JP2017181441A - 回転軸受の状態判定装置および状態判定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、軸受の振動波形の標準偏差、尖度、歪度算出結果の平均値および標準偏差という複数種類の統計値から異常診断することが記載されている。
<第1実施形態>
本実施形態は、図1に示すように、モータ等の回転体1の回転軸2を支承する軸受3の状態を判定する装置である。軸受3は、ころ軸受などの転がり軸受や滑り軸受などであって回転軸2を軸回転可能に支持(支承)可能な軸受であれば、本発明の状態判定装置は適用可能である。回転軸2は、駆動軸である必要はなく、被駆動軸側の回転軸であっても対象となる。
本実施形態の回転軸受の状態判定装置は、図1に示すように、振動検出センサ4と、診断部5とを備える。符号1は回転軸2を回転駆動するモータ等の回転機を、符号2は回転軸を、符号3は軸受をそれぞれ表す。
振動検出センサ4は、軸受3の振動を検出して検出値を診断部5に出力する。振動検出センサ4は、例えば、軸受3の振動の加速度や速度を検出する。振動検出センサ4は、図1のように軸受3のハウジングに取り付けられる。
歪度算出部5Aは、振動検出センサ4の検出値を入力し、その検出値に基づき軸受3に発生している振動波形の歪度β1を所定サンプリング時間毎に算出する処理を行う。
例えばサンプリング周期33kHzで10秒測定することで、歪度β1を算出するデータを取得する。
なお、歪度β1の算出間隔は特に制限は無いが、例えば5分間隔で求める。
n:データの個数
x:データ全体の平均値
s:データ全体の標準偏差
である。
軸受3の振動から算出した歪度β1の値は、正値、負値の値が不規則に出力されるため、単独に判定基準として用いることが困難であるとされてきた。この点について、発明者らは、歪度β1による振動異常を判定する方法について検討したところ、歪度β1の絶対値の変化量や変化率によって判定可能との知見を得た。
これに対し、図3のように、歪度β1の絶対値の時系列でみると、経時的に値が増加する傾向となることが分かる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
(構成)
第2実施形態の異常判定部5Bでは、歪度算出部5Aが算出した歪度β1の値の変化として、正値若しくは負値の一方の値が、予め設定した回数以上連続して検出した場合に軸受3が異常と判定する。なお、回数の検出は、例えばカウンタを用意し、正負の切替えがあるたびにカウンタを1に初期化しつつ、同符号の間、加算すれば検出出来る。
その他の構成は、第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
軸受3の振動から算出した歪度β1の値は、正負、不規則に出力されるため、単独に判定基準として用いることが困難であるとされてきた。この点について、発明者らは、歪度β1による振動異常を判定する方法について検討したところ、軸受3が異常の場合に、歪度β1の時系列データの符号が同符号の値に偏って連続して検出される傾向があり、その歪度β1の時系列データの偏りから、軸受3の振動異常を判定可能との知見を得た。
ここで、診断対象とする軸受3の特性によっては、正常状態であっても、歪度β1の時系列のデータが正値若しくは負値に偏る傾向の場合も存在する。例えば、正常時における歪度β1の時系列データが負値に偏って検出される傾向にある場合、正常時においても、歪度β1の値として連続して負の値が検出される場合が想定される。
このため、次のように異常診断の処理を行うように装置構成を設定することが好ましい。
但し、正常値記憶部6に記憶する平均値がゼロに近い所定値以下の場合には、平均値をゼロとして記憶しても良い。
歪度校正部5Baは、歪度算出部5Aが算出した歪度β1の値を入力する度に、その入力値から正常値記憶部6に記憶した平均値を引いて当該歪度β1の校正処理を行う。
このように、歪度β1について校正処理を行うことで、軸受3の異常検出精度が向上する。
「実施例1」
<設備>
回転機として、回転機シミュレータ(オフラインテスト)を使用して、軸受3の異常判定について確認した。
軸受3としては、自動調心ころ軸受3(NSK 21307CDE40)を使用した。
そして、正常状態の軸受3と、フレーキング状態(軸受3内に放電加工機で疵(5mm×2mm×3個)を与えた)の異常状態の軸受3との2つ軸受を用意して比較した。
この実施例では、振動の速度の歪度β1で評価した。
図8(a)に、正常状態の軸受3及び異常状態の軸受3における、各歪度β1の時系列データを併せて示す。更に、図8(b)に、正常状態の軸受3及び異常状態の軸受3における、各歪度β1の絶対値の時系列データを併せて示す。なお、この実施例は、閾値として、正常状態の軸受3での歪度β1の最大値を採用した場合である。
実施例1と同様な設備を使用した。
そして、正常状態の軸受3と、脱脂によって潤滑不良とした異常状態の軸受3とを用意して評価した。
図9から分かるように、正常状態の軸受3では正負に値が出力されているが、異常状態)の軸受3からは一方の値のみが出力されていることから異常状態では、正の値が連続して出力(5回以上)されることがわかり、軸受3が異常状態であると判断できた。このように、正常時に同一符号で出力される連続回数よりも、異常時の方が同一符号で出力される連続回数が多くなっていることが分かる。
3 軸受
4 振動検出センサ
5 診断部
5A 歪度算出部
5B 異常判定部
5Ba 歪度校正部
5Bb 判定部本体
6 正常値記憶部
β1 歪度
Claims (6)
- 回転軸を支承する軸受の状態判定装置であって、
上記軸受の振動を検出する振動検出センサと、
上記振動検出センサの検出値に基づき上記軸受に発生している振動波形の歪度を算出する歪度算出部と、
上記歪度算出部が算出した歪度の絶対値が予め設定した閾値以上の場合に、上記軸受が異常と判定する異常判定部と、
を備えることを特徴とする回転軸受の状態判定装置。 - 回転軸を支承する軸受の状態判定装置であって、
上記軸受の振動を検出する振動検出センサと、
上記振動検出センサの検出値に基づき軸受に発生している振動波形の歪度を所定サンプリング時間毎に算出する歪度算出部と、
上記歪度算出部が算出した歪度の値について、正値若しくは負値の一方の値が、予め設定した回数以上連続して検出した場合に上記軸受が異常と判定する異常判定部と、
を備えることを特徴とする回転軸受の状態判定装置。 - 診断対象の軸受の正常状態での歪度の平均値を記憶する正常値記憶部を備え、
上記歪度算出部は、算出する歪度から上記平均値を引くことで当該歪度の校正処理を行う歪度校正部を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載した回転軸受の状態判定装置。 - 回転軸を支承する軸受の状態判定方法であって、
上記軸受の振動波形から歪度を定期的に算出し、算出した歪度の絶対値の時系列な変化に基づき、上記軸受の異常を判定することを特徴とする回転軸受の状態判定方法。 - 回転軸を支承する軸受の状態判定方法であって、
上記軸受の振動波形から歪度を定期的に算出し、定期的に算出した歪度の値について、正値又は負値の一方が所定回数連続して出力されているか否かを監視することで異常判定を行うことを特徴とする回転軸受の状態判定方法。 - 診断対象の軸受の正常状態での上記歪度の平均値を予め求めておき、
上記算出した歪度を上記平均値で校正した値に基づき、上記異常判定を行うことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載した回転軸受の状態判定方法。
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