專利名稱：滾動軸承的剩余壽命診斷方法及其剩余壽命診斷裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及推斷被裝備于泵、風扇等旋轉機器上的滾動軸承的剩余壽命的滾動軸承的剩余壽命診斷方法及其剩余壽命診斷裝置。
背景技術：
滾動軸承被廣泛地使用于機器的旋轉部分，一旦這些滾動軸承發生異常狀況的話，就會產生機械設備停止運轉等各種問題。一般地，滾動軸承精度高，在適當的使用條件下，可以長時間地使用至產生因反復疲勞而導致的疲勞破壞為止。但是，其壽命因使用條件、環境而異，即使是相同的機器、軸承，壽命也可能不同。
由于不適當的潤滑劑或者旋轉軸的校正不當、滾動軸承的不恰當組裝等而作用有壓力的力學狀態都可能導致滾動軸承的預期外的故障。作為滾動軸承的故障原因來說，大半是因為雜質的混入、潤滑劑的劣化等不適當的潤滑引起的。作為滾動軸承的剩余壽命診斷方法來說，提出了各種各樣的方法。例如，有使用加速度傳感器測定軸承的振動，該軸承振動值如果超出容許值的話則發出警報的方法。有通過軸承振動的頻率的分析來推斷其故障原因的方法。有通過預測軸承振動值的增加趨勢來預知其壽命的方法。另外，也提出了沖擊脈沖法和AE(Acoustic Emission聲發射)法等。
軸承振動值的增加趨勢預測法是被使用得最多的預測方法。它是以直線或者二次曲線、指數曲線預測軸承的加速度振動的增加趨勢，并用達到事先設定的容許振動值的剩余時間進行預測的方法。
沖擊脈沖法是使用沖擊脈沖(過度的壓縮波)進行滾動軸承的故障的早期發現、診斷潤滑劑的劣化狀態的診斷方法。一般地，在滾動軸承的滾動體(滾子)與滾道接觸的瞬間，產生固有振動，在材質內施加局部的巨大的壓力，該壓力在材質內引起[壓力波]。在該接觸面存在不規則的凹凸的話，則在接觸的瞬間就會發生很多的不規則的壓力波。這些各個壓力波被稱為過度的壓縮波(沖擊脈沖)，它以超音波的形式從接觸點，通過軸承、軸承箱內部被放射擴散。因而，通過檢修該沖擊脈沖的發生狀態來診斷軸承的潤滑劑膜的厚度或者損傷的程度，從而來診斷潤滑劑的劣化狀態，確定潤滑劑補給時期。
AE法是使用比加速度頻率還要高的AE信號，進行滾動軸承的故障的早期發現、診斷剩余壽命的方法。該AE法是在物體變形或者被破壞時利用AE信號的診斷方法，所述AE信號是被蓄積到變形或者被破壞之時的應變能轉變為聲音并傳播的現象。該AE信號是材料內部的彈性能量被釋放時的彈性波的傳播，它不一定只是在破壞的時候產生，在材料的結晶構造發生轉位重排或者變態的時候也產生。就旋轉該AE信號的滾動軸承而言，使用AE傳感器進行信號處理，觀察AE波的發生頻率，進行該滾動軸承的診斷。
使用這樣的診斷方法，來預知滾動軸承的預期外的故障于未然，提前預測該軸承的更換時期。因此，使發現軸承的異常狀況之前的[無事故壽命]與達到軸承的燒結、破損的[事故發生壽命]明確，來預測從其無事故壽命到事故發生壽命的期間，即剩余壽命。進行旋轉機器的異常狀況的有無的判定和原因的推斷，來判定異常狀況的程度，決定滾動軸承的修理時刻。在最常使用的加速度振動的統計預測中，把直至壽命預測時刻的振動值作為參數，曲線回歸至二次曲線或者指數函數，求出直至到達可容許振動值的期間作為剩余壽命。又，在沖擊脈沖法中，通過沖擊脈沖的發生頻率來推斷潤滑劑的劣化狀態，確定潤滑劑的補給時期。又，AE法的推斷剩余壽命的方法與加速度振動的統計預測一樣。
但是，在上述的現有的診斷方法中，難以設定可容許的振動值，且隨著該值的不同設定，剩余壽命的變化大，所以精度高的剩余壽命的預測是困難的。又，振動開始增加的時候，因為已經是軸承壽命的末期，所以制定長期的保養計劃是困難的，又即使預測出壽命也來不及進行維修。因此，實際上，盡管對于真正的壽命來說還有足夠充裕的時間，但是多數情況下都是早期地更換該滾動軸承。又，因為這樣的剩余壽命診斷精度低，所以在實際的發電廠或者工廠等中，不能延長軸承的檢修周期，不得不采集每隔數年就更換全部軸承的所謂定期檢修這一保養體制。這樣的話就存在了不能削減理應不該花費的成本、不能節省人力的問題。
又，上述的現有的沖擊脈沖法對于潤滑劑的劣化狀態來說，雖然能檢測早期的劣化、診斷潤滑劑的補給時期，但是存在不能從現在的狀態正確地診斷出剩余壽命的問題。
更進一步地，上述的現有的AE法，雖然可以進行比使用加速度的上述的統計方法更早期的診斷，但是在該診斷中所使用的AE(AcousticEmission)傳感器以及信號處理回路的價格高，又，因為AE波很微妙，所以容易帶來周邊噪音的問題。
本發明為了解決這些問題而提出。即，本發明的目的在于提供一種滾動軸承的剩余壽命診斷方法及其剩余壽命診斷裝置，該滾動軸承的剩余壽命診斷方法通過使用加速度傳感器的共振頻帶信號或者高頻信號，能廉價地檢測對滾動軸承的壽命有很大影響的潤滑劑中的雜質的混入或者潤滑劑的劣化狀態，以檢測的雜質的狀態、潤滑劑的狀態為依據，早期地高精度地推斷滾動軸承的壽命。
發明內容
根據本發明的剩余壽命診斷方法，提供一種滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于，包括通過實驗裝置來采集滾動軸承3中的雜質混入狀態與振動·軸承壽命的關系，以及潤滑劑的劣化與振動·軸承壽命的關系的基礎數據采集步驟；對于被裝備于泵、風扇等的旋轉機器1、2的被診斷滾動軸承3，使用加速度傳感器4求出振動信號并測定可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶信號或者加速度的高頻信號區域的測定步驟；使用通過前述的測定步驟求出的測定值與以前述的基礎數據采集步驟求出的數據，推斷前述的被診斷滾動軸承3的雜質混入狀態與潤滑劑的劣化狀態，算出該被診斷滾動軸承3的剩余壽命的判定步驟。
在前述的基礎數據采集步驟中，為了模擬雜質混入狀態，在前述的滾動軸承3的滾動面上發生壓痕，測定雜質混入狀態與軸承振動·壽命的關系。為了模擬雜質混入狀態，在前述的滾動軸承3的滾動面上發生壓痕，測定雜質混入狀態與軸承振動·壽命的關系。又，作為模擬雜質混入狀態的其他的方法來說，在前述的滾動軸承3的潤滑劑中混入異物，改變該異物的量或者尺寸，或者硬度，測定雜質混入狀態與軸承振動·壽命的關系。為了模擬潤滑劑的劣化狀態，減少前述的滾動軸承3的潤滑劑量，測定潤滑劑的劣化狀態與軸承振動·壽命的關系。又，作為模擬潤滑劑的劣化狀態的其他的方法來說，使前述的滾動軸承3的潤滑劑氧化劣化，在該潤滑劑中混入水，測定潤滑劑的劣化狀態與軸承振動·壽命的關系。
以加速度傳感器4的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號來求出前述的基礎數據采集步驟中的雜質混入狀態與振動·壽命的關系。或者，以加速度傳感器4的高頻帶的振動信號求出前述的基礎數據采集步驟中的雜質混入狀態與振動·壽命的關系。
以加速度傳感器4的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號求出前述的基礎數據采集步驟中的潤滑劑的劣化狀態與振動·壽命的關系。或者，以加速度傳感器4的高頻帶的振動信號求出前述的基礎數據采集步驟中的潤滑劑的劣化狀態與振動·壽命的關系。
前述的測定步驟通過加速度傳感器4的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號，來測定雜質混入狀態、因雜質混入而導致的壓痕的發生，更進一步地，測定因雜質混入而導致的壓痕的尺寸。或者，前述的測定步驟通過加速度傳感器4的高頻帶的振動信號，來測定雜質混入狀態、因雜質混入而導致的壓痕的發生，更進一步地，測定因雜質混入而導致的壓痕的尺寸。
前述的測定步驟通過加速度傳感器4的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號，來測定潤滑劑的劣化狀態。或者，前述的測定步驟通過加速度傳感器4的高頻帶的振動信號，來測定潤滑劑的劣化狀態。
前述的診斷步驟通過加速度傳感器4的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號，來推斷雜質混入狀態、因雜質混入而導致的壓痕、或者因雜質混入而導致的壓痕的尺寸以及算出剩余壽命。或者，前述的診斷步驟通過加速度傳感器4的高頻帶的振動信號，來推斷雜質混入狀態、因雜質混入而導致的壓痕、或者因雜質混入而導致的壓痕的尺寸以及算出剩余壽命。
以加速度傳感器4的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號或者加速度傳感器4的高頻帶的振動信號推斷前述的判定步驟中的潤滑劑的劣化狀態以及算出剩余壽命。
在前述的判定步驟中，優選地使用與事先測定的被診斷滾動軸承3的正常狀態的軸承載荷、旋轉速度、運轉時間以及滾動軸承的代號有關的數據。
前述的判定步驟使用以前述的測定步驟求出的數據以及事先測定的被診斷滾動軸承3的正常狀態的振動數據，通過算出加速度的低頻振動信號的增加趨勢，來判定前述的被診斷滾動軸承3是處于劣化初期還是末期狀態。
前述的判定步驟使用以前述的測定步驟求出的被診斷滾動軸承3的加速度傳感器4的共振頻帶信號，或者高頻帶信號，以及事先測定的被診斷滾動軸承3的正常時的振動數據，判定前述的被診斷滾動軸承3是處于正常的劣化過程、雜質混入過程、還是潤滑劑的劣化過程。
在將前述的被診斷滾動軸承3中雜質沒有混入、潤滑劑也沒有處于劣化狀態的軸承狀態判定為正常的劣化過程的情況下，算出額定壽命作為其剩余壽命。接著，在判定為雜質混入前述的被診斷滾動軸承3中、軸承狀態是處于劣化初期的情況下，通過前述的基礎數據采集步驟中的振動數據，來推斷混入的雜質的尺寸，算出其剩余壽命。又，在判定為前述的被診斷滾動軸承3的潤滑劑劣化、軸承狀態是處于劣化初期的情況下，通過前述的基礎數據采集步驟中的振動數據，來推斷前述的潤滑劑的劣化狀態，算出其剩余壽命。
最后，在判定為劣化末期的情況下，基于從前述的加速度的低頻帶振動的增加趨勢以及從雜質混入或者潤滑劑的劣化開始到劣化末期的時間算出剩余壽命。
在上述構成的診斷方法中，在基礎數據采集步驟中，就因事先雜質的混入或者潤滑劑的劣化而導致的潤滑劣化的時候的滾動軸承上的壓痕的形成狀態而言，就其加速度與雜質混入狀態的關系、加速度與潤滑劑狀態的關系而言，取得通過實驗裝置而采集的基礎數據。在測定步驟中，就被裝備于旋轉機器1、2的要診斷剩余壽命的被診斷滾動軸承3而言，使用加速度傳感器4求出振動信號，測定可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶信號或者高頻信號。接著，在判定步驟中，使用通過測定步驟求出的測定值與以前述的基礎數據采集步驟求出的數據，以及與事先測定的被診斷滾動軸承3的正常狀態的軸承載荷、旋轉速度、運轉時間以及滾動軸承的代號有關系的數據，推斷前述的被診斷滾動軸承3的雜質混入狀態、潤滑劑的劣化狀態，算出被診斷滾動軸承3的剩余壽命。
在使用該判定步驟之際，首先，通過算出振動的增加趨勢來判定前述的被診斷滾動軸承3是處于劣化初期還是末期狀態。
在判定為劣化初期時，更進一步地做如下的判定。首先，使用以前述的測定步驟求出的被診斷滾動軸承3的加速度傳感器4的共振頻帶信號、或者高頻帶信號、以及事先測定的被診斷滾動軸承3的正常時的振動數據，判定前述的被診斷滾動軸承3是處于正常的劣化過程、雜質混入過程、還是潤滑劑的劣化過程。
在判定為雜質未混入被診斷滾動軸承3中、潤滑劑也未處于劣化狀態，即雖然處于劣化初期，但是軸承狀態正常的情況下，算出額定壽命作為其剩余壽命。接著，在判定為雜質混入被診斷滾動軸承3中，處于劣化初期狀態的情況下，通過前述的基礎數據采集步驟中的振動數據，來推斷混入的雜質的尺寸，算出其剩余壽命。更進一步地，在前述的被診斷滾動軸承3的潤滑劑劣化的情況下，判定軸承狀態是處于劣化初期，通過前述的數據采集步驟中的振動數據，來推斷前述的潤滑劑的劣化，算出其剩余壽命。
最后，在判定為劣化末期時，基于前述的加速度的低頻帶振動的增加趨勢算出剩余壽命。這時，在本發明的診斷方法中，不只是預測振動的增加趨勢，還能通過觀測從雜質或者潤滑劑的劣化開始至加速度的急速增加的經過時間，來算出精度更高的剩余壽命。
這樣，本發明通過在旋轉機器1、2的運轉中推斷該滾動軸承3的壽命，來確定更換時期，可以更有效率地保養機器1、2。例如，就發電廠中的旋轉機器1、2而言，能容易地制定出避開運轉率高的夏季，在秋季實施該滾動軸承3的更換的計劃，達到有效率地保養旋轉機器1、2的目的。又，對于因為現有的剩余壽命診斷方法的精度不足，所以不得不進行定期檢修的旋轉機器來說，因為可以進行早期的剩余壽命診斷，所以檢修周期的長期化、劣化數據的采集變得容易，可以期待有效率地進行從現有的定期檢修體制到對應于機器而進行保養的狀態基準保養的變更。
根據本發明的滾動軸承的剩余壽命診斷裝置，提供一種滾動軸承的剩余壽命診斷裝置，其特征在于，備有測定與要診斷剩余壽命的被診斷滾動軸承3有關的振動信號的加速度傳感器4；轉換以該加速度傳感器4求出的數據的模/數轉換器5；在以該模/數轉換器5轉換的振動信號中，提取可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號或者高頻信號的特征量提取部6；對記錄滾動軸承3中的雜質混入狀態與振動·軸承壽命的的關系、潤滑劑的劣化與振動·軸承壽命的關系的基礎數據、在被裝備于泵、風扇等的旋轉機器1、2的被診斷滾動軸承3的正常狀態時采集的振動數據、以及與軸承載荷、旋轉速度、運轉時間和滾動軸承的代號有關的數據進行保存的測定結果數據庫7；通過使用被存儲于測定結果數據庫7中的數據，基于以前述的特征量提取部6提取的前述的被診斷滾動軸承3的振動信號，來判定前述的被診斷滾動軸承3的雜質的混入與潤滑劑的劣化狀態，診斷其剩余壽命的剩余壽命診斷部8；顯示該剩余壽命診斷部8的結果的診斷結果顯示部9。
在上述構成的剩余壽命診斷裝置中，通過使用加速度傳感器4的共振頻帶信號或者高頻信號，能廉價地檢測潤滑劑中的雜質的混入或者潤滑劑的劣化狀態，以檢測的雜質的狀態、潤滑劑的狀態為依據，早期地、高精度地推斷滾動軸承3的壽命。
更進一步地，優選地備有基于前述的剩余壽命診斷部8的診斷結果，輸出前述的被診斷滾動軸承3的下一次的檢修時間表與診斷結果的報告的檢修時間表·診斷報告輸出部10。前述的檢修時間表·診斷報告輸出部10是打印機12或者監視器。
這樣，本發明通過在旋轉機器1、2的運轉中推斷該滾動軸承3的壽命，在檢修時間表·診斷報告輸出部10中確定更換周期或者更換時期，可以更有效率地保養機器。例如，就發電廠中的旋轉機器1、2而言，能容易地制定出避開運轉率高的夏季，在秋季實施該滾動軸承3的更換的計劃。又，對于現有的不得不進行定期檢修的設備來說，因為可以進行早期的剩余壽命診斷，所以檢修周期的長期化、劣化數據的采集變得容易，可以有效率地進行從現有的定期檢修體制到對應于機器的狀態而進行保養的狀態基準的保養體制的變更。
更進一步地，備有把前述的波形數據與診斷結果連接到互聯網絡上的傳送用調制解調器11。以此，可以在遙遠地方只采集振動數據，而在另外的遙遠地方診斷規定的滾動軸承3的剩余壽命，又，還可以容易地進行診斷結果的管理。
圖1是表示本發明的滾動軸承的剩余壽命診斷方法的方框圖。
圖2是表示在剩余壽命診斷方法中被裝備于成為診斷對象的電動機與旋轉機器的滾動軸承的一個例子的剖視圖。
圖3是表示滾動軸承的剩余壽命診斷方法的流程圖。
圖4是表示圖3的流程圖中的A部分(判定步驟中的剩余壽命診斷準備階段)的流程圖。
圖5是表示圖3的流程圖中的B部分(測定步驟)的流程圖。
圖6是表示圖3的流程圖中的C部分(判定步驟中的剩余壽命診斷階段)的流程圖。
圖7是表示使用加速度共振頻帶的振動信號來檢測壓痕的圖表。
圖8是表示使用加速度高頻帶的振動信號來推斷壓痕尺寸的圖表。
圖9是表示涉及壓痕尺寸與壽命的關系的圖表。
圖10是表示潤滑劑膜壓與壽命的關系的圖表。
圖11是表示本發明的滾動軸承的剩余壽命診斷裝置的構成方框圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖來說明本發明的優選實施方式。
圖1是表示本發明的滾動軸承的剩余壽命診斷方法的方框圖。圖2是表示在剩余壽命診斷方法中被裝備于成為診斷對象的電動機與旋轉機器的滾動軸承的一個例子的剖視圖。圖3是表示滾動軸承的剩余壽命診斷方法的流程圖。圖4是表示圖3的流程圖中的A部分(判定步驟中的剩余壽命診斷準備階段)的流程圖。圖5是表示圖3的流程圖中的B部分(測定步驟)的流程圖。圖6是表示圖3的流程圖中的C部分(判定步驟中的剩余壽命診斷階段)的流程圖。
本發明的滾動軸承的剩余壽命診斷方法包括事先在實驗機上采集雜質混入狀態·潤滑劑的劣化狀態與振動·壽命的關系的基礎數據采集步、測定被裝備于泵、風扇等旋轉機器1或者電動機2等旋轉機構部分的要診斷剩余壽命的被診斷滾動軸承3的共振頻帶信號或者高頻信號的測定步驟、判定被診斷滾動軸承3的剩余壽命的判定步驟構成。
在基礎數據采集步驟中，為了模擬雜質混入，直接在分解的軸承的滾動面上作出傷痕，在軸承上生成壓痕，又為了模擬潤滑劑的劣化狀態，使用減少了潤滑劑的軸承在軸承載荷試驗機上進行試驗，采集基礎數據。又，作為其他的模擬雜質混入的方法來說，有在潤滑機中混入成為雜質的替代物的異物，改變混入的異物的量與大小，改變混入的異物的硬度的方法等。同樣地，作為模擬潤滑劑的劣化的方法來說，有使用氧化劣化的潤滑劑或混入水的方法等。
在該基礎數據采集步驟中，就因事先雜質的混入或者潤滑劑的劣化而導致潤滑劣化的時候的滾動軸承3上的壓痕的形成狀態而言，取得關于其加速度與壓痕的大小的關系的數據。滾動軸承3的主要的劣化方式有內部起點型剝離與表面起點型剝離2種劣化模式。該內部起點型剝離為滾動要素滾動面所承接的反復應力集中于滾動面表層下，剝離從滾動面內部開始發生。表面起點型剝離為因潤滑劑中的雜質等的異物的混入而導致在滾動面表面產生傷痕，剝離從滾動面表面開始發生。軸承本來的壽命是內部起點型剝離模式中的壽命，通過近年來的材料技術的進步，該壽命已經被延長到軸承的額定壽命的數倍～數十倍。另一方面，因潤滑劑中的異物混入等而導致的表面起點型剝離方式的壽命顯著地縮短為內部起點型剝離的壽命的數分之一至數十分之一。
這樣，滾動軸承3就擁有多樣的劣化方式，考慮這些劣化方式·破壞機理在軸承的剩余壽命診斷中是非常重要的。因而，在本發明中，為了考慮這樣的滾動軸承3的劣化方式，診斷比現有的剩余壽命可以更早期地診斷的、且更高精度的剩余壽命，前提是使用基礎數據采集步驟。
就被裝備于旋轉機器1、2的要診斷剩余壽命的被診斷滾動軸承3而言，采集判定步驟中的剩余壽命診斷準備階段與測定步驟。在剩余壽命診斷準備階段，就被診斷滾動軸承3而言，收集與軸承載荷、旋轉速度、運轉時間以及軸承代號有關的數據以及使用加速度傳感器4收集正常時的振動數據。在測定步驟中，就運轉中的被診斷滾動軸承3而言，使用加速度傳感器4求出振動信號，測定可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶信號或者高頻帶信號。
使用這些以基礎數據采集步驟以及剩余壽命診斷準備階段求出的數據，推斷被診斷滾動軸承3是處于劣化初期還是末期狀態。在該剩余壽命診斷階段中，通過算出振動的增加趨勢，來判定該被診斷滾動軸承3是處于劣化初期還是末期狀態。
就該剩余壽命診斷階段的結果而言，在被診斷滾動軸承3推斷為是處于劣化初期的時候，進行如下的判定。
首先，使用以測定步驟求出的被診斷滾動軸承3的加速度傳感器的共振頻帶信號或者高頻帶信號、以及在剩余壽命診斷準備階段中測定的被診斷滾動軸承3的正常時的振動數據，判定被診斷滾動軸承3是處于正常的劣化過程、雜質混入過程、還是潤滑油劣化過程。
判定雜質未混入被診斷滾動軸承3中、潤滑劑也未處于劣化狀態的軸承狀態是處于正常的劣化過程，算出額定壽命作為其剩余壽命。就額定壽命而言，一般通過數1那樣的計算式來處理。
額定壽命L10=10660n[CP]p---(1)]]>其中，L10基本額定壽命(h)n轉速(rpm)C基本額定動載荷(N or kgf)P當量動載荷(N or kgf)p若為球軸承，則p＝3若為滾子軸承，則p＝10/3接著，在診斷為雜質混入被診斷滾動軸承3、軸承狀態是處于劣化初期的情況下，通過基礎數據采集步驟中的振動數據，來推斷混入的雜質的尺寸，算出其剩余壽命。
更進一步地，在診斷為被診斷滾動軸承3的潤滑劑劣化、軸承狀態是處于劣化初期的情況下，通過基礎數據采集步驟中的振動數據，來推斷潤滑劑的劣化，算出其剩余壽命。
最后，在診斷為劣化末期的時候，基于從前述的加速度的低頻帶振動的增加趨勢以及從雜質混入或者潤滑劑的劣化到劣化末期的時間，算出剩余壽命。這樣的話，在本發明的診斷方法中，通過從雜質的混入到加速度的急速增加的經過時間的觀測等，就能算出精度更高的剩余壽命。
這樣，本發明通過推斷在旋轉機器1、2的運轉中其滾動軸承3的壽命，來確定更換時期，可以更有效率地保養旋轉機器1、2。例如，就發電廠中的旋轉機器1、2而言，能容易地制定出避開運轉率高的夏季、在秋季實施該滾動軸承3的更換的計劃。
圖7是模擬雜質混入而得到的壓痕尺寸與加速度傳感器的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號的關系的圖表。
在本發明中，以加速度傳感器4的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號來進行基礎數據采集步驟以及測定步驟以及判定步驟中對因雜質混入而導致的壓痕的發生的檢測。又，能以加速度傳感器4的高頻帶的振動信號求出壓痕的尺寸。由圖可知，與壓痕尺寸為0μm的正常時比較，發生壓痕的話，則20kHz～40kHz頻段附近的加速度共振頻帶的振動信號變得非常大，壓痕的發生能容易地檢測。
圖8是模擬雜質混入而得到的壓痕的尺寸與加速度傳感器的高頻帶的振動信號的關系的圖表。
如圖所示，可知隨著壓痕尺寸從0mm增加，5kHz～20kHz頻段附近的加速度高頻帶的振動信號成比例地變大，能容易地推斷壓痕的尺寸。
圖9是表示發生的壓痕對滾動軸承壽命的影響的圖表。
把正常的滾動軸承的壽命作為相對壽命1(把額定壽命作為相對壽命1)的話，則劃有壓痕的軸承的壽命比它短很多，也可能只有額定壽命的1/100以下。又，可以知道被診斷滾動軸承3沒有例外地以壓痕為起點而剝離，軸承壽命的離散非常的小。本發明的判定步驟通過這樣的壓痕尺寸與壽命的關系而進行推斷。
圖10是表示潤滑劑膜壓與壽命的關系的圖表。
就被診斷滾動軸承3的壽命而言，油膜參數小于3的話，則相對壽命急劇地降低到2.5以下，相對壽命也可能只有0.2左右。壽命這樣急劇地降低是因軌道面與滾動面的油膜壓斷裂而產生的金屬接觸導致的。本發明的判定步驟與雜質混入狀態中的滾動軸承3的剩余壽命診斷一樣，使用加速度傳感器4的最高靈敏度的共振頻帶信號，或者高頻帶信號，推斷潤滑劑的劣化狀態(油膜參數)，診斷潤滑劑的劣化狀態中的剩余壽命。
圖11是表示滾動軸承的剩余壽命診斷裝置的構成方框圖。
滾動軸承的剩余壽命診斷裝置備有加速度傳感器4、模/數轉換器5、特征量提取部6、測定結果數據庫7、剩余壽命診斷部8、診斷結果顯示部9、檢修時間表·診斷報告輸出部10、傳送用調制解調器11。
模/數轉換器5將通過加速度傳感器4求出的前述要診斷剩余壽命的被診斷滾動軸承3的數據進行轉換。特征量提取部6在以該模/數轉換器5轉換的振動信號中，提取可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號。
測定結果數據庫7如上所述，收集、保存下列數據事先在實驗機上采集雜質混入狀態·潤滑劑的劣化狀態與振動·壽命的關系的基礎數據；與被裝備于泵、風扇等的旋轉機器1或者電動機2等的旋轉機構部分的要診斷剩余壽命的被診斷滾動軸承3的軸承載荷、旋轉速度、運轉時間以及滾動軸承的代號有關的數據；以及被診斷滾動軸承3的正常時的振動數據。
剩余壽命診斷部8通過使用被存儲于該測定結果數據庫7的數據，基于以特征量提取部6提取的被診斷滾動軸承3的振動信號，來判定被診斷滾動軸承3的雜質的混入與潤滑劑的劣化狀態，診斷其剩余壽命。
診斷結果顯示部9顯示剩余壽命診斷部8的結果。檢修時間表·診斷報告輸出部10基于剩余壽命診斷部8的診斷結果，把被診斷滾動軸承3的下一次的檢修時間表與診斷結果的報告輸出到打印機12等。這樣，本發明通過在旋轉機器1、2的運轉中推斷該滾動軸承3的壽命，在檢修時間表·診斷報告輸出部10中，來確定更換周期或者更換時期，可以更有效率地保養機器。例如，就發電廠中的旋轉機器1、2而言，能容易地制定出避開運轉率高的夏季，在秋季實施該滾動軸承3的更換的計劃。
在上述構成的剩余壽命診斷裝置中，通過使用加速度傳感器4的共振頻帶信號或者高頻信號，能廉價地檢測潤滑劑中的雜質的混入或者潤滑劑的劣化狀態，并以檢測的雜質的狀態、潤滑劑的狀態為依據，高精度地推斷滾動軸承的壽命。
傳送用調制解調器11把波形數據與診斷結果連接到互聯網絡上。這樣，通過連接到互聯網絡上，能在遙遠地方容易地推斷規定的滾動軸承3的剩余壽命。
另外，本發明并不限定于上述的發明的實施方式，只要是推斷被診斷滾動軸承3是處于劣化初期還是末期狀態，算出該被診斷滾動軸承3的剩余壽命的方法，就不限定于上述的構成，當然能夠在不脫離本發明的中心意思的范圍內進行種種變更。
又，就雜質混入的狀態或者潤滑劑劣化的狀態、其加速度與壓痕的大小等的關系而言，事先采集數據，通過比較·判定采集的雜質混入狀態·潤滑劑的劣化狀態與加速度·壽命的關系數據、以特征量提取部6提取的被診斷滾動軸承3的振動信號，來推斷被診斷滾動軸承3的雜質的混入狀態·潤滑劑的劣化狀態，從而診斷其剩余壽命，只要是上述構造，就不限定于圖示的構成，當然能夠在不脫離本發明的中心意思的范圍內進行種種變更。
工業實用性本發明的滾動軸承的剩余壽命診斷方法通過使用加速度傳感器的共振頻帶信號或者高頻信號，能廉價地檢測對滾動軸承的壽命的預測有很大影響的潤滑劑中的雜質的混入或者潤滑劑的劣化狀態，以檢測的雜質的狀態、潤滑劑的狀態為依據，高精度地推斷被診斷滾動軸承的壽命。因此，確定滾動軸承的更換周期或者更換時期，可以更有效率地保養機器。例如，就發電廠中的旋轉機器而言，能容易地制定出避開運轉率高的夏季，在秋季實施該滾動軸承的更換的計劃。又，對于現有的不得不進行定期檢修的設備來說，因為可以進行早期的剩余壽命診斷，所以檢修周期的長期化、劣化數據的采集變得容易，能有效率地進行從現有的定期檢修體制到對應于機器的狀態而進行保養的狀態基準保養體制的變更。
本發明的滾動軸承的剩余壽命診斷方法裝置通過緊湊的裝置，能容易且正確地高精度地推斷滾動軸承的壽命，更進一步地，通過連接到互聯網絡上，能在遙遠地方容易地判定規定的滾動軸承的剩余壽命。
權利要求
1.一種滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于，包括通過實驗裝置來采集滾動軸承(3)中的雜質混入狀態與振動·軸承壽命的關系，以及潤滑劑的劣化與振動·軸承壽命的關系的基礎數據采集步驟；對于被裝備于泵、風扇等的旋轉機器(1、2)上的被診斷滾動軸承(3)，使用加速度傳感器(4)求出振動信號，并測定可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶信號的測定步驟；使用通過前述的測定步驟求出的測定值與通過前述的基礎數據采集步驟求出的數據，推斷前述的被診斷滾動軸承(3)的雜質混入狀態與潤滑劑的劣化狀態，算出該被診斷滾動軸承(3)的剩余壽命的判定步驟。
2.一種滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于，包括通過實驗裝置來采集滾動軸承(3)中的雜質混入狀態與振動·軸承壽命的關系，以及潤滑劑的劣化與振動·軸承壽命的關系的基礎數據采集步驟；對于被裝備于泵、風扇等的旋轉機器(1、2)上的被診斷滾動軸承(3)，測定加速度的高頻信號頻段的測定步驟；使用通過前述的測定步驟求出的測定值與通過前述的基礎數據采集步驟求出的數據，推斷前述的被診斷滾動軸承(3)的雜質混入狀態與潤滑劑的劣化狀態，算出該被診斷滾動軸承(3)的剩余壽命的判定步驟。
3.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的基礎數據采集步驟為了模擬雜質混入狀態，在前述的滾動軸承(3)的滾動面上生成壓痕，測定雜質混入狀態與軸承振動·壽命的關系。
4.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的基礎數據采集步驟為了模擬雜質混入狀態，在前述的滾動軸承(3)的潤滑劑中混入異物，改變該異物的量或尺寸，測定雜質混入狀態與軸承振動·壽命的關系。
5.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的基礎數據采集步驟為了模擬雜質混入狀態，在前述的滾動軸承(3)的潤滑劑中混入異物，改變該異物的硬度，測定雜質混入狀態與軸承振動·壽命的關系。
6.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的基礎數據采集步驟為了模擬潤滑劑的劣化狀態，減少前述的滾動軸承(3)的潤滑劑量，測定潤滑劑的劣化狀態與軸承振動·壽命的關系。
7.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的基礎數據采集步驟為了模擬潤滑劑的劣化狀態，使前述的滾動軸承(3)的潤滑劑氧化劣化，測定潤滑劑的劣化狀態與軸承振動·壽命的關系。
8.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的基礎數據采集步驟為了模擬潤滑劑的劣化狀態，在前述的滾動軸承(3)的潤滑劑中混入水，測定潤滑劑的劣化狀態與軸承振動·壽命的關系。
9.如權利要求1、2、3、4或者5所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于以加速度傳感器(4)的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號求出前述的基礎數據采集步驟中的雜質混入狀態與振動·壽命的關系。
10.如權利要求1、2、3、4或者5所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于以加速度傳感器(4)的高頻帶的振動信號求出前述的基礎數據采集步驟中的雜質混入狀態與振動·壽命的關系。
11.如權利要求1、2、6、7或者8所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于以加速度傳感器(4)的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號求出前述的基礎數據采集步驟中的潤滑劑的劣化狀態與振動·壽命的關系。
12.如權利要求1、2、6、7或者8所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于以加速度傳感器(4)的高頻帶的振動信號求出前述的基礎數據采集步驟中的潤滑劑的劣化狀態與振動·壽命的關系。
13.如權利要求1所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的測定步驟通過加速度傳感器(4)的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號來測定雜質混入狀態。
14.如權利要求12所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的測定步驟通過加速度傳感器(4)的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號來測定因雜質混入而導致的壓痕的發生。
15.如權利要求12所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的測定步驟通過加速度傳感器(4)的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號來測定因雜質混入而形成的壓痕的尺寸。
16.如權利要求2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的測定步驟通過加速度傳感器(4)的高頻帶的振動信號來測定雜質混入狀態。
17.如權利要求2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的測定步驟通過加速度傳感器(4)的高頻帶的振動信號來測定因雜質混入而導致的壓痕的發生。
18.如權利要求2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的測定步驟通過加速度傳感器(4)的高頻帶的振動信號來測定因雜質混入而形成的壓痕的尺寸。
19.如權利要求1所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的測定步驟通過加速度傳感器(4)的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號來測定潤滑劑的劣化狀態。
20.如權利要求2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的測定步驟通過加速度傳感器(4)的高頻帶的振動信號來測定潤滑劑的劣化狀態。
21.如權利要求1所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟通過加速度傳感器(4)的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號來推斷雜質混入狀態以及算出剩余壽命。
22.如權利要求1所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟通過加速度傳感器(4)的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號來檢測因雜質混入而導致的壓痕的發生以及算出剩余壽命。
23.如權利要求1所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟通過加速度傳感器(4)的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號來推斷因雜質混入而形成的壓痕的尺寸以及算出剩余壽命。
24.如權利要求2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟通過加速度傳感器(4)的高頻帶的振動信號來推斷雜質混入狀態以及算出剩余壽命。
25.如權利要求2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟通過加速度傳感器(4)的高頻帶的振動信號來檢測因雜質混入而導致的壓痕的發生以及算出剩余壽命。
26.如權利要求2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟通過加速度傳感器(4)的高頻帶的振動信號來推斷因雜質混入而形成的壓痕的尺寸以及算出剩余壽命。
27.如權利要求1所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于以加速度傳感器(4)的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號推斷前述的判定步驟中的潤滑劑的劣化狀態以及算出剩余壽命。
28.如權利要求2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于以加速度傳感器(4)的高頻帶的振動信號推斷前述的判定步驟中的潤滑劑的劣化狀態以及算出剩余壽命。
29.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟使用與事先測定的被診斷滾動軸承(3)的正常狀態的軸承載荷、旋轉速度、運轉時間以及滾動軸承代號有關系的數據。
30.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟使用以前述的測定步驟求出的數據以及事先測定的被診斷滾動軸承(3)的正常狀態的振動數據，通過算出加速度的低頻振動信號的增加趨勢，來判定前述的被診斷滾動軸承(3)是處于劣化初期還是末期狀態。
31.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟使用加速度傳感器(4)的可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號，判定有沒有混入雜質以及潤滑劑有沒有劣化，判定被診斷滾動軸承(3)是處于正常的劣化過程、雜質混入過程、還是潤滑劑的劣化過程。
32.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟使用加速度傳感器(4)的高頻帶的振動信號，判定有沒有混入雜質以及潤滑劑有沒有劣化，判定被診斷滾動軸承(3)是處于正常的劣化過程、雜質混入過程、還是潤滑劑的劣化過程。
33.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟判定雜質未混入前述的被診斷滾動軸承(3)中、潤滑劑也未處于劣化狀態的軸承狀態是正常的劣化過程，算出額定壽命作為其剩余壽命。
34.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟判定雜質混入前述的被診斷滾動軸承(3)中的軸承狀態是處于劣化初期，通過前述的基礎數據采集步驟中的振動數據，來推斷混入的雜質的尺寸，算出其剩余壽命。
35.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟判定前述的被診斷滾動軸承(3)的潤滑劑劣化的軸承狀態是處于劣化初期，通過前述的基礎數據采集步驟中的振動數據，來推斷前述的潤滑劑的劣化狀態，算出其剩余壽命。
36.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟在判定為劣化末期時，基于前述的加速度的低頻帶振動的增加趨勢算出剩余壽命。
37.如權利要求1或者2所述的滾動軸承的剩余壽命診斷方法，其特征在于前述的判定步驟在判定為劣化末期時，基于從雜質混入或者潤滑劑的劣化開始到劣化末期的時間算出剩余壽命。
38.一種滾動軸承的剩余壽命診斷裝置，其特征在于，備有測定與要診斷剩余壽命的被診斷滾動軸承(3)有關的振動信號的加速度傳感器(4)；轉換以該加速度傳感器(4)求出的數據的模/數轉換器(5)；在以該模/數轉換器(5)轉換的振動信號中，提取可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶的振動信號的特征量提取部(6)；對記錄滾動軸承(3)中的雜質混入狀態與振動·軸承壽命的關系，潤滑劑的劣化與振動·軸承壽命的關系的基礎數據、在被裝備于泵、風扇等的旋轉機器(1、2)的被診斷滾動軸承(3)的正常狀態時采集的振動數據、以及與軸承載荷、旋轉速度、運轉時間和滾動軸承的代號有關的數據進行保存的測定結果數據庫(7)；通過使用被存儲于該測定結果數據庫(7)的數據，基于以前述特征量提取部(6)提取的前述被診斷滾動軸承(3)的振動信號，來判定前述的被診斷滾動軸承(3)的雜質的混入與潤滑劑的劣化狀態，從而診斷其剩余壽命的剩余壽命診斷部(8)；顯示該剩余壽命診斷部(8)的結果的診斷結果顯示部(9)。
39.一種滾動軸承的剩余壽命診斷裝置，其特征在于，備有測定與要診斷剩余壽命的被診斷滾動軸承(3)有關的振動信號的加速度傳感器(4)；轉換以該加速度傳感器(4)求出的數據的模/數轉換器(5)；在以該模/數轉換器(5)轉換的振動信號中，提取高頻信號的特征量提取部(6)；對記錄滾動軸承(3)中的雜質混入狀態與振動·軸承壽命的關系、潤滑劑的劣化與振動·軸承壽命的關系的基礎數據、在被裝備于泵、風扇等的旋轉機器(1、2)的被診斷滾動軸承(3)的正常狀態時采集的振動數據、以及與軸承載荷、旋轉速度、運轉時間和滾動軸承的代號有關的數據進行保存的測定結果數據庫(7)；通過使用被存儲于該測定結果數據庫(7)的數據，基于以前述特征量提取部(6)提取的前述被診斷滾動軸承(3)的振動信號，來判定前述的被診斷滾動軸承(3)的雜質的混入與潤滑劑的劣化狀態，從而診斷其剩余壽命的剩余壽命診斷部(8)；顯示該剩余壽命診斷部(8)的結果的診斷結果顯示部(9)。
40.如權利要求38或者39所述的滾動軸承的剩余壽命診斷裝置，其特征在于，還備有檢修時間表·診斷報告輸出部(10)，基于前述的剩余壽命診斷部(8)的診斷結果，輸出前述的被診斷滾動軸承(3)的下一次的檢修時間表與診斷結果的報告。
41.如權利要求40所述的滾動軸承的剩余壽命診斷裝置，其特征在于前述的檢修時間表·診斷報告輸出部(10)是打印機(12)。
42.如權利要求40所述的滾動軸承的剩余壽命診斷裝置，其特征在于前述的檢修時間表·診斷報告輸出部(10)是監視器。
43.如權利要求38或者39所述的滾動軸承的剩余壽命診斷裝置，其特征在于還備有將前述的波形數據與診斷結果連接到互聯網絡上的傳送用調制解調器(11)。
全文摘要
本發明提供一種滾動軸承的剩余壽命診斷方法及其剩余壽命診斷裝置，通過使用加速度傳感器的共振頻帶信號或者高頻信號，來廉價地檢測對滾動軸承壽命有很大影響的潤滑劑中的雜質的混入或者潤滑劑的劣化狀態，以檢測的雜質的狀態、潤滑劑的狀態為依據，早期地高精度地推斷滾動軸承的壽命。該方法包括通過實驗裝置來采集滾動軸承(3)中的雜質混入狀態或者潤滑劑的劣化與振動·軸承壽命的關系的基礎數據采集步驟；就被裝備于旋轉機器(1、2)的被診斷滾動軸承(3)而言，使用加速度傳感器(4)求出振動信號，測定可以進行最高靈敏度檢測的共振頻帶信號或者高頻信號的測定步驟；使用通過測定步驟求出的測定值與通過基礎數據采集步驟求出的數據，推斷被診斷滾動軸承(3)的雜質混入狀態與潤滑劑劣化狀態，從而算出被診斷滾動軸承(3)的剩余壽命的判定步驟。
文檔編號G01M99/00GK1659427SQ03812468
公開日2005年8月24日 申請日期2003年5月28日 優先權日2002年5月31日
發明者四郎丸功, 田中誠, 赤松良信, 長安洋治, 坊田信吾, 巖壺卓三 申請人:中國電力株式會社, 巖壺卓三