JPH11337450A - 軸受内蔵型車輪及び低速回転軸受の異常診断方法 - Google Patents

軸受内蔵型車輪及び低速回転軸受の異常診断方法

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JPH11337450A
JPH11337450A JP10173236A JP17323698A JPH11337450A JP H11337450 A JPH11337450 A JP H11337450A JP 10173236 A JP10173236 A JP 10173236A JP 17323698 A JP17323698 A JP 17323698A JP H11337450 A JPH11337450 A JP H11337450A
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泰智 山中
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伸司 白石
Yasushi Yamamura
恭 山村
Kenji Yamamoto
謙二 山本
Noriaki Inoue
紀明 井上
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 異常判定の基準を明確にして、的確な異常判
定を可能とする。 【解決手段】 検出された振動加速度信号のうちフィル
タにより所定値の出力を取り出し、これに対し3以上の
奇数乗する処理を行い、該奇数乗した数が、単位時間に
正常軸受の振動加速度ピーク値の2倍の奇数乗を越えた
回数に基づいて異常判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸受内蔵型車輪及
び低速回転軸受の異常診断方法に関する。
【0002】
【従来の技術】回転機械に組み込まれた転がり軸受が損
傷すると、回転数に比例した周期を持つ衝撃的振動を発
生する。従来、この振動を測定し、これを評価して軸受
の異常の有無を検出する回転軸受の異常診断方法(振動
法)が知られている。
【0003】振動法は、ファン、ポンプやローラ、減速
機等の、一般的に100rpm 以上の回転設備の軸受診断
に適用され、振動信号レベルの傾向管理による簡易診
断、高速フーリエ変換(FFT)を用いた特性周波数の
スペクトラム監視により異常診断を行っている。ファン
やポンプ等の場合には、軸受に外力が作用しないため、
S(軸受損傷)がN(設備状態)に比べて非常に大き
く、S/N比が大きい。これに対して、ローラや減速機
等の場合には、S(軸受損傷)がN(設備状態)以上で
はあるが、軸受に外力が作用するが作用点が離れている
ため、外力の作用が軸受に到達するまでに減衰してしま
うため、S/N比は小さい。このような場合には、材料
がない場合に、無負荷空転時に軸受診断をするようにし
ている。しかし、一般的には100rpm 以下の低速回転
軸受の場合には、S/N比が更に低く、振動法による軸
受診断は難しい。
【0004】例えば、特開平5−231992号公報に
は、回転機械の無負荷、回転数一定の定常状態での振動
速度を測定し、同じく回転機械の無負荷、回転数一定の
定常状態での振動速度の初期値と比較し、損傷の有無を
判定するものが開示されている。又、特公昭62−60
011号公報には、振動を一定周期でサンプリングした
時系列データから、任意に選択した2つの周波数に関す
るバイコヒーレンスを求め、これを正常である場合の同
周波数に関するバイコヒーレンスと比較することにより
異常を検知するようにしたものが開示されている。
【0005】又、軸受の異常検出方法には、振動法の他
に、アコースティックエミッション信号(AE信号)を
用いたAE法が知られている。これは例えば、滑り軸受
に対し用いられた場合、滑り軸受の油膜が切れて、スリ
ーブとブッシュの相互接触で生じる金属表面の損傷によ
って放出されるAE信号を検出することによって軸受の
異常を検出するものである。
【0006】例えば特公平7−26941号公報には、
軸受から発生するAE信号のうち所定範囲の出力を取り
出し、これを基準値と比較して、軸受の異常を検出する
ようにしたものが開示されている。
【0007】しかしながら、従来の振動法には、軸受異
常による振動(信号S)が低い場合には、S/N比が小
さく、診断が困難であるという問題がある。又、AE法
には、機器が高価であり実用的でないという問題があ
る。
【0008】又、振動法の適用対象を拡大し、図1に示
すような軸受2を内蔵した軸受内蔵型車輪4や40〜8
0rpm 以下の低速回転軸受等に適用しようとした場合、
従来技術では診断が困難であるという問題がある。例え
ば軸受内蔵型車輪の場合には、踏面と相手材の影響を受
け、S/N比が小さく、又、材料による加振源が軸受に
近いため、外部振動の影響を大きく受け易い。なお、図
1は、車輪取付ハウジング6に連結された車輪取付プレ
ート8に、ピン10を介して車輪4を取付けた様子を示
したものであり、12はピン10のエンドプレート、1
4は止め輪、16はディスタンスカラーである。
【0009】又、40〜80rpm 以下の低速回転軸受の
場合には、図13に(日本鉄鋼協会編「設備診断技術ハ
ンドブック」pp.89〜92[丸善](1986)よ
り)回転数と振動レベルとの関係を示すように、振動信
号レベルが低いためS/N比を向上させるための特別な
信号処理が必要とされる。
【0010】このような問題を解決するべく、出願人
は、既に特願平8−317983で、回転機械の回転に
伴って生じる軸受の機械的振動を測定し、これを用いて
軸受の異常の有無を判定する軸受内蔵型車輪及び低速回
転軸受の異常診断方法において、振動加速度センサから
の出力のうち所定値以下の出力を通過させるローパスフ
ィルタで取り出された振動加速度値に対し、3以上の奇
数乗する処理を行い、予め設定された基準値と比較する
ことにより異常判定することを提案している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特願平
8−317983で提案した方法でも、基準値設定の方
法が必ずしも明確で無いという問題点があった。
【0012】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、前記のような方法における基準値設
定方法を明確にすることを課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、回転機械の回
転に伴って生じる軸受の機械的振動を測定し、これを用
いて軸受の異常の有無を判定する軸受内蔵型車輪及び低
速回転軸受の異常診断方法において、振動加速度センサ
からの出力のうち所定値の出力を通過させるフィルタで
取り出された振動加速度値を、3以上の奇数乗する処理
を行い、該奇数乗した数が、単位時間に正常軸受の振動
加速度ピーク値の2倍の奇数乗を越えた回数に基づいて
異常判定するようにして、前記課題を解決したものであ
る。
【0014】又、前記回数と軸受回転数の近似曲線の関
係を用いて異常判定するようにしたものである。
【0015】又、前記関係を表わした損傷判定図を利用
して異常判定するようにしたものである。
【0016】発明者らが、実験機を用いて、回転数・荷
重条件が異なる振動波形を解析した結果、図2に示す如
く、異常軸受の振動加速度を3乗した値が、単位時間に
正常軸受の振動加速度を3乗した値のピーク値の23
を越えた数は、軸受回転数の2次曲線で近似される特性
があることを発見した。本発明は、この特性を利用して
なされたものである。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。
【0018】本実施形態では、回転数を5、10、1
5、20rpmの4段階に変化させ、正常軸受及び異常
軸受の振動加速度値を3乗した値を比較した。
【0019】具体的には、まず図3に示す如く、正常
軸受の振動加速度値を3乗した値のピーク値の23 =8
倍に閾値を設定する。
【0020】次いで、図4に示す如く、異常軸受の振
動加速度値を3乗した値が、単位時間(例えば1分)に
で設定した閾値を越える数をカウントする。
【0021】更に、図5に示す如く、縦軸にカウント
数、横軸に回転数をプロットする。
【0022】プロットした点は、図2に示した如く、2
次曲線に近似でき、近似曲線から上を危険域、近似曲線
下側からデータのばらつきの下限を要交換域、ばらつき
下限から下側を注意域として、異常判定を行うことがで
きる。
【0023】図6は、本発明の軸受異常診断を行うため
のシステムの概略構成図である。図6において、20は
軸受の振動加速度信号を検出する振動加速度センサであ
り、22は振動加速度信号を受け、これを増幅し、1K
Hz以下を通過させるローパスフィルタ(LPF)処理
を行う振動計である。振動計22による信号はローカル
ステーション24によりデータ採取され、ローカルステ
ーション24において、3乗処理が行われ異常診断が行
われる。診断の結果はセントラルステーション26に送
られ表示される。
【0024】以下本システムの作用について説明する。
まず振動加速度センサ20により図7に示すような振動
加速度をピックアップした検出信号が検出され、振動計
22へ送られる。振動計22では、この検出信号を、図
8に示すように増幅し、図9に示すように1KHzのロ
ーパスフィルタ処理を行い、診断に不要な周波数域の信
号をカットする。これは原信号のままでは軸受異常時に
発生する振動加速度信号を選別できず、低速回転軸受で
は異常時の振動信号レベルが低く、S/N比が小さいた
めである。又、外部からの振動を受けた場合、S/N比
が小さくなる。又、軸受異常時振動加速度信号は1KH
z以下だからである。このローパスフィルタ処理により
ノイズ成分を排除して、誤診断を防止する。
【0025】ローカルステーション24では、振動計2
2の出力である1KHzのローパスフィルタ処理波形を
受け、図10に示すように1データ当り5sec の間デー
タ採取を行い、図11に示すように、サンプリングピッ
チ50μsec にてA/D変換しデータを採集する。この
とき、16チャンネルの入力を切換えながら採取するこ
とが可能である。
【0026】その後、ローカルステーション24では、
最終データの全サンプリング点に対して3乗処理を行
う。この場合サンプリング点は5sec ÷50μsec =1
00000点である。これにより、フィルタだけでは判
別し難い場合の異常判定も可能となる。なお3乗するの
は、前述したように軸受内蔵型車輪等の低速回転軸受の
場合には、やや異常程度ではノイズ成分との信号レベル
差が小さく判別が難しいためであり、3乗することによ
りS/N比を向上させ、異常信号とノイズ成分とのレベ
ル差を顕著化できるからである。又、2乗だと負の値も
正に変換されてしまうが、3乗のように奇数乗であれ
ば、信号の正負の状態は変化しないからである。従って
3乗に拘らず5乗のように奇数乗であればよい。図12
に3乗処理波形を示す。
【0027】次に、図2に示したような損傷判定図を用
いて異常判定を行う。
【0028】判定結果が異常の場合、警報情報をセント
ラルステーション26に対して出力する。セントラルス
テーション26においては、ローカルステーション24
の警報情報(警報情報、3乗演算値の最大値、異常判定
の基準値等)をCRT画面に表示する。又、同時に直近
の最終データの3乗処理波形をCRT画面に表示する。
【0029】又、オフライン表示として、過去に採集し
記憶されたデータの3乗処理波形をCRT画面に表示す
る。
【0030】なお、本システムにおいては、1KHzの
ローパスフィルタ処理による信号を3乗処理することが
有効であったが、対象となる軸受の大きさや車輪取付け
材の剛性等により1KHzより高い領域(例えば3KH
zのローパスフィルタ)の方が有効な場合も有り得る。
従ってローパスフィルタは1KHzに限定されるもので
はなく、数KHzでも良い。
【0031】又、損傷判定図の曲線も図2に示されるも
のに固定されず、計測器等により変化する。
【0032】
【発明の効果】以上説明したとおり本発明によれば、異
常判定の基準が明確化され、的確な異常判定を行うこと
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】振動法の適用対象である軸受内蔵型車輪を示す
断面図
【図2】本発明で用いる損傷判定図の例を示す線図
【図3】本発明の実施形態における、正常軸受の3乗処
理波形の例を示す線図
【図4】同じく、異常軸受の3乗処理波形の例を示す線
【図5】同じく、軸受回転数を横軸として、異常軸受の
振動加速度の3乗値が、単位時間内に閾値を越えた回数
を縦軸にプロットした例を示す線図
【図6】本発明の軸受異常診断方法が適用されるシステ
ムの概略構成を示す構成図
【図7】検出された振動加速度信号を示すグラフ
【図8】図7の検出信号を増幅した波形を示すグラフ
【図9】図8の波形に対して1KHzのローパスフィル
タ処理をした波形を示すグラフ
【図10】ローパスフィルタ処理をした波形からデータ
採取をする様子を示すグラフ
【図11】同じくローパスフィルタ処理をした波形から
データ採取する様子を示すグラフ
【図12】3乗処理をした波形を示すグラフ
【図13】先行文献に記載された、低速回転軸受におけ
る回転数と振動レベルの関係を示す線図
【符号の説明】
2…軸受 4…車輪 20…振動加速センサ 22…振動計 24…ローカルステーション 26…セントラルステーション
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 伸司 岡山県倉敷市水島川崎通一丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 山村 恭 岡山県倉敷市水島川崎通一丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 山本 謙二 岡山県倉敷市水島川崎通一丁目(番地な し) 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 井上 紀明 兵庫県西宮市高畑町3番48号 川鉄アドバ ンテック株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転機械の回転に伴って生じる軸受の機械
    的振動を測定し、これを用いて軸受の異常の有無を判定
    する軸受内蔵型車輪及び低速回転軸受の異常診断方法に
    おいて、 振動加速度センサからの出力のうち所定値の出力を通過
    させるフィルタで取り出された振動加速度値を、3以上
    の奇数乗する処理を行い、 該奇数乗した数が、単位時間に正常軸受の振動加速度ピ
    ーク値の2倍の奇数乗を越えた回数に基づいて異常判定
    することを特徴とする軸受内蔵型車輪及び低速回転軸受
    の異常診断方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の軸受内蔵型車輪及び低速
    回転軸受の異常診断方法において、前記回数と軸受回転
    数の近似曲線を用いて異常判定することを特徴とする軸
    受内蔵型車輪及び低速回転軸受の異常診断方法。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の軸受内蔵型車輪及び低速
    回転軸受の異常診断方法において、前記関係を表わした
    損傷判定図を利用して異常判定することを特徴とする軸
    受内蔵型車輪及び低速回転軸受の異常診断方法。
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