JPH0777218A - 荷重測定可能なころ軸受 - Google Patents
荷重測定可能なころ軸受Info
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- JPH0777218A JPH0777218A JP6198980A JP19898094A JPH0777218A JP H0777218 A JPH0777218 A JP H0777218A JP 6198980 A JP6198980 A JP 6198980A JP 19898094 A JP19898094 A JP 19898094A JP H0777218 A JPH0777218 A JP H0777218A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
- F16C23/06—Ball or roller bearings
- F16C23/08—Ball or roller bearings self-adjusting
- F16C23/082—Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface
- F16C23/086—Ball or roller bearings self-adjusting by means of at least one substantially spherical surface forming a track for rolling elements
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- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
- F16C19/522—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions related to load on the bearing, e.g. bearings with load sensors or means to protect the bearing against overload
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- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/34—Rollers; Needles
- F16C33/36—Rollers; Needles with bearing-surfaces other than cylindrical, e.g. tapered; with grooves in the bearing surfaces
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- F16C41/008—Identification means, e.g. markings, RFID-tags; Data transfer means
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- G—PHYSICS
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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- G01L5/0009—Force sensors associated with a bearing
- G01L5/0019—Force sensors associated with a bearing by using strain gages, piezoelectric, piezo-resistive or other ohmic-resistance based sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01M13/04—Bearings
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- F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
- F16C19/34—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
- F16C19/38—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers
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-
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- F16C2300/10—Application independent of particular apparatuses related to size
- F16C2300/14—Large applications, e.g. bearings having an inner diameter exceeding 500 mm
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 簡単な構成で実用的な荷重測定可能なころ軸
受を提供することを目的とする。 【構成】 軸受に作用する荷重を測定するためのセンサ
ーと、軸受荷重を表す該センサーからの信号を記録し、
処理し、評価する手段とを有するものにおいて、各列の
ころ列について少なくとも一つのころ(4a,4b)に
少なくとも一つの中空孔(7)が形成され、該中空孔
(7)内に少なくとも一つのセンサー(8)及び増幅/
送信手段(9,10)が設けられ、該増幅/送信手段は
センサーからの信号を非回転軌道輪に取りつけられた受
信器(11)に送信するようになっており、該受信器
(11)は信号処理のための外部装置に接続されてい
る。
受を提供することを目的とする。 【構成】 軸受に作用する荷重を測定するためのセンサ
ーと、軸受荷重を表す該センサーからの信号を記録し、
処理し、評価する手段とを有するものにおいて、各列の
ころ列について少なくとも一つのころ(4a,4b)に
少なくとも一つの中空孔(7)が形成され、該中空孔
(7)内に少なくとも一つのセンサー(8)及び増幅/
送信手段(9,10)が設けられ、該増幅/送信手段は
センサーからの信号を非回転軌道輪に取りつけられた受
信器(11)に送信するようになっており、該受信器
(11)は信号処理のための外部装置に接続されてい
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は軸受荷重を大きさと方向
にて検知し決定することのできるころ軸受に関するもの
である。
にて検知し決定することのできるころ軸受に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】大型のころ軸受を主として用いる分野で
は、軸受を使用した装置のプロセス制御の見地から、軸
受の瞬時の荷重を決定できるということに関心がもたれ
ている。これが決定できると、例えば鉱山機械の軸受荷
重について言えば、機械に対する鉱石の充填の度合いを
制御できる。又、適正値からの変動が種々の誤作動ある
いは軸受の損傷を示すので、軸受荷重により軸受の状況
を継続的に監視することも可能である。
は、軸受を使用した装置のプロセス制御の見地から、軸
受の瞬時の荷重を決定できるということに関心がもたれ
ている。これが決定できると、例えば鉱山機械の軸受荷
重について言えば、機械に対する鉱石の充填の度合いを
制御できる。又、適正値からの変動が種々の誤作動ある
いは軸受の損傷を示すので、軸受荷重により軸受の状況
を継続的に監視することも可能である。
【0003】このような目的のために、力の測定を行え
る種々の形式の軸受が提案されており、それらによる
と、力や荷重は内輪そして/又は外輪に設けられたスト
レーンゲージトランスジューサで測定されている。運転
中に生ずる荷重の変動の影響により、トランスジューサ
の電気抵抗値が測定可能な程度に変化し、これによりA
M(振幅変調)搬送波周波数系の原理により荷重変動
が、振幅により測定値を示す搬送波周波数を生ずる。
る種々の形式の軸受が提案されており、それらによる
と、力や荷重は内輪そして/又は外輪に設けられたスト
レーンゲージトランスジューサで測定されている。運転
中に生ずる荷重の変動の影響により、トランスジューサ
の電気抵抗値が測定可能な程度に変化し、これによりA
M(振幅変調)搬送波周波数系の原理により荷重変動
が、振幅により測定値を示す搬送波周波数を生ずる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の装置にあっては、内外輪が多数のストレーンゲー
ジトランジューサを備えていなければならないと同時
に、比較的に複数でしたがって高価となる軸受のキャリ
ブレーションが要求されるということを意味する。又、
他のものにあっては、不完全な面があり、例えば米国特
許第4,203,319号に開示されている。
従来の装置にあっては、内外輪が多数のストレーンゲー
ジトランジューサを備えていなければならないと同時
に、比較的に複数でしたがって高価となる軸受のキャリ
ブレーションが要求されるということを意味する。又、
他のものにあっては、不完全な面があり、例えば米国特
許第4,203,319号に開示されている。
【0005】本発明は、荷重検知軸受、特に、大型軸受
において従来装置の有していた問題を解決することを目
的とする。
において従来装置の有していた問題を解決することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は軸受に作用する荷重を測定するためのセンサーと、
軸受荷重を表す該センサーからの信号を記録し、処理
し、評価する手段とを有するものにおいて、各列のころ
列について少なくとも一つのころに少なくとも一つの中
空孔が形成され、該中空孔内に少なくとも一つのセンサ
ー及び増幅/送信手段が設けられ、該増幅/送信手段は
センサーからの信号を非回転軌道輪に取りつけられた受
信器に送信するようになっており、該受信器は信号処理
のための外部装置に接続されていることにより達成され
る。
的は軸受に作用する荷重を測定するためのセンサーと、
軸受荷重を表す該センサーからの信号を記録し、処理
し、評価する手段とを有するものにおいて、各列のころ
列について少なくとも一つのころに少なくとも一つの中
空孔が形成され、該中空孔内に少なくとも一つのセンサ
ー及び増幅/送信手段が設けられ、該増幅/送信手段は
センサーからの信号を非回転軌道輪に取りつけられた受
信器に送信するようになっており、該受信器は信号処理
のための外部装置に接続されていることにより達成され
る。
【0007】
【作用及び効果】かかる構成の本発明では、ころに作用
する実際の荷重がころにて直接測定され、キャリブレー
ションを行える。これらは、排除することができるよう
なケーシング等の影響を排除するのに必要である。この
ことは、本発明による荷重測定可能な軸受は、従来の荷
重測定可能な軸受に比して、実用的な完成された製品と
なり、組込後も最初のそしてそれに続くキャリブレーシ
ョンが可能である。
する実際の荷重がころにて直接測定され、キャリブレー
ションを行える。これらは、排除することができるよう
なケーシング等の影響を排除するのに必要である。この
ことは、本発明による荷重測定可能な軸受は、従来の荷
重測定可能な軸受に比して、実用的な完成された製品と
なり、組込後も最初のそしてそれに続くキャリブレーシ
ョンが可能である。
【0008】
【実施例】以下、添付図面にもとづき本発明の実施例に
ついて説明する。
ついて説明する。
【0009】図1には、複列の球面ころ軸受1が断面に
て示されている。該軸受1は、外輪2、そして該外輪2
内に配された内輪3、外輪2と内輪3の間で保持器6に
より保持されている複数のころ4、そして各列のころを
分離しているスペーサリング5とを有している。本発明
によると、各列にてころ4a,4bがそれぞれ同心の中
空孔7が形成されていて、その中に少なくとも一箇のセ
ンサー8、例えばストレーンゲージトランスジューサー
が設けられており、該ストレーンゲージトランスジュー
サーは好ましくは周方向に向け取りつけられ、小型の増
幅器/送信器9に接続されている。該増幅器/送信器も
上記中空孔7内に取りつけられている。小さなコイル1
0が、上記中空孔7内の上記増幅器/送信器9に接続さ
れて取りつけられている。その端部はころ4a,4bの
中空孔7から突出している。このコイル10は測定用の
ころ内に設けられ、静止せる軸受軌道輪、本例にあって
は外輪2に設けられた大きな静止コイル11との間で送
受信する。本例では静止せる外側のコイル11は、例え
ば端面にてねじにより取りつけられたリテイナーリング
12によって外輪2に固定されているが、勿論、静止コ
イル11は静止軌道輪の端面に接着されることができる
し、又軸受を包囲するハウジング(図示せず)に他の手
段で取りつけることとしてもよい。
て示されている。該軸受1は、外輪2、そして該外輪2
内に配された内輪3、外輪2と内輪3の間で保持器6に
より保持されている複数のころ4、そして各列のころを
分離しているスペーサリング5とを有している。本発明
によると、各列にてころ4a,4bがそれぞれ同心の中
空孔7が形成されていて、その中に少なくとも一箇のセ
ンサー8、例えばストレーンゲージトランスジューサー
が設けられており、該ストレーンゲージトランスジュー
サーは好ましくは周方向に向け取りつけられ、小型の増
幅器/送信器9に接続されている。該増幅器/送信器も
上記中空孔7内に取りつけられている。小さなコイル1
0が、上記中空孔7内の上記増幅器/送信器9に接続さ
れて取りつけられている。その端部はころ4a,4bの
中空孔7から突出している。このコイル10は測定用の
ころ内に設けられ、静止せる軸受軌道輪、本例にあって
は外輪2に設けられた大きな静止コイル11との間で送
受信する。本例では静止せる外側のコイル11は、例え
ば端面にてねじにより取りつけられたリテイナーリング
12によって外輪2に固定されているが、勿論、静止コ
イル11は静止軌道輪の端面に接着されることができる
し、又軸受を包囲するハウジング(図示せず)に他の手
段で取りつけることとしてもよい。
【0010】静止コイル11は、ころ4a,4b内に配
されたコイル10にエネルギーを供給し、中空孔7内の
コイル10は継続的に荷重データをセンサー8からの歪
値という形で送り出し、この値は測定装置が取りつけら
れているころ4a,4bが連続的に受ける力や荷重を示
す。軸受荷重の測定値を連続して得るように、ハウジン
グ等(図示せず)に設けられた別のコイルによって、軸
受の特定点が通過するときにころの測定装置がパルスを
生ずるようにすることもできる。こうすることにより、
軸受の回転位置を知ることができ、また、その結果、荷
重の方向を決定することができる。こうしてコイルは信
号の伝達と同様に増幅器/送信器にエネルギーを供給す
るために用いられる。
されたコイル10にエネルギーを供給し、中空孔7内の
コイル10は継続的に荷重データをセンサー8からの歪
値という形で送り出し、この値は測定装置が取りつけら
れているころ4a,4bが連続的に受ける力や荷重を示
す。軸受荷重の測定値を連続して得るように、ハウジン
グ等(図示せず)に設けられた別のコイルによって、軸
受の特定点が通過するときにころの測定装置がパルスを
生ずるようにすることもできる。こうすることにより、
軸受の回転位置を知ることができ、また、その結果、荷
重の方向を決定することができる。こうしてコイルは信
号の伝達と同様に増幅器/送信器にエネルギーを供給す
るために用いられる。
【0011】図2には、本発明の軸受の要部が拡大して
示されている。この軸受では、ころ4bが測定装置を有
していることが明瞭に示されている。図ではストレーン
ゲージトランスジューサーの形態のセンサー8がどのよ
うに中空孔7の壁面に取りつけられているかは省略され
ている。
示されている。この軸受では、ころ4bが測定装置を有
していることが明瞭に示されている。図ではストレーン
ゲージトランスジューサーの形態のセンサー8がどのよ
うに中空孔7の壁面に取りつけられているかは省略され
ている。
【0012】図3には、この発明による軸受の各ころ列
のころにおけるセンサーから発せられる信号がコイルを
経てどのようにコンピュータ13に伝達されるかの概要
が示されている。このコンピュータでは信号は、本発明
の核心ではない方法によって処理され評価される。
のころにおけるセンサーから発せられる信号がコイルを
経てどのようにコンピュータ13に伝達されるかの概要
が示されている。このコンピュータでは信号は、本発明
の核心ではない方法によって処理され評価される。
【0013】この形式の軸受では、軸方向同様軸受面で
の軸受荷重の大きさ及び方向が簡単かつ信頼できる方法
で測定できる。この軸受荷重の大きさ及び方向は、プロ
セスの結果に影響をもたらす調整済の力及び荷重のもと
で軸受を作動させるプロセスを最適とするのに重要であ
る。
の軸受荷重の大きさ及び方向が簡単かつ信頼できる方法
で測定できる。この軸受荷重の大きさ及び方向は、プロ
セスの結果に影響をもたらす調整済の力及び荷重のもと
で軸受を作動させるプロセスを最適とするのに重要であ
る。
【0014】さらに、この方法によると、軸受の該動
作、たとえば、軸受が軸方向に荷重を受けるべきでない
場合に突然軸方向荷重を受けたときを知ることができ
る。
作、たとえば、軸受が軸方向に荷重を受けるべきでない
場合に突然軸方向荷重を受けたときを知ることができ
る。
【0015】これに加え、得られた測定結果のもとに、
軸受の内部荷重分布を知ることができる。これは、設計
段階で軸受の寿命を算出するのに重要であり、又軸受の
組込時に荷重分布を調整できる。
軸受の内部荷重分布を知ることができる。これは、設計
段階で軸受の寿命を算出するのに重要であり、又軸受の
組込時に荷重分布を調整できる。
【0016】軸受の軌道面ところの面における直接的な
損傷も、ころの荷重を測定することにより検知できる。
損傷も、ころの荷重を測定することにより検知できる。
【0017】測定は、リアルタイムで連続的に行うこと
もできるし、ランダムサンプリングでもよい。そして本
実施例では複列の球面ころ軸受であったが、円筒ころ軸
受あるいは円錐ころ軸受さらには、球面スラストころ軸
受等にも適用できることは勿論である。
もできるし、ランダムサンプリングでもよい。そして本
実施例では複列の球面ころ軸受であったが、円筒ころ軸
受あるいは円錐ころ軸受さらには、球面スラストころ軸
受等にも適用できることは勿論である。
【0018】ストレーンゲージトランスジューサーとし
て図示されたセンサー8は中空孔7の軸線方向中央部に
位置するように設けられたが、中空孔7の両端部に設け
てもよいし、軸方向に分離配置してもよい。そしていく
つかのストレーンゲージトランスジューサーをブリッジ
の形に接続できる。
て図示されたセンサー8は中空孔7の軸線方向中央部に
位置するように設けられたが、中空孔7の両端部に設け
てもよいし、軸方向に分離配置してもよい。そしていく
つかのストレーンゲージトランスジューサーをブリッジ
の形に接続できる。
【0019】明細書及び図面では各ころの列で一つのこ
ろが測定装置を備えていた。しかし、装置の複雑化そし
てコストアップにはなるが各ころの列で一つ以上のころ
が測定装置を備えるようにしてもよい。
ろが測定装置を備えていた。しかし、装置の複雑化そし
てコストアップにはなるが各ころの列で一つ以上のころ
が測定装置を備えるようにしてもよい。
【0020】測定装置を備えるころには中心に貫通して
中空孔が形成されていたが、偏心位置に複数、例えば中
心に対して対称に四つの中空孔を形成することができ、
又そのとき中空孔も貫通形成されている必要はない。
中空孔が形成されていたが、偏心位置に複数、例えば中
心に対して対称に四つの中空孔を形成することができ、
又そのとき中空孔も貫通形成されている必要はない。
【0021】図示の例では、静止せるコイルところ4
a,4bに配された可動なコイルとの間の距離は誇張し
て大きく描かれているが、実際にはこの距離は数ミリメ
ートルで良い。
a,4bに配された可動なコイルとの間の距離は誇張し
て大きく描かれているが、実際にはこの距離は数ミリメ
ートルで良い。
【0022】図示の例では、センサーはストレーンゲー
ジトランスジューサーであり、又これで十分な機能を得
られるか他の形式のものであってもよい。
ジトランスジューサーであり、又これで十分な機能を得
られるか他の形式のものであってもよい。
【0023】ころ側からの信号の伝達そしてころ側への
エネルギーの供給は既述した方法以外も可能である。例
えば、無線送信やパルスを用いたマイクロ波技術等を用
いることができる。
エネルギーの供給は既述した方法以外も可能である。例
えば、無線送信やパルスを用いたマイクロ波技術等を用
いることができる。
【0024】本発明は図示あるいは既述された実施例に
限定されず、特許請求の範囲に記載の範囲で種々変更が
可能である。
限定されず、特許請求の範囲に記載の範囲で種々変更が
可能である。
【図1】本発明による複列球面ころ軸受の断面図であ
る。
る。
【図2】図1の軸受の要部の拡大断面図である。
【図3】コンピュータによる測定システムを示す概要図
である。
である。
2,3 軸受軌道輪 4a,4b ころ 7 中空孔 8 センサー 9,10 増幅/送信手段 11 受信手段
Claims (7)
- 【請求項1】 軸受に作用する荷重を測定するためのセ
ンサーと、軸受荷重を表す該センサーからの信号を記録
し、処理し、評価する手段とを有するものにおいて、各
列のころ列について少なくとも一つのころ(4a,4
b)に少なくとも一つの中空孔(7)が形成され、該中
空孔(7)内に少なくとも一つのセンサー(8)及び増
幅/送信手段(9,10)が設けられ、該増幅/送信手
段はセンサーからの信号を非回転軌道輪に取りつけられ
た受信器(11)に送信するようになっており、該受信
器(11)は信号処理のための外部装置に接続されてい
ることを特徴とする荷重測定可能なころ軸受。 - 【請求項2】 センサー(8)及び増幅/送信手段
(9,10)が収容されているころ(4a,4b)の中
空孔(7)は該ころ(4a,4b)の中心線上で同心と
なるように形成されていることとする請求項1に記載の
荷重測定可能なころ軸受。 - 【請求項3】 センサー(8)が設けられているころ
(4a,4b)からの信号の送信手段は小型化された送
信/増幅器(9)により形成され、該送信器/増幅器は
センサーと該センサーに接続されたコイル(10)とに
接続され、軸受の静止軌道輪(2;3)に設けられた受
信手段(11)と通信するようになっていることとする
請求項1又は請求項2に記載の荷重測定可能なころ軸
受。 - 【請求項4】 静止軌道輪に設けられた受信手段はコイ
ル(11)により形成されていることとする請求項1な
いし請求項3のうちの一つに記載の荷重測定可能なころ
軸受。 - 【請求項5】 静止軌道輪に設けられたコイル(11)
は該静止軌道輪の一方の側端面に取りつけられ、ころ
(4a,4b)の中空孔(7)に設けられたコイル(1
0)はころの端面から外方に突出し、軸受中心線まわり
にころが回転する際に、上記静止軌道輪におけるコイル
(11)の内側面と小さな距離を保つ軌跡を描くように
なっていることとする請求項4に記載の荷重測定可能な
ころ軸受。 - 【請求項6】 送信器(9)は静止軌道輪に設けられた
コイル(11)から作動のためのエネルギーを受け、上
記送信器(9)はセンサー(8)から得た荷重データを
送信し、該データは静止コイル(11)により受信さ
れ、該静止コイルから信号の処理、記録そして評価のた
めの手段に送られることとする請求項3ないし請求項5
のうちの一つに記載の荷重測定可能なころ軸受。 - 【請求項7】 センサー(8)は中空孔の周方向に向け
て取りつけられたストレーンゲージトランスジューサで
あることとする請求項1ないし請求項6のうちの一つに
記載の荷重測定可能なころ軸受。
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