JP2009063397A - 軸受状態検査装置および軸受状態検査方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 温度、回転速度をパラメータとして、演算により求めた潤滑膜厚さから計算上の静電容量を求めておき、この計算上の静電容量と実際に測定した静電容量との比較結果から軸受の潤滑状態を判定する。
【選択図】 図1
Description
そこで、潤滑膜の状態を観察して軸受寿命を予測することが望まれるが、潤滑膜の状態は直接観察することが不可能なため、潤滑膜の状態を測定する各種の方法が従来より提案されている。その一つの方法は潤滑膜の状態を直流抵抗として測定するもの(特許文献1)であり、他の一つの方法は潤滑膜の厚さを電気容量として測定するもの(特許文献2)である。
また、本件出願人は、非接触で電気容量を測定し、1つの軸受の潤滑膜の状態を推定する方法を提案している。
また、特許文献2の潤滑膜の厚さを電気容量として測定する方法の場合、軸受外輪に孔を開けて電極を取り付ける必要があり、一般の軸受には適用できない。
前述の非接触で電気容量を測定する技術では、温度、回転速度によって潤滑膜厚さは変化するため、静電容量を検出するだけでは、潤滑状態を正確に判定することができない。
特に、温度、回転速度をパラメータとして、演算により求めた潤滑膜厚さから計算上の静電容量を求めておき、この計算上の静電容量と実際に測定した静電容量との比較結果から軸受の潤滑状態を正確にかつ簡単に判定することができる。前記判定手段は、計測器や、CPUの他、閾値と比較するだけの簡単な電子回路等によって実現できる。
この軸受状態検査装置は、転がり軸受が回転軸に取り付けられた軸受使用装置1において、転がり軸受2の潤滑膜の潤滑状態を判定するものである。前記軸受状態検査装置は、静電容量測定手段3と、温度測定手段としての温度センサ4と、回転速度測定手段としての回転センサ5と、後述する判定手段6とを有する。
転がり軸受2は、固定側輪である外輪7と、回転軸に嵌合する回転側輪である内輪8と、外輪7の内周面に形成された軌道面7aと内輪8の外周面に形成された軌道面8aとの間に介在する複数個の転動体9とを有する。この場合の転がり軸受2は、前記転動体がボールからなる玉軸受である。
C=n・Cc ……(1)
Cc=Ca・Cb/(Ca+Cb) ……(2)
また、外輪7、転動体9間および転動体9、内輪8間のそれぞれの潤滑膜厚さをda´、db´、接触楕円面積をSa´、Sb´、誘電率をεとすると、転動体1個当たりの静電容量Ca、Cbは次式(3)、(4)のように表される。
Ca=εSa´/da´ ……(3)
Cb=εSb´/db´ ……(4)
具体的にEHL理論では、使用する潤滑剤の粘度、使用回転数、予圧量(荷重)、温度範囲を設定して、転動体9と外輪7および内輪8との接触面積、および潤滑膜厚さを導出している。この求めた接触面積と潤滑膜厚さとを、上記式(3)、(4)に代入することで、転動体1個当たりの静電容量Ca、Cbを求める。
具体的に、図4に示すように、実線L1で示す計算値と実際のセンサ出力とを比較し、このセンサ出力と前記計算値との差が少なければ軸受が正常に動作していると判断する。つまり、点線L2,L3が閾値となり、これら点線L2,L3の間に、センサ出力があれば、軸受が正常に動作していると判断する。
センサ出力が点線L2よりも上方にあると、潤滑膜厚さが薄いと判断する。この場合、内外輪とボールとが接触する可能性があり、また異物が軸受内に混入した可能性もある。センサ出力が点線L3よりも下方にあると、潤滑膜厚さが厚いと判断する。この場合、軸受内に異物が混入した可能性がある。
前述の潤滑剤の粘度、使用回転数、予圧量、温度範囲のうち、使用回転数は、この軸受状態検査装置の回転速度測定手段としての回転センサ5等によって測定される。また、前記温度範囲は、同軸受状態検査装置の温度測定手段としての温度センサ4等によって測定される。
図5に示した内輪回転の軸受で動作原理等を説明する。同図に示すように、転がり軸受の内輪8の側面にすき間δを隔てて対向する検出リング15と、この検出リング15に一方の電極3aが電気的に接続され、固定側輪である外輪7に他方の電極3bが電気的に接続されている。
Cr=εS/d ……(5)
となる。この静電容量Crの値は予め測定しておくことも可能である。また、転動体1個当たりの静電容量Ccは、
Cc=C・Cr/n(C−Cr) ……(6)
となり、この式(6)により、転動体1個当たりの静電容量Ccを求めることができる。
また、図9の二点鎖線で示すように、前記温度センサ4および回転センサ5の少なくともいずれか一方または両方が、この固定側ユニット33と一体に設けられても良い。この場合、軸受状態検査装置の組立をさらに容易化することができる。
判定手段6は、静電容量測定手段3で測定した測定値から、この転がり軸受の潤滑状態を推定するCPU16を有する。前記静電容量測定手段3は、直列接続した発振器17と電流測定手段18とを備え、この電流測定手段18とCPU16とが電気的に接続されている。また、電流測定手段18が電極3aに電気的に接続され、発振器17が電極3bに電気的に接続されている。この軸受使用装置に交流電流を流すことによって、前述の全体の静電容量Cをインピーダンスに換算して測定するようにした例を示す。この場合、測定したインピーダンスから平均静電容量Caを求めることもできる。
f=1/(2Rt Ct)
となることが知られている。
ここでは、前記発振器20のコンデンサ30Ctが、軸受使用装置全体の静電容量Cに置き換えられることで、その静電容量Cが推定される。
3…静電容量測定手段
4…温度センサ
5…回転センサ
6…判定手段
7…外輪
8…内輪
9…転動体
14…電極
15…検出リング
33…固定側ユニット
δ…すき間
Claims (6)
- それぞれ導電性の外輪と内輪と転動体とを有する転がり軸受において、
前記内外輪のうちの回転側輪の表面にすき間を隔てて非接触で対向する電極を設け、前記内外輪のうちの固定側輪と前記電極との間に接続されて前記電極と回転側輪との間、回転側輪と転動体との間、および転動体と固定側輪との間の各静電容量の合計値を測定する静電容量測定手段と、
前記内輪または外輪の温度を測定する温度測定手段と、
前記回転側輪の回転速度を測定する回転速度測定手段と、
前記温度測定手段により測定される温度、および前記回転速度測定手段により測定される回転速度を設定して、転動体と内外輪との接触面積および潤滑膜厚さを導出し、導出した接触面積および潤滑膜厚さから静電容量を求め、この求めた静電容量と、前記静電容量測定手段により測定した各静電容量の合計値とを比較して、前記転がり軸受の潤滑状態を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする軸受状態検査装置。 - 請求項1において、前記判定手段は、測定される温度および回転速度を設定すると共に、この軸受で使用する潤滑剤の粘度、および予圧量を設定して前記接触面積および潤滑膜厚さを導出する軸受状態検査装置。
- 請求項1または請求項2において、前記電極は、リング状のスリップリングからなる軸受状態検査装置。
- 請求項1または請求項2において、内外輪のうちの回転側輪の表面にすき間を隔てて非接触で対向する電極と、固定側輪と電気的に導通する電極と、これら電極間に電気的に絶縁された絶縁体とが一体の固定側ユニットを前記固定側輪に取付けた軸受状態検査装置。
- 請求項4において、内輪または外輪の温度を測定する温度測定手段と、軸受の回転速度を測定する回転速度測定手段のうちの少なくともいずれか1つが前記固定側ユニットと一体に設けられたことを特徴とする軸受状態検査装置
- それぞれ導電性の外輪と内輪と転動体とを有する転がり軸受の潤滑状態を検査する軸受状態検査方法において、
前記内外輪のうちの回転側輪の表面にすき間を隔てて非接触で対向する電極を設け、前記内外輪のうちの固定側輪と前記電極との間に接続されて前記電極と回転側輪との間、回転側輪と転動体との間、および転動体と固定側輪との間の各静電容量の合計値を測定し、
前記内輪または外輪の温度を測定し、
前記回転側輪の回転速度を測定し、
前記測定される温度および回転速度を設定して、転動体と内外輪との接触面積および潤滑膜厚さを導出し、導出した接触面積および潤滑膜厚さから静電容量を求め、この求めた静電容量と、前記測定した各静電容量の合計値とを比較して、前記転がり軸受の潤滑状態を判定する軸受状態検査方法。
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