JPS60195426A - 回転機構の故障診断方法 - 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、回転機構たとえば自走車の差動歯車機構や油
圧ポンプ等の故障を診断する方法に関する。

回転機構の構成部品に異常が発生した場合、その構成部
品が一回転する毎に衝撃波が発生し、こ爵暫隼治墳−市
〒ての衝撃波は該構成部品の固有振動数で減衰してゆく
。そして、上記衝撃波のピッチは回転機構の軸回転が一
定である場合、個々の構成部品毎（二異なる。

そこで従来、−上記構成部品の固有振動のレベルに基づ
いて該部品の異常を検出ぐる方法および上記衝撃波のピ
ッチにｒ／；、づいてＸ虐構成部品の特定を行なう方法
が実施さｆｔでいるが、これらの従来方法には以Ｆのよ
うな問題点が１めった。

すなわち、自走車等の１ｍに配設される回転機構は、プ
ラント設備で使用さノする回転機構に化して構成部品の
東４★１＆が高く、シたがってｊ騒動快出用のセンサを
構成７４６品のＩ！ｉ？＃に配１１１４−ることが内錐
である。そこでう１かる場合に１ま、−ヒｉ己セン→す
を回転機構のハウジング外１１１！ｌ而等に配設するこ
（！：（二なるが、かく４−ると上記構成部品の固有（
緩動周波数域がかなり高域（数１０ｆＧＩｚ　〜１００
ｔＧ（ｚ　）　ＩＪ５ることから、上記構成部品の固有
振動が−Ｆ記ハウジングに到達する間に６−シ＜減ｋｉ
：ｌッ、しかもセンサの共最周波紋がト記篩截の周波数
域（二あることから、該センサｈ月二、Ｉ山Ｍイイ（騒
動に共振する膚７１．がある。

それ故、上記衝撃波によって発生される構成部品の固有
振動のレベルに壱ついて該部品の異常を検出する従来方
法では、センサを上ｄピ態謙で配役した場合、破城の高
い異常検出を行なえなかった。

また上記固有振動のレベルおよび前記衝撃波のピッチは
、いずれも回転機構の軸回転数に依存するので、上記従
来方法では、該軸回転数を所定の値に設定した条件下で
ないと、上記構成部品の異常検出Ｂよび異常構成部品の
特定が不可能となる不都合があった。

本発明はかかる状況に鑑み、１辰励検出用のセンサを回
転機構のハウジングに付設した状態で、かつ該同転機構
の軸回転数に依存することなく上記構成部品の異常検出
および異常構成部品の特定を適【Ｅに行なうことができ
る方法を提供しようとするものである。

この目的を達成するため本発明では、上記ハウジングの
１辰動ヲ検出ｒるとともに、この振動のうち上記ハウジ
ングの固有Ｓ動周波数域の振動を抽出し、この抽出され
た振動のレベルに基づいて上記回転機構の異常を検出し
ている。また上記抽出されたｍ勧を１−１１ピ回転機構
の軸回転数で正規化し、（３） この正規化された４８ｍのレベルに梳づいて−Ｌ８己構
成部品の異常を検出している。

さらＣ二本発明では、上記ハウジングの撮動（＝よまれ
る衝撃波のピッチを検出するとともに、検出されたピッ
チを上記回転機構の軸回転数で正規化し、正規化された
ピッチの大きさに基づいて異常構成部品の特定を行って
いる。

以下、図示する実施例を参照しなりＳら本発明を詳述ｒ
る。

本発明では、回転機構のハウジングの損勧に基づいて該
機構の故障診断を行っている。いま第１図に示すクロく
上記回転機構が歯車装置１であるとすると、該歯車装置
ｌのハウジング２の振動はその外側面適所に振勤倹出用
のセンサ３（たとえば退動加速度センサ）を付設するこ
とにより検出することができる。

すなわら上記歯車装ｆｉｌｌの各構成１１杯品がいずれ
も正常である場合、上記センサ３で検出される振動υ０
速度の時間波形は第２図（ａ）に例示するようになり、
また該撮動加速度のスペクトルは同図（１））の（４） すると、その歯面が四方の歯車５に接触する度に衝撃を
生じ、この衝撃は上記ハウジングに伝達される。この結
果、上記歯車装置ｔ　１の軸１１転数が一定である場合
、上記センサ３は第３図（ａ）に示すような周期＋ｐｏ
の面撃Ｖおよび該衝撃波に基づく上記ハウジング２０減
衰］辰動をとらえる。

なお上記−撃波のピッチＩＩＩｏは、−Ｆ記軸回転数が
１２０（１ｒｐｍの場合、Ｔｏ　＝　’／２ｏＨ２＝　
５０　ｍ５ｅｃとなる。

上記ハウジングの減衰振動は、該ハウジングの固有振動
周波数域で発生し、したがって第３図（二示した時間波
形のスペクトルである同図（ｂ）に示す如く、上記固有
振動周波数域ｆ、、ｆ、における（緩動レベルは曲の周
波数域のそれよりも高くか≠なる。

なお、ト記歯車４はそれ自身が発生する上記衝撃波によ
りその固有県動周波数で振動するが、前述したようにこ
のｍ−ＴＩＬ４の固有撮動周波数は高域寄りであること
から、ハウジング２に到達した時点で大きく減衰する。

第４図は本発明（二糸る方法を実施４−るための装ｄの
一例を示す。同図に示す如く本発明では、上記センサ３
の出力を増幅器６を介してバンドパスフィルタ７に入力
している。

このフィルタ７は、上記ハウジング２の固有振動周波数
域に属する振動成分のみを抽出する作用をなすものであ
り、抽出された振動成分は平均値検出器８によってその
実幼埴が１流レベルとしてめられる。

第２図（ｂ）と第３図（ｂ）との対比から明らかなよう
に、上記歯車装置ｌの構成部品に異常が生じた場合には
、上記フィルタ７の出力が異常を生じていない場合に比
して大きくなるので、上記平均値検出器８の出力レベル
を予設定基準値と比較することにより上記構成部品（歯
車４）の異常を判断することができる。しかし、この異
常ｆ（Ｉ祈は上記歯車装置１の軸回転数が一定である場
合にのみ可能である。なぜなら、一般に回転機構の振動
レベルは軸回転数の自乗に比例して大き°くなるという
性質をもつので、上記センサ３の出力が該回転数に欣び
することになるからである。

そこで本発明の実＃ｉ同では、上記歯車装＃１の軸回転
に対応した周波数の信号を出力する軸回転＋ 数検出センサ９と、このセンサの出力信号の周波数に対
応したＩＪｉ圧（二変換する周波数−４圧変換器（以下
Ｆ／Ｖ変侯器と略称する）１０とで上記軸回転数を直流
１圧として検出し、この直流磁圧を用いて上記平均値検
出器８の出力を上記軸回転数で正規化している。すなわ
ち、上記Ｐ／Ｖ変換器１０の出力を自乗器■１で自乗し
、割算器１２においてこの自乗器の出力で上記平均値検
出器８の出力を除すことによって、前記フィルタ７で抽
出された振動のレベルを上記軸回転数で正規化している
。

比較器１３は上記割４イ旧２の出力値と設定器Ｉ４で予
設定された基準１１区とを比較して前者が後者よりも大
きいとき（二ｌ１ｉＦ報信号を出力ｒるものであり、上
記基準値は上記−車装置ｔ　］の構成部品に異常を生じ
ていない場合の割痒器１２の出力値よりも若干（７） 低めに設定されている。したがって上記歯車装置１の構
成部品に異常が生じて、第３図（ｂ）に示す如く前記ハ
ウジング２の固有振動周波数域にＳける撮動のレベルが
高くなると、上記比較器１３より警報信号が出力され、
この１５号はブザー、ランプあるいは異常を音声で表示
する手段などの異常表示６１５を作動させてオペレータ
に異常を察知させる。

な２上記軸回転数を所定の値に設定した状態で検出器８
の出力を直接比較器１３に人力すればよい。

また、この実施例では、平均値検出器の出力を軸回転数
の自乗で刷ることによって振動レベルの正規化を行って
いるが、この正規化を上記比較器１３に対する基準値を
軸回転数の自乗器で変化させることによって行なうこと
も当然Ｑｎである。すなわち、上記撮動レベルがｌ１Ｉ
Ｉ四転数の自乗に比例するので、該軸回転数の自乗に比
例する態様で上記基準値を変化させれば、上記と同様な
正規化が可能である。

（８） 前述した処理によって上記歯車装置１の構成部品の異常
を検出することができるが、つぎにその異常構成部品の
特定を行なうための本発明の方法（二ついて説明する。

上記異常構成部品の特定を行なうため、本発明の実施例
では上記増幅器６の出力をノイズ除去用のバンドパスフ
ィルタ１６に通したのら全波整流器１７で全波整流して
いる。そして、全Ｖ整流器１７の出力を包絡処理器１８
に入力して包絡線検波し、これによって高周波撮動成分
を除去して上記整流器出力の包絡線を得ている。上記歯
車装置ｆ１の構成部品（二異常が生じている場合に５い
て、この包絡線の波射の各ピークのピッチは第３図に示
した衝撃波のピッチＴｏｌ＝対応しており、このピッチ
Ｔ０の大きさは異常構成部品の種類によって異なる。

すなわち、第１図（＝示した南東４の異常によって生じ
た衝撃波のピッチと歯車５の異常時のそれとを比較する
と、当然歯車４のピッチが大きくなり、したがってこの
ピッチ゛ｖ０の大きさに基づいて異常構成部品の特定を
行なうことができる。

そこでこの実施例では、−上記比較指１３よりＩＩＪ’
Ｎ信号が出力されたさいにＡ／１）Ｉｅｆｉ器１９全１
９て上記包絡処理器１８の出力をコンピュータの中央処
理装置２０（以下ＣＰ　Ｕと略称する）にとりこませ、
かつ該ＣＰＵに下記する処理を実行させることにより異
常構成部品の特定を行っている。すなわら上記ＣＰＵは
、包絡処理＋：謙１８によって湿られるデータＸ（りに
対し自己相関ＩＬ（Ｔ）　＝ΣＸ（リ−ｘ（ｔ−τ）を
演算し、その演算結束のュータ刊ル（りに対して第５図
に示すような最大ピークの検出を実行する。

上記最大ピークを与えるτの値τ。は、上記衝撃波のピ
ッチＴ０に対応しているので、ＣＰＵｚＯはこのピッチ
Ｔ０とメモリ２１に予めストアさせている個々の構成部
品の異常時における衝撃波のピッチ、たとえば上記歯車
装置ｄｌの場合には個々の歯＄４゜５、・・・およびそ
れらの歯車を支承する軸受のベアリング等の各異常時に
おける衝撃波のピッチとを比較して異常構成部品を特定
し、その構成部品を表示器２２に音声または文字等によ
って表示させる。

ところで上記ＣＰＵ２０によって１％　Ｌされるピッチ
Ｔ、は、前記軸回転数に依存し、この軸回転数が大きく
なるに伴って小さくなる。それ故、上記の処理を軸回転
数によらず実行するためには、上記ピッチＴ０を軸回転
数で正規化する必要がある。

そこでこの実ｍ　ＩＨＪでは、上記ピッチＴ０が’ｐ、
−１（・□ ここに、ｋは定数 Ｎは軸回転数 と表わされることから、上ｄ己Ａ／１）変換器１９のサ
ンプリングタイミングを制御するサンプリングクロック
発生５２３に前記軸回転数検出センサの出力信号を入力
して、 ここに、ｍは定数 なるサンプリング間隔で上記Ａ　／　Ｉ）変換器１９に
前記データＸ（りのサンプリングを行わせている。かく
すれば となるので、軸回転数Ｎに影響されることなくτ。

を検出することができ、これによってこのτ。より軸回
転数によらない前記ピッチＴ０がめられ装置の故障診断
を行う場合について述べたが、本発明はもちろん１１１
！の回転機構たとえば油圧ポンプ等にも有効に適用しう
る。

上記実施例から明らかなように本発明は低周波数域にあ
る回転機構のハウジングの固有振動を利用して該回転機
構の構成部品の異常を検出するものであるから、つまり
上記構成部品自身の異常時固有退動を検出するものでは
ないので、上記異常検出を精度よく行なうことができる
。また、振動検出用センサの共↑辰特性に基因した検出
種度の低下も少ない。さらに上記構成部品の凡常検出お
よび異常構成部品の特定を、上記回転機構の軸１１１転
数に影響されることなく行なうことができるという利便
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は歯車機構の一部と、振動検出用センサの配置態
様を示した概念図、第２図（ａ）および（１１）は各々
−上記歯車機構の構成部品に異常が生じていない場合の
振動波形およびそのスペクトルを例示したグラフ、・４
３図（ａ）　、　（ｂ）は各々上記歯車機構の１つの南
東に異常が生じた場合の振動波形およびそのスペクトル
を例示したグラフ、第４図は本発明１−・・歯車装）Ｉ
１２・・・ハウジング、３・・・振動検出用センサ、４
，５・・・歯車、７・・・バンドパスフィルタ、８・・
・平均値検出器、９・・・軸回転数検出センサ、１０・
・・Ｆ／Ｖ変換器、１１・・・自乗器、Ｉ２・・・割算
器、１３・・・比較器、１５・・・表示器、１７・・・
全波整流器、１８・・・包絡処理器、１９・・・Ａ／Ｄ
変換器、２０・・・中央処理装置、２１・・・メモリ、
２２・・・表示器、田・・・サンプリングクロツク発生
器。 （１５） 舎本鴎匿　賢輪ＲＩＭ喫 煩私踵１瞑　唾＆ｍＷ悦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （リ　回転機構のハウジングの撮動を検出し、検出され
   た振動のうち上記ハウジングの固有振動周波数域の振動
   を抽出し、この抽出された振動のレベル（二基づいて、
   ｌ：記回転機構の構成部品の異常を検出することを特徴
   とする回転機構の故障診断方法。 （２）回転機構のハウジングの振動を検出し、検出され
   た振動のうち上記ハウジングの固有振動周波数域の振動
   を抽出するとともに抽出された撮動を上記回転機構の軸
   回転数で正規化し、この正規化された振動のレベルに基
   づいて上記回転機構の構成部品の異常を検出することを
   特徴とする回転機構の故障診断方法。 （３）回転機構のハウジングの脹舶を検出し、検出され
   た振動のうちＩ：化ハウジングの固有振動周波数域の振
   動を抽出するとともに、抽出された振動を上記回転機構
   の軸回転数で正規化し、この正規化すれた振動のレベル
   に基づいて上記回転機構の構成部品の異常を検出する一
   方、上記検出されたハウジングの撮動から上記衝撃波の
   ピッチを検出するとともに、このピッチを上記回転機構
   の軸回転数で正規化し、この正規化されたピッチの大き
   さに基づいて異常構成部品の特定を行なうことを特徴と
   する回転機構の故障診断方法。