JP2009270913A - 軸受隙間計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受に適合する計測ロードによる軸受の隙間を容易かつ正確に計測することができ、同一の装置でラジアル隙間とアキシャル隙間を計測する。
【解決手段】内輪１と外輪２を有する軸受３の隙間を計測する軸受隙間計測装置。軸受を固定するための支持面１１を有する支持本体１２と、支持面より垂直に延び、支持面に沿って対称に移動可能であり、内輪１又は外輪２の側面を支持面に平行に保持可能な１対の保持部材１４と、外輪２又は内輪１に計測方向のロードＦを付加するロード付加装置１６と、ロードを検出するロードセル１８と、外輪２の計測方向の変位量を検出する変位量センサ２０と、ロードセルと変位量センサの検出データを同期して取り込む同期データ検出器２２と、ロードが所定の規定ロードに達したときの変位量から計測方向の隙間を演算する隙間演算装置２２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジェットエンジン等に使用する軸受（ベアリング）の隙間計測装置に関する。

大型ジェットエンジンには、例えば直径３ｍに達するファンやプロペラの高速回転（例えば５０００〜８０００ｒｐｍ）を支持するために、玉軸受（例えば深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受）や円筒ころ軸受が多用されている。
これらの軸受には上述した高速回転で大荷重（例えば。３００〜４００ｋｇｆ）の荷重（ラジアル荷重やスラスト荷重）が作用するため、安全性を高めるために定期的に転動輪（内輪と外輪）と転動体（玉や円筒ころ）の隙間（ラジアル隙間とアキシャル隙間）を計測する必要がある。
図４は、軸受のラジアル隙間計測とアキシャル隙間計測の説明図である。図４（Ａ）に示すように、内輪（又は外輪）を固定し、外輪（又は内輪）にラジアル方向に荷重を付加し、その際に生じるラジアル方向の移動量をラジアル隙間と呼ぶ。また、図４（Ｂ）に示すように、外輪（又は内輪）を固定し、内輪（又は外輪）にアキシャル方向に荷重を付加し、その際に生じるアキシャル方向の移動量をアキシャル隙間と呼ぶ。

図５は、ラジアル隙間（ラジアルクリアランス）の概念図であり、縦置きの例を示している。
図５（Ａ）に示すように、内輪を鉛直な面に固定し、その状態で外輪の上端面の位置を計測する。次いで、図５（Ｂ）に示すように、外輪の下端面に半径（ラジアル）方向から荷重をかけ、その状態で外輪の上端面の位置を計測する。図５（Ａ）（Ｂ）における計測値の差がラジアルクリアランスに相当する。なお、計測は外輪の上端面で行う。

図６は、アキシャル隙間（アキシャルクリアランス）の概念図である。
図６（Ａ）に示すように、外輪を水平な面に固定し、内輪が下方に下がった状態で内輪の上端面の位置を計測する。この例では、外輪の上面から下方にａである。次いで、図６（Ｂ）に示すように、内輪の下端面にアキシャル方向から荷重をかけ、その状態で内輪の上端面の位置を計測する。この例では、外輪の上面から上方にｂである。アキシャルクリアランスは、ａとｂの和に相当する。

軸受のラジアル隙間の測定方法は、例えばＪＩＳ（Ｂ−１５１５）に規定されている。
また、軸受の隙間計測装置は、既に市販されている（例えば、非特許文献１）。
ＪＩＳによるラジアル隙間の測定方法は、内輪又は外輪を固定し、固定しない方の軌道輪に所定の測定荷重を、ラジアル方向に両側から交互に加える。ラジアル隙間は、固定しない方の軌道輪の幅のほぼ中央にラジアル方向に測定子を当て、軌道輪の動き量の算術平均値から、測定荷重による転動体と転動輪との弾性接近量を差し引いた量として求めるものである。

非特許文献１のラジアル隙間計測装置は、軸受の内輪と外輪のラジアル隙間を計測する装置である。この装置は、計測中、中心軸を水平にして内輪をスイング又は回転可能に支持し、外輪を交互に上下に押し、その変位量を計測するものである。
非特許文献１のスラスト隙間計測装置は、軸受の内輪と外輪のアキシャル隙間を計測する装置である。この装置は、計測中、中心軸を鉛直にして内輪をスイング又は回転可能に支持し、外輪を交互に上下に押し、その変位量を計測するものである。

"ＭＧＬ３５−７／２２−７／３７−７／２４−７，Ｒａｄｉａｌ Ｃｌｅａｒａｎｃｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ" ａｎｄ "ＭＧＬ７５−７／７７−７／７８−７，Ａｘｉａｌ Ｃｌｅａｒａｎｃｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ"， ＦＡＧ社カタログ

本発明は、大型ジェットエンジン等のメンテナンスでは、多種多様の軸受の隙間計測が対象となる、また、計測すべき軸受は既に使用された軸受であり、そのため上述した従来の隙間計測装置を使用すると、以下の問題点があった。

（１） 従来の装置では、空圧又は油圧で所定の負荷（以下、計測ロード）を付加している。しかし、多種多様の軸受を対象とする場合、計測ロードも多種多用となり、空圧又は油圧の圧力設定でこれを正確に設定するのは非常に困難であり、圧力調整に時間と手間がかかりすぎる。
（２） ジェットエンジン等のメンテナンスで隙間を計測する軸受は、使用中の軸受であり摺動部が僅かに局部摩耗している場合がある。従来の装置は、新品の軸受を対象としているため、このような僅かな局部摩耗している軸受の隙間を計測できない。
（３） 従来の装置では、内輪をダミーシャフトで固定するが、使用中の軸受は内輪が変形している場合がある。そのため、ダミーシャフトが使用できない場合がある。また仮に使用できても無理にダミーシャフトを嵌めこんだ場合内輪を変形させ正確な隙間が正確に計測できないことがある。
（４） また、ダミーシャフトが使用できても、多種多様の軸受を対象とするため、多種多様のダミーシャフトを必要とする。
（５） 従来の装置は、ラジアル用とアキシャル用は別の装置であり、同一の装置で両方を計測することはできない。

本発明は、上述した種々の問題点を解決するために創案されたものである。
すなわち、本発明の目的は、大型ジェットエンジン等のメンテナンスを行う軸受の隙間計測で使用し多種多様の使用中軸受を対象として、それぞれの軸受に適合する計測ロードによる軸受の隙間を容易かつ正確に計測することができ、摺動部が局部摩耗している場合でも局部摩耗による隙間を計測でき、内輪が変形している場合でも計測でき、多種多様のダミーシャフトは不要であり、同一の装置でラジアル隙間とアキシャル隙間を計測することができる軸受の隙間計測装置を提供することにある。

本発明によれば、内輪と外輪を有する軸受の隙間を計測する軸受隙間計測装置であって、
軸受を固定するための支持面を有する支持本体と、
該支持本体に支持され、支持面より垂直に延び、外輪又は内輪の側面を支持面に平行に保持可能な保持部材と、
前記支持本体に支持され、外輪又は内輪に計測方向のロードを付加するロード付加装置と、
該ロード付加装置と外輪又は内輪の間に設置され前記ロードを検出するロードセルと、
前記支持本体に支持され、外輪又は内輪の計測方向の変位量を検出する変位量センサと、
前記ロードセルと変位量センサの検出データを同期して取り込む同期データ検出器と、
前記ロードが所定の規定ロードに達したときの前記変位量から計測方向の隙間を演算する隙間演算装置とを備えたことを特徴とする軸受隙間計測装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記計測方向は、軸受のラジアル方向又はアキシャル方向である。

また、前記支持本体は、支持面を水平又は鉛直に転動可能に構成されている。

また、前記保持部材は、内輪の内側又は外輪の外側を貫通して支持本体から支持面より上方まで垂直に延び、支持面に沿って対称に移動可能な１対の支持棒と、該支持棒の外周に固定され内輪又は外輪の一方の側面を支持する鍔金具と、支持棒の外周に移動可能に設けられ鍔金具との間で内輪又は外輪を挟持して保持する挟持金具とからなる。

また、前記ロード付加装置は、前記支持本体に支持され外輪の計測方向の雌ねじ穴を有する雌ねじ部材と、該雌ねじ穴と螺合し前記計測方向に延びる雄ねじ部材とを有する。

また、前記同期データ検出器は、ロードセルと変位量センサの検出データをそれぞれ受信し、その信号が同期していない場合はエラーとし、同期信号のみをそれぞれ出力する信号制御ボードである。
また、前記ロード付加装置は、レバー押上式のアキシャルクリアランス用ロード付加装置である。

上記本発明の構成によれば、支持本体に支持され、支持面より垂直に延び、内輪又は外輪の側面を支持面に平行に保持可能な保持部材を備えているので、軸受の内輪又は外輪の側面を支持面に平行に保持することができる。
特に保持部材が１対の支持棒を備える構成により、１対の支持棒を支持面に沿って対称に移動させることにより、多種多様の使用中軸受を対象とでき、かつ内輪が変形している場合でも計測でき、多種多様のダミーシャフトは不要である。

また、外輪又は内輪に計測方向のロードを付加するロード付加装置を備えるので、この装置によりロードを徐々に増加することができ、多種多様の使用中軸受を対象として、それぞれの軸受に適合する計測ロードを付加することができる。
また、この装置によりロードを増加する途中で一旦止め、外輪又は内輪を回転させなじませることができるので、摺動部が局部摩耗している場合でも局部摩耗による隙間を計測できる。
これは、ロードをかけながら外輪又は内輪を回転させることで、外輪内輪の局部摩耗している部分に玉を逃げこませる（馴染ませる）ことができる為である。

また、前記ロードセルと変位量センサの検出データを同期して取り込む同期データ検出器を備え、隙間演算装置により、前記ロードが所定の規定ロードに達したときの前記変位量から計測方向の隙間を演算するので、それぞれの軸受に適合する所定の計測ロードによる軸受の隙間を容易かつ正確に計測することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記計測方向は、軸受のラジアル方向又はアキシャル方向であり、前記支持本体は、支持面を水平又は鉛直に転動可能に構成されているので、同一の装置でラジアル隙間とアキシャル隙間を計測することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明による軸受隙間計測装置の第１実施形態図である。
本発明の軸受隙間計測装置１０は、内輪１と外輪２を有する軸受３の隙間を計測する軸受隙間計測装置であり、この例はラジアル隙間を計測する装置である。
なお、この図において、軸受３は、円筒ころ軸受である。

この図において、本発明の軸受隙間計測装置１０は、支持本体１２、１対の保持部材１４、ロード付加装置１６、ロードセル１８、変位量センサ２０、同期データ検出器２２、及び隙間演算装置２４を備える。

支持本体１２は、軸受３を固定するための支持面１１を有する。この例において、支持本体１２は、支持面１１を水平又は鉛直に転動可能に構成されている。支持本体１２は、例えばチルティング・サーキュラーテーブルである。
なお、支持本体１２は、チルティング・サーキュラーテーブルに限定されず、その他の装置でもよい。また、支持面１１は、対象とする軸受の最小径から最大径までの範囲で平面であるのが好ましい。

保持部材１４は、支持本体１２に支持され、支持面１１より垂直に延び、軸受３の内輪１の側面（図で下面）を支持面１１に平行に保持可能に構成されている。

この例において、保持部材１４は、１対の支持棒１４ａ、鍔金具１４ｂ及び挟持金具１４ｃからなる。
１対の支持棒１４ａは、内輪１の内側を貫通して支持本体１２から支持面１１より上方まで垂直に延び、支持本体１２に内蔵されたボールネジ式支持棒移動装置１３により、支持面１１に沿って軸受３の中心軸Ｚに対して対称に移動可能に構成されている。１対の支持棒１４ａは、計測対象となる最小内径の軸受の内輪内側を通すことができかつ最大内径の軸受の内輪内側まで拡大でき、さらに外輪外側も保持できる。
ボールネジ式支持棒移動装置１３は、電動でも手動であってもよい。
鍔金具１４ｂは、支持棒１４ａの外周に固定され、内輪１又は外輪の一方の側面（図で下面）を支持する。
挟持金具１４ｃは、支持棒１４ａの外周に軸方向に移動可能に設けられ、図示しないロック機構により、鍔金具１４ｂとの間で内輪１を挟持して内輪１を動かないように保持するようになっている。

ロード付加装置１６は、支持本体１２に支持され、外輪２に計測方向（この例ではラジアル方向）のロードＦを付加する機能を有する。
この例において、ロード付加装置１６は、雌ねじ部材１６ａと雄ねじ部材１６ｂを有する。
雌ねじ部材１６ａは、支持本体１２に支持され、外輪２の計測方向（この例ではラジアル方向）の雌ねじ穴を有する。
また、雄ねじ部材１６ｂは、雌ねじ部材１６ａの雌ねじ穴と螺合し、前記計測方向に延びる。

この構成により、雄ねじ部材１６ｂをその軸心を中心に回転駆動して、外輪２の計測方向（この例ではラジアル方向）にねじで送り、外輪２に計測方向（この例ではラジアル方向）のロードＦを徐々に増加させて付加することができる。
雄ねじ部材１６ｂの回転駆動は、手動でも電動でもよい。また、本発明はこの構成に限定されず、ロードＦを徐々に増加させて付加でき、かつロードを増加する途中で、随時停止できる限りで油圧又は空圧を用いた装置であってもよい。

ロードセル１８は、ロード付加装置１６（この例では雄ねじ部材１６ｂの先端）と外輪２の間に設置されており、外輪２に作用するロードＦを検出する機能を有する。検出したロードＦは、電気信号４（電圧、電流、又はパルス信号）として、同期データ検出器２２に通信される。
ロードセル１８は、軸受３に適合する計測ロードを高精度に検出できるものを用いる。また、ロードセル１８の外輪２との接触面は、ロードＦが外輪２の計測方向に確実に伝達される形状（例えば、平面、円弧面）に構成されている。

変位量センサ２０は、例えばマイクロメータ、マグネスケール等であり、支持本体１２に支持され、外輪２の計測方向（この例ではラジアル方向）の変位量δを検出する。検出した変位量δは、電気信号５（電圧、電流、又はパルス信号）として、同期データ検出器２２に通信される。

同期データ検出器２２は、ロードセル１８と変位量センサ２０の検出データ４，５を同期して取り込む機能を有する。
この例では、同期データ検出器２２は、ロードセル１８と変位量センサ２０の検出データ４，５をそれぞれ受信し、同時に受信しない同期信号以外をエラーとし、同期信号のみをそれぞれ隙間演算装置２４に出力するように構成された信号制御ボードである。

軸受隙間計測装置１０はリニアスケール（変位量センサ２０）から送られる長さの電気信号５とロードセル１８から送られる力の電気信号４を特殊なボード（同期データ検出器２２）を介して隙間演算装置２４（ＰＣ）の計測ソフトに送り込んでいる。
隙間計測は、指定された力でベアリングを押した時の動き量を計測する計測のため両方の信号伝達速度が異なると、指定された力で押されたときの長さ（変位量）の理論が成り立たない。

図７は、信号同期の仕組みを示す模式図である。図７（Ａ）は、信号が同期している例、図７（Ｂ）は、信号が同期していない例である。
この例では、軸受隙間の規格値１５ｋｇで押したと時の隙間は０．３ｍｍの場合である。
ＰＣ上の計測ソフトで予めベアリングを押す力１５ｋｇを設定する。計測ソフトは力の電気信号が１５ｋｇの時の長さの電気信号を拾い込むが信号が同期している場合に限る。

ボート２２は、長さの電気信号５と力の電気信号４が同期して送られて着た時以外はエラー信号をＰＣの計測ソフトに送る機能を有する。
図７（Ａ）では、信号が同期しており、ボード２２はこの時の信号はＰＣ２４に計測値として送る。
図７（Ｂ）では、１５ｋｇの力の電気信号のときの長さの電気信号が無い。つまり相手がないため、ボード２２はこの時の信号はＰＣ２４に計測値として送らない。
計測機の取扱いでは力の信号を同期する「良い速さ」になるよう作業者がロードセルを押すねじを回す速さを加減する。

隙間演算装置２４は、例えばＰＣ（コンピュータ）であり、ロードＦが所定の規定ロードに達したときの変位量δから計測方向（この例ではラジアル方向）の隙間を演算する。

図２は、図１の軸受隙間計測装置の別形態を示す図である。この図は、上述した支持本体１２（チルティング・サーキュラーテーブル）により、支持面１１を鉛直に転動した状態を示している。
その他の構成は、図１と同様である。
この構成により、軸受３が、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受の場合に、ロードＦを増加する途中で、一旦止め外輪２を回転させなじませることができるので、摺動部が僅かな局部摩耗している場合でも局部摩耗による隙間を容易に計測できる。

図３は、本発明による軸受隙間計測装置の第２実施形態図である。
本発明の軸受隙間計測装置１０は、内輪１と外輪２を有する軸受３の隙間を計測する軸受隙間計測装置であり、この例はアキシャル隙間を計測する装置である。

この例において、ロード付加装置１６は、レバー押上式のアキシャルクリアランス用ロード付加装置２５を有する。
この装置のレバー２５aは、支持本体１２に支持され、内輪１をはさみこんだ押上プレート１７の中心部真下におかれる。

この構成により、レバー２５aを押し下げ、ロード付加装置２５は押上プレート１７を突き上げ、内輪１にアキシャル方向のロードFが加えられる。レバーを一旦止め内輪を回転させることで摺動部が局部摩耗している場合でもなじませることができる。

またこの例において、変位量センサ２０は、アキシャル方向用の変位量センサ固定治具２０ａを介して支持本体１２に支持され、内輪１の計測方向（この例ではアキシャル方向）の変位量δを検出するようになっている。

上述した本発明の構成によれば、支持本体１２に支持され、支持面１１より垂直に延び、内輪１又は外輪２の側面を支持面１１に平行に保持可能な保持部材１４を備えているので、軸受の内輪１又は外輪２の側面を支持面に平行に保持することができる。
特に保持部材１４が１対の支持棒１４ａを備える構成により、１対の支持棒１４ａを支持面１１に沿って対称に移動させることにより、多種多様の使用中軸受を対象とでき、かつ内輪１が変形している場合でも計測でき、多種多様のダミーシャフトは不要である。

また、外輪２又は内輪１に計測方向（ラジアル方向又はアキシャル方向）のロードＦを付加するロード付加装置１６及び２５を備えるので、この装置によりロードＦを徐々に増加することにより、多種多様の使用中軸受を対象として、それぞれの軸受に適合する計測ロードを付加することができる。
また、この装置によりロードＦを増加する途中で一旦止め、外輪２又は内輪１を回転させなじませることができるので、摺動部が局部摩耗している場合でも局部摩耗による隙間を計測できる。

また、ロードセル１８と変位量センサ２０の検出データ４，５を同期して取り込む同期データ検出器２２を備え、隙間演算装置２４により、ロードＦが所定の規定ロードに達したときの変位量δから計測方向の隙間を演算するので、それぞれの軸受に適合する所定の計測ロードによる軸受の隙間を容易かつ正確に計測することができる。

さらに、計測方向は、軸受のラジアル方向又はアキシャル方向であり、支持本体１２は、支持面１１を水平又は鉛直に転動可能に構成されているので、同一の装置でラジアル隙間とアキシャル隙間を計測することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。

本発明による軸受隙間計測装置の第１実施形態図である。 図１の軸受隙間計測装置の別形態を示す図である。 本発明による軸受隙間計測装置の第２実施形態図である。 軸受のラジアル隙間とアキシャル隙間の説明図である。 ラジアル隙間（ラジアルクリアランス）の概念図である。 アキシャル隙間（アキシャルクリアランス）の概念図である。 信号同期の仕組みを示す模式図である。

符号の説明

１ 内輪、２ 外輪、３ 軸受、４，５ 電気信号、
１０ 軸受隙間計測装置、
１２ 支持本体（チルティング・サーキュラーテーブル）、
１１ 支持面、１３ ボールネジ式支持棒移動装置、
１４ 保持部材、
１４ａ 支持棒、１４ｂ 鍔金具、１４ｃ 挟持金具、
１６ ロード付加装置、
１６ａ 雌ねじ部材、１６ｂ 雄ねじ部材、１６ｃ 雌ねじ部材、
１７ 押上プレート、
１８ ロードセル、２０ 変位量センサ、２０ａ 変位量センサ固定治具、
２２ 同期データ検出器、２４ 隙間演算装置（ＰＣ）、
２５ レバー押上式のアキシャルクリアランス用ロード付加装置、
２５a レバー

Claims (7)

1. 内輪と外輪を有する軸受の隙間を計測する軸受隙間計測装置であって、
   軸受を固定するための支持面を有する支持本体と、
   該支持本体に支持され、支持面より垂直に延び、外輪又は内輪の側面を支持面に平行に保持可能な保持部材と、
   前記支持本体に支持され、外輪又は内輪に計測方向のロードを付加するロード付加装置と、
   該ロード付加装置と外輪又は内輪の間に設置され前記ロードを検出するロードセルと、
   前記支持本体に支持され、外輪又は内輪の計測方向の変位量を検出する変位量センサと、
   前記ロードセルと変位量センサの検出データを同期して取り込む同期データ検出器と、
   前記ロードが所定の規定ロードに達したときの前記変位量から計測方向の隙間を演算する隙間演算装置とを備えたことを特徴とする軸受隙間計測装置。
2. 前記計測方向は、軸受のラジアル方向又はアキシャル方向であることを特徴とする請求項１に記載の軸受隙間計測装置。
3. 前記支持本体は、支持面を水平又は鉛直に転動可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受隙間計測装置。
4. 前記保持部材は、内輪の内側又は外輪の外側を貫通して支持本体から支持面より上方まで垂直に延び、支持面に沿って対称に移動可能な１対の支持棒と、該支持棒の外周に固定され内輪又は外輪の一方の側面を支持する鍔金具と、支持棒の外周に移動可能に設けられ鍔金具との間で内輪又は外輪を挟持して保持する挟持金具とからなることを特徴とする請求項１に記載の軸受隙間計測装置。
5. 前記ロード付加装置は、前記支持本体に支持され外輪の計測方向の雌ねじ穴を有する雌ねじ部材と、該雌ねじ穴と螺合し前記計測方向に延びる雄ねじ部材とを有することを特徴とする請求項１に記載の軸受隙間計測装置。
6. 前記同期データ検出器は、ロードセルと変位量センサの検出データをそれぞれ受信し、その信号が同期していない場合はエラーとし、同期信号のみをそれぞれ出力する信号制御ボードであることを特徴とする請求項１に記載の軸受隙間計測装置。
7. 前記ロード付加装置は、レバー押上式のアキシャルクリアランス用ロード付加装置であることを特徴とする請求項１に記載の軸受隙間計測装置。

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