとの間に接続された駆動軸の途中部分に十字軸継手を設けることにより、上記ローラが圧延中の鋼材に対し上下に動くのを許容した状態で、圧延処理を行っている。
上記のような十字軸継手では、例えば下記特許文献1に記載されているように、その十字軸の4つの各軸にベアリングカップを設けるとともに、このカップと軸との間にころを転動自在に配置して当該軸の外周面を転動面に利用するものが提供されている。そして、この十字軸継手では、駆動軸の駆動モータ側及び圧延ローラ側にそれぞれ配置される駆動軸部及び従動軸部の各端部を、相異なる直線上の2つの上記ベアリングカップに接続することで当該継手は駆動軸内に組込まれて駆動モータの回転力を圧延ローラ側に伝達する。
For example, in a steel rolling facility, a cross shaft joint is provided in the middle part of the drive shaft connected between the rolling roller and the drive motor, thereby allowing the roller to move up and down with respect to the steel material being rolled. In the rolling process.
In the cross shaft joint as described above, for example, as described in
ところで、上記のような十字軸継手では、鉄鋼圧延時に上記圧延ローラ側から軸及び各ベアリングカップに作用する負荷荷重は極めて大きいものであり、使用時間などに応じて軸表面に剥離が生じ易かった。しかも、上記圧延ローラが上下に動いたときに、上記ベアリングカップが取り付けられた対応する軸に対して揺動することから、剥離や亀裂などの損傷が各軸に設けられた転動面の周方向で部分的に発生し易かった。さらには、4つの軸で表面剥離の程度が異なる場合があった。
ところが、圧延設備などでは、十字軸継手の十字軸は4つの上記ベアリングカップによって軸方向周りの部分が覆われるとともに、上記駆動軸部及び従動軸部の各端部が十字軸の中央部にほぼ密着するように繋がれて当該十字軸は外部にほとんど露出されることなく駆動軸内に組込まれている。このため、各軸に設けられた転動面での剥離などの損傷を検出するためのセンサを十字軸継手に取り付けることは困難であり、センサ検出結果による損傷検知を行うことも難しかった。それ故、圧延設備では、定期的に、駆動軸から十字軸継手を取外し、さらには軸とベアリングカップとを分離して十字軸継手を完全に分解することで、各軸での表面剥離の程度を目視確認することが要求されて、この定期点検作業に大変な労力と時間を要した。また、上記転動面に供給された使用済みのグリース内の鉄粉の含有量を測定することで、軸表面での損傷発生を類推することも行われているが、この方法では損傷検知を常時行うことができず、しかも、その類推結果による損傷発生の検知精度は低く、さらには軸単位の損傷検知を行うことは困難であった。
By the way, in the cross shaft joint as described above, the load applied to the shaft and each bearing cup from the rolling roller side at the time of steel rolling is extremely large, and the surface of the shaft is likely to be peeled off depending on the usage time and the like. . In addition, when the rolling roller moves up and down, it swings with respect to the corresponding shaft to which the bearing cup is attached, so that damage such as peeling or cracking occurs around the rolling surface provided on each shaft. It was easy to occur partially in the direction. Furthermore, the degree of surface peeling sometimes differs between the four axes.
However, in a rolling facility or the like, the cross shaft of the cross shaft joint is covered in the axial direction by the four bearing cups, and the end portions of the drive shaft and the driven shaft are substantially at the center of the cross shaft. The cross shafts are connected so as to be in close contact with each other, and are incorporated in the drive shaft without being exposed to the outside. For this reason, it is difficult to attach a sensor for detecting damage such as peeling on the rolling surface provided on each shaft to the cross joint, and it is also difficult to detect damage based on the sensor detection result. Therefore, in rolling equipment, remove the cross joint from the drive shaft periodically, and further separate the shaft and bearing cup to completely disassemble the cross joint so that the degree of surface peeling on each shaft It was required to visually check the above, and it took a lot of labor and time for this periodic inspection work. In addition, the occurrence of damage on the shaft surface is also estimated by measuring the content of iron powder in the used grease supplied to the rolling surface, but this method detects damage. In addition, the detection accuracy of damage occurrence based on the analogy result is low, and furthermore, it is difficult to detect damage in units of shafts.
従って、本発明は、圧延設備などの駆動軸に組込まれる十字軸継手においても、その十字軸の各軸に設けられた転動面での剥離などの損傷を軸単位に精度よく、かつ早期に検知することができる新たな技術的手段を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is also capable of accurately and earlyly damaging damage such as peeling on the rolling surface provided on each shaft of the cross shaft even in a cross shaft joint incorporated in a drive shaft of a rolling facility or the like. The object is to provide a new technical means that can be detected.
本発明は、十字軸の4つの各軸の外周面を転動体が転動する転動面として用いた十字軸継手を監視する軸継手監視装置であって、
前記4つの各軸には、ベアリングカップが揺動可能に装着され、前記軸と、その前記ベアリングカップとの間の荷重を検出する荷重センサを、前記ベアリングカップ側に設けたことを特徴とするものである。
The present invention is a shaft joint monitoring device that monitors a cross shaft joint that uses the outer peripheral surface of each of the four shafts of the cross shaft as a rolling surface on which a rolling element rolls.
A bearing cup is swingably mounted on each of the four shafts, and a load sensor for detecting a load between the shaft and the bearing cup is provided on the bearing cup side. Is.
上記のように構成された軸継手監視装置では、十字軸の軸において、上記ベアリングカップとの間に働く上記荷重を荷重センサにて検出することにより、本発明の発明者等は、剥離などの損傷が転動面に生じているか否かについて判別できることを見出した。すなわち、損傷が転動面に生じていない場合には、上記荷重センサの出力は十字軸継手の回転動作だけに応じて変化した。これに対して、損傷が転動面に生じている場合には、軸が前記損傷によって撓むことがあり、この撓みに起因する変動が荷重センサの出力に現れた。本発明は、上述のような知見に基づいて完成されたものであり、荷重センサの出力変動を検出することにてその転動面での損傷発生を即座に検知することができる。また、上記の出力変動は転動面における損傷の発生位置や程度に応じて変わることから、当該発生位置や程度を判別することもできる。また、荷重センサがベアリングカップ側に設けられているので、圧延設備などのように十字軸継手の十字軸が外部にほとんど露出されることなく駆動軸内に組込まれる場合でも、当該センサをベアリングカップとともに対応する軸に対して揺動させつつ、転動面に対する高精度な損傷検知を軸単位に行うことができる。尚、上記荷重センサは、十字軸の4つの各軸に設けてもよいし、損傷が発生し易い軸のみに設置してもよい。 In the shaft joint monitoring device configured as described above, the load of the load sensor detects the load acting between the bearing cup and the shaft of the cross shaft. It has been found that it is possible to determine whether damage has occurred on the rolling surface. That is, when damage did not occur on the rolling surface, the output of the load sensor changed only according to the rotational movement of the cross joint. On the other hand, when damage has occurred on the rolling surface, the shaft may bend due to the damage, and fluctuations caused by this bend appeared in the output of the load sensor. The present invention has been completed based on the above-described knowledge, and it is possible to immediately detect the occurrence of damage on the rolling surface by detecting the output fluctuation of the load sensor. In addition, since the output fluctuation varies depending on the occurrence position and degree of damage on the rolling surface, the occurrence position and degree can also be determined. In addition, since the load sensor is provided on the bearing cup side, even if the cross shaft of the cross shaft joint is incorporated into the drive shaft with almost no exposure to the outside, such as in rolling equipment, the sensor is installed in the bearing cup. At the same time, it is possible to detect the damage on the rolling surface with high accuracy for each axis while swinging with respect to the corresponding axis. The load sensor may be provided on each of the four axes of the cross shaft, or may be installed only on the shaft where damage is likely to occur.
また、上記軸継手監視装置において、前記荷重センサは、前記十字軸継手の回転方向と平行な方向で前記軸の中心を通る線上に配置されることが好ましい。
この場合、荷重センサが転動面の損傷による軸の撓み方向またはその撓み方向の軸中心に関して180deg反対の方向に配置されることとなり、撓みによる荷重変動を最高感度で検出することができ、損傷検知をより高精度に行うことができる。
In the shaft joint monitoring device, it is preferable that the load sensor is disposed on a line passing through the center of the shaft in a direction parallel to a rotation direction of the cross joint.
In this case, the load sensor will be arranged in the direction of 180 deg opposite to the direction of deflection of the shaft due to damage of the rolling surface or the axis center of that deflection direction, and load fluctuation due to deflection can be detected with the highest sensitivity. Detection can be performed with higher accuracy.
また、上記軸継手監視装置において、2個の前記荷重センサが、前記ベアリングカップ毎に、前記十字軸継手の回転方向に並べられた状態で設けられていることが好ましい。
この場合、上記2個の荷重センサのセンサ出力の差動を求めることにより、周囲温度による各センサ出力の温度ドリフトを補償することができ、周囲温度の影響により損傷検知の精度低下を防ぐことができる。また、センサ出力の差動により、上記回転方向での偏荷重を検出することができることから、損傷検知の精度を高めることができる。
In the shaft coupling monitoring apparatus, it is preferable that the two load sensors are provided in a state in which the two load sensors are arranged in the rotation direction of the cross shaft coupling for each of the bearing cups.
In this case, by obtaining the differential of the sensor outputs of the two load sensors, the temperature drift of each sensor output due to the ambient temperature can be compensated, and the accuracy of damage detection can be prevented from being affected by the ambient temperature. it can. In addition, since the offset load in the rotation direction can be detected by the differential sensor output, the accuracy of damage detection can be improved.
また、上記軸継手監視装置において、前記荷重センサが、セラミック材料を用いて構成されてもよい。
この場合、高い強度を有する荷重センサが使用されることとなり、上記転動面に生じた損傷によって軸が撓んだときに荷重センサがベアリングカップなどの近接配置された構成部材との接触回避するためのスペースを設ける必要がない。
Moreover, the said shaft coupling monitoring apparatus WHEREIN: The said load sensor may be comprised using a ceramic material.
In this case, a load sensor having high strength is used, and when the shaft is bent due to damage caused on the rolling surface, the load sensor avoids contact with a component disposed in the vicinity such as a bearing cup. There is no need to provide a space for this.
また、上記軸継手監視装置において、前記荷重センサが、前記ベアリングカップに組み付けられるとともに、前記軸の端部を支承するスラストワッシャに設けられていることが好ましい。
この場合、上記荷重センサをベアリングカップに直接的に設置する場合に比べて、簡単な加工で当該センサの設置箇所を確保することができ、そのセンサ取付を容易に行うことができる。
In the shaft coupling monitoring apparatus, it is preferable that the load sensor is mounted on a thrust washer that supports the end portion of the shaft while being assembled to the bearing cup.
In this case, compared with the case where the load sensor is directly installed on the bearing cup, the installation location of the sensor can be secured by simple processing, and the sensor can be easily attached.
本発明によれば、十字軸継手のベアリングカップ側に設けた上記荷重センサにより、対応する軸転動面での損傷発生を即座に検知できるとともに、そのセンサ出力を基に損傷の発生位置やその程度を判別するできるので、圧延設備などの駆動軸に組込まれる十字軸継手においても、上記転動面に対する損傷検知を十字軸の軸単位に精度よく、かつ早期に行うことができる。 According to the present invention, the load sensor provided on the bearing cup side of the cross joint can immediately detect the occurrence of damage on the corresponding shaft rolling surface, and based on the sensor output, Since the degree can be discriminated, even in the cross joint coupled to the drive shaft of a rolling facility or the like, it is possible to detect damage to the rolling surface with high accuracy and early in units of the cross shaft.
以下、本発明の軸継手監視装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、圧延設備の駆動軸に組込まれる十字軸継手に適用した場合を例示して説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a shaft coupling monitoring device of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in the following description, the case where it applies to the cross shaft coupling built in the drive shaft of rolling equipment is illustrated and demonstrated.
図1は鉄鋼メーカの圧延設備に使用される駆動軸を示す斜視図であり、図2は本発明の一実施形態に係る軸継手監視装置の主要部を駆動軸の軸方向から見た図である(一部断面を含む。)。図において、駆動軸10の両端部近傍には十字軸継手11が使用されており、この継手11を介在させて、当該駆動軸10の一端側及び他端側には図示を省略した駆動モータ及び鉄鋼用圧延ローラがそれぞれ連結されている。つまり、駆動軸10には、2つの十字軸継手11の間に配置される中間軸部(第1軸部)10aに加えて、上記モータ及びローラ側にそれぞれ接続される駆動軸部(第2軸部)10b及び従動軸部(第3軸部)10cが設けられており、一方の十字軸継手11にて中間軸部10aと駆動軸部10bとが連結され、他方の十字軸継手11にて中間軸部10aと従動軸部10cとが連結されている(図1参照)。また、圧延設備では、2本の駆動軸10が互いに平行に配置されており、各駆動軸10に連結された2つの上記ローラ間にスラブ等を通すことで圧延処理が施された鋼材を製造するように構成されている。また、この圧延処理の際に、各十字軸継手11は、接続された駆動軸10がその軸方向から傾くのを許容した状態で上記駆動モータの回転力を圧延ローラに伝達する。さらに、各十字軸継手11を設けることにより、各圧延ローラが摩耗したときや鋼材の圧延幅を変更するときに上下のローラ芯間を容易に調整できるようになっている。
FIG. 1 is a perspective view showing a drive shaft used in rolling equipment of a steel manufacturer, and FIG. 2 is a view of a main part of a shaft joint monitoring device according to an embodiment of the present invention as seen from the axial direction of the drive shaft. Yes (including some cross sections). In the figure, a
上記十字軸継手11は、十字軸12と、4個のベアリングカップ13とを備えており、ベアリングカップ13が十字軸12の軸方向周りの部分を覆うように当該十字軸12の4つの各軸12aに揺動可能に取り付けられている。各ベアリングカップ13は、有底状のカップ部131と、その内部に保持され、上記軸12aに転がり接触する複数のころ132とを具備しており、カップ部131の内周面及び軸12aの外周面をそれぞれ外輪軌道及び内輪軌道としている。また、図2における上下一対のベアリングカップ13は当該十字軸継手11から見て軸方向一方側の駆動軸10の軸部(例えば、上記駆動軸部10b)に、左右一対のベアリングカップ13は軸方向他方側の駆動軸10の軸部(例えば、上記中間軸部10a)に、それぞれ接続されている。詳細には、カップ部131の左右両端部側に設けられたボルト穴131aに螺着されるボルトを介して駆動軸10の対応する軸部の端部に形成されたフランジ部が当該カップ部131に連結されており、十字軸12の左右両側の中央部が軸部端部にほぼ密接して、当該十字軸12が外部にほとんど露出されることなく駆動軸10内に組込まれた状態で各軸部が接続されている。
The
上記カップ部131の周方向中央にはグリース注入用の孔131bが形成されている。また、上記十字軸12の各軸12aには、上記孔131bと同軸的に、当該軸12aの中心軸周りに孔12bが形成されており、十字軸継手11の内部で互いに連結されている。この孔12bは、上記ころ132の軸外周面及びカップ部内周面との転がり接触部を潤滑するグリースが流されるグリース用通路を構成している。
また、上記孔131bには、蓋14が着脱可能に取り付けられており、上記転がり接触部から当該孔131bを介して外部にグリースが漏れ出るのを防ぐようになっている。詳細にいえば、この蓋14には、例えば段差状に形成された孔131bの内周面と密接して当該孔131bを実質的に密閉する平底碗状の取付部14aと、その底部から軸12aの軸方向に延設されてその軸側の上記孔12bに挿入された丸棒状の支持部14bとを有している。
At the center in the circumferential direction of the
In addition, the
また、上記十字軸12の各軸12aでは、ベアリングカップ13との間にリング状のスラストワッシャ15が設けられている。このスラストワッシャ15は、合成樹脂によって構成されたものであり、上記カップ部131の底面131cに組み付けられている。そして、このスラストワッシャ15は、底面131cと軸12aの端部との間に配置されて、これらの底面131cと軸端部とが金属接触するのを防いだ状態で当該軸端部を支承している。
また、各スラストワッシャ15には、本発明の軸継手監視装置に含まれた荷重センサが設置されており、対応する軸12aの外周面を用いた上記ころ132の転動面での剥離や亀裂などの損傷の検知を行うように構成されている。
A ring-shaped
Further, each thrust
具体的には、図3に示すように、スラストワッシャ15には、上記荷重センサ16a、16bをそれぞれ設置するためのセンサ設置箇所としての段差部15a、15bが形成されている。これらの段差部15a、15bは、スラストワッシャ15の成型時に金型によって一体的に設けられたものであり、当該ワッシャ15の上記底面131c側の軸方向端面を半円状に開口することにより形成されている。また、段差部15a、15bの軸方向寸法は、後に詳述するように、軸12aが撓んだときでも設置されている荷重センサ16a、16bが上記底面131cと接触するのを回避できる十分な寸法を有するように設定されている。また、これらの段差部15a、15bは、軸12aが撓んだときにスラストワッシャ15中心側が拘束された片持ち梁の非拘束(自由端)側に設けられており、軸12aの撓みにより変形が生じ易い箇所に設けられることで荷重センサ16a、16bの検出精度が向上するようになっている。
上記荷重センサ16a、16bは、歪みゲージを用いて構成されたものであり、軸12aとベアリングカップ13との間のスラスト荷重、つまり軸12aの軸端部とカップ部131の底面131cとの間の荷重を検出している。また、これらの各荷重センサ16a、16bは、電源供給用ケーブル17a及び信号出力用ケーブル17bを含んだケーブル17によって上記蓋14の取付部14aに取り付けられた子機1に接続されており、子機1から電力が供給されるとともに、当該子機1に検出信号(電圧信号)を出力している。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
The
また、上記荷重センサ16a、16bは、軸12aの軸中心に関して互いに対称となるように図3(a)に矢印Rにて示す十字軸継手11の回転方向に並べられており、十字軸継手11の回転動作時にベアリングカップ13の軸12aに対する揺動に応じてその軸12aの転動面12a1上で移動する負荷の最小負荷範囲側及び最大負荷範囲側にそれぞれ配置されている。そして、これらの荷重センサ16a、16bは、転動面12a1に発生した損傷に応じてその軸12aに撓みが生じると、その撓みに起因して変化する上記荷重を検出し、その検出した荷重を示す上記検出信号を子機1に出力する。その後、この子機1に設けられた後述のセンサ回路にてそれら検出信号に対する差動処理が実施されるようになっている。
また、他の3箇所の軸12aについても同様に、各々2個の荷重センサ16a、16bがスラストワッシャ15に設置されており、対応する軸12aの撓みに起因する荷重変化を検出し、子機1と同様に軸12a毎に設けられた子機2、3、4(図2)に検出信号を出力して、これら子機2〜4の各センサ回路で差動処理が実施されるようになっている。
The
Similarly, with respect to the other three
詳細には、上記駆動軸10では、圧延ローラ側の従動軸部10cが上下方向に動くのを許容するため、従動軸部10c及び中間軸部10aはそれぞれ中間軸部10a及び駆動軸部10bに対して、所定の作動角(例えば、最大5deg)の範囲内で上下方向に揺動可能に対応する十字軸継手11を介して連結されている。それ故、例えば図4(a)に示すように、中間軸部10aが駆動軸部10bに対して最大作動角で上方向に傾いている場合には、例えば中間軸部10aに連結された各ベアリングカップ13は、同図(b)の二点鎖線にて示すように、その装着された軸12aに対し図の右端部が上方向に傾いた状態となっている。また、中間軸部10aが上記図4(a)に示す状態から最大作動角を維持した状態で90deg及び180deg回転すると、このカップ13も中間軸部10aの回転動作に応じて、同図(b)の実線及び点線にて示すように、軸12aに対して揺動する。すなわち、十字軸継手11では、当該継手11が駆動軸10とともに回転したときに、各ベアリングカップ13はその駆動軸10に設定された最大作動角の2倍の角度範囲(例えば、+5〜−5deg)で軸12aの中心Oに対して揺動(往復回動)するようになっている。
Specifically, in the
また、十字軸継手11では、その回転動作時に4つの各軸12を有する十字軸12は、駆動軸10の回転に応じて同一平面内で回転しているが、各軸12に装着されたベアリングカップ13は上記のように揺動する。このため、図4(b)に示した軸12aの端部が同図の紙面に垂直な平面内でその図の下側に向けて回転するときには、その軸12aの転動面12a1(図3)においてベアリングカップ13側からの最大負荷が作用する箇所は、当該カップ13の軸12aに対する揺動に応じて移動することとなり、上記最大負荷範囲は同図(b)に両矢印Pにて示す範囲となる。一方、当該転動面12a1において最小負荷が作用する箇所もベアリングカップ13の上記揺動に応じて移動しており、上記最小負荷範囲は最大負荷範囲Pの軸12aの軸中心Oに関して点対称な範囲に等しい同図(b)に両矢印Qにて示す範囲となる。
また、上記荷重センサ16a、16bは、カップ部底面131cに組み付けられたスラストワッシャ15の段差部15a、15bにそれぞれ設置されることにより、十字軸継手11の回転方向Rと平行な方向で軸12aの中心Oを通る線(揺動角度が0degの線)上で上記最小負荷範囲Q側及び最大負荷範囲P側に配置されてベアリングカップ13の揺動に伴って当該カップ13とともに軸12aに対し揺動(往復回動)する。
In the cross shaft joint 11, the
The
ここで、荷重センサ16a、16bの検出信号を用いた損傷検知の動作について、図5〜図8も参照して、具体的に説明する。なお、以下の説明では、説明の簡略化のために、上記中間軸部10aがその最大作動角の状態の回転を継続し、ベアリングカップ13ではその軸12aに対する揺動角度が−5deg〜+5degの範囲で変化するものとする。
まず、図6を参照して、転動面12a1に損傷が生じていない場合での各荷重センサ16a、16bの検出信号について説明する。
損傷が生じていない場合では、2個の荷重センサ16a、16bの検出信号は、図6(a)及び(b)の波形50a、50bに示すように、十字軸継手11の回転動作に応じて正弦波状に変化する。詳細にいえば、ベアリングカップ13が十字軸継手11の最下方位置にあるときは、このカップ13の軸12aに対する揺動角度は0deg(図4(b)に実線にて図示)となっているが、最下方位置にあるため、そのスラストワッシャ15には当該継手11や駆動軸10の重量が最大限に作用する。このため、各荷重センサ16a、16bの検出信号も最大値となる。その後、このベアリングカップ13が十字軸継手11の回転動作に伴い駆動軸10周りに回転して、カップ13が十字軸継手11の最上方位置に達すると、当該カップ13の揺動角度も0degから−5deg(図4(b)に点線に図示)に変化し、さらに−5degから0degに変化する。また、このようにベアリングカップ13が最上方位置に向かって移動(回転)するにつれて、スラストワッシャ15に働く荷重も小さくなって荷重センサ16a、16bの各検出信号もまた小さくなる。そして、ベアリングカップ13が最上方位置に達した時点で荷重センサ16a、16bの各検出信号は最小値となる。
Here, the damage detection operation using the detection signals of the
First, with reference to FIG. 6, the detection signals of the
In the case where no damage has occurred, the detection signals of the two
続いて、ベアリングカップ13が十字軸継手11の回転動作に伴い上記最上方位置から最下方位置に向かって回転すると、当該カップ13の揺動角度も0degから+5deg(図4(b)に二点鎖線に図示)に変化し、さらに+5degから0degに変化する。また、ベアリングカップ13の最下方位置への回転に伴って、スラストワッシャ15に働く荷重も大きくなり荷重センサ16a、16bの各検出信号もまた大きくなる。そして、ベアリングカップ13が最下方位置に達した時点で荷重センサ16a、16bの各検出信号は最大値となる。
以上のように、転動面12a1に損傷が生じていない場合では、荷重センサ16a、16bの各検出信号は、波形50a、50bに示すように、十字軸継手11の一回転期間を一周期とする同一の正弦波波形となる。それ故、荷重センサ16aの検出信号から荷重センサ16bの検出信号の差を求める差動処理が上記センサ回路にて実施されると、図6(c)に示すように、その差動処理後のセンサ検出信号は反応がない状態となり、後述のパネルコンピュータ等にて転動面12a1に損傷が生じていないことが判別可能となる。
Subsequently, when the bearing
As described above, when the rolling contact surface 12a1 is not damaged, the detection signals of the
次に、損傷として例えば図5に示す剥離Hが転動面12a1に生じている場合での各荷重センサ16a、16bの検出信号について説明する。
ベアリングカップ13が十字軸継手11の回転動作に伴い上記最下方位置から回転すると、ベアリングカップ13は、軸12aの中心Oに対して順次揺動し、その揺動角度は0deg、−5deg、0deg、+5degと変化する。荷重センサ16a、16bはベアリングカップ13側に固定されているので、これらのセンサ16a、16bに対する軸12aの相対的な動作は図8(a)〜(d)になる。また、同図8に矢印Max及び矢印Minでそれぞれ示すベアリングカップ13から軸12a側に作用する負荷の最大箇所及び最小箇所に対して、当該軸12aの転動面12a1は相対的に移動するので、当該カップ13が図8(a)に示す状態から図8(b)に示す状態、及び同(b)に示す状態から図8(c)に示す状態に揺動する間に、最大負荷箇所は転動面12a1に生じた上記剥離H上を通過する。
Next, the detection signals of the
When the bearing
また、上記のように、最大負荷箇所がベアリングカップ13の揺動に応じて剥離H上を通過するので、その最大負荷箇所と剥離Hとの位置関係によっては軸12aに撓みが発生する。
具体的には、最大負荷箇所と剥離Hとが比較的離れているときには、図5(a)に示すように、軸12aには撓みが発生しておらず、各荷重センサ16a、16bには、同図に矢印k1、k2にて示す同じ値の荷重が作用して、各センサ16a、16bの検出信号も同じ値となる。但し、この荷重k1、k2は、スラストワッシャ15に作用する十字軸継手11などの重量に応じたものであり、図6(a)及び(b)に示したように、十字軸継手11の回転動作に伴い変化する。
Further, as described above, since the maximum load location passes over the separation H in response to the swing of the bearing
Specifically, when the maximum load location and the separation H are relatively far from each other, as shown in FIG. 5A, the
一方、最大負荷箇所が剥離H上を通過するとき及びその通過前後で比較的近付いているときには、図5(b)に示すように、当該最大負荷箇所側への撓みが軸12aに発生し、その軸端部が図の右方向下側に傾いた状態となる。また、この軸12aの撓みは、剥離Hの深さや範囲などの程度に応じて変化するものであり、このような撓みが生じると、各荷重センサ16a、16bで検出される荷重検出値も変動する。
詳細には、軸12aの撓みにより、上記スラストワッシャ15の段差部15a側は底面131cに接近するよう同図の下方側から上方側に押し上げられるよう弾性変形しており、この段差部15aに配置された荷重センサ16aが検出する荷重は、同図に白抜きの矢印k1で示すように、撓みが生じていない場合に比べて増加する。この結果、最小負荷範囲Q側の荷重センサ16aの検出信号もまた増加して、図7(a)の波形60aに示すように、撓みが生じるとともに大きくなり、最大負荷箇所が剥離H上を通過し軸12aが最大に撓んだときにピーク値となる増加変動が現れる。また、このとき、段差部15aでは、荷重センサ16aの上方側(底面131c側)に設けられたスペースによってセンサ16aが底面131cに接触するのを免れている。さらに、この段差部15aでは上記片持ち梁の自由端側に設けられているので、段差部15aは軸12aの撓みに応じて大きく撓んで荷重センサ16aは高精度に荷重を検出している。
On the other hand, when the maximum load location passes over the separation H and is relatively close before and after the passage, as shown in FIG. 5B, the deflection toward the maximum load location occurs in the
Specifically, due to the bending of the
一方、図5(b)に示すように、軸12aの撓みによってその軸端部右側が同図の下方側に押し下げられるので、段差部15bに配置された荷重センサ16bが検出する荷重は、同図に矢印k2で示すように、撓みが生じていない場合に比べて減少する。この結果、最大負荷範囲P側の荷重センサ16bの検出信号もまた増加して、図7(b)の波形60bに示すように、撓みが生じるとともに大きくなり、最大負荷箇所が剥離H上を通過し軸12aが最大に撓んだときにピーク値となる減少変動が現れる。
また、これら荷重センサ16a、16bでの増加及び減少の出力変動は、同じタイミングで、かつ同じ大きさで生じることから、上記差動処理がセンサ回路にて実施されると、図7(c)の波形60cに示すように、その差動処理後のセンサ検出信号は軸12aに撓みが生じたときのみ反応するものとなり、またその振幅も各センサ16a、16bでの2倍の値となる。さらに、上記パネルコンピュータ等が差動処理後のセンサ検出信号を用いることにより、転動面12a1での剥離H(損傷)発生の有無、及び発生した損傷の位置並びにその深さや範囲などの程度を検知するようになっている(詳細は後述)。
On the other hand, as shown in FIG. 5 (b), the right side of the shaft end portion is pushed downward by the bending of the
Further, since the output fluctuations of the increase and decrease in the
また、上記子機1は、図9に示すように、荷重センサ16a、16bからの検出信号を入力するとともに、図示しないボルト等の固定手段によって取付部14aの底部に固定されるセンサ基板31と、このセンサ基板31の上方に配置されたワイヤレス基板32と、このワイヤレス基板32の上方に配置されたバッテリー電源33とを備えている。また、子機1では、互いに接離自在なコネクタにて各基板31、32と電源33とが順次接続されるようになっており、当該ユニット1はビス穴14c内に挿入されるビス(図示せず)によって上記孔131bに装着される蓋14の内部に収納されている。すなわち、センサ基板31及びワイヤレス基板32は、それぞれ設けられた勘合コネクタ31c及び32cとが互いに連結されることでこれらの基板31及び32が電気的に接続され、またワイヤレス基板32及びバッテリー電源33は、それぞれ設けられた勘合コネクタ32d及び33aとが互いに連結されることでこれらの基板32及び電源33が電気的に接続されている。なお、図9では、図面の簡略化のために、上記支持部14bの図示は省略している。また、各基板31及び32はモールド樹脂によりコーティングされたものであり、これら基板31及び32の回路等の電子部品にグリースや湿気などによる悪影響が極力生じないよう構成されている。
Further, as shown in FIG. 9, the
上記センサ基板31は、荷重センサ16a、16bからの各検出信号を用いた上記差動処理を含む所定の信号処理機能と、差動処理後のセンサ検出信号をA/D変換してセンサ検出信号データを生成するA/D変換機能とが付与されたDSP等の演算部を有するセンサ回路31aと、上記バッテリー電源33に含まれた例えば二本の単三形電池33aからの直流をユニット各部に適宜分配供給するための電源回路31bとを備えている。そして、センサ回路31aが、上記差動処理を行うことにより、軸12aに発生した撓みに起因して生じる上記最大負荷範囲P側及び最小負荷範囲Q側の偏荷重を検出し、その偏荷重を示す上記センサ検出信号をそのデータに変換しワイヤレス基板32に出力する。
上記ワイヤレス基板32には、例えばDSPを用いて構成された送受信回路32aと、この送受信回路32aや上記センサ回路31aなどで使用されるプログラム等のデータを保持するメモリ32bとを備えており、当該ワイヤレス基板32がセンサ回路31aからの上記センサ検出信号データを無線送信するデータ送信部を構成している。上記送受信回路32aには、所定周波数の発信波(搬送波)を発振する発振機能、この搬送波に検出信号データを乗せるための変調機能が付与されている。また、送受信回路32aは、後述の親機5(図10)からの発信波を受信して、その受信した発信波を復調してその発信波に含まれた同親機5からの指示信号を抽出する復調機能を有しており、前記指示信号によって子機1の各部はその駆動制御が行われるようになっている。また、送受信回路32aには、バッテリー電源33の上方で蓋14の開口端付近に配置されるアンテナ34が接続されており、このアンテナ34が上記センサ検出信号データのシリアルデータ列を含んだ送信波を外部に発信する。尚、この説明以外に、アンテナ34をベアリングカップ13の外表面に沿わせて配置する構成でもよい。
The
The
また、他の子機2〜4も子機1と同様に上下三段に分割配置された基板及び電源を有しており、対応する荷重センサ16a、16bからの検出信号データを発信するようになっている。
また、上記子機1〜4及び荷重センサ16a、16bは、上記軸継手監視装置Tに含まれたものであり、各子機1〜4にはそれぞれ識別子としての連続した整数のID番号0,1,2,3が割り当てられており、各子機1〜4の上記送受信回路32aでは、センサ検出結果の送信を行うときに例えばヘッダー部に割り当てられたID番号を含めて、送信波を発信するように構成されている。そして、軸継手監視装置T内で各子機1〜4と、これら子機1〜4各々に接続された荷重センサ16a、16bとを特定可能になっている。
Similarly to the
The
図10に示すように、上記軸継手監視装置Tは、荷重センサ16a、16b(図3)が各々接続された子機1〜4と、これらの各子機1〜4からの送信波を受信する親機5を備えている。この親機5には、例えばRS232Cに準拠した通信線6aを介して圧延設備内に配置されたパネルコンピュータ7が接続されている。また、このパネルコンピュータ7には、例えば10Base−T線を用いたLAN 6bを介して、圧延設備から離れた監視室内などに設置されたパソコン(以下、“PC”と略称する。)8が接続されており、このPC 8は、インターネット等の通信ネットワーク20を介在させて例えば十字軸継手11の製造メーカやそのメンテナンス会社などの情報処理端末21に接続可能に構成されている。尚、軸継手監視装置Tでは、上記2本の駆動軸10に組付けられた4つの各十字軸継手11に子機1〜4が装着されており、パネルコンピュータ7及びPC 8は当該監視装置T内に含まれた全ての各子機からの送信データを上記ID番号を基に判別し、各十字軸継手11の監視を上記軸12a単位に行えるようになっている。
As shown in FIG. 10, the shaft coupling monitoring device T receives the
上記パネルコンピュータ7には、そのコンピュータ機能として、各子機1〜4を介して送られてきた荷重センサ16a、16bの上記センサ検出信号データに基づいて対応する軸12aでの損傷の有無、及び発生した損傷の位置並びにその深さや範囲などの程度についての判別・診断機能が付与されている。
具体的には、センサ検出信号データが0(V)を示している場合、つまりそのアナログ信号が図6(c)に示したように反応がない場合には、パネルコンピュータ7は対応する軸12aの転動面12a1に損傷が生じていないと判別する。
The
Specifically, when the sensor detection signal data indicates 0 (V), that is, when the analog signal does not react as shown in FIG. 6C, the
一方、図7(c)の波形60cに示したように、センサ検出信号に増加変動が現れている場合、つまり入力した信号データに0(V)以外の値が含まれている場合には、パネルコンピュータ7は上記転動面12a1に剥離H(損傷)が生じていると判別する。また、コンピュータ7は、図示しない位置センサから十字軸継手11(または駆動軸10)の回転絶対角情報を取得し、転動面12a1での損傷発生位置を特定するよう構成されている。つまり、ベアリングカップ13の揺動動作と十字軸継手11の回転動作とは、互いに相関関係を有しており、パネルコンピュータ7はその相関関係に基づき予め入力設定されたテーブルなどを参照することで、取得した十字軸継手11の回転絶対角情報からベアリングカップ13の揺動状態(揺動角度・位置)を判別することができる。そして、パネルコンピュータ7は、上記揺動状態の情報と荷重センサ16a、16bの検出結果とを用いて、転動面12a1上での剥離位置を特定できる。
また、軸12aの撓みは損傷の深さや範囲などの程度に応じて変化するので、パネルコンピュータ7は、上記信号データにおいて、データ値が増加変動している間の時間間隔を検出することで損傷の発生範囲を検知するとともに、そのデータ値の大きさに基づき損傷の程度を検知する。
On the other hand, as shown in the
Further, since the deflection of the
また、上記パネルコンピュータ7には、各子機1〜4のバッテリー電源33での電池容量の残量管理などの監視装置Tの構成要素のメンテナンス作業に必要な情報管理機能、及び各センサ検出データの波形や上記センサ検出信号データの変化等の所定の履歴情報をディスプレイに表示するモニタリング機能がソフトウェアにて与えられている。
また、PC 8には、パネルコンピュータ7が有する上記のコンピュータ機能に加えて、入力した検出データやそれに基づく損傷の診断結果などのデータを保存したり、他の情報処理端末21に上記の保存データを提供するWebサーバとして働いたりするようなサーバ機能が付与されている。
Further, the
Further, in addition to the above-described computer functions of the
以上のように構成された本実施形態では、荷重センサ16a、16bを軸12a毎に設けられた上記スラストワッシャ15に設置し、これらのセンサ16a、16bによりスラストワッシャ15に働く対応する軸12aとベアリングカップ13との間の荷重を検出している。そして、パネルコンピュータ7またはPC 8が、転動面12a1に生じた損傷に応じて軸12aが撓んだときに、この撓みに起因して変動する荷重センサ16a、16bの検出結果に基づいて、当該転動面12a1での損傷発生の有無、その範囲や深さなどの程度(進行度合い)を判別している。これにより、転動面12a1に対する損傷検知を含む十字軸継手11の監視・診断を軸12a単位に精度よく、かつ早期に行うことができる。この結果、従前の定期点検作業及びこれに伴う十字軸継手11の分解作業を実施することなく、高精度な診断結果に基づくメンテナンス作業を的確なタイミングで適切に行わせることができる。
In the present embodiment configured as described above, the
また、本実施形態では、荷重センサ16a、16bが十字軸継手11の回転方向Rと平行な方向で軸12aの中心Oを通る線上で上記最小負荷範囲Q側及び最大負荷範囲P側に配置されているので、これら荷重センサ16b、16aは転動面12a1の損傷が生じたときに発生する軸12aの撓み方向及びこの撓み方向の軸12aの中心Oに関して180deg反対の方向に配置される。従って、各センサ16a、16bは、当該撓みによる荷重変動を最高感度で検出することができ、損傷検知をより高精度に行うことができる。
また、本実施形態では、センサ回路31aが荷重センサ16a、16bからの検出信号の差動処理を実施しているので、各センサ検出信号の周囲温度による影響を相殺することができ、パネルコンピュータ7側での差動処理後のセンサ検出信号を用いた損傷検知精度が周囲温度の影響によって低下するのを防ぐことができる。また、荷重センサ16a、16bは十字軸継手11の回転方向Rに並べて上記最小負荷範囲Q側及び最大負荷範囲P側に配置されているので、最大負荷箇所側への軸の撓みに起因して変化する荷重を高精度に検出することができ、損傷検知も高精度に行うことができる、
In the present embodiment, the
In the present embodiment, since the
図11(a)は別の実施形態に係る軸継手監視装置の荷重センサを示す拡大断面図であり、(b)及び(c)は同荷重センサをベアリングカップ側及び軸端部側からそれぞれ見たときの斜視図である。図において、本実施形態と上記実施形態との主な相違点は、上記歪みゲージを用いた荷重センサに代えて、セラミック材料を用いた荷重センサを設けた点である。
図11(a)に示すように、2個の荷重センサ26a、26bが、軸12aの軸中心に関して互いに対称となるように同図に矢印Rにて示す十字軸継手11の回転方向に並べられており、当該回転方向Rと平行な方向で軸12aの中心Oを通る線上で上記最小負荷範囲Q側及び最大負荷範囲P側に配置されている。また、これらの荷重センサ26a、26bは、荷重検出が可能なピエゾ抵抗効果を有するセラミック材料(より具体的には、ピエゾ抵抗効果を有する酸化物材料を分散複合化したセラミック材料)によって構成されたものであり、実施形態1のものに比べて高い強度をもっている。
FIG. 11A is an enlarged cross-sectional view showing a load sensor of a shaft coupling monitoring apparatus according to another embodiment, and FIGS. 11B and 11C show the load sensor from the bearing cup side and the shaft end side, respectively. FIG. In the figure, the main difference between the present embodiment and the above embodiment is that a load sensor using a ceramic material is provided instead of the load sensor using the strain gauge.
As shown in FIG. 11A, the two
また、荷重センサ26a、26bは、図11(b)及び(c)も参照して、スラストワッシャ15に形成されたセンサ設置箇所としての凹部15c内に設置されている。この凹部15cは、スラストワッシャ15の軸12a側の軸方向端面を略矩形状に開口することにより形成されたものであり、各荷重センサ26a、26bのベアリングカップ13側の表面に接触している。また、各荷重センサ26a、26bは、その軸12a側の表面がスラストワッシャ15の上記軸方向端面より数十μm程度軸12a側に突出した状態で、凹部15cに取り付けられており、その軸12aの軸端部表面に直接的に接触するようになっている。また、このスラストワッシャ15には、そのベアリングカップ13側の軸方向端面に開口部を有する溝15d、15eが形成されており、これらの溝15d、15e内に上記電源供給用ケーブル17a及び信号出力用ケーブル17bがそれぞれ引き回されて各センサ26a、26bと上記センサ回路31aとがケーブル17により接続されている。そして、各荷重センサ26a、26bは、上記実施形態1のものと同様に、スラストワッシャ15に働く軸12aとベアリングカップ13との間のスラスト荷重を検出し、その検出信号をセンサ回路31aに出力する。
Moreover, the
以上のように構成された本実施形態では、転動面12a1に剥離H(損傷)が発生している場合でも、図12(a)に示すように、その軸12aに撓みが生じていないときでは、荷重センサ26a、26bが検出する荷重k1、k2は同じ値となる。一方、転動面12a1での上記最大負荷箇所が剥離H上を通過するとき及びその通過前後で比較的近付いているときには、図12(b)に示すように、撓みが軸12aに発生して荷重センサ26aでの検出荷重k1及び荷重センサ26bでの検出荷重k2がそれぞれ増加及び減少し、各センサ出力に図7(a)の波形60a及び同図(b)の波形60bに示したような変動が生じる。この結果、本実施形態では、図7(c)に示した波形60cを得ることができ、上記実施形態1と同様に、転動面12a1での損傷発生の有無、及び発生した損傷の位置並びにその深さや範囲などの程度を判別する損傷検知を軸12a毎に行うことができる。また、実施形態1の荷重センサ16a、16bに比べて高強度な荷重センサ26a、26bを使用しているので、実施形態1と異なり、軸12aが撓んだときに荷重センサ26a、26bと他の構成部材とが接触回避するためのスペースを設けることなく、当該センサ26a、26bを簡単に設置することができる。
In the present embodiment configured as described above, even when peeling H (damage) occurs on the rolling surface 12a1, as shown in FIG. 12A, when the
尚、上記の説明では、圧延設備の駆動軸に組込まれる十字軸継手に適用した場合について説明したが、本発明は十字軸の軸とベアリングカップとの間の荷重を検出する荷重センサを上記ベアリングカップ側に設けたものであればよく、例えば鉄道車両に組付けられる駆動軸の十字軸継手の監視に本発明を用いることもできる。
また、上記の説明では、スラストワッシャに荷重センサを設けた構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばカップ部の底面のようにベアリングカップに直接的に荷重センサを設置する構成でもよい。但し、スラストワッシャに荷重センサを設置する場合の方が、ベアリングカップに直接的に設置する場合に比べてセンサ設置箇所の加工形成が簡単でセンサの取付・取外し作業も容易に行うことができる点で好ましい。
In the above description, the case where the present invention is applied to the cross shaft joint incorporated in the drive shaft of the rolling equipment has been described. However, the present invention provides a load sensor for detecting the load between the shaft of the cross shaft and the bearing cup. What is necessary is just to be provided in the cup side, for example, this invention can also be used for the monitoring of the cross shaft coupling of the drive shaft assembled | attached to a rail vehicle.
In the above description, the configuration in which the load sensor is provided on the thrust washer has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, the load sensor is directly attached to the bearing cup such as the bottom surface of the cup portion. The structure to install may be sufficient. However, when the load sensor is installed on the thrust washer, it is easier to process and install the sensor, and the sensor can be easily installed and removed compared to installing it directly on the bearing cup. Is preferable.
また、上記の説明では、歪みゲージまたはピエゾ抵抗効果効果を有するセラミック材料を用いた2個の荷重センサをベアリングカップ毎に設置した構成について説明したが、本発明は、上記荷重を検出することができるセンサであれば、センサの種類や設置数等は上記のものに何等限定されない。例えば1個の荷重センサを十字軸継手の回転方向と平行な方向で軸中心を通る線上またはその近傍に設けて、上記荷重を検出して損傷発生の有無、及び損傷の発生位置並びにその程度を判別する構成でもよい。また、例えば検知面が円形状に形成された荷重センサを、スラストワッシャとカップ部底面との間に配置してもよい。但し、上記各実施形態のように、2個の荷重センサを設けてそのセンサ出力の差動を用いて損傷検知を行う場合の方が、温度補償がなされたセンサ出力による偏荷重検出値を基に損傷検知をより精度よく行える点で好ましい。
また、上記の説明では、センサ回路が2個の荷重センサの検出信号に対する差動処理を行い、パネルコンピュータまたはPCが差動処理後のセンサ検出信号を基に損傷検知処理を行う構成について説明したが、パネルコンピュータ側で差動処理及び損傷検知処理を行わせて、センサ回路から当該差動処理機能を省略した構成でもよい。
In the above description, the configuration in which two load sensors using a strain gauge or a ceramic material having a piezoresistive effect are installed for each bearing cup has been described. However, the present invention can detect the load. As long as the sensor can be used, the type and number of sensors installed are not limited to those described above. For example, one load sensor is provided on or near a line passing through the center of the shaft in a direction parallel to the rotational direction of the cross joint, and the load is detected to determine whether or not damage has occurred, and the position and extent of damage. It may be configured to discriminate. In addition, for example, a load sensor having a circular detection surface may be disposed between the thrust washer and the cup portion bottom surface. However, in the case where two load sensors are provided and damage detection is performed using the differential of the sensor outputs as in the above embodiments, the offset load detection value based on the sensor output subjected to temperature compensation is used. It is preferable in that damage can be detected with higher accuracy.
In the above description, the sensor circuit performs a differential process on the detection signals of the two load sensors, and the panel computer or the PC performs a damage detection process based on the sensor detection signal after the differential process. However, the differential processing function may be omitted from the sensor circuit by causing the panel computer to perform differential processing and damage detection processing.
11 十字軸継手
12 十字軸
12a 軸
12a1 転動面
13 ベアリングカップ
15 スラストワッシャ
16a、16b、26a、26b 荷重センサ
T 軸継手監視装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記4つの各軸には、ベアリングカップが揺動可能に装着され、
前記軸と、その前記ベアリングカップとの間の荷重を検出する荷重センサを、前記ベアリングカップ側に設けたことを特徴とする軸継手監視装置。 A shaft joint monitoring device for monitoring a cross joint using the outer peripheral surface of each of the four cross shafts as a rolling surface on which a rolling element rolls,
A bearing cup is swingably attached to each of the four shafts,
A shaft joint monitoring device, wherein a load sensor for detecting a load between the shaft and the bearing cup is provided on the bearing cup side.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US12021466B2 (en) | 2019-08-09 | 2024-06-25 | Miki Pulley Co., Ltd. | Characteristic evaluation device and characteristic evaluation method of shaft coupling |
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2004
- 2004-05-17 JP JP2004146835A patent/JP2005325980A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070419 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20081125 |