JPS59501026A - 回転軸受の状態を決定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２つのレース上で回転するようにさね、したがって相対的に動くこと ができる（口）転要素を有する、なるべくローラーかごを持つ、回転軸受の状縛 、主として形状の変化、を決定する方法に関するものである。また、本発明は、 この方法を実施する装置と、この装置に含まれる（口）転銅受監視装置ｇにｉ− するものである。

回転！ＩＩＩ受の種々の形態を監視および請１１徊１することの必要性が、工業 の自動化の程度が向上するにつれて段階的に高まってきてＶする。回転■受の故 障に伴う運転と経費の面におけるマイナスの影響を考慮すると、適当な監視手段 により大きな利益を得ることができることが容易にわかる。

回転中の陶）受を自動的に監鏡するためにいくつかの試みが行われている。すな わち、回転中の軸受の回転音を聴くというような簡単な方法と、比載同精巧で複 雑な電子的測定方法とが提案されている。しかし、一般的に有用な方法は見出さ れていないようである。

上に概要を述べたような諸要求を膚足させるために、本発明は必要なものを全て 備えた監視装置な基本的な解決手段としてここに提供するものである。この監視 装置はアセ／シリの電子回路とデバイスに厖カを供給するための小型発電機と、 軸受の状態、生として、動くことができるようにして装置されている部品中に起 ることがある形状の変化、を検出するための検出器と、軸受の状態を指示するた めの指示器と、監視装置をとりつける際に監視装置の調整と零設定を行えるよう にするための調整器とを含む。前記発電機は相対的に動くことができるように装 置されている部品により駆動される。それらの部品が停止している時ＶＣ寛カ供 給を維持するために、その発電機には光電５′ｉＶなバッテリーをなるべく組合 わせる、指示器は２位置指示により指示するのが過当である。

その監視装置は誘導トランスデユーサ、容重トランスデユーサ、光学的トランス デユーサ、抵抗トランスデユーサ、機械的トランスデユーサまたは油圧的トラン スデユーサを用いて実現できる。

誘導型の場合には、たとえば回転できる軸にとりっけらハている永久磁石を、固 定して配置されてりるホール素子に組合わせて利用することができる。この例に より軸受を静的および動的に制御することができる。この例は非磁性ソイリ７グ （ｓｏｉｌｉｎｇ）にはあまり感ぜず、感度の高い構成部品な利用できることな 考えると高い正確さを与えることができる。

各音型の場合には、外側リング上にコンデンサ箔をとりつけ、軸自体をその箔に 向き合５コ／デ／す箔として利用することができる。このような構成により動的 なずれはもちろん、静的なずれも検出できる。この解決技術は簡単で、エネルギ ーを節約して検出を行うことができる。誘電体として空気またはグリースを使用 することができる。

光学型の場合には、たとえば、半径方向平面内で回転している軸へ向ってビーム を照射する送元器を、たとえばｃｃｎ累子と組合わせて用いることができる。

そのＣＣＤ素子は直音型またはマトリックス型とすることができる。後者の例で は、軸線方向の遊び（もしあれば）の情報を得ることも可能である。この解決技 術により高い正確さが得られる。また、この解決技術は調整が比較的簡単で、か つ不純物に対してあまり感じない、この解決技術により軸受を静的および動的に 監視することができる。しかし、構成部品が比較的高価で、エネルギーを消費す る。

抵抗型の場合には、圧力ドランスデューサとして導電性グラスチックを用いる例 ・を考えることができる。

この監視装置は荷重のかからない回転軸受として構成することができる。その回 転軸受においては、町とぅ性プラスチック製の抵抗トランスデユーサが、その荷 重のかからない軸受の外Ｈリングのための可どう性支持リング内に配置される。

この例により静的および動的に監視でき、この例は製作が簡単で、エネルギーを 比較的節約し、密閉容器内に納めることを考えることができる。この装置は自動 的に中心を合わせることができ、その結果として自己調整型である。この種の抵 抗型検出器を用いることにより軸線方向の遊びも検出できる。

機械的トランスデユーサの場合には、軸に刈してバイアスされ、かつ極めて小さ い機械的な変位が所定の値を超えた時に機械的な指示器を解放するように、その ような機械的な変位に対して反応できる検出器により５回転できる軸の半径方向 の遊びを検出することができる。この機械的な例においては、検出器はとりつけ と調整が簡単で、発電機を必要としない。

油圧的トラ７スデユーサの場合には、軸を囲み、希望によってはいくつかの部分 通路に分割される油圧流体通路が用いられる。油圧流体の圧力を圧力上／すによ り１つまたはそれ以上の点において検出でき、軸が震動すると、圧力セ／Ｖまた は複数の圧力センサにより発生される信号中に変化が起きる。この例はどのよう な調整も必要とせず、間隙等の精度に対する装置は小さく、エネルギー消費筺か 少い。静的監視な行うためには前記通路をいくつかの部分に分割すべきであり、 調整も必要である。

上記の検出器と組合わせて、本発明の監視装置は指示器を必要とする。その指示 器は電気型とすることができ、たとえば液晶、発光ダイオード、または元ガイド を使用する。純粋Ｋｆｆｌ械的な指示も可能であり、とくに上記の機械的な検出 の場合にはそうである。指示器はなるべく単なる局部的な指示器として、すなわ ち、監視装置に組込んだ指示器として構成するようにすればよいが、いくつかの 監視装置に共通の中央指示器に個々の指示器を汲暁することも川面である。

しかし、監視装置に接読することが好ましい指示器は、回転軸受の状態の決定を 基にして検出を行う全く新規な構成のものであって、軸受の形状の変化を利用す る。

回転軸受は遊星歯車装置にたとえられ、かみ合う歯車の経路を転＠曽累のレース で置き換えたものである。歯車においては部品の相対的な回転は歯車の歯の制御 の下に常に行われるから、伝動比は常に一定である。回転ｔｌｔ受においては、 伝動比は、軸受の部品の寸法と、接触面における回転弗素レースのｍつとに依存 する。したがって、回転要素レースの形状がどのように変化しても、軸受の部品 間の伝動比が変化することになる。

変形、摩耗、温度変化、荷重の変化または潤滑の変化のために軸受の構成部品の 寸法が変化すると、＠受の部品の相対的な伝動比すなわち角度（ロ）転が変化す る。半径が１０００分の１ミリメートル変化するというようなぞわらの寸法変化 を軸受の回転中に検出することは西宮は困難であり、その理由から、その代りに 本発明はそれらの寸法変化が軸受の部品の円周に対する反映の仕方な用いる。ｊ なわち、軌道の長さの間の変化する四係を使用１−るものである。この方法によ り、寸法変化による回転髪累レースの変化する変位が同転数の上昇とともに大き くなるために、望ましい精度を容＃ＩＫ達成１−ることがでＥト 本発明によ幻ば、したがって軸受の中心を回転する軸受部品１−なわち外側リン グと、ローラー力・ごと、内側り／グとの間の逐さの関係が測定さｈる。全ての 範１受部品が実際には回転するとしても、前記軸受部品のうちの１つが靜出して いると考えらねる。はとんどの場合に、外側リングと内−り／グの動きは外部か ら＆ｉｌ定できる。軸受部品の角度回転の検出は接Ｈすることなしに、かつデソ タル的になるべく行って、１回転当りの分解能を高くするようにする。ローラー かごσ）回転は、回転要素が測定領域な曲禍する時に、そハ、らの回転要素の助 けにより行うことができる。回転軸受に含ま１ている回転９累の数が増加すると 分解能が高くなる。回転要素が荷重領域に入るたびに（ロ）転弗累カー衝撃な発 生するから、回転妙素が曲過する時にそσ）−１＆宗を「聴き」すなわち検出す ることにより、ローラー力・どの速さを指示することが町「？である。

生ずる震動の震動数と音の振動叙は１ｇ１転＠受の部品の角速度に対して機械速 度関係にある。そして角速度はそれらの軸受部品の幾何学的寸法により互いに相 互関係にある。

したがって、通過する回転調素のカウントにより、たとえば軸受ハウジングと、 軸受と、／−ルとにガンマ線を照射することにより、ローラーかどの動きの検出 を行うことができる。

ローラーかごの動きを検出する別の可能性は、１つまたはそｈ以上の誘導トラン スデユーｖｆ利用することである。外側す／グまたは内側の回転による別のノぞ ルス列とおそらくは御粘に１（ロ）転要素により発生されるノξルス列が得られ るようにそれらの誘導トランスデユーサは装置される。恢者の場合には、電源お よび指示器とともに、全ての電子装置と電子回路を軸受ハウジング内に組込むこ とも適当である。

先に述べたように、回転軸受は歯車の困のない遊星歯車装置にたとえることがで きる。レースどうしの１…の接触は起らず、レースは＠党の荷重を加えられる部 分においてのみ互いに接触する。接触面に滑りその他の障害が起ることがあり、 不ぞろｌ／）または震動のための踊りにより回転弗素が進むことがある。したが って、回転距離は歯車の歯によるかみ合いが行われる場合と全く同じというわけ ではない。

かけらね、かつ潤滑されている新しい軸受の伝動比は、理論的には構成部品の半 径に依存する。何千分の１ミリメートルという半径の違いな指示する必要がある から、とりつけ、荷篤かけ、温度上昇の後では種々の部品の変形を考慮に大引な ければならない。したがって、軸受の形状は可変である。それらの機械要素は弾 力的で、その上に潤滑油の膜により幾何学的測定値が影響を受ける。

１つの軸受リングにおける一定数の部品の回転なカウントし、かつ同じ時間中に ローラーかごにおけるその数の部品の回転をカウントすることにより、軸受の現 在の伝動比を決定することが可能である。この比の新しい値は、州；受が正しく 装置されているならば、理論的に計算さねた値に一致しなけｈばならなＬ／１０ Ｌ、たがって、こねＫより軸受の装置を簡単に制御する可能性が与えられる。

伝動比の許容できる差異を場合に応じて判定せねばならず、かつ容易にプログラ ムできるよ５ＫＡ、なければならないｅ、温度を考慮に入ねることにより軸受が 摩耗したか、荷重をかけ過ぎたか、または温度により拡大さまたかを判定するこ とがｏＪ　ｆ＆である。

外側り／グのレースと、回転要素と、内側り／グとは理論的には等しい距離をお いて常ＫＭ＜。それらの部品のうちの任意の１つのものの半径が変化したり、そ わらの部品のうちの任が０１つが滑ったり、相対的に跳んだりしたとすると、軸 受の部品の変位と回転角との関係が変化するから伝動比も変化する。

軸受の寸法が異なり、かつ軸受の型式が異なると伝動比が具なる。用途と笑際の 条件も考慮に入れなければならない。したがって、軸受内部の条件の変化を判定 するためには、変形と摩耗とに起因しない事がらに注意も払わなけねばならない 。こ刺はコンピュータの助けＫより行うことができる。そのコンピュータは速さ 測定から得られた測定価と、たとえは温度測定、震動助１定および音響測定のう ちの少くとも１つの測定から得られる…ＩＩ定値により、軸受内部の条件装作に ついての種々の理由を識別できる、 たとえば、軸受内部の温度が軸受外部の温度より高いことは摩擦損失を暗示する ものである。温度差は軸受の速さと荷重に結びつけらねる。軸受の摩耗が大きく なると、軸受の表面がま１筐す粗くなり、その結果として荷重がなくなっても温 度は上昇し得る。

温度差な考慮に入れるために、軸受のハウジングにＸ適温度測定ニツゾルを設け ることＤ・できる。その温度測定ニップルは熱絶縁管と、その熱絶縁管内部の熱 伝導性内部ロッドとを備え、そのロッドの下回部分は、温度が監視される静止し ている軸受リングに連結される。音響測定ヘッドと夏動詞定ヘッドはもちろん、 温度測定ヘッドをイ］記ロッドの上匝部分に連結できる震動と音響を測定するた めに、たとえば軸受ハウジングにねじこまわている金ｍｄニッゾルに圧電トラン スデユーサを連結することができる。荷重領域内の回転要素にそのニップルが接 近するほど良い。震動数と音響の振動数を軸受の速さと比較し、伝動比を基にし て予測される震動数と音”Ｊｌ＆動数に分類することができる。その結果として の震動数と音響振動数が回転要Ｘ　、６ルス列からとり出され、それらが別のも のであるとすると、回転要素を指示するために軸受内にはトランスデユーサは不 要である。

評価器においては、たとえば伝動比と、その伝動比における許容変化をプログラ ムすることができる。同様にして、最高計容温度差と最も速い温度上昇をプログ ラムすることもでざる。許容棋動叔と震動のレベルを同様にしてプログラムする こともできる。

本発明の監視装置の発電機は中実装置に接続される静止誘導コイルを有すること ができる、この場合には、誘導コイルな曲って動＜１１面またはそれ以上の固定 された永久磁石を回転機の部品／軸受の部品に設けることができる。発生された 電泥パルスは光電可能なノ々ツファ／々ツテリを光電したり、軸受リングの回転 数または部分回転数を指示するために同時に利用したりすることができる。

監視装置の指示器は、最も簡単な場合には、警報レベルを調整できる警報接点の みとすることができる。

監視装置のみに設けられた発光ダイオードは回転りＩ受の良好な状態または不良 状態を指示することができる。もちろん、いくつかの警報レベルを設けることが できる。

監視装置はたとえば２個の速度トランスデユーサと、２種類の温度トランスデユ ーサと、震動トランスデユーサと、音響トランスデユーサと、ＩＩＩＩ党荷重ト ランスデユーサとを含むことができる。一方の速度トランスデユーサは１つの軸 受リングに組合ゎさね、他方の速度トランスデユーサはローラーかごＫａ１合ゎ さハる。一方の温度トランスデユーサは＠党内部に設けられ、他方の温度トラン スデユーサはそわの外部に設けられる。＠受荷重トランスデユーサはワイヤ歪み 計である。

評価器は計算と測定値の編集を行うためのマイクロコンピュータとすることがで きる。

監視装置の部品をユニットにまとめることができるが、別々に置くこともできろ 、。非常に多数の監視さ幻る軸受からの信号を受けて処坤できる共通の中実装置 を使用することができる。

より簡単な監視装置を特殊７な曲（党内に設けることができ、または蛤視される 軸受も収める＠受ハウジング内に設けることができる。そ引から、全てのものが １つの場所に果ｙ）られ、プログラムされた値を評価器に含まれている起電回路 へ送ることができる。

外側リングが静止している時は、内側リングとｃ＋　−ラーかごの間の伝動比を 、内ロリングの半径で除した二重ローラーかごの半径として祷ることができる。

内側リングが静止している時は、外＠むりングとローラーかごの間の伝動比な、 外−Ｑ　リングの半径で除した二ｌローラーかどの半径として得ることができる 。ローラーかごが静止している時は、内側り／グと外１則リングの間の伝動比は 、外側リングの半径で除した内圓り／グの半径である、すなわち、その伝動比は 内側リングが外側り／グ上を直接動いた場合と同じである。この場合には、回転 要素は中間のホイールとしてのみ侵能する。

たとえば、荷重領域内における内紙：Ｊリングまたは外側リングの半径が１００ ０分の１ミリメートルだけ変形したと仮定すると、変形前の状四と比較して、約 １０００分の６ミリメードルの余分の蜘きが各回転ごとに得らセる。そうすると 、わ１受が１０００し１転すると岨く距紐が約５ｍｍとなる。そのイウは小型９ 愛では回転り累の全ピッチにも達することがある。

蚊後に、形状の比較においては吃対速さとそれの１鉋係だけが重装であること、 および不発明はラジアル軸受またはスラスト軸受のような回転軸受に限定される ものではなく、直硼状またはアーチ状の軸受レースにも応用できることを指摘せ ねばならなＶ・。

補正書の翻訳文提出書（１％許法第１８４条の７第１項）昭和５９年２月７０日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＳＥ　８３１００２１５ ２、発明の名称 回転軸受の状態を決定する方法および装置３、特許出願人 住所　スウェーデン　ニス−２５０１６へルシングポルグボックス　１６０３６ 名　称　アクチェボラゲット　ス力ニアインヴエントル４、代理人 住　所　〒１００　東京都千代田区丸の内三丁目２番３号電話　０３（２１１） ２３２１　（代表）１９８３年１０月２５日 ６、添付書類の目録 （１）補正書の翻訳文　１通 詩求の範囲 １、　相対的に動くことができる２個の部品であるレース上を転勤できる回転要 素を有する、なるべくローラーかごを持つ、回転軸受の状態、主として形状の変 化、を決定する方法において、前記２個の部品の一方に対する（口）転要素の変 位を検出する過程と、前記一方の部品または前記回転要素に対する前記２制の部 品の他方の変位を同時に検出する過程と、１つの同じ時刻に対する検出された２ つの変位の寸法を決定する過程と、決定された寸法とある基存値との間の相互関 係を比較する過程と、ｔ％受のとりつけ時に軸受の状態を基にして前記基推値を 決定する過程と、比較の結果に依存して軸受の状態を指示する過程とを例え、＠ 記基準値は前記相互関係に対するものである、回転軸受の状態を決定する方法、 ２、請求の範囲第１項記載の方法であって、２個の部品が外１則リングと円味・ 」リングであり、変位の寸法を軸受の中心を中心とする回転数として決定する過 程と、前記回転の間の差または商を比較値として用いる過程と、を備える方法。

３、請求の範囲第１項または第２項に記載の方法であって、ローラーかどの変位 を検出することＫより回転要素の変位を決定する過程を備える方法。

４、′成子装置および回転軸受監視装置の回路に電力な供給するだめの発電機と 、回転軸受の状態を検出するための検出器と、検出された状態を指示するだめの 指示器と、監視装置を装置する時に監視装置な調整するための調整器とを備え、 前記発電機は軸受の相対的に動くことができる部品により駆動され、かつ光電可 能なノ９ツテリになるべく組合わせる、回転軸受監視装置。

５、請求の範囲第４項記載の装置であって、検出器は、一方の可動部品に対する 回転軸受内のローラーかどの変位と、前記一方の部品または前記ローラーかごに 対する他方の可動部品の変位な検出するための２個の検出器を含む監視装置。

６、請求の範囲第５項記載の装置であって、前記可動部品は内側リングと外側リ ングであり、したがってそれに対して回転でき、一方の前記検出器はり７グの一 方に対するローラーかどの速さを検出し、他方の検出器は前記一方のリングまた は前記ローラーかとに対する他方のリングの速さを検出し、前記検出器は評価器 を丈に含み、その評価器は検出された速さの間の相互関係を決定し、かつ同じ関 係に対してそれを基準値と比較し、前記指示器は比較の結果に依存して軸受の状 態を指示する監視装置。

７、　請求の範囲第６項記載の装置であって、一方の速さ検出器は発電機であり 、その発電機は内側リングと外側す／グの相対的な動きにより駆動されて、速さ に依存して脈動する電流を発生する監視装置。

８．請求の範囲筒６珀記載の装置であって、評価器に接続されている温度検出器 が回転可愛の内部と外部の温度差を検出する監視装置。

９、請求の範囲第６項記載の装置であって、軸受内部震動を検出するための評価 器に接続さねる農動検出器を備えた監視装置。

■　際　調　岑　赳　去

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．相対的に動くことができる２個の部品であるレース上を転勤できる回転要素 を有する、なるべくローラーかごを持つ、回転軸受の状態、王として形状の変化 、を決定する方法において、前記２個の部品の一方に対する回転要素の変位を検 出する過程と、前記一方の部品または前記回転要素に対する前記２個の部品の他 方の変位を同時に検出する過程と、１つの同じ時刻に対する検出された２つの変 位の寸法を決定する過程と、決定された寸法とある基準値との間の相互関係を比 較する過程と、その比較の結果に依存して軸受の状態を指示する過程と、を備え 、前記基準値は前記相互関係に対するものである、回転軸受の状態を決定する方 法。 ２、請求の範囲第１項記載の方法であって、２１１昂の部品が外側リングと内側 り／グであり、変位の寸法を□　軸受の中心を中心とする回転数として決定する 過程と、前記回転の間の差または商を比較値として用いる過程と、を備える方法 。 ３、請求の範囲第１項記載の方法であって、軸受のとりつけ時に軸受の状態を基 にして個々の基準値を決定する過程な備える方法。 ４、請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の方法であって、ローラーかどの変 位を検出することＫより回転要素の変位を決定する過程を備える方法。 ５、　内側リングと外側リングのレース上で転動するようにされ、したがってそ れに対して回転できる回転要素を持つローラーかごを有する回転軸受の状態、主 として形状の変化、を決定する装置において、２個の速さ検出器と、評価器と、 指示器とを備え、−１方の検出器はリングの一方に対するローラーかどの速さを 検出し、他方の検出器は前記一方のりングまたは前記ローラーかとに対する他方 のリングの速さを検出し、前記評価器は検出された速さの間の相互関係な決定し 、かつ同じ関係に対してそれを基準値と比較し、前記指示器は比較の結果に依存 して軸受の状態を指示する回転軸受の状態を決定する装置。 ６、請求の範囲第５項記載の装置であって、一方の速さ検出器は発電機であり、 その発電機は内−リングと外側リングの相対的な動きＫより駆動されて、速さに 依存して脈動する電流を発生する装置。 ７、　請求の範囲第５項ど一載の装置であって、評価器に接唆されている温度検 出器が回転軸受の円部と外部の温度差な検出する装置。 ８、請求の範囲第５項記載の装置であって、軸受内部震動な検出するための評価 器に接玩される震動検出器を備える装置。 ９、電子装置および回転軸受監視装置の回路に電力を供給するための発電様と、 回転軸受の状態を検出するだめの検出器と、検出された状態を指示するための指 示器と、監視装置を装置する時罠監視装置を調整するための調整器とな備え、前 記発電機は軸受の相対的に動くことができる部品により駆動され、かつ光電可能 な・々ツテリになるべく組合わせる、回転軸受監視装置。 ｌＯ請求の範囲第９項記載の監視装置であって、検出器は、一方の可動部品に対 する回転軸受内のローラーかどの変位と、前記一方の部品または前記ローラーか ごに対する他方のｏＪ動部品の変位を挽出するための２個の検出器を含む監視装 置。