JP2020051467A - Bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、転がり軸受と、転がり軸受又はその近傍に設置される振動センサとを備える軸受装置に関する。 The present invention relates to a bearing device including a rolling bearing and a vibration sensor installed at or near the rolling bearing.
特開２００７−２７０８８５号公報（特許文献１）は、振動センサを有する軸受用センサを開示する。軸受用センサの本体１は、軸受箱２の外側面斜め上方の装着面において傾斜状態で取付けられる。本体１は、軸受の上下振動検出用の第１の振動センサ基板１５と、左右振動検出用の第２の振動センサ基板１６とを含む。第１及び第２の振動センサ基板１５，１６は、鉄道車両に対する軸受箱２の水平取付面Ｈに対して、第１の振動センサ基板１５が垂直となり、かつ、第２の振動センサ基板１６が平行となるように、本体１の装着面に対して所定角度傾斜させた状態で本体１内に取付けられる。これにより、軸受箱２に傾斜した状態でも正確な振動測定を可能としている（特許文献１参照）。
Japanese Patent Laying-Open No. 2007-270885 (Patent Document 1) discloses a bearing sensor having a vibration sensor. The
また、特開２００３−１７２３４７号公報（特許文献２）は、センサ付転動装置を開示する。センサ付転動装置に係るセンサユニット４０は、鉛直方向に対して傾いた状態でハウジング１８に取付けられている。センサユニット４０は、プリント基板２７上に実装される速度センサ２８、温度センサ２９及び振動センサ３０を含む。振動センサ３０は、鉛直方向の振動を正確に測定できるように、プリント基板２７の長手方向に対して傾いた状態でプリント基板２７上に実装されている（特許文献２参照）。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-172347 (Patent Document 2) discloses a rolling device with a sensor. The
軸受には、鉛直方向（上下方向）、水平方向（回転軸に垂直）、左右方向（回転軸方向）の振動が発生する。上記の特許文献１，２では、振動センサを有するセンサユニットが鉛直方向又は水平方向に対して傾斜して軸受に設置される場合に、振動センサによって純粋な鉛直方向や水平方向等の振動を検出可能なように、振動センサが実装される基板をユニット内で傾斜させたり、基板内でセンサを傾斜して実装したりしている。
The bearing generates vibrations in a vertical direction (up-down direction), a horizontal direction (perpendicular to the rotation axis), and a left-right direction (rotation axis direction). In
転がり軸受の軌道面や転動面に傷が発生すると、軸受の回転に伴ない、軸受には、鉛直方向、水平方向、左右方向だけでなく、傷を起点に軸受の円周方向に伝わる振動も発生する。この振動については、鉛直方向及び水平方向の振動の検出結果に基づいて推定することも考えられるが、鉛直方向の振動を検出するセンサ及び水平方向の振動を検出するセンサでは、上記の振動を十分に拾うことができず、推定誤差が大きくなる可能性がある。 If the raceway surface or rolling surface of the rolling bearing is damaged, the bearing rotates and the vibration is transmitted to the bearing not only in the vertical, horizontal and left-right directions but also in the circumferential direction of the bearing starting from the damage. Also occurs. It is conceivable that this vibration is estimated based on the detection results of the vertical and horizontal vibrations. However, a sensor that detects vertical vibration and a sensor that detects horizontal vibration can sufficiently detect the above vibration. And the estimation error may increase.
たとえば、外輪が静止輪の転がり軸受において外輪の軌道面に生じた傷による振動を測定する場合、１次モードの振動成分は、外輪の剛体運動であり、鉛直方向の振動を検出するセンサ及び水平方向の振動を検出するセンサによって測定することができる。しかしながら、２次モード以上の振動成分は、軸受の円周方向に外輪が波打つ振動モードであり、特に３次モード以上の振動成分については、上記の各センサでは十分に拾うことができない可能性がある。 For example, when the outer ring measures vibration caused by a scratch generated on the raceway surface of the outer ring in the rolling bearing of the stationary wheel, the vibration component in the first mode is a rigid body motion of the outer ring, and a sensor for detecting vibration in the vertical direction and a horizontal It can be measured by a sensor that detects directional vibration. However, the vibration component of the second mode or higher is a vibration mode in which the outer ring undulates in the circumferential direction of the bearing. In particular, the vibration component of the third mode or higher may not be sufficiently picked up by the above sensors. is there.
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、転がり軸受の鉛直方向及び水平方向の振動とともに、軸受の円周方向に伝わる振動も測定することにより、軸受に生じた傷の検出精度を向上可能な軸受装置を提供することである。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to measure the vibration transmitted in the circumferential direction of the bearing together with the vertical and horizontal vibrations of the rolling bearing, so that the bearing is mounted on the bearing. An object of the present invention is to provide a bearing device capable of improving the detection accuracy of generated scratches.
本発明における軸受装置は、転がり軸受と、転がり軸受又はその近傍に設置される第１から第３の振動センサとを備える。第１から第３の振動センサの各々は、１軸方向に感度を有するセンサである。第１の振動センサは、鉛直方向に感度を有するように転がり軸受の回転軸の鉛直方向に設置され、第２の振動センサは、回転軸に垂直であって水平方向に感度を有するように回転軸の水平方向に設置される。第３の振動センサは、回転軸に垂直であって鉛直方向及び水平方向と異なる斜め方向に感度を有するように回転軸の斜め方向に設置される。 The bearing device according to the present invention includes a rolling bearing, and first to third vibration sensors installed at or near the rolling bearing. Each of the first to third vibration sensors is a sensor having sensitivity in one axial direction. The first vibration sensor is installed in the vertical direction of the rotating shaft of the rolling bearing so as to have sensitivity in the vertical direction, and the second vibration sensor is rotated so as to be sensitive in the horizontal direction perpendicular to the rotating shaft. It is installed in the horizontal direction of the axis. The third vibration sensor is installed diagonally to the rotation axis so as to have sensitivity in diagonal directions perpendicular to the rotation axis and different from the vertical direction and the horizontal direction.
本発明においては、鉛直方向の振動を検出する第１の振動センサ、及び水平方向の振動を検出する第２の振動センサとともに、鉛直方向及び水平方向と異なる斜め方向の振動を検出する第３の振動センサが設けられるので、軸受に生じる種々のモードの振動を検出することができる。本発明によれば、従来は検出が難しかったモードの振動まで検出可能となり、軸受に生じた傷の検出精度を向上させることができる。 In the present invention, together with the first vibration sensor for detecting the vibration in the vertical direction and the second vibration sensor for detecting the vibration in the horizontal direction, the third vibration sensor for detecting the vibration in an oblique direction different from the vertical direction and the horizontal direction is provided. Since the vibration sensor is provided, it is possible to detect various modes of vibration generated in the bearing. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to detect even the vibration of the mode which was difficult to detect conventionally, and can improve the detection accuracy of the flaw which arose in the bearing.
好ましくは、軸受装置は、第１から第３の振動センサの検出値に基づいて、転がり軸受に生じた損傷を検知するように構成された処理装置をさらに備える。処理装置は、第１及び第２の振動センサの検出値に基づいて、転がり軸受に生じる１次モード及び２次モードの振動を検知するように構成され、第３の振動センサの検出値に基づいて、転がり軸受に生じる３次モード以上の振動を検知するように構成される。 Preferably, the bearing device further includes a processing device configured to detect damage caused to the rolling bearing based on the detection values of the first to third vibration sensors. The processing device is configured to detect primary mode and secondary mode vibrations generated in the rolling bearing based on detection values of the first and second vibration sensors, and based on detection values of the third vibration sensor. Thus, it is configured to detect a third or higher mode vibration generated in the rolling bearing.
好ましくは、第３の振動センサは、転がり軸受の円周方向に移動可能に構成される。
好ましくは、第３の振動センサは、回転軸の鉛直上方を０度とした場合に、転がり軸受の円周方向の３０度から６０度、１２０度から１５０度、２１０度から２４０度、及び３００度から３３０度のいずれかの範囲に配置される。
Preferably, the third vibration sensor is configured to be movable in a circumferential direction of the rolling bearing.
Preferably, the third vibration sensor is configured such that, when 0 degree is set vertically above the rotation axis, 30 degrees to 60 degrees, 120 degrees to 150 degrees, 210 degrees to 240 degrees, and 300 degrees in the circumferential direction of the rolling bearing. It is arranged in any range of degrees to 330 degrees.
好ましくは、第１から第３の振動センサは、鉄道車両の台車の軸箱に設置される。 Preferably, the first to third vibration sensors are installed on an axle box of a bogie of a railway vehicle.
本発明によれば、転がり軸受の鉛直方向及び水平方向の振動とともに、軸受の円周方向に伝わる振動も測定することにより、軸受に生じた傷の検出精度を向上可能な軸受装置を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a bearing device capable of improving detection accuracy of a flaw generated in a bearing by measuring vibration transmitted in a circumferential direction of the bearing together with vertical and horizontal vibrations of the rolling bearing. Can be.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.
図１は、本発明の実施の形態に従う軸受装置が適用される鉄道車両の台車周辺の構成を示す図である。なお、図１及び以降の図中、Ｘ方向は、鉛直方向或いは車両の上下方向を示し、Ｙ方向は、水平方向或いは車両の前後方向を示す。すなわち、以下では、「水平方向」とは、このＹ方向（車両前後方向）を示すものとし、軸受との関係では、軸受の回転軸に垂直な水平方向を示すものとする。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration around a bogie of a railway vehicle to which a bearing device according to an embodiment of the present invention is applied. In FIG. 1 and subsequent drawings, the X direction indicates the vertical direction or the vertical direction of the vehicle, and the Y direction indicates the horizontal direction or the front and rear direction of the vehicle. That is, hereinafter, the “horizontal direction” indicates the Y direction (vehicle front-rear direction), and in relation to the bearing, indicates the horizontal direction perpendicular to the rotation axis of the bearing.
図１を参照して、鉄道車両１０は、台車１９と、車体３０と、データ処理装置２０とを備える。台車１９と車体３０との間には、枕ばね４０が設けられており、枕ばね４０によって台車１９から車体３０への振動が軽減される。データ処理装置２０は、車体３０に設けられる。
Referring to FIG. 1, a
台車１９は、台車枠２５と、軸箱４２，４６と、軸ばね４４，４８と、振動センサ３１〜３８とを含む。なお、軸箱、軸ばね、及び振動センサについては、図示しない紙面奥方向の車輪に対しても、同様のものが設けられている。
The
軸箱４２，４６は、台車枠２５の前後方向両端に、それぞれ軸ばね４４，４８を介して設けられる。軸箱４２，４６の各々には、車軸用の転がり軸受が収容されている。軸ばね４４，４８は、それぞれ軸箱４２，４６から台車枠２５への振動を軽減する。鉄道車両１０の走行に伴なう振動は、車体３０においては軸ばね４４，４８及び枕ばね４０によって弱められるので、車体３０に配置されるデータ処理装置２０に強い振動が加わることはなく、データ処理装置２０が振動から保護される。
The
振動センサ３１〜３４は、軸箱４２に設置され、軸箱４２内の転がり軸受の振動を測定する。振動センサ３５〜３８は、軸箱４６に設置され、軸箱４６内の転がり軸受の振動を測定する。振動センサ３１〜３８の各々は、加速度センサ、音響センサ、超音波センサ、ＡＥセンサ、ＥＭセンサ、圧電素子等によって構成される。振動センサ３１〜３８によって測定される振動波形データは、図示しない信号線又は無線によってデータ処理装置２０へ送信される。振動センサ３１〜３８の配置については、後ほど詳しく説明する。
The
データ処理装置２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory））と、振動センサ３１〜３８の検出信号等を含む各種信号を入出力するための入出力バッファとを含んで構成される（いずれも図示せず）。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、データ処理装置２０の処理手順が記されたプログラムである。
The
データ処理装置２０は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って、振動センサ３１〜３４により測定される振動データに基づいて軸箱４２内の転がり軸受の異常診断を実行し、振動センサ３５〜３８により測定される振動データに基づいて軸箱４６内の転がり軸受の異常診断を実行する。なお、上記の処理については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。データ処理装置２０によって実行される処理については、後ほど詳しく説明する。
The
図２は、軸箱４２，４６の各々に収容される転がり軸受の断面図である。なお、この実施の形態では、内輪及び外輪がそれぞれ回転輪及び静止輪のころ軸受によって転がり軸受が構成される場合について代表的に説明されるが、本発明の適用範囲は、このような軸受に限定されるものではなく、転がり軸受は、外輪が回転輪のものであってもよいし、玉軸受等であってもよい。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the rolling bearing housed in each of the
図２を参照して、転がり軸受６０は、内輪６２と、外輪６６と、複数の転動体６８とを含む。内輪６２は、車軸の軸体６４に外嵌され、車軸と一体的に回転する。外輪６６は、内輪６２の外周側に設けられ、図示しない軸箱に内嵌される。複数の転動体６８の各々は、円柱形の「ころ」であり、図示されない保持器によって隣接の転動体と等間隔に保持されつつ内輪６２と外輪６６との間に介在する。
Referring to FIG. 2, rolling
外輪６６は、複数の転動体６８のうち負荷域を通過中のものからラジアル荷重を受ける。この実施の形態では、静止輪である外輪６６において、その中心軸（内輪６２の回転軸）よりも上方側に負荷域が形成される。そして、外輪６６は、複数の転動体６８のうち、中心軸真上の負荷域中央を通過している転動体から最大の荷重を受ける。したがって、この転がり軸受では、静止輪である外輪６６の軌道面において、中心軸の真上付近の位置に最も傷が発生しやすい。
＜振動センサの配置＞
図３は、軸箱４２における振動センサ３１〜３４の配置構成を示す図である。なお、軸箱４６における振動センサ３５〜３８の配置構成は、軸箱４２における振動センサ３１〜３４の配置構成と同様であるので、以下では、軸箱４２における振動センサ３１〜３４の配置構成について代表的に説明する。
<Arrangement of vibration sensor>
FIG. 3 is a diagram illustrating an arrangement configuration of the
図３を参照して、軸箱４２の鉛直上方を０度とし、軸箱４２に収容される転がり軸受（図２）の円周方向に沿って時計回りに角度を示すものとして、振動センサ３１は、鉛直方向（鉄道車両１０の上下方向、Ｘ方向）に感度を有するように、軸箱４２の１８０度の位置に設置される。すなわち、振動センサ３１は、軸箱４２に収容される転がり軸受の回転軸の鉛直下方に設置される。なお、設置場所が確保できるのであれば、振動センサ３１は、軸箱４２の０度の位置、すなわち、軸受の回転軸の鉛直上方に設置されてもよい。
Referring to FIG. 3, the
図４は、振動センサ３１が測定可能な振動の方向を示す図である。なお、その他の振動センサ３２〜３８についても、振動センサ３１と同様である。図４を参照して、振動センサ３１は、１軸方向に感度を有するセンサである。振動検知方向を法線とする端面３９は、振動センサ３１の設置面である。
FIG. 4 is a diagram illustrating directions of vibration that can be measured by the
再び図３を参照して、振動センサ３２は、水平方向（鉄道車両１０の前後方向、Ｙ方向）に感度を有するように、軸箱４２の２７０度の位置に設置される。すなわち、振動センサ３２は、軸箱４２に収容される転がり軸受の回転軸の水平方向に設置される。なお、振動センサ３２は、軸箱４２の９０度の位置に設置されてもよい。
Referring to FIG. 3 again,
振動センサ３４は、軸箱４２に収容される転がり軸受の回転軸の方向（鉄道車両１０の左右方向）に感度を有するように、軸箱４２の側面等に設置される。なお、振動センサ３４は、本発明においては必須のものではなく、省略してもよい。
The
この実施の形態に従う軸受装置では、振動センサ３３がさらに設けられる。振動センサ３３は、軸箱４２に収容される転がり軸受の回転軸に垂直であって鉛直方向（Ｘ方向）及び水平方向（Ｙ方向）と異なる斜め方向に感度を有するように、軸箱４２に設置される。
In the bearing device according to this embodiment, a
軸箱４２に収容された転がり軸受の軌道面や転動面に傷が発生すると（上述のように、この例では、静止輪である外輪６６の軌道面において、中心軸の真上付近の位置に最も傷が発生しやすい。）、軸受の回転に伴ない、軸受には、鉛直方向（上下方向）及び水平方向（車両前後方向）だけでなく、傷を起点に軸受の円周方向に伝わる振動も発生する。この振動成分については、鉛直方向及び水平方向の振動の検出結果に基づいて推定することも考えられるが、鉛直方向の振動を検出する振動センサ３１、及び水平方向の振動を検出する振動センサ３２では、上記の振動成分を十分に拾うことができず、推定誤差が大きくなる可能性がある。
If the raceway surface or the rolling surface of the rolling bearing housed in the
図５は、外輪６６に生じる振動モードの一例を模式的に示す図である。図５を参照して、（ａ）は、１次モードの振動成分（１次振動モード）の一例を示し、（ｂ）は、２次モードの振動成分（２次振動モード）の一例を示す。また、（ｃ）は、３次モードの振動成分（３次振動モード）の一例を示し、（ｄ）は、４次モードの振動成分（４次振動モード）の一例を示す。各振動モードの固有振動数ｆｎは、たとえば次式によって示されることが知られている。
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an example of a vibration mode generated in the
ｆｎ＝√（１＋ｎ2）／２πＲ×√（Ｅ／ρ） …（１）
ここで、ｎはモードの次数であり、Ｒは輪（ここでは外輪６６）の半径である。また、Ｅ及びρは、それぞれ輪（外輪６６）を構成する部材の縦弾性係数及び密度である。
fn = √ (1 + n 2 ) / 2πR × √ (E / ρ) (1)
Here, n is the mode order, and R is the radius of the ring (here, the outer ring 66). E and ρ are the longitudinal elastic modulus and the density of the members constituting the ring (outer ring 66), respectively.
（ａ）の１次振動モードは、外輪６６の剛体運動であり、このような振動成分は、鉛直方向に感度を有する振動センサ３１、及び水平方向に感度を有する振動センサ３２によって測定することができる。
The primary vibration mode of (a) is a rigid motion of the
２次モード以上の振動成分は、円周方向に外輪６６が波打つ振動モードである。（ｂ）の２次振動モードは、円周方向に２つの波数を有する振動であり、このような振動成分も、振動センサ３１，３２によって測定することが可能である。
The vibration component of the second mode or higher is a vibration mode in which the
しかしながら、３次モード以上の振動成分については、振動センサ３１，３２では十分な測定をすることができない可能性がある。たとえば、（ｃ）の３次振動モードは、円周方向に３つの波数を有し、（ｄ）の４次振動モードは、円周方向に４つの波数を有する。これらの振動モードの振動については、鉛直方向に感度を有する振動センサ３１、及び水平方向に感度を有する振動センサ３２では、１次モード及び２次モードの振動成分と区別して精度よく検出できない可能性がある。
However, the
そこで、本実施の形態に従う軸受装置においては、３次モード以上の振動成分（特に３次振動モード及び４次振動モード）を感度よく測定するために、振動センサ３３（図３）がさらに設けられる。振動センサ３３によって、振動センサ３１，３２では十分に検出できない３次モード以上の振動成分を感度よく検出することが可能となる。
Therefore, in the bearing device according to the present embodiment, vibration sensor 33 (FIG. 3) is further provided in order to measure vibration components of the third or higher mode (particularly, the third and fourth vibration modes) with high sensitivity. . The
振動センサ３３によって３次モード以上の振動成分（特に３次振動モード及び４次振動モード）を感度よく測定可能とするために、振動センサ３３の配置は、図３に示した角度θで３０度から６０度の範囲とするのが好ましい。なお、軸受の対称性から、３０度から６０度の範囲に代えて、１２０度から１５０度の範囲としてもよく、或いは、２１０度から２４０度又は３００度から３３０度の範囲としてもよい。
In order that the
このように、鉛直方向（上下方向）及び水平方向（車両前後方向）の振動とともに、上記各方向と異なる斜め方向の振動成分も振動センサ３３によって測定し、各振動波形のデータから算出される周波数スペクトル（或いは各振動波形の包絡線から算出される周波数スペクトル）を互いに重ね合わせたり差分を抽出したりすることによって、転がり軸受に生じた傷を高精度に検出することが可能となる。
As described above, along with the vibrations in the vertical direction (vertical direction) and the horizontal direction (vehicle longitudinal direction), vibration components in oblique directions different from the above directions are also measured by the
図６は、振動センサ３１，３３によって検出される振動波形の周波数スペクトルの一例を示す図である。図６を参照して、鉛直方向の振動を検出する振動センサ３１では拾うことができていない振動成分を、鉛直方向及び水平方向と異なる斜め方向の振動を測定する振動センサ３３によって拾うことができていることが分かる（たとえば、図中の枠で囲った部分の振動成分）。ピークが高い周波数を上記の式（１）により算出される固有振動数ｆｎと比較することによって、軸受に発生している振動モードを同定し、傷による振動の発生有無を判定することができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a frequency spectrum of a vibration waveform detected by the
図７は、図１に示したデータ処理装置２０により実行される軸箱４２内の転がり軸受の異常診断処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、所定時間毎に繰返し実行される。なお、軸箱４６内の転がり軸受についても、同様の異常診断処理が実行される。
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of the abnormality diagnosis processing of the rolling bearing in the
図７を参照して、データ処理装置２０は、各振動センサ３１〜３４から検出値を取得する（ステップＳ１０）。さらに、データ処理装置２０は、軸箱４６の転がり軸受の運転条件（回転速度等）を取得する（ステップＳ２０）。そして、データ処理装置２０は、取得された運転条件（回転速度）を用いて、外輪６６が損傷（外輪６６の軌道面に傷が発生）した場合に損傷部を転動体６８が通過する毎に発生する振動の周波数を示す外輪損傷周波数を算出する（ステップＳ３０）。なお、外輪損傷周波数は、内輪６２の回転速度、転動体６８の数、直径、及びピッチ円径、並びに接触角等から算出することができる。
Referring to FIG. 7,
次いで、データ処理装置２０は、上記の式（１）を用いて、外輪６６のｎ次振動モード周波数（ｎ＝２，３，４）を算出する（ステップＳ４０）。さらに、データ処理装置２０は、ステップＳ１０において取得された振動センサ３１〜３４の検出値毎に周波数スペクトルを算出する（ステップＳ５０）。周波数スペクトルは、検出された振動波形に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の処理を行なうことによって算出することができる。なお、検出された振動波形の包絡線の周波数スペクトルを算出してもよい。
Next, the
そして、データ処理装置２０は、ステップＳ５０において取得された振動センサ３１（以下「第１センサ」とも称する。）又は振動センサ３２（以下「第２センサ」とも称する。）の周波数スペクトルにおいて、ステップＳ３０で算出された外輪損傷周波数の振動度が所定の第１しきい値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６０）。この第１しきい値は、外輪６６に損傷が生じているか否かを判定するための振動度のレベルであり、事前評価やシミュレーション等によって予め定められる。
Then, the
第１センサ又は第２センサの周波数スペクトルにおいて、外輪損傷周波数の振動度が第１しきい値よりも大きいと判定されると（ステップＳ６０においてＹＥＳ）、データ処理装置２０は、軸箱４２に収容される転がり軸受に異常が生じているものと診断する（ステップＳ１００）。
If it is determined in the frequency spectrum of the first sensor or the second sensor that the vibration degree of the outer ring damage frequency is larger than the first threshold value (YES in step S60),
ステップＳ６０において、第１センサ又は第２センサの周波数スペクトルにおける外輪損傷周波数の振動度が第１しきい値以下であると判定されると（ステップＳ６０においてＮＯ）、データ処理装置２０は、ステップＳ５０において取得された振動センサ３１（第１センサ）又は振動センサ３２（第２センサ）の周波数スペクトルにおいて、ステップＳ４０で算出された２次振動モード周波数の振動度が所定の第２しきい値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ７０）。この第２しきい値は、外輪６６に損傷が生じたために外輪６６に２次モードの振動成分が生じているか否かを判定するための振動度のレベルであり、事前評価やシミュレーション等によって予め定められる。
If it is determined in step S60 that the vibration degree of the outer ring damage frequency in the frequency spectrum of the first sensor or the second sensor is equal to or less than the first threshold value (NO in step S60),
第１センサ又は第２センサの周波数スペクトルにおいて、外輪６６の２次振動モード周波数の振動度が第２しきい値よりも大きいと判定されると（ステップＳ７０においてＹＥＳ）、データ処理装置２０は、ステップＳ１００へ処理を移行し、軸箱４２に収容される転がり軸受に異常が生じているものと診断する。
If it is determined in the frequency spectrum of the first sensor or the second sensor that the degree of vibration of the secondary vibration mode frequency of the
一方、ステップＳ７０において、第１センサ又は第２センサの周波数スペクトルにおける外輪６６の２次振動モード周波数の振動度が第２しきい値以下であると判定されると（ステップＳ７０においてＮＯ）、データ処理装置２０は、ステップＳ８０へ処理を移行する。
On the other hand, if it is determined in step S70 that the vibration degree of the secondary vibration mode frequency of the
すなわち、データ処理装置２０は、ステップＳ５０において取得された振動センサ３３（以下「第３センサ」とも称する。）の周波数スペクトルにおいて、ステップＳ４０で算出された３次振動モード周波数の振動度が所定の第３しきい値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ８０）。この第３しきい値は、外輪６６に損傷が生じたために外輪６６に３次モードの振動成分が生じているか否かを判定するための振動度のレベルであり、事前評価やシミュレーション等によって予め定められる。
That is, in the frequency spectrum of the vibration sensor 33 (hereinafter, also referred to as “third sensor”) acquired in step S50, the
第３センサの周波数スペクトルにおいて、外輪６６の３次振動モード周波数の振動度が第３しきい値よりも大きいと判定されると（ステップＳ８０においてＹＥＳ）、データ処理装置２０は、ステップＳ１００へ処理を移行し、軸箱４２に収容される転がり軸受に異常が生じているものと診断する。
If it is determined in the frequency spectrum of the third sensor that the degree of vibration of the tertiary vibration mode frequency of
一方、ステップＳ８０において、第３センサの周波数スペクトルにおける外輪６６の３次振動モード周波数の振動度が第３しきい値以下であると判定されると（ステップＳ８０においてＮＯ）、データ処理装置２０は、ステップＳ９０へ処理を移行する。
On the other hand, in step S80, when it is determined that the degree of vibration of the tertiary vibration mode frequency of the
すなわち、データ処理装置２０は、ステップＳ５０において取得された第３センサの周波数スペクトルにおいて、ステップＳ４０で算出された４次振動モード周波数の振動度が所定の第４しきい値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ９０）。この第４しきい値は、外輪６６に損傷が生じたために外輪６６に４次モードの振動成分が生じているか否かを判定するための振動度のレベルであり、事前評価やシミュレーション等によって予め定められる。
That is, the
第３センサの周波数スペクトルにおいて、外輪６６の４次振動モード周波数の振動度が第４しきい値よりも大きいと判定されると（ステップＳ９０においてＹＥＳ）、データ処理装置２０は、ステップＳ１００へ処理を移行し、軸箱４２に収容される転がり軸受に異常が生じているものと診断する。
If it is determined in the frequency spectrum of the third sensor that the vibration degree of the fourth vibration mode frequency of
一方、ステップＳ９０において、第３センサの周波数スペクトルにおける外輪６６の４次振動モード周波数の振動度が第４しきい値以下であると判定されると（ステップＳ９０においてＮＯ）、データ処理装置２０は、リターンへと処理を移行する。
On the other hand, when it is determined in step S90 that the vibration degree of the fourth vibration mode frequency of the
以上のように、この実施の形態では、鉛直方向（上下方向）の振動を検出する振動センサ３１、及び水平方向（車両前後方向）の振動を検出する振動センサ３２とともに、鉛直方向及び水平方向と異なる斜め方向の振動を検出する振動センサ３３が設けられるので、軸受に生じる種々のモードの振動を検出することができる。具体的には、この実施の形態では、データ処理装置２０は、振動センサ３１，３２の検出値に基づいて１次モード及び２次モードの振動を検知し、振動センサ３３の検出値に基づいて３次モード以上の振動を検知する。この実施の形態によれば、従来は検出が難しかったモード（３次モード以上）の振動まで検出可能となり、軸受に生じた傷の検出精度を向上させることができる。
As described above, in this embodiment, the
そして、この実施の形態では、振動センサ３３は、軸受の回転軸の鉛直上方を０度とした場合に、軸受円周方向の３０度から６０度、１２０度から１５０度、２１０度から２４０度、又は３００度から３３０度の範囲に配置される。このような位置に振動センサ３３を配置することによって、軸受に生じる３次モード以上の振動成分を振動センサ３３によって高感度に検出することができる。
In this embodiment, the
なお、振動センサ３３が３次モード以上の振動成分（特に３次振動モード及び４次振動モード）を高感度で検出可能な位置に振動センサ３３の配置を調整可能なように、振動センサ３３は、転がり軸受の円周方向に移動可能としてもよい。たとえば、図８に示されるように、振動センサ３３を円周方向に可動とするための可動板７０を軸箱４２（４６）の円周方向に設置し、可動板７０上で振動センサ３３を円周方向に移動かつ固定可能としてもよい。
The
また、上記の実施の形態では、鉄道車両１０の台車１９の軸箱４２，４６に収容される転がり軸受を対象とし、各振動センサは軸箱に設置されるものとしたが、本発明の適用範囲は、上記のような軸受に限定されるものではなく、各種機器に用いられる軸受を含む。その場合、各振動センサは、軸受に直接設置してもよい。
In the above-described embodiment, each of the vibration sensors is installed in the axle box, and the vibration sensors are installed in the
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description of the embodiments, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１０ 鉄道車両、１９ 台車、２０ データ処理装置、３０ 車体、３１〜３８ 振動センサ、３９ 設置面、４０ 枕ばね、４２，４６ 軸箱、４４，４８ 軸ばね、６０ 転がり軸受、６２ 内輪、６４ 軸体、６６ 外輪、６８ 転動体、７０ 可動板。
Claims (5)
前記転がり軸受又はその近傍に設置される第１から第３の振動センサとを備え、
前記第１から第３の振動センサの各々は、１軸方向に感度を有するセンサであり、
前記第１の振動センサは、鉛直方向に感度を有するように前記転がり軸受の回転軸の鉛直方向に設置され、
前記第２の振動センサは、前記回転軸に垂直であって水平方向に感度を有するように前記回転軸の水平方向に設置され、
前記第３の振動センサは、前記回転軸に垂直であって鉛直方向及び水平方向と異なる斜め方向に感度を有するように前記回転軸の斜め方向に設置される、軸受装置。 Rolling bearings,
Comprising a first to a third vibration sensor installed in the rolling bearing or in the vicinity thereof,
Each of the first to third vibration sensors is a sensor having sensitivity in one axis direction,
The first vibration sensor is installed in the vertical direction of the rotating shaft of the rolling bearing so as to have sensitivity in the vertical direction,
The second vibration sensor is installed in the horizontal direction of the rotation axis so as to be perpendicular to the rotation axis and has sensitivity in the horizontal direction,
The bearing device, wherein the third vibration sensor is installed in an oblique direction of the rotating shaft so as to have sensitivity in an oblique direction perpendicular to the rotating shaft and different from a vertical direction and a horizontal direction.
前記処理装置は、
前記第１及び第２の振動センサの検出値に基づいて、前記転がり軸受に生じる１次モード及び２次モードの振動を検知するように構成され、
前記第３の振動センサの検出値に基づいて、前記転がり軸受に生じる３次モード以上の振動を検知するように構成される、請求項１に記載の軸受装置。 A processing device configured to detect damage to the rolling bearing based on a detection value of the first to third vibration sensors,
The processing device includes:
It is configured to detect primary mode and secondary mode vibrations generated in the rolling bearing based on detection values of the first and second vibration sensors,
The bearing device according to claim 1, wherein the bearing device is configured to detect a third-order mode or higher vibration generated in the rolling bearing based on a detection value of the third vibration sensor.
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| JP2006077807A (en) * | 2004-09-07 | 2006-03-23 | Jtekt Corp | Hub unit with sensor |
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