JP4031745B2

JP4031745B2 - 歯車診断方法及び歯車診断装置

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Publication number: JP4031745B2
Application number: JP2003323320A
Authority: JP
Inventors: 正吉田; 保則田嶋; 悟史杉下
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2023-09-16
Also published as: JP2005091103A

Description

本発明は、船舶等に用いられる減速器や増速機等の、歯車を用いた動力伝達機構の歯車診断方法及び歯車診断装置に関するものである。

減速機等の歯車を用いた動力伝達機構は、歯車等の構成部材がケーシング内に収められていて、構成部材を目視等によって点検することはできない。
このような装置の構成部品の状態を診断する装置としては、後記の特許文献１に記載のベアリングモニタがある。
このベアリングモニタは、モータのロータ軸を支持するベアリングの磨耗状態を検出するものであって、ベアリングを固定する支持部材と、ロータ軸に固定されて支持部材内においてベアリングの一端部と当接可能に対向配置される回転部材とを設け、支持部材または回転部材の円周方向に対向する部分に切欠を設け、ベアリングの磨耗に際してこれら各部材が相互に接触して振動音を発生する構成とされている。
そして、ベアリングが磨耗すると、各部材が接触して振動音を発生させて、ベアリングが磨耗していることを知らせるようになっている。

特開平０８−２８５５６５号公報（段落［００１２］）

しかし、このベアリングモニタは、あくまでベアリングの状態を診断するためのものであって、動力伝達機構を構成する歯車の状態を検出することはできなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、動力伝達機構を構成する歯車の状態を容易に診断することができる歯車診断方法及び歯車診断装置を提供することを目的とする。

また、本発明にかかる歯車診断方法は、入力軸に入力された回転を複数の歯車を用いて増速または減速して出力軸に伝達する動力伝達機構の、前記歯車の状態を検出する歯車診断方法であって、前記複数の歯車のうちの一部の歯車についてその振動を測定して、異常な振動が検出される周期を求め、前記歯車のうち、回転周期を把握可能な歯車を基準歯車とするとともに該基準歯車の回転周期を基準周期とし、前記歯車のうち、前記基準歯車に対する回転周期の比が、前記基準周期と前記異常な振動の周期との比に等しい歯車を、異常が生じている歯車と特定することを特徴とする。

この歯車診断方法では、歯車に生じた振動を測定して、異常な振動が検出される周期を求める。
ここで、動力伝達機構に設けられる各歯車は、いずれも直接、または他の歯車を介して間接的に噛み合わされていて、それぞれに生じた振動が相互に伝達される。このため、少なくともいずれか一つの歯車について振動の検出を行うことで、全ての歯車に生じる振動を検出することができる。
一方で、歯車のうち、回転周期を把握可能な歯車を基準歯車とするとともにその回転周期を基準周期とする。
そして、この基準周期と異常な振動の周期との比から、異常が生じている歯車を特定する。
すなわち、異常な振動が周期的に検出されるということは、この周期で回転する歯車になんらかの異常が生じているものと思われるので、このように異常な振動の周期と同じ周期で回転する歯車を特定する。

基準周期と異常な振動の周期との比は、基準歯車と、異常が生じている歯車との回転周期の比であるから、基準歯車に対する回転周期の比が前記比と同じとなる歯車が、異常が生じている歯車である。
このように、本発明にかかる歯車診断方法では、動力伝達機構を分解したりせずに、また動力伝達機構を動作させたままの状態で、どの歯車に異常が生じているかを特定することが可能である。

ここで、歯車に生じる振動の計測は、直接計測のほか、歯車を支持する歯車回転軸やこれを支持する軸受に生じた振動を計測したり、動力伝達機構において歯車を納めるケーシングに生じた振動を計測することによって間接的に計測してもよい。
また、基準歯車の回転数の計測は、直接計測のほか、基準歯車を支持して基準歯車と一体回転する歯車回転軸の回転数を検出することで間接的に計測することができる。

また、本発明にかかる歯車診断方法は、入力軸に入力された回転を複数の歯車を用いて増速または減速して出力軸に伝達する動力伝達機構の、前記歯車の状態を検出する歯車診断方法であって、前記歯車のうちの少なくともいずれか一つについてその振動の振幅を測定し、該振幅の確率密度関数を求めて、該確率密度関数の値が、予め定められた基準値に達した場合には異常が生じているものとし、そうでない場合には正常であると判定し、異常が生じている場合には、請求項１に記載の歯車診断方法によって異常が生じている歯車を特定することを特徴とする。

この歯車診断方法では、歯車に生じた振動の振幅を測定してその振幅の確率密度関数を求めて、その大きさに基づいて異常の有無を判定する。すなわち、動力伝達機構を分解したりせずに、また動力伝達機構を動作させたままの状態で、歯車に異常が生じているかどうかを判定することができる。
確率密度関数とは、一つの不規則波形の振幅がある時刻にどのような値で現れるかを示すものであって、この歯車診断方法においては振幅分布を指している。
動力伝達機構が正常である場合には、歯車に生じる振動の振幅はほぼ一定の範囲内で推移するため、振幅の分布は、ほぼ正規分布となる。
一方、動力伝達機構において、歯車に傷等があったり、歯車がごみ等の異物を噛み込んでいた場合には、傷のある部分や異物が歯車同士の噛み合い部分に位置しているごく短い時間だけ、大きく変動する。このため、振幅の分布は、正規分布よりも裾野が広がった形状となる。すなわち、確率密度関数の値が、正常時に比べて大きくなる。
本発明にかかる歯車診断方法は、このことを利用して、動力伝達機構の歯車に異常が生じているかどうかの判定を行う。なお、歯車の状態の判定に用いる基準値は、例えば実験やシミュレーションの結果等に基づいて求められるものである。
ここで、動力伝達機構に設けられる各歯車は、いずれも直接、または他の歯車を介して間接的に噛み合わされていて、それぞれに生じた振動が相互に伝達される。このため、この歯車診断方法では、少なくともいずれか一つの歯車に生じた振動の振幅について測定することで、全ての歯車について診断を行うことができる。
また、歯車に生じる振動の計測は、直接計測のほか、歯車を支持する歯車回転軸やこれを支持する軸受に生じた振動を計測したり、動力伝達機構において歯車を納めるケーシングに生じた振動を計測することによって間接的に計測してもよい。
この歯車診断方法では、歯車に異常が生じているかどうかの判定から、異常が生じている歯車の特定までを、動力伝達機構を分解したりせずに、また停止させることもなく、行うことができる。

また、本発明の請求項３にかかる歯車診断方法は、入力軸に入力された回転を複数の歯車を用いて増速または減速して出力軸に伝達する動力伝達機構の、前記歯車の状態を検出する歯車診断方法であって、請求項１に記載の歯車診断方法を用いて異常が生じている歯車を特定するとともに、前記歯車のうちの少なくともいずれか一つについて求められた振動の振幅の確率密度関数の値と、前記歯車から生じる騒音の大きさとのうちの少なくともいずれか一方の判断要素を個別に重み付けし、これら重み付けした各判断要素に基づいて前記歯車の状態を判断することを特徴とする。

この歯車診断方法では、請求項１に記載の歯車検査方法を用いて異常が生じている歯車を特定するとともに、前記歯車のうちの少なくともいずれか一つについて求められた振動の振幅の確率密度関数の値と、歯車から生じる騒音の大きさとのうちの少なくともいずれか一方の判定要素を個別に重み付けし、これら重み付けした各判定要素に基づいて歯車の状態を判断するため、歯車の状態を過大又は過小評価することなく的確に判断することができる。また、使用環境等に応じて各判定要素に付す重みを変化させることもできることと相俟って、歯車の状態の良否判断を的確且つ確実になすことができ、歯車の損傷発生防止を図ることができる。

また、本発明の請求項４にかかる歯車診断方法は、入力軸に入力された回転を複数の歯車を用いて増速または減速して出力軸に伝達する動力伝達機構の、前記歯車の状態を検出する歯車診断方法であって、請求項１に記載の歯車診断方法を用いて異常が生じている歯車を特定するとともに、前記歯車のうちの少なくともいずれか一つについて求められた振動の振幅の確率密度関数の値と、前記歯車から生じる騒音の大きさとのうちの少なくとも一つ以上の判断要素の時間的変化を観察し、その時間的変化の傾向に基づいて前記歯車の状態を判断することを特徴とする。

この歯車診断方法では、請求項１に記載の歯車検査方法を用いて異常が生じている歯車を特定するとともに、前記歯車のうちの少なくともいずれか一つについて求められた振動の振幅の確率密度関数の値と、歯車から生じる騒音の大きさとのうちの少なくとも一つ以上の判定要素の時間的変化を観察し、その時間的変化の傾向に基づいて歯車の状態を判断するため、歯車に損傷が生じる以前に損傷が生じる可能性を察知して、早期にメンテナンスを行うことができる。
また、この判定要素の時間的変化の傾向に基づいて、歯車の寿命を予測することも可能である。

本発明にかかる歯車診断装置は、入力軸に入力された回転を複数の歯車を用いて増速または減速して出力軸に伝達する動力伝達機構の、前記歯車の状態を検出する歯車診断装置であって、前記複数の歯車のうちの一部の歯車についてその振動を測定する振動測定装置と、前記歯車のうちの一つである基準歯車の回転周期である基準周期と前記異常な振動の周期との比を求める第二演算装置とを有していることを特徴とする。

このように構成される歯車診断装置は、振動測定装置によって動力伝達機構の歯車のうちの少なくともいずれか一つの振動が測定される。この測定結果に基づいて、異常な振動の周期が求められる。
一方、基準周期測定装置によって基準歯車の回転周期である基準周期が測定される。
そして、この基準周期と異常な振動の周期との比から、異常が生じている歯車を特定することができる。
具体的には、歯車のうち、基準歯車に対する回転周期の比が、第二演算装置によって求められた基準周期と異常な振動の周期との比と同じとなる歯車が、異常が生じている歯車である。
すなわち、本発明にかかる歯車診断装置では、請求項１記載の歯車診断方法を用いて、歯車の診断を行うことができる。

また、本発明の請求項６にかかる歯車診断装置は、請求項５に記載の歯車診断装置において、前記歯車同士の回転周期の比を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶される情報に基づいて、前記歯車のうち、前記基準歯車との回転周期の比が、前記基準周期と前記異常な振動の周期との比に等しい歯車を特定する判別装置とを設けたことを特徴とする。

このように構成される歯車診断装置では、駆動力伝達装置に設けられる複数の歯車の中から、異常が生じている歯車を自動的に特定することができる。

また、本発明の請求項７にかかる歯車診断装置は、請求項５または６に記載の歯車診断装置において、前記歯車のうちの少なくともいずれか一つについてその振動の振幅を測定する振幅測定装置と、該振幅測定装置の測定値から前記歯車の振幅の確率密度関数を求める第一演算装置と、前記確率密度関数の値が、予め定められた基準値に達した場合には異常が生じているものと判定し、そうでない場合には正常であると判定する判定装置とを設けたことを特徴とする

このように構成される歯車診断装置では、振幅測定装置によって動力伝達機構の歯車のうちの少なくともいずれか一つの振幅が測定され、この測定結果に基づいて、第一演算装置によって確率密度関数の値が求められる。
このようにして得られた確率密度関数の値は、判定装置に送り込まれて、判定装置は、この確率密度関数の値に基づいて、異常が生じているかどうかの判定を下す。
具体的には、判定装置は、確率密度関数の値が予め定められた基準値以上であれば異常が生じており、基準値未満であれば正常であると判定する。
このように構成される歯車診断装置では、歯車のうちの少なくともいずれか一つについて求められた振動の振幅の確率密度関数の値に基づいて、歯車に異常が生じているかどうかを判定することができる。
ここで、歯車の振動の振幅の計測は、直接計測のほか、歯車を支持する歯車回転軸やこれを支持する軸受に生じた振動を計測したり、動力伝達機構において歯車を納めるケーシングに生じた振動を計測することによって間接的に計測してもよい。そして、異常が生じている場合には、請求項１に記載の歯車診断方法によって、異常が生じている歯車を特定することができる。
すなわち、歯車に異常が生じているかどうかの判定から、異常が生じている歯車の特定までを、動力伝達機構を分解したりせずに、また停止させることもなく、行うことができる。

本発明にかかる歯車診断方法並びに歯車診断装置によれば、動力伝達機構を分解したりせずに、また動力伝達機構を動作させたままの状態で、歯車の状態を検出することが可能である。

以下に、本発明の一実施形態について、図１から図６を参照して説明する。
本実施形態にかかる歯車診断装置１は、図示せぬ入力軸に入力された回転を複数の歯車を用いて増速または減速して出力軸に伝達する動力伝達機構ＰＴの、歯車の状態を検出するものである。
ここで、まず、動力伝達機構ＰＴの構成について説明する。動力伝達機構ＰＴは、ケーシングＫと、ケーシングＫ内に設けられる複数の歯車と、この歯車を同軸にしてかつ軸周りの相対回転を規制して支持する歯車回転軸Ｐと、歯車回転軸Ｐを軸線周りに回転可能にして支持する軸受とが設けられたものである。

本実施形態にかかる歯車診断装置１は、図１に示すように、動力伝達機構ＰＴに設けられる軸受のうちの一つである軸受Ｂに設けられる加速度センサ２と、加速度センサ２の出力信号Ｖを増幅する第一増幅器３と、第一増幅器３の出力信号等に対する演算処理と処理結果その他の情報の保存とを行うＣＰＵ部４とを有している。
また、歯車診断装置１は、ＣＰＵ部４の処理結果その他の情報を表示する表示装置５と、ＣＰＵ部４の処理結果に基づいて歯車の状態を判定する判定装置と、オペレーターがＣＰＵ部の演算部に指令信号を送るためのコンソールＣとを有している。なお、本実施の形態では、ＣＰＵ部４は、判定装置も兼ねている。
ここで、加速度センサ２は、軸受のうち、ケーシングＫ外に設けられる軸受Ｂに対して、例えばボルト止め等によって装着されている。また、ＣＰＵ部４は、中央演算処理ユニット等の演算部（図示せず）と、メモリ等からなる記憶部Ｍとを有している。これら加速度センサ２とＣＰＵ部４とは、歯車の振幅を測定する振幅測定装置、及び歯車の振動を測定する振動測定装置を構成している。また、記憶部Ｍには、予め各歯車同士の回転周期の比の値が入力されている。ＣＰＵ部４は、この記憶部Ｍに入力された情報に基づいて、異常が生じている歯車を特定する判別装置を構成している。

また、第一増幅器３の出力系統は、二股に分岐されており、そのうちの一方にはＣＰＵ部４が接続され、他方には、第一増幅器３の出力信号をさらに増幅する第二増幅器１１が接続されている。
第二増幅器１１には、音声出力装置１２が接続されていて、この音声出力装置１２によって、第二増幅器１１の出力信号、すなわち第一、第二増幅器３，１１によって増幅された加速度センサ２の出力信号を音声として出力することができるようになっている。
本実施の形態では、音声出力装置１２を、第二増幅器１１に対して着脱可能にして接続されるヘッドホンによって構成している。

ここで、第一増幅器３と第二増幅器１１との間には、配線のみからなる第一ラインＬ１と、この第一ラインＬ１と並列にして設けられたフィルタ１３を有する第二ラインＬ２と、これら第一、第二ラインＬ１，Ｌ２のうちのいずれか一方のみを第一増幅器３に選択的に接続可能な切替器１４とが設けられている。
すなわち、切替器１４を操作して、第一ラインＬ１によって第二増幅器１１と第一増幅器３とを接続することで、加速度センサ２の出力信号の全周波数成分が音声出力装置１２に入力されるようになっている。また、切替器１４を操作して、第二ラインＬ２によって第二増幅器１１と第一増幅器３とを接続することで、加速度センサ２の出力信号のうち、所定の周波数成分を除いたものが音声出力装置１２に入力されるようになっている。
本実施の形態では、フィルタ１３として、入力された信号から、診断において重要でない周波数成分（ここでは１００Ｈｚ〜１００００Ｈｚ）の周波数成分を除去し、他の周波数成分は通過させるものを用いている。

また、歯車診断装置１には、動力伝達機構ＰＴの発する騒音の大きさを測定する騒音測定装置１６が設けられている。この騒音測定装置１６は、測定値をＣＰＵ部４に出力する構成とされている。

また、歯車診断装置１には、動力伝達機構ＰＴに設けられる歯車のうちの一つの歯車の回転を検出する基準周期測定装置２１が設けられている（以下、基準周期測定装置２１によって回転周期が測定される歯車を「基準歯車Ｇ」と呼ぶ）。本実施の形態では、加速度センサ２による振動の検出対象である歯車を、基準歯車Ｇとしている。ここで、ＣＰＵ部４の記憶部Ｍには、基準歯車Ｇと他の全ての歯車との回転周期の比が予め記憶されている。
基準周期測定装置２１は、例えば、基準歯車Ｇを支持する歯車回転軸Ｐの周面に設けられるインデックス２２と、基準歯車Ｇを支持する歯車回転軸Ｐにおいてインデックス２２に対向する位置に設けられて、歯車回転軸Ｐの回転に伴うインデックス２２の通過を非接触で検出する非接触型センサ２３と、非接触型センサ２３の検出信号Ｄに基づいて歯車回転軸Ｐの回転を検出する回転検出器２４とを有している。
ここで、非接触型センサ２３としては、例えば光学センサが用いられる。

また、基準周期測定器２１の後段には、その検出信号Ｄの周波数を調整する周期調整装置２６が設けられている。具体的には、周期調整装置２６は、図示しないが、基準周期測定器２１の検出信号Ｄの周期を任意の割合に縮小する（周波数を任意倍にする）逓倍機と、検出信号Ｄの周期を任意倍にする（周波数を任意の割合に縮小する）分周器とを有している。
この周期調整装置２６は、その模擬検出信号ＤａをＣＰＵ部４に送出する一方で、ＣＰＵ部４からは、周波数の倍率または縮小割合を指定する指令が信号として入力されるようになっている。

以下、このように構成される歯車診断装置１による歯車の診断方法について、図２のフローチャートを参照して説明する。
まず、動力伝達機構ＰＴを動作させた状態で、加速度センサ２の出力信号Ｖを、ＣＰＵ部４に取り込む（ステップＳ１）。ここで、加速度センサ２は軸受Ｂに設けられているのであるが、軸受Ｂには、軸受Ｂに支持される歯車回転軸Ｐを介して、基準歯車Ｇの振動が伝達される。すなわち、加速度センサ２の出力信号Ｖは、基準歯車Ｇの振動の情報を含んでいる。
また、動力伝達機構ＰＴに設けられる各歯車は、いずれも直接、または他の歯車を介して間接的に噛み合わされていて、それぞれに生じた振動が相互に伝達される。このため、基準歯車Ｇの振動は、他の歯車の振動の情報も含んでいる。
そして、ＣＰＵ部４は、この加速度センサ２の出力信号Ｖから、基準歯車Ｇの振動レベル、すなわち加速度（ｍ／ｓ^２）と振幅（ｍ）とを検出して、この情報に基づいて基準歯車Ｇの状態を検出する（ステップＳ２）。

ＣＰＵ部４は、加速度センサ２から得た基準歯車Ｇの振幅の情報から、基準歯車Ｇの振幅の確率密度関数の値を求める（ステップＳ３）。
ここで、基準歯車Ｇの振幅の確率密度関数（振幅分布）とは、図３のグラフに示すように、加速度センサ２の出力信号Ｖの波形ｘ（ｔ）において、その振幅値がｘとｘ＋Δｘの間の区間に入る時間の和Δｔ_１+Δｔ_２＋…＋Δｔｎの全観測時間Ｔに対する割合、すなわち確率である。
ＣＰＵ部４の記憶部Ｍは、メモリを有しており、メモリは、図３において振幅方向に幅Δｘ刻みで区切られた各区間に対応したアドレスを有している。各アドレスでは、対応する区間に出力信号の波形が入った回数が記憶されるようになっている。
そして、ＣＰＵ部４は、各アドレスの値に対して、それぞれ対応する振幅の値を乗算した値の合計値を、確率密度関数の値として保持するようになっている。

ここで、動力伝達機構ＰＴが正常である場合には、基準歯車Ｇに生じる振動の振幅はほぼ一定の範囲内で推移するため、振幅の分布は、図４（ａ）に示すように、ほぼ正規分布に近い形状となる。
一方、動力伝達機構ＰＴにおいて、歯車に傷等があったり、歯車がゴミ等の異物を噛み込んでいた場合には、図４（ｂ）に示すように、傷のある部分や異物が歯車同士の噛み合い部分に位置しているごく短い時間だけ、正常時に比べて、基準歯車Ｇに生じる振動の振幅は大きく変動する。このため、振幅の分布は、正規分布よりも裾野が広がった形状となる。すなわち、確率密度関数の値が、正常時に比べて大きくなる。
なお、図４（ａ）と図４（ｂ）とでは、グラフの縦軸のオーダーが一桁違っている。これらの確率密度関数の大きさ及び形状の比較のために、図４（ｂ）中に、図４（ａ）に示した確率密度関数のグラフを破線で示した。

この歯車診断装置１では、上記のように、歯車の状態が、振幅の確率密度関数の大小に影響することを利用して、動力伝達機構ＰＴの歯車に異常が生じているかどうかの判定を行う。具体的には、ＣＰＵ部４に設けられた判定装置によって、確率密度関数の値を、予め定められた基準値と比較し、確率密度関数の値が、基準値に達した場合には異常が生じていると判定し、そうでない場合には正常であると判断する（ステップＳ４）。この判断結果は、表示装置５に表示されて、オペレーターに伝えられる。
なお、歯車の状態の判定に用いる基準値は、例えば実験やシミュレーションの結果等に基づいて求められるものである。
ここで、動力伝達機構ＰＴに設けられる各歯車は、いずれも直接、または他の歯車を介して間接的に噛み合わされていて、それぞれに生じた振動が相互に伝達される。このため、この歯車診断方法では、基準歯車Ｇに生じた振動の振幅について測定することで、全ての歯車について診断を行うことができる。

そして、ＣＰＵ部４が歯車に異常が生じていると判断した場合、次の段階に移行して、具体的にどの歯車に異常が生じているのかを調べる。なお、歯車に異常が生じていないと判断された場合にも、確率密度関数を用いた歯車の診断を継続して行うことで、その状態の時間的変化を観察することができ、この情報に基づいて、異常が生じる可能性を察知したり、歯車の寿命の予測を行うことができる。

以下、本実施形態にかかる歯車診断装置１による、歯車診断の第二段階について、図２を用いて説明する。この段階では、基準歯車Ｇに生じる振動の周期に基づく歯車の診断を行う。
具体的には、まず、基準周期測定装置２１によって、基準歯車Ｇの回転を検出する。ここで、基準周期測定装置２１の回転検出器２４からは、図１及び図５に示すように、基準歯車Ｇの回転周期と同一の周期でパルスが現れる検出信号Ｄが出力されている。
この検出信号Ｄは、周期調整装置２６に入力されて、その回転周期が調整された模擬検出信号Ｄａとして(ステップＳ５)、ＣＰＵ部４及び表示装置５に送られる。そして、表示装置５では、図１及び図５に示すように、模擬検出信号Ｄａの波形が表示される。

ＣＰＵ部４は、周期調整装置２６の動作を制御して、例えば、診断開始時点では、模擬検出信号Ｄａの周期を、全ての歯車の回転周期よりも長くなるようにしておき、次第にその周期を短くするように制御する。また、これとは逆に、診断開始時点では模擬検出信号Ｄａの周期を長くするようにしてもよい。つまりは、模擬検出信号Ｄａの周期が、全ての歯車の周期が含まれる帯域を掃引する構成であれば、掃引する向きはどちらでもよい。

また、図１及び図５に示すように、加速度センサ２の出力信号Ｖ、すなわち加速度センサ２を用いて検出された歯車の振動パターンも、表示装置５に表示される。
そして、ＣＰＵ部４によって、加速度センサ２の出力信号Ｖ中における異常な振動の発生周期Ｔ１（ｓｅｃ）と、周期調整装置２６の検出信号Ｄａ中のパルスの発生周期Ｔｐ（ｓｅｃ）とが同一となるように、周期調整装置２６の動作が制御される。なお、この操作は、オペレーターが表示装置５上の表示に基づいて目視によって行ってもよい。

このように出力信号Ｖ中の異常な振動の発生周期Ｔ１と、周期調整装置２６の検出信号Ｄ中のパルスの発生周期Ｔｐとをほぼ同一とした状態で、周期調整装置２６による模擬検出信号Ｄａの周期の変化量を確認する（ステップＳ７）。この値は、基準周期測定装置２１から出力された直後の検出信号Ｄの周期を基準周期Ｔｂとすると、周期Ｔｂと模擬検出信号Ｄａの周期Ｔａとの比Ｔｐ／Ｔｂで表される。

異常な振動が周期的に検出されるということは、この周期Ｔ１で回転する歯車になんらかの異常が生じているものと思われる。
基準周期Ｔｂと異常な振動の周期Ｔ１との比は、基準歯車Ｇと、異常が生じている歯車との回転周期の比であるから、基準歯車Ｇに対する回転周期の比が前記比と同じとなる歯車が、異常が生じている歯車である。
すなわち、動力伝達機構ＰＴを構成する歯車のうち、基準歯車Ｇに対する回転周期の比がＴｐ／Ｔｂとなる歯車に、なんらかの異常が生じていると判断する。

この歯車検査装置１では、ＣＰＵ部４に設けられる判別装置が、予め記憶部Ｍに記憶された、歯車同士の回転周期の比の値に基づいて、歯車の中から、基準歯車Ｇとの回転周期の比が、Ｔｐ／Ｔｂとなる歯車を特定する（ステップＳ８）。この判別結果は、ＣＰＵ部４に記録されるとともに、表示装置５によって表示される。

このようにして、異常が生じている歯車を特定し、必要に応じて、適宜時期に、動力伝達装置Ｔのメンテナンスを行う。
ここで、この回転周期の比を用いた歯車の診断は、第一段階の診断と並行して行ってもよい。そして、この回転周期の比を用いた歯車の診断を継続して行うことで、各歯車についてその状態の時間的変化を観察することができ、この情報に基づいて、各歯車のそれぞれについて個別に、異常が生じる可能性を察知したり、歯車の寿命の予測を行うことができる。

ここで、本実施の形態では、基準回転周期の周波数を周期調整装置２６によって変化させて、基準回転周期一回あたりに加速度センサが異常値を一回検出するようにした例を示したが、これに限られることなく、例えば基準回転周期一回あたりに加速度センサ２が異常値を検出する回数がＮ回である場合には、異常が生じている歯車は、基準歯車ＧよりもＮ倍早く回転している歯車であると判断してもよい。この場合には、周期調整装置２６が不要になり、構成をより簡略化することができる。
また、この歯車検査装置１では、加速度センサ２の出力信号は、音声出力装置１２から音声として出力することが可能である。これにより、上記のように各種装置を用いなくとも、音声出力装置１２から出力される音声に基づいて、加速度センサ２の出力信号中の異常な振幅の値の発生周期Ｔ１の検出が可能である。そして、このようにして求めた異常な振幅の発生周期Ｔ１と各歯車の回転周期とを比較することで、異常が生じている歯車を特定することが可能である。

本実施形態にかかる歯車診断装置１は、上記第一、第二段階の診断に加えて、さらに、騒音測定装置１６による診断も行うことができる。
具体的には、ＣＰＵ部４には、騒音測定装置１６の測定信号が入力されており、ＣＰＵ部４は、騒音測定装置１６が測定した騒音レベル（ｄＢＡ）が、予め定められた基準値を超えた場合には異常が生じていると判断して、その旨表示装置５に表示させる。

また、この歯車診断装置１は、上記第一、第二段階の診断による結果と、騒音レベルによる診断の結果とのうちの少なくとも二つの判断要素を個別に重み付けし、これら重み付けした各判断要素に基づいて歯車の状態を判断する構成も有している。
具体的には、図２に示すように、ＣＰＵ部４に設けられる判定装置によって、確率密度関数の大きさ、振動レベルの大きさ、騒音レベルの大きさについてそれぞれレベルを判定して、数値化する(ステップＳ９，Ｓ１０，Ｓ１１）。ここで、この判定基準の一例を、図６（ａ）に示す。
例えば、確率密度関数の値が１０である場合には、その判定結果は０．１である。また、振動レベルが８Ｇである場合には、その判定結果は０．５である。そして、騒音レベルが８０ｄＢａである場合には、その判定結果は０．１である。
このようにして数値化された判定結果を、ＣＰＵ部４に設けられる加算器に入力して加算する（ステップＳ１２）。上記の例では、判定結果の合計は、０．１＋０．５＋０．１＝０．７となる。

そして、加算器の出力は、ＣＰＵ部４に設けられる評価器に入力される。評価器としては、入力値が設定範囲内にある場合に正常であると評価する第一評価器と、入力値が設定範囲内にある場合には要注意と評価する第二評価器と、入力値が設定範囲内にある場合には異常が生じていると評価する第三評価器とが設けられていて、それぞれ入力された値に対して評価を返す（ステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１５）。
ここで、これら第一〜第三評価器の設定値の一例について、図６（ｂ）に示す。上記の例では、判定結果の合計は０．７であるので、第一評価器によって”正常”と評価される。
これらの評価結果は、ＣＰＵ部４の記憶部Ｍに時間情報とともに記憶され、また表示装置５上にも表示される。

このようにして各診断結果に重み付けを行って評価することで、歯車の状態を過大又は過小評価することなく的確に判断することができる。また、使用環境等に応じて各判定要素に付す重みを変化させることもできることと相俟って、歯車の状態の良否判断を的確且つ確実になすことができ、歯車の損傷発生防止を図ることができる。

以上述べたように、本実施形態にかかる歯車診断装置１では、歯車の振動の状態を計測し、これによって得た情報から、歯車に異常が生じているかどうかを判定することができる。さらに、歯車に異常が生じている場合には、動力伝達装置を分解することなく、さらに動かした状態のままで、どの歯車に異常が生じているのかを検出することができるので、動力伝達機構の歯車の状態を容易に診断することができる。

そして、この歯車診断装置１による歯車の診断を継続して行うか、または定期的に行うことで、診断結果の推移から、歯車に異常が生じる可能性の予測や、歯車の寿命の予測を行うことができる。

ここで、本実施の形態では、歯車の振動を検出する手段として、加速度センサ２を、歯車により近い部材である軸受Ｂに設けているので、歯車の振動をより正確に検出することができる。また、加速度センサ２は単に軸受Ｂに固定するだけでよく、取り付け位置の微調整等の作業が不要である。特に、本実施の形態では、加速度センサ２は、ケーシングＫ外に設けられる軸受Ｂに設けられているので、設置が容易であるとともに、脱落して歯車に巻き込まれてしまう恐れがない。

本発明の一実施形態にかかる歯車診断装置の構成を示す図である。図１に示す歯車診断装置の処理の流れを示すフローチャートである。図１に示す歯車診断装置による歯車診断の原理を示す図である。図１に示す歯車診断装置による歯車診断の原理を示す図である。図１に示す歯車診断装置の表示部による表示の一例を示す図である。図１に示す歯車診断装置による歯車診断の基準を示す図である。

符号の説明

１歯車診断装置
２加速度センサ（振幅測定装置、振動測定装置）
４ＣＰＵ部（振幅測定装置、振動測定装置、第一、第二演算装置、判定装置、判別装置）
１２音声出力装置
２１基準周期測定装置
Ｇ基準歯車
Ｍ記憶部
Ｔ動力伝達機構

Claims

入力軸に入力された回転を複数の歯車を用いて増速または減速して出力軸に伝達する動力伝達機構の、前記歯車の状態を検出する歯車診断方法であって、
前記複数の歯車のうちの一部の歯車についてその振動を測定して、異常な振動が検出される周期を求め、
前記歯車のうち、回転周期を把握可能な歯車を基準歯車とするとともに該基準歯車の回転周期を基準周期とし、
前記歯車のうち、前記基準歯車に対する回転周期の比が、前記基準周期と前記異常な振動の周期との比に等しい歯車を、異常が生じている歯車と特定することを特徴とする歯車診断方法。
入力軸に入力された回転を複数の歯車を用いて増速または減速して出力軸に伝達する動力伝達機構の、前記歯車の状態を検出する歯車診断方法であって、
前記歯車のうちの少なくともいずれか一つについてその振動の振幅を測定し、
該振幅の確率密度関数を求めて、
該確率密度関数の値が、予め定められた基準値に達した場合には異常が生じているものとし、そうでない場合には正常であると判定し、
異常が生じている場合には、請求項１に記載の歯車診断方法によって異常が生じている歯車を特定することを特徴とする歯車診断方法。
入力軸に入力された回転を複数の歯車を用いて増速または減速して出力軸に伝達する動力伝達機構の、前記歯車の状態を検出する歯車診断方法であって、
請求項１に記載の歯車診断方法を用いて異常が生じている歯車を特定するとともに、前記歯車のうちの少なくともいずれか一つについて求められた振動の振幅の確率密度関数の値と、前記歯車から生じる騒音の大きさとのうちの少なくともいずれか一方の判断要素を個別に重み付けし、これら重み付けした各判断要素に基づいて前記歯車の状態を判断することを特徴とする歯車診断方法。
入力軸に入力された回転を複数の歯車を用いて増速または減速して出力軸に伝達する動力伝達機構の、前記歯車の状態を検出する歯車診断方法であって、
請求項１に記載の歯車診断方法を用いて異常が生じている歯車を特定するとともに、前記歯車のうちの少なくともいずれか一つについて求められた振動の振幅の確率密度関数の値と、前記歯車から生じる騒音の大きさとのうちの少なくとも一つ以上の判断要素の時間的変化を観察し、その時間的変化の傾向に基づいて前記歯車の状態を判断することを特徴とする歯車診断方法。
入力軸に入力された回転を複数の歯車を用いて増速または減速して出力軸に伝達する動力伝達機構の、前記歯車の状態を検出する歯車診断装置であって、
前記複数の歯車のうちの一部の歯車についてその振動を測定する振動測定装置と、
前記歯車のうちの一つである基準歯車の回転周期である基準周期と前記異常な振動の周期との比を求める第二演算装置とを有していることを特徴とする歯車診断装置。
請求項５に記載の歯車診断装置において、
前記歯車同士の回転周期の比を記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶される情報に基づいて、前記歯車のうち、前記基準歯車との回転周期の比が、前記基準周期と前記異常な振動の周期との比に等しい歯車を特定する判別装置とを設けたことを特徴とする歯車診断装置。
請求項５または６に記載の歯車診断装置において、
前記歯車のうちの少なくともいずれか一つについてその振動の振幅を測定する振幅測定装置と、
該振幅測定装置の測定値から前記歯車の振幅の確率密度関数を求める第一演算装置と、
前記確率密度関数の値が、予め定められた基準値に達した場合には異常が生じているものと判定し、そうでない場合には正常であると判定する判定装置とを設けたことを特徴とする歯車診断装置。