JP2019070536A - Gear diagnostic device and gear diagnostic method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、入力軸に入力された回転を歯車を用いて増速又は減速して出力軸に伝達する動力伝達機構に含まれる歯車の状態を診断するための歯車診断装置及び歯車診断方法に関する。 The present disclosure relates to a gear diagnostic device and a gear diagnostic method for diagnosing a state of a gear included in a power transmission mechanism that accelerates or decelerates rotation input to an input shaft using a gear and transmits the rotation to an output shaft.
船舶等に用いられる減速機や増速機等の歯車を用いた動力伝達機構は、構成部材がケーシング内に収められているため、外部から構成部材の目視が難しい。そこで特許文献1では、動力伝達機構に含まれる歯車について振動の振幅を測定し、その測定結果から算出される確率密度関数の値が基準値に達しているか否かに基づいて、異常の有無や異常の発生箇所を特定することが記載されている。 In a power transmission mechanism using gears such as a reduction gear and a speed increasing gear used for ships and the like, since the component is housed in the casing, it is difficult to visually check the component from the outside. Therefore, in Patent Document 1, the amplitude of vibration is measured for the gear included in the power transmission mechanism, and based on whether the value of the probability density function calculated from the measurement result reaches the reference value, the presence or absence of abnormality or It has been described to identify the place where the abnormality occurred.
上記特許文献1では、歯車の振動を評価するために、歯車回転軸を支持する軸受上に設置された加速度センサや、歯車回転軸をモニタリングする光学センサのような非接触センサが用いられており、また、これらの測定結果から高度な演算処理によって確率密度関数を算出することで、異常の有無や発生箇所を特定している。特に、このような異常診断をリアルタイムに実施する場合には、演算装置に高度な処理能力が求められることから、装置のコストや規模が増大するおそれがある。 In the above-mentioned patent document 1, in order to evaluate the vibration of the gear, a non-contact sensor such as an acceleration sensor installed on a bearing that supports the gear rotation shaft or an optical sensor for monitoring the gear rotation shaft is used. Also, by calculating the probability density function from these measurement results by advanced arithmetic processing, the presence or absence of an abnormality and the occurrence location are identified. In particular, when such abnormality diagnosis is performed in real time, the processing device is required to have a high processing capability, which may increase the cost and the size of the device.
そこで、このような歯車の異常診断を簡易的な構成で実現することが求められているが、その場合、歯車の振動の振幅特性は、診断対象である歯車の出力特性(回転数やトルクなど)に依存することを考慮する必要がある。例えば、歯車の回転数が高い場合と低い場合とでは、歯車に潜在する異常が振動の振幅にもたらす寄与度が異なる。 Therefore, there is a need to realize such an abnormality diagnosis of the gear with a simple configuration, but in that case, the amplitude characteristic of the vibration of the gear is the output characteristic of the gear to be diagnosed (rotation speed, torque, etc. It is necessary to consider depending on). For example, in the case where the number of revolutions of the gear is high and low, the degree of contribution of the potential abnormality in the gear to the amplitude of vibration is different.
本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、簡易な装置構成で、歯車に生じる異常を精度よく診断可能な歯車診断装置及び歯車診断方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION At least one embodiment of the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and it is an object of the present invention to provide a gear diagnosis device and a gear diagnosis method capable of accurately diagnosing an abnormality occurring in a gear with a simple device configuration. .
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る歯車診断装置は上記課題を解決するために、入力軸に入力された回転を歯車を用いて増速又は減速して出力軸に伝達する動力伝達機構に含まれる前記歯車の状態を診断するための歯車診断装置であって、前記歯車の振動の振幅に基づく診断パラメータを検出する診断パラメータ検出部と、前記歯車の出力特性に対応する参照パラメータを検出する参照パラメータ検出部と、前記参照パラメータに対応する前記診断パラメータの基準値を規定する基準データを記憶する記憶部と、前記診断パラメータ検出部で検出された前記診断パラメータの実測値と、前記参照パラメータ検出部で検出された前記参照パラメータに対応する前記診断パラメータの前記基準値との偏差又は 比が閾値を超えた場合、前記歯車に異常があると判断する判断部と、を備える。 (1) In order to solve the above problems, the gear diagnosis device according to at least one embodiment of the present invention transmits power to the output shaft by accelerating or decelerating the rotation input to the input shaft using the gear. And a diagnostic parameter detection unit for detecting a diagnostic parameter based on an amplitude of vibration of the gear, and a reference parameter corresponding to an output characteristic of the gear. A reference parameter detection unit, a storage unit storing reference data defining a reference value of the diagnosis parameter corresponding to the reference parameter, an actual measurement value of the diagnosis parameter detected by the diagnosis parameter detection unit, and the reference If a deviation or ratio of the diagnostic parameter corresponding to the reference parameter detected by the parameter detection unit with the reference value exceeds a threshold value, Comprising a determining unit for determining that gear is abnormal, the.
上記(1)の構成によれば、診断対象である歯車の出力特性に対応する参照パラメータを取得し、記憶部に予め記憶された基準データからその値に対応する基準値を取得する。そして、実測値として検出された診断パラメータと当該基準値との偏差又は比を閾値と比較することで歯車の異常を判断する。これにより、出力特性を考慮した歯車の異常判断が可能となり、簡易な構成で精度のよい診断ができる。 According to the configuration of (1), the reference parameter corresponding to the output characteristic of the gear to be diagnosed is acquired, and the reference value corresponding to the value is acquired from the reference data stored in advance in the storage unit. Then, the deviation or ratio of the diagnostic parameter detected as the actual measurement value to the reference value is compared with the threshold value to determine the abnormality of the gear. As a result, it is possible to determine the abnormality of the gear in consideration of the output characteristics, and to perform accurate diagnosis with a simple configuration.
(2)幾つかの実施形態では上記(1)の構成において、前記診断パラメータは、前記振動の振幅の最大値、実効値及び波高率の少なくとも一つを含む。 (2) In some embodiments, in the configuration of (1), the diagnostic parameter includes at least one of a maximum value of an amplitude of the vibration, an effective value, and a crest factor.
上記(2)の構成によれば、診断パラメータとして振動の振幅の最大値、実効値及び波高率の少なくとも一つを含むことで、上記効果が好適に得られる。 According to the configuration of the above (2), the above effect can be suitably obtained by including at least one of the maximum value of the amplitude of vibration, the effective value and the crest factor as the diagnostic parameter.
(3)幾つかの実施形態では上記(1)又は(2)の構成において、前記出力特性は前記歯車の回転数及び回転トルクの少なくとも一方を含む。 (3) In some embodiments, in the above configuration (1) or (2), the output characteristic includes at least one of the number of rotations and the rotation torque of the gear.
上記(3)の構成によれば、歯車の出力特性として回転数及び回転トルクの少なくとも一方を採用することで、上記効果が好適に得られる。 According to the configuration of the above (3), the above effect is suitably obtained by adopting at least one of the number of rotations and the rotational torque as the output characteristic of the gear.
(4)幾つかの実施形態では上記(1)から(3)のいずれか一構成において、前記判断部は、前記診断パラメータ検出部で検出された前記診断パラメータの実測値と、前記参照パラメータ検出部で検出された前記参照パラメータに対応する前記診断パラメータの前記基準値との偏差又は比の経時的変化を推定することにより、前記歯車の寿命を判断する。 (4) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (3), the determination unit detects an actual measurement value of the diagnostic parameter detected by the diagnostic parameter detection unit, and detects the reference parameter. The life of the gear is determined by estimating the temporal change in the deviation or ratio of the diagnostic parameter corresponding to the reference parameter detected by the part with the reference value.
上記(4)の構成によれば、当該偏差又は比の経時的変化を推定することで、歯車の寿命診断が可能となる。 According to the configuration of the above (4), it is possible to diagnose the life of the gear by estimating the temporal change of the deviation or the ratio.
(5)本発明の少なくとも一実施形態に係る歯車診断装置は上記課題を解決するために、入力軸に入力された回転を歯車を用いて増速又は減速して出力軸に伝達する動力伝達機構に含まれる前記歯車の状態を診断するための歯車診断装置であって、前記歯車の振動の振幅に基づく診断パラメータを検出する診断パラメータ検出部と、前記歯車の回転数、出力及びトルクの少なくとも一つを含む参照パラメータを検出する参照パラメータ検出部と、前記参照パラメータに対応する前記診断パラメータの基準値を規定する基準データを記憶する記憶部と、前記診断パラメータ検出部で検出された前記診断パラメータの実測値と、前記参照パラメータ検出部で検出された前記参照パラメータに対応する前記診断パラメータの前記基準値とを表示する表示部と、を備える。 (5) In order to solve the above problems, the gear diagnosis device according to at least one embodiment of the present invention transmits power to the output shaft by accelerating or decelerating the rotation input to the input shaft using the gear. And a diagnostic parameter detection unit for detecting a diagnostic parameter based on the amplitude of vibration of the gear, and at least one of the number of rotations, output, and torque of the gear. Parameter detection unit for detecting a reference parameter including one, a storage unit for storing reference data for defining a reference value of the diagnostic parameter corresponding to the reference parameter, and the diagnostic parameter detected by the diagnostic parameter detection unit And the reference value of the diagnostic parameter corresponding to the reference parameter detected by the reference parameter detection unit. Includes a radical 113, the.
上記(5)の構成によれば、診断対象である歯車の出力特性に対応する参照パラメータを取得し、記憶部に予め記憶された基準データからその値に対応する基準値を取得する。そして、実測値として検出された診断パラメータと当該基準値とを表示部に表示することにより、オペレータは表示部をモニタリングすることで歯車に異常があるか否かを視覚的に判断できる。これにより、出力特性を考慮した歯車の異常判断が可能となり、簡易な構成で精度のよい診断ができる。 According to the configuration of (5), the reference parameter corresponding to the output characteristic of the gear to be diagnosed is acquired, and the reference value corresponding to the value is acquired from the reference data stored in advance in the storage unit. Then, by displaying the diagnostic parameter detected as the actual measurement value and the reference value on the display unit, the operator can visually determine whether or not there is an abnormality in the gear by monitoring the display unit. As a result, it is possible to determine the abnormality of the gear in consideration of the output characteristics, and to perform accurate diagnosis with a simple configuration.
(6)本発明の少なくとも一実施形態に係る歯車診断方法は上記課題を解決するために、入力軸に入力された回転を歯車を用いて増速又は減速して出力軸に伝達する動力伝達機構に含まれる前記歯車の状態を診断するための歯車診断方法であって、前記歯車の振動の振幅に基づく診断パラメータを検出する工程と、前記歯車の回転数、出力及びトルクの少なくとも一つを含む参照パラメータを検出する工程と、前記参照パラメータに対応する前記診断パラメータの基準値を規定する基準データを用いて、前記検出された参照パラメータに対応する前記診断パラメータの基準値を算出する工程と、前記診断パラメータ検出部で検出された前記診断パラメータの実測値と、前記参照パラメータ検出部で検出された前記参照パラメータに対応する前記診断パラメータの前記基準値との偏差又は比が閾値を超えた場合、前記歯車に異常があると判断する工程と、
を備える。
(6) In order to solve the above problems, a gear transmission method according to at least one embodiment of the present invention transmits power to the output shaft by accelerating or decelerating the rotation input to the input shaft using the gear. A gear diagnosis method for diagnosing the state of the gear, the method comprising: detecting a diagnostic parameter based on an amplitude of vibration of the gear; and at least one of rotation speed, output and torque of the gear Detecting a reference parameter; and calculating a reference value of the diagnostic parameter corresponding to the detected reference parameter using reference data defining a reference value of the diagnostic parameter corresponding to the reference parameter; Before corresponding to the actual value of the diagnostic parameter detected by the diagnostic parameter detection unit and the reference parameter detected by the reference parameter detection unit If the deviation or the ratio of the reference value of the diagnosis parameter exceeds the threshold value, the step of determining that there is an abnormality in the wheel,
Equipped with
上記(6)の方法は、上述の歯車診断装置(上記各種態様を含む)によって好適に実施可能である。 The method of (6) above can be suitably implemented by the above-described gear diagnosis device (including the various aspects above).
本発明の少なくとも一実施形態によれば、簡易な装置構成で、歯車に生じる異常を精度よく診断可能な歯車診断装置及び歯車診断方法を提供できる。 According to at least one embodiment of the present invention, it is possible to provide a gear diagnosis device and a gear diagnosis method capable of accurately diagnosing an abnormality occurring in a gear with a simple device configuration.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention to this, but are merely illustrative. Absent.
For example, a representation representing a relative or absolute arrangement such as “in a direction”, “along a direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” is strictly Not only does it represent such an arrangement, but also represents a state of relative displacement with an angle or distance that allows the same function to be obtained.
Further, for example, the expression expressing a shape such as a quadrilateral shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a rectangular shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also an uneven portion The shape including a chamfer etc. shall also be expressed.
On the other hand, the expressions "comprising", "having", "having", "including" or "having" one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.
図1は本発明の一実施形態に係る歯車診断装置1の全体構成を示す模式図である。
歯車診断装置1は、入力軸(不図示)に入力された回転を複数の歯車を用いて増速又は減速して出力軸に伝達する動力伝達機構PTにおける歯車Gの状態を検出する装置である。動力伝達機構PTは、ケーシングKと、ケーシングK内に収容された歯車G(歯車Gは図示しない他の歯車とケーシングK内で係合している)と、歯車Gを同軸にして且つ軸周りの相対回転を規制して支持する歯車回転軸Jと、歯車回転軸Jを軸線周りに回転可能にして両側で支持する軸受Bと、を備える。
FIG. 1 is a schematic view showing an entire configuration of a gear diagnosis device 1 according to an embodiment of the present invention.
The gear diagnosis device 1 is a device that detects the state of the gear G in the power transmission mechanism PT that accelerates or decelerates the rotation input to the input shaft (not shown) using a plurality of gears and transmits the rotation to the output shaft. . The power transmission mechanism PT is coaxial with the gear G coaxially with the casing K, the gear G housed in the casing K (the gear G is engaged with another gear not shown in the casing K), and coaxially. And a bearing B supported on both sides such that the gear rotation axis J can be rotated about its axis.
本実施形態にかかる歯車診断装置1は、歯車Gの振動を取得するための加速度センサ2を備える。加速度センサ2は、動力伝達機構PTが有する軸受Bの一つに設置される。軸受Bには、歯車回転軸Jを介して歯車Gの振動が伝達されるため、軸受Bに設けられている加速度センサ2によって歯車Gの振動が検出される。動力伝達機構PTが備える各歯車は、いずれも直接的又は他の歯車を介して間接的に噛み合わされており、それぞれに生じた振動が相互に伝達されるため、加速度センサ2の出力信号V1には、歯車G自身の振動の情報に加えて、歯車Gに直接的又は間接的に噛み合わされた他の歯車の振動の情報も含まれる。 The gear diagnosis device 1 according to the present embodiment includes an acceleration sensor 2 for acquiring the vibration of the gear G. The acceleration sensor 2 is installed on one of the bearings B of the power transmission mechanism PT. Since the vibration of the gear G is transmitted to the bearing B via the gear rotation axis J, the vibration of the gear G is detected by the acceleration sensor 2 provided on the bearing B. The gears included in the power transmission mechanism PT are directly meshed with each other or indirectly through other gears, and vibrations generated in each gear are mutually transmitted. In addition to the information on the vibrations of the gear G itself, the information on the vibrations of other gears directly or indirectly meshed with the gear G is also included.
また歯車診断装置1は、歯車回転軸Jの回転数を検出するための回転数センサ4と、を有する。歯車Gは歯車回転軸Jに対して固着された状態で回転するため、回転数センサ4は実質的に歯車Gの回転数を検出する。回転数センサ4は、測定した回転数を出力信号V2として出力する。 The gear diagnosis device 1 further includes a rotation speed sensor 4 for detecting the rotation speed of the gear rotation axis J. Since the gear G rotates in a fixed state with respect to the gear rotation axis J, the rotation speed sensor 4 substantially detects the rotation speed of the gear G. The rotation speed sensor 4 outputs the measured rotation speed as an output signal V2.
また歯車診断装置1は、歯車Gのトルクを検出するためのトルクセンサ5を有する。トルクセンサ5は、駆動側(ここでは、タービン、モータ等)と入力軸、もしくは出力軸間に設置され、測定したトルクを出力信号V3として出力する。 The gear diagnosis device 1 also has a torque sensor 5 for detecting the torque of the gear G. The torque sensor 5 is disposed between the drive side (here, a turbine, a motor, etc.) and the input shaft or the output shaft, and outputs the measured torque as an output signal V3.
加速度センサ2、回転数センサ4及びトルクセンサ5の出力信号V1、V2、V3は、CPU部8に入力される。CPU部8はマイクロプロセッサのような電子演算装置であり、不図示のメモリ等に予め記憶されたプログラムを実行することにより歯車診断方法を実行可能に構成される。またCPU部8はコンソールCを備えており、オペレータはコンソールCを操作することにより、CPU部8に指令信号を適宜送れるようになっている。またCPU部8における演算結果は、例えばディスプレイ等である表示部10に表示可能であり、CPU部8の指令信号に応じて警報装置12を作動させることで、オペレータにブザーのような音声で報知できるようになっている。 The output signals V 1, V 2 and V 3 of the acceleration sensor 2, the rotation speed sensor 4 and the torque sensor 5 are input to the CPU unit 8. The CPU unit 8 is an electronic arithmetic unit such as a microprocessor, and is configured to be able to execute the gear diagnosis method by executing a program stored in advance in a memory (not shown) or the like. Further, the CPU unit 8 includes a console C, and the operator can appropriately transmit a command signal to the CPU unit 8 by operating the console C. Further, the calculation result in the CPU unit 8 can be displayed on the display unit 10 such as a display, for example, and the alarm device 12 is operated according to the command signal of the CPU unit 8 to notify the operator with a buzzer sound. It can be done.
図2は図1のCPU部8の内部構成を機能的に示すブロック図である。CPU部8は、診断パラメータPJを検出する診断パラメータ検出部14と、参照パラメータPRを検出する参照パラメータ検出部16と、歯車Gの異常を判断する判断部18と、を備える。 FIG. 2 is a block diagram functionally showing the internal configuration of the CPU unit 8 of FIG. The CPU unit 8 includes a diagnostic parameter detection unit 14 that detects a diagnostic parameter PJ, a reference parameter detection unit 16 that detects a reference parameter PR, and a determination unit 18 that determines an abnormality of the gear G.
加速度センサ2の出力信号V1は、増幅器20によって増幅されたのち、診断パラメータ検出部14に取り込まれる。診断パラメータ検出部14は、このような加速度センサ2の出力信号V1を時間的に連続して測定することにより、歯車Gの振動を波形データとして取得する。 The output signal V1 of the acceleration sensor 2 is amplified by the amplifier 20 and then taken into the diagnostic parameter detection unit 14. The diagnostic parameter detection unit 14 acquires the vibration of the gear G as waveform data by measuring the output signal V1 of the acceleration sensor 2 continuously in time.
診断パラメータ検出部14は、ピーク検出器22、実効値検出器24及び除算器26を含む。ピーク検出器22は、診断パラメータPJとして、歯車Gの振動に関する波形データからピーク値Pを検出する。実効値検出器24は、診断パラメータPJとして、歯車Gの振動に関する波形データから実効値Aを検出する。除算器26は、診断パラメータPJとして、ピーク検出器22で検出されたピーク値Pを、実効値検出器24で検出された実効値Aで除算することにより、波高率P/Aを算出する。このように診断パラメータ検出部14は、診断パラメータPJとして、三種類のパラメータ(ピーク値P、実効値A及び波高率P/A)を検出する。 The diagnostic parameter detection unit 14 includes a peak detector 22, an effective value detector 24 and a divider 26. The peak detector 22 detects a peak value P from waveform data relating to the vibration of the gear G as the diagnostic parameter PJ. The effective value detector 24 detects the effective value A from the waveform data on the vibration of the gear G as the diagnostic parameter PJ. The divider 26 divides the peak value P detected by the peak detector 22 by the effective value A detected by the effective value detector 24 as the diagnostic parameter PJ to calculate the crest factor P / A. Thus, the diagnostic parameter detection unit 14 detects three types of parameters (peak value P, effective value A and crest factor P / A) as the diagnostic parameter PJ.
参照パラメータ検出部16は、回転数センサ4の出力信号V2に基づいて参照パラメータPRの検出を行う。参照パラメータPRは、診断対象である歯車Gの出力に関するパラメータであって、診断パラメータPJに影響を与えうるものである。
尚、本実施形態では、参照パラメータPRとして回転数センサ4で検出された回転数Rを採用する場合について述べるが、トルクセンサ5で検出されたトルクTを採用してもよい。この場合、動力伝達機構PTは歯車Gにてトルクを伝達するものであり、実トルクで監視することで歯車Gの異常の予兆を検知できる。
The reference parameter detection unit 16 detects the reference parameter PR based on the output signal V2 of the rotation speed sensor 4. The reference parameter PR is a parameter related to the output of the gear G to be diagnosed, and can affect the diagnostic parameter PJ.
In the present embodiment, although the case where the rotational speed R detected by the rotational speed sensor 4 is adopted as the reference parameter PR is described, the torque T detected by the torque sensor 5 may be adopted. In this case, the power transmission mechanism PT transmits torque through the gear G. By monitoring the actual torque, it is possible to detect a sign of abnormality in the gear G.
またCPU部8は、メモリやハードディスク等から構成される記憶部28にアクセスすることにより、記憶部28に予め記憶された基準データRDを読み出し可能に構成されている。基準データRDは、参照パラメータPRに対応する診断パラメータPJの基準値を規定するデータであり、予め実験的、理論的またはシミュレーション的な手法で正常な歯車Gの振動の振幅に基づいた診断パラメータPJの基準値が、参照パラメータPRである回転数Rに対応付けて規定される(後述の図4を参照)。 The CPU unit 8 is configured to be able to read out the reference data RD stored in advance in the storage unit 28 by accessing the storage unit 28 composed of a memory, a hard disk or the like. The reference data RD is data defining a reference value of the diagnostic parameter PJ corresponding to the reference parameter PR, and the diagnostic parameter PJ based on the amplitude of vibration of the normal gear G in advance by an experimental, theoretical or simulation method. Is defined in association with the rotation number R, which is the reference parameter PR (see FIG. 4 described later).
判断部18は、歯車Gに異常があるか否かの判断を実施する。具体的には、診断パラメータ検出部14で検出された診断パラメータPJの実測値と、参照パラメータ検出部16で検出された参照パラメータPRに対応する診断パラメータPJの基準値との偏差又は比が閾値を超えた場合、歯車Gに異常があると判断する。 The determination unit 18 determines whether or not there is an abnormality in the gear G. Specifically, the deviation or ratio between the measured value of the diagnostic parameter PJ detected by the diagnostic parameter detection unit 14 and the reference value of the diagnostic parameter PJ corresponding to the reference parameter PR detected by the reference parameter detection unit 16 is a threshold value. When it exceeds, it is determined that there is an abnormality in the gear G.
続いて上記構成を有する歯車診断装置1の制御内容について説明する。図3は本発明の一実施形態に係る歯車診断方法を工程毎に示すフローチャートである。 Subsequently, control contents of the gear diagnosis device 1 having the above configuration will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the gear diagnosis method according to the embodiment of the present invention in each step.
まずCPU部8は動力伝達機構PTを動作させた状態で測定を行うことにより、加速度センサ2の出力信号V1、及び、回転数センサ4の出力信号V2を取得する(ステップS1)。また、このときCPU部8は、一連の制御について実行回数をカウントするためのインクリメント変数nを初期値”0(ゼロ)”に設定する。 First, the CPU unit 8 performs measurement while operating the power transmission mechanism PT to obtain the output signal V1 of the acceleration sensor 2 and the output signal V2 of the rotation speed sensor 4 (step S1). Further, at this time, the CPU unit 8 sets an increment variable n for counting the number of times of execution for a series of control to an initial value "0 (zero)".
続いてCPU部8は、診断パラメータ検出部14によって歯車Gの振動の振幅に基づく診断パラメータPJを検出する(ステップS2〜S4)。本実施形態では、診断パラメータ検出部14は、診断パラメータPJとして歯車Gの振動の波形データに基づいてピーク値P、実効値A及び波高率P/Aの三種類のパラメータを検出する。具体的には加速度センサ2の出力信号V1に基づいて、ピーク検出器22はピーク値Pを検出し(ステップS2)、実効値検出器24は実効値Aを検出し(ステップS3)、除算器26は波高率P/Aを算出する(ステップS4)。 Subsequently, the CPU unit 8 detects the diagnostic parameter PJ based on the amplitude of the vibration of the gear G by the diagnostic parameter detection unit 14 (steps S2 to S4). In the present embodiment, the diagnostic parameter detection unit 14 detects three types of parameters, the peak value P, the effective value A, and the crest factor P / A based on the waveform data of the vibration of the gear G as the diagnostic parameter PJ. Specifically, based on the output signal V1 of the acceleration sensor 2, the peak detector 22 detects the peak value P (step S2), the effective value detector 24 detects the effective value A (step S3), and the divider 26 calculates the crest factor P / A (step S4).
またCPU部8は、参照パラメータ検出部16によって参照パラメータPRを検出する(S5)。本実施形態では、参照パラメータ検出部16は、参照パラメータPRとして、回転数センサ4の出力信号V2に基づいて回転数Rを検出する。 Further, the CPU unit 8 detects the reference parameter PR by the reference parameter detection unit 16 (S5). In the present embodiment, the reference parameter detection unit 16 detects the rotation speed R based on the output signal V2 of the rotation speed sensor 4 as the reference parameter PR.
尚、ステップS2〜S4における診断パラメータPJの検出と、ステップS5における参照パラメータPRの検出は同時に行われ、これらの検出結果は互いに紐付けられて管理される。 The detection of the diagnostic parameter PJ in steps S2 to S4 and the detection of the reference parameter PR in step S5 are simultaneously performed, and the detection results are linked to each other and managed.
続いて判断部18は、記憶部28にアクセスすることにより、記憶部28に予め記憶された基準データRDから、ステップS5で検出された参照パラメータPR(回転数)に対応する基準値を取得する(ステップS6)。ここで図4は記憶部28に記憶される基準データRDの一例である。この例では、参照パラメータPR(回転数R)の値毎に、正常な歯車Gで得られるであろう診断パラメータPJ(ピーク値P、実効値A及び波高率P/A)の基準値が規定されている。これらの基準値は、サンプルを用いた実測データを採用してもよいし、数値的なシミュレーション結果を採用してもよいし、理論的に算出された結果を採用してもよい。 Subsequently, the determination unit 18 obtains the reference value corresponding to the reference parameter PR (rotational speed) detected in step S5 from the reference data RD stored in advance in the storage unit 28 by accessing the storage unit 28. (Step S6). Here, FIG. 4 is an example of the reference data RD stored in the storage unit 28. In this example, reference values of diagnostic parameters PJ (peak value P, effective value A and crest factor P / A) that would be obtained with normal gear G are defined for each value of reference parameter PR (rotational speed R) It is done. As these reference values, actual measurement data using a sample may be adopted, numerical simulation results may be adopted, or results calculated theoretically may be adopted.
ステップS6では、記憶部28に記憶された基準データRDのなかから、ステップS5で検出された参照パラメータPRに対応する基準値が取得される。例えば、ステップS5で回転数Rとして54RPMが検出された場合、図4に示される基準データRDから、54RPMに対応するピーク値P(1.10)、実効値A(0.27)及び波高率P/A(4.08)が取得される。 In step S6, a reference value corresponding to the reference parameter PR detected in step S5 is acquired from the reference data RD stored in the storage unit 28. For example, when 54 RPM is detected as the rotation speed R in step S5, peak value P (1.10), effective value A (0.27), and crest factor corresponding to 54 RPM from reference data RD shown in FIG. 4 P / A (4.08) is acquired.
続いて判断部18は、ステップS4で検出された診断パラメータPJと、ステップS6で取得された基準値との比を算出し(ステップS6)、当該比が閾値を超えるか否かを判定することにより、歯車Gに異常があるか否かを判断する(ステップS7)。ここで閾値は、例えば、その値が歯車Gの正常な運用に支障をきたす程度の比として設定される。 Subsequently, the determination unit 18 calculates a ratio between the diagnostic parameter PJ detected in step S4 and the reference value acquired in step S6 (step S6), and determines whether the ratio exceeds a threshold. Thus, it is determined whether or not there is an abnormality in the gear G (step S7). Here, the threshold is set, for example, as a ratio to the extent that the value interferes with the normal operation of the gear G.
尚、本実施形態ではステップS6において診断パラメータPJと基準値との比に基づいて歯車Gの異常を判断する場合を述べるが、これに代えて、診断パラメータPJと基準値との偏差に基づいて歯車Gの異常を判断してもよい。 In the present embodiment, the case of judging abnormality of the gear G based on the ratio between the diagnostic parameter PJ and the reference value in step S6 will be described, but instead, based on the deviation between the diagnostic parameter PJ and the reference value An abnormality of the gear G may be determined.
判断部18で比が閾値を超えた場合、判断部18は歯車Gに異常があると判断する。この場合、CPU部8は、警報装置12を作動させることでオペレータに異常の存在を報知する(ステップS8)。 When the ratio exceeds the threshold in the determination unit 18, the determination unit 18 determines that the gear G is abnormal. In this case, the CPU unit 8 notifies the operator of the presence of abnormality by operating the alarm device 12 (step S8).
また表示部10には、歯車Gの異常の有無に関わらず、判断部18における判断結果や、各パラメータの検出状況の表示が行われる(ステップS9)。ここで図5は、図3のステップS9における表示部10の表示例である。この例では、(a)ステップS2で診断パラメータPJとして検出されたピーク値P、(b)ステップS3で診断パラメータPJとして検出された実効値A、(c)ステップS4で診断パラメータPJとして検出された波高率P/A、(d)ステップS5で参照パラメータPRとして検出された回転数R、及び、(e)診断パラメータPJの基準値に対する波高率比が、それぞれ時間の経過とともに変化する様子がそれぞれ波形データとして示されている。また(f)には、波高率比の閾値(=3)に対する充足度を視覚的に示すメータ表示29と、波高率比が閾値に到達することで異常と判断された場合に点灯表示するためのインジケータ30が示されている。オペレータは、このような表示部10を参照することにより、判断部18における判断結果や、各パラメータの検出状況の現状やトレンドを容易に把握可能になっている。 Further, regardless of the presence or absence of abnormality of the gear G, the display unit 10 displays the determination result in the determination unit 18 and the detection condition of each parameter (step S9). Here, FIG. 5 is a display example of the display unit 10 in step S9 of FIG. In this example, (a) peak value P detected as diagnostic parameter PJ in step S2, (b) effective value A detected as diagnostic parameter PJ in step S3, (c) detected as diagnostic parameter PJ in step S4 How the crest factor ratio of the crest factor P / A, (d) the rotation speed R detected as the reference parameter PR in step S5, and (e) the diagnostic parameter PJ to the reference value changes with the passage of time Each is shown as waveform data. In addition, in (f), a meter display 29 visually showing the fulfillment degree with respect to the crest factor ratio threshold value (= 3), and lighting display when it is judged that the crest factor ratio reaches the threshold value as abnormal. Indicator 30 is shown. The operator can easily grasp the judgment result in the judgment unit 18 and the current state and trend of the detection condition of each parameter by referring to the display unit 10 as described above.
また判断部18では、参照パラメータ検出部16で検出された参照パラメータPRに対応する基準データRDに基づいて、診断パラメータ検出部14で検出された診断パラメータPJの経時的変化を推定することにより、歯車Gの寿命を評価してもよい。ここで図6は判断部18で推定された診断パラメータPJの経時的変化に基づく波高率比の推定結果の一例である。図6では、実線で現時点t0までの波高率比の測定結果が示されており、破線で現時点t0以降の波高率比の推移の推定結果が示されている。また図6には、歯車Gに異常を判定するための閾値(=3)が点線で示されており、当該閾値に波高率比が到達する時刻t1が寿命として推定されている。これにより、時刻t0からt1までが歯車Gの余寿命となる。このように推定された余寿命もまた、表示部10に上記結果とともに表示されてもよい。 Further, the determination unit 18 estimates the temporal change of the diagnostic parameter PJ detected by the diagnostic parameter detection unit 14 based on the reference data RD corresponding to the reference parameter PR detected by the reference parameter detection unit 16, The life of the gear G may be evaluated. Here, FIG. 6 is an example of the estimation result of the crest factor ratio based on the temporal change of the diagnostic parameter PJ estimated by the determination unit 18. In FIG. 6, the solid line indicates the measurement result of the crest factor ratio up to the current time t0, and the broken line indicates the estimation result of the transition of the crest factor ratio after the current time t0. Further, in FIG. 6, a threshold (= 3) for determining an abnormality in the gear G is shown by a dotted line, and a time t1 at which the crest factor ratio reaches the threshold is estimated as the life. Thus, the remaining life of the gear G is from time t0 to t1. The remaining life estimated in this manner may also be displayed on the display unit 10 together with the above result.
CPU部8は、以上の制御が完了すると、インクリメント変数nをカウントアップし(ステップS10)、処理をステップS1に戻し、一連の制御を繰り返し実行する。 When the above control is completed, the CPU unit 8 counts up the increment variable n (step S10), returns the process to step S1, and repeatedly executes a series of control.
尚、上記実施形態では判断部18において自動的に歯車Gの異常を判断する場合について説明したが、判断部18では具体的な異常判断を行わず、診断パラメータ検出部14で検出された診断パラメータPJ(ピーク値P、実効値A及び波高率P/A)、参照パラメータ検出部16で検出された参照パラメータPR(回転数)、並びに、診断パラメータPJと基準値との比を、直接、表示部10に表示するようにしてもよい。この場合、歯車Gに異常があるか否かの判断は、表示部10の表示内容を認識したオペレータによって行われることとなる。 In the above embodiment, the case where the judgment unit 18 automatically judges the abnormality of the gear G has been described, but the judgment unit 18 does not make a specific abnormality judgment, and the diagnostic parameter detected by the diagnostic parameter detection unit 14 Directly display PJ (peak value P, effective value A and crest factor P / A), reference parameter PR (rotation speed) detected by the reference parameter detection unit 16, and the ratio between the diagnostic parameter PJ and the reference value You may make it display on the part 10. In this case, the determination as to whether or not there is an abnormality in the gear G is made by the operator who has recognized the display content of the display unit 10.
以上説明したように本発明の少なくとも一実施形態によれば、診断対象である歯車Gの出力特性に対応する参照パラメータPRを取得し、記憶部28に予め記憶された基準データRDからその値に対応する基準値を取得する。そして、実測値として検出された診断パラメータPRと当該基準値との偏差又は比を閾値と比較することで歯車Gの異常を判断する。これにより、出力特性を考慮した歯車Gの異常判断が可能となり、簡易な構成で精度のよい診断ができる。 As described above, according to at least one embodiment of the present invention, the reference parameter PR corresponding to the output characteristic of the gear G to be diagnosed is acquired, and the reference data RD stored in advance in the storage unit 28 is used as the value. Get the corresponding reference value. Then, the abnormality or the ratio of the diagnostic parameter PR detected as the actual measurement value and the reference value is compared with the threshold value to determine the abnormality of the gear G. As a result, the abnormality determination of the gear G in consideration of the output characteristics can be performed, and accurate diagnosis can be performed with a simple configuration.
本開示は、入力軸に入力された回転を歯車を用いて増速又は減速して出力軸に伝達する動力伝達機構に含まれる歯車の状態を診断するための歯車診断装置及び歯車診断方法に利用可能である。 The present disclosure is applied to a gear diagnostic device and a gear diagnostic method for diagnosing the state of a gear included in a power transmission mechanism that accelerates or decelerates rotation input to an input shaft using a gear and transmits the rotation to an output shaft. It is possible.
1 歯車診断装置
2 加速度センサ
4 回転数センサ
5 トルクセンサ
8 CPU部
10 表示部
12 警報装置
14 診断パラメータ検出部
16 参照パラメータ検出部
18 判断部
20 増幅器
22 ピーク検出器
24 実効値検出器
26 除算器
28 記憶部
29 メータ表示
30 インジケータ
B 軸受
C コンソール
G 歯車
J 歯車回転軸
K ケーシング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gear diagnostic device 2 Acceleration sensor 4 Rotation speed sensor 5 Torque sensor 8 CPU part 10 Display part 12 Alarm device 14 Diagnostic parameter detection part 16 Reference parameter detection part 18 Determination part 20 Amplifier 22 Peak detector 24 Effective value detector 26 Divider 28 storage unit 29 meter display 30 indicator B bearing C console G gear J gear rotation axis K casing
Claims (6)
前記歯車の振動の振幅に基づく診断パラメータを検出する診断パラメータ検出部と、
前記歯車の出力特性に対応する参照パラメータを検出する参照パラメータ検出部と、
前記参照パラメータに対応する前記診断パラメータの基準値を規定する基準データを記憶する記憶部と、
前記診断パラメータ検出部で検出された前記診断パラメータの実測値と、
前記参照パラメータ検出部で検出された前記参照パラメータに対応する前記診断パラメータの前記基準値との偏差又は比が閾値を超えた場合、前記歯車に異常があると判断する判断部と、
を備える、歯車診断装置。 A gear diagnosis device for diagnosing the state of the gear included in a power transmission mechanism that accelerates or decelerates rotation input to an input shaft using a gear and transmits the rotation to an output shaft,
A diagnostic parameter detection unit that detects a diagnostic parameter based on the amplitude of vibration of the gear;
A reference parameter detection unit that detects a reference parameter corresponding to the output characteristic of the gear;
A storage unit storing reference data defining a reference value of the diagnostic parameter corresponding to the reference parameter;
An actual measurement value of the diagnostic parameter detected by the diagnostic parameter detection unit;
A determination unit that determines that there is an abnormality in the gear when the deviation or ratio of the diagnostic parameter corresponding to the reference parameter detected by the reference parameter detection unit with respect to the reference value exceeds a threshold;
A gear diagnostic device comprising:
前記歯車の振動の振幅に基づく診断パラメータを検出する診断パラメータ検出部と、
前記歯車の出力特性に対応する参照パラメータを検出する参照パラメータ検出部と、
前記参照パラメータに対応する前記診断パラメータの基準値を規定する基準データを記憶する記憶部と、
前記診断パラメータ検出部で検出された前記診断パラメータの実測値と、前記参照パラメータ検出部で検出された前記参照パラメータに対応する前記診断パラメータの前記基準値とを表示する表示部と、
を備える、歯車診断装置。 A gear diagnosis device for diagnosing the state of the gear included in a power transmission mechanism that accelerates or decelerates rotation input to an input shaft using a gear and transmits the rotation to an output shaft,
A diagnostic parameter detection unit that detects a diagnostic parameter based on the amplitude of vibration of the gear;
A reference parameter detection unit that detects a reference parameter corresponding to the output characteristic of the gear;
A storage unit storing reference data defining a reference value of the diagnostic parameter corresponding to the reference parameter;
A display unit for displaying an actual measurement value of the diagnostic parameter detected by the diagnostic parameter detection unit and the reference value of the diagnostic parameter corresponding to the reference parameter detected by the reference parameter detection unit;
A gear diagnostic device comprising:
前記歯車の振動の振幅に基づく診断パラメータを検出する工程と、
前記歯車の出力特性に対応する参照パラメータを検出する工程と、
前記参照パラメータに対応する前記診断パラメータの基準値を規定する基準データを用いて、前記検出された参照パラメータに対応する前記診断パラメータの基準値を算出する工程と、
前記診断パラメータ検出部で検出された前記診断パラメータの実測値と、前記参照パラメータ検出部で検出された前記参照パラメータに対応する前記診断パラメータの前記基準値との偏差又は比が閾値を超えた場合、前記歯車に異常があると判断する工程と、
を備える、歯車診断方法。 A gear diagnosis method for diagnosing the state of the gear included in a power transmission mechanism that accelerates or decelerates rotation input to an input shaft using a gear and transmits the rotation to an output shaft,
Detecting a diagnostic parameter based on the amplitude of vibration of said gear;
Detecting a reference parameter corresponding to an output characteristic of the gear;
Calculating a reference value of the diagnostic parameter corresponding to the detected reference parameter using reference data defining a reference value of the diagnostic parameter corresponding to the reference parameter;
When a deviation or ratio between a measured value of the diagnostic parameter detected by the diagnostic parameter detection unit and the reference value of the diagnostic parameter corresponding to the reference parameter detected by the reference parameter detection unit exceeds a threshold value , Determining that the gear has an abnormality,
A gear diagnosis method comprising:
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