(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の▲１▼〜▲４▼のステップを有することとする周期的に励振される機械振動の分析方法。
▲１▼振動に関連する振幅／時間のスペクトルをプロットすること。
▲２▼振幅／時間のスペクトルを、続く二つの励振の間に予期される最短経過時間よりも短い複数の時間間隔に分割し、各時間間隔の開始時が後続の時間間隔と互いに重なり合い時間をもつようにすること。
▲３▼各時間間隔における振幅／時間のスペクトルを、各時間間隔について振幅／振動周波数間隔のスペクトルに変換すること。
▲４▼或る振動周波数に関連した各振幅／振動周波数間隔のスペクトルにおけるこれらの振幅を、それぞれの振動周波数に関連した励振周波数スペクトルに変換すること。
【請求項２】
各変換はフーリェ変換であり、加重関数が時間間隔に関連して用いられることとする請求項１に記載の周期的に励振される機械振動の分析方法。
【請求項３】
次の▲１▼及び▲２▼のステップを有することとする請求項１又は請求項２に記載の周期的に励振される機械振動の分析方法。
▲１▼振動周波数／励振周波数のスペクトルにおける連続的な周波数に関して複数の励振周波数スペクトルを集める。
▲２▼振動周波数と励振周波数の各組合せに関し振幅を再生する。
【請求項４】
振幅の大きさが異なる色で再生されることとする請求項３に記載の周期的に励振される機械振動の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転中の機械装置に生ずる機械振動の分析技術に関するものである。これらの機械装置としてはギアボックス、エンジンあるいはこれらに類するものを挙げることができる。特に、軸受あるいはこれに類する比較的小さなユニットについての分析が本発明の分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
振動分析の重要な応用としては機械的欠陥がどこにあるかを見い出すことにある。これに関連して、例えば、振動状態を監視しているもとでの軸受軌道輪の走行面（転動体の軌道面）あるいは転動体のクラック、ピット等の位置を見い出すことが知られている。
【０００３】
公知の手法によると、或る周波数域での振動周波数が分析される。例えば、周波数域への変換が、どの振動現象が種々の軸受要素（軌道輪、転動体等）の周期回転に関連した励振に起因しているかを明らかにする。互いに転動する上記軸受要素の表面における各損傷域は、該損傷域がころがり接触する領域を通過すると直ぐに衝撃（インパルス）あるいは短い瞬間振動として明らかになる。どの軸受要素で損傷が生じたかは励振と励振との間の時間を基にして確立される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この公知の手法の欠点は、選定された周波数域外では振動に関する情報がないことである。周波数域が誤って選定されると、すなわち、振動がかろうじて生ずるような周波数域では、これらの反復的励振の位置づけが困難である。同時に、対象物における欠陥を見い出すことができないということも起こり得る。かかる分析手法は、それ故、信頼性に欠けるという短所をもつ。
【０００５】
本発明の目的は、このような短所をもたない分析手法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、次の▲１▼〜▲４▼のステップを有する周期的な機械振動の分析の方法により達成される。
【０００７】
▲１▼振動に関連する振幅／時間のスペクトルをプロットすること。
【０００８】
▲２▼振幅／時間のスペクトルを、続く二つの励振の間に予期される最短経過時間よりも短い複数の時間間隔に分割し、各時間間隔の開始時が後続の時間間隔と互いに重なり合い時間をもつようにすること。
【０００９】
▲３▼各時間間隔における振幅／時間のスペクトルを、各時間間隔について振幅／振動周波数間隔のスペクトルに変換すること。
【００１０】
▲４▼或る振動周波数に関連した各振幅／振動周波数間隔のスペクトルにおけるこれらの振幅を、それぞれの振動周波数に関連した励振周波数スペクトルに変換すること。
【００１１】
各変換はフーリェ変換とすることができる。
【００１２】
振動分析の対象としている機械装置が励振している周波数は上記励振周波数スペクトルから直接読むことができる。このように見い出された励振周波数から対象装置の幾何学的特性、例えば、その要素が励振の原因となっている軸受、該軸受の回転速度が推定される。最後にそれぞれの要素に欠陥があるかどうか決定づけられる。
【００１３】
さらには、励振周波数を、より容易に読み取るためには、本発明の方法により次の工程▲１▼及び▲２▼のステップをももつようにするとよい。
【００１４】
▲１▼振動周波数／励振周波数のスペクトルにおける連続的な周波数に関して複数の励振周波数スペクトルを集める。
【００１５】
▲２▼振動周波数と励振周波数の各組合せに関し振幅を再生する。
【００１６】
振動周波数／励振周波数のスペクトルは、振幅の大きさによって色が異なるように示すこととなるならばその読み取りがさらに容易となる。
【００１７】
したがって、もし互いに転動する軸受の要素の一方の転動面にでも欠陥がある場合には、欠陥がころがり接触が生ずる領域に入るときに、軸受は励振する。これは、この励振の結果として、異なる周波数をもつ瞬間振動が生ずるということを意味する。
【００１８】
この場合、これらの種々の振動が同じ瞬間に各場合について引き起こされる。この現象は、振動周波数／励振周波数のダイアグラムにて、簡単に認識できる線として確認できる。上記線は、各場合においてすべての振動周波数が引き起こされる励振周波数において明らかに見られる。しかる後、既述のごとく、励振源は軸受の回転速度及び幾何学的特性にもとづき位置が特定される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明による方法は添付図面に示される実施の形態にもとづきさらに詳細に説明される。
【００２０】
図１に示されるグラフは時間に対する機械振動の入力信号の振幅曲線に関するもので、この信号は、例えば、軸受の回転部材の表面欠陥と関連がある。転動体と軌道輪との間のころがり接触が生ずる領域へ上記表面欠陥が入ると、インパルス又は瞬間的な振動が生じ、これが周期的に繰り返される。この瞬間振動は１ａ，１ｂ，１ｃ等で示されている。実際には、ころがり軸受で観察される信号は、上記瞬間振動１ａ，１ｂ，１ｃ等に加え、他の振動源が入ってくるので、不規則なパターンを呈する。しかし、簡単化のため、明らかに観察できる規則的な繰り返しをする瞬間振動が図１では選ばれている。
【００２１】
本発明によると、上記信号は図１で符号２により示される時間間隔１，２，３等に分割され、時間軸に示したとき、各時間間隔は二つの連続して生ずる瞬間振動１ａ，１ｂ，１ｃ．．．の間のそれぞれの時間長よりも短い。これに加え、時間間隔１，２，３等は情報が失われないように互いに重なり合う時間がある。
【００２２】
図２の三次元グラフは、図１で明らかにしたそれぞれの時間間隔で生じている振動周波数を示している。上記時間間隔は時間軸に沿って後方に位置してゆくように区分して示され、又、それらは図１の場合を同様に１，２，３等で示されている。予期されるように、図１に示されるごとく、時間間隔１では信号が零となる時間軸の部分と一致するので唯一つの周波数も生じていない。他方、時間間隔２に瞬間振動１ａがあらわれる領域でが存在する。ここで生ずる信号現象はフーリェ変換によって図２の時間間隔２に示された振幅に関する振動周波数に変換される。同じことが引き続き時間間隔３，４等について行われる。
【００２３】
図３に示されるように、振幅曲線ｅが特定な振動周波数、例えばｆｔ１に関して本発明方法による後続のステップにおいて、引き続く一連の時間間隔で調べられている。
【００２４】
時間に対するそれぞれの振幅曲線ｅのエネルギ量Ｅは図３ｂに示されている。
【００２５】
励振周波数ｆｅはそのエネルギ量が二次フーリェ変換によって決定される（図３ｃ参照）。図３ｃから、図３ａに示された周波数ｆｔ１をもつ振動は励振周波数ｆｅ１，ｆｅ２等において励振されていると結論づけることができる。
【００２６】
このような変換が図３ａに示される関連したすべての周波数ｆｔ  について行われれば、図４に示される図が得られる。図４では、種々の振動周波数ｆｔが縦軸に示され、励振周波数ｆｅが横軸に示される。かかる図は、異なる色、本例の場合には灰色の濃度の差により図３ｃに示されるごとくの各励振周波数ｆｅに関してエネルギ量の大きさを示すことによりプロットすることができる。
【００２７】
これに関連して、図４では、明らかに区別できる励振周波数ｆｅ１，  ｆｅ２等がｆｄ１，ｆｄ２で示される線により欠陥として観察される。
【００２８】
軸受の各部材の回転速度そして幾何学的条件（各軸受要素の寸法、転動体の数、ピッチ円の径等）にもとづいて、欠陥をもっているに違いないと思われる軸受要素部材が上記周波数ｆｅ１そしてｆｅ２をもとに決定される。
【００２９】
上記方法が適用される対象の例として、図５は各種の欠陥をもつ軸受を示している。この軸受は、従来のものと同様、外輪２０、内輪２１、そして転動体２２の軸受要素を有している。機械振動を記録するのに適したセンサ２４が取りつけられた軸受ハウジング２３に上記軸受が組み込まれている。図５は、又軸２６へのラジアル荷重の結果として各転動体２２が（その結果、外輪２０と内輪２１も）荷重として受けている力２５を図示している。
【００３０】
図５の例においては、一つの転動体２７が表面欠陥２８をもっている。外輪２０と内輪２１も又それぞれ表面欠陥２９，３０をもっている。内輪の回転中、各表面欠陥２８，２９，３０は周期的に他の軸受要素と接触するようになり、その結果、図６ａ，図６ｂ，図６ｃに示される瞬間振動が生ずる。センサ２４で記録されるかかる瞬間振動は下述する形として確認される。
【００３１】
図６ａは外輪２０における欠陥２９に関し、時間に対してプロットした瞬間振動を示している。外輪２０は回転していないので、各転動体には欠陥２９の点で同じ力が作用し、その結果として図６ａにおける瞬間振動はすべて同じ形をなしている。瞬間振動が生じている周波数はｆｏｒｄである。そしてその周期は１／ｆｏｒｄである。
【００３２】
図６ｂは内輪２１の欠陥の結果として、時間に対してプロットした瞬間振動を示している。内輪２１が回転しているので、欠陥３０の位置は移動し、その結果、転動体２２により欠陥３０の位置にて生ずる力も変動する。図６ｂにおいて、この影響が瞬間振動の大きさの変動として観察でき、その周波数はｆｉｒｄ  である。内輪自体の回転数による周波数はｆｉである。
【００３３】
図６ｃは、時間に対してプロットした瞬間振動を示し、これは転動体２７の欠陥２８に関連している。転動体は回転（自転及び公転）しているので、回転中、その大きさも変動する。上記一時振動の周波数はｆｂｄであり、回転せる転動体の周波数はｆｃである。
【００３４】
実際の場合、別途図示された瞬間振動は、センサ２４により記録されそしてランダムなパターンをもっている振動信号により隠れてしまう。上記振動信号において、振動は他の振動源から発生している。しかしながら、図１〜４にて説明した方法によって、周波数ｆｏｒｄ，ｆｉｒｄ  そしてｆｂｄはセンサ２４により検出された上記振動信号から抽出することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、振動分析の対象としている機械装置が励振している周波数は上記励振周波数スペクトルから直接読むことができる。このように見い出された励振周波数から対象装置の幾何学的特性、例えば、その要素が励振の原因となっている軸受、該軸受の回転速度が推定され、最後にそれぞれの要素に欠陥があるかどうか決定づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】時間間隔１から１６と共に、時間の関数として振動の振幅を示すグラフである。
【図２】時間と各時間間隔１等に生ずる振動周波数の関数として振動の振幅を示すグラフである。
【図３】図３ａは、図２に対応する三次元のグラフで、振動周波数ｆｔ１について、時間に対する励振曲線ｅを示す図である。
図３ｂは、ｆｔ１に関し、時間Ｔにおける振幅Ｅの部分を示す図である。
図３ｃは、各不連続な励振周波数ｆｅ１，  ｆｅ２等についての振幅Ｅを示す図でる。
【図４】全体のスペクトル、すなわち、ダイアグラムに再生された振動周波数と励振周波数の関数としての振幅を示す図である。
【図５】各種の表面欠陥をもつ軸受を示す図である。
【図６】図６ａは図５の軸受の外輪に生ずる振動現象を含むグラフである。
図６ｂは図５の軸受の内輪に生ずる振動現象を含むグラフである。
図６ｃは図５の軸受の転動体に生ずる振動現象を含むグラフである。
【符号の説明】
１，２，３．．．１６    時間間隔
Ａ    振幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003569582.tif 000006
【図６】
0003569582.tif 000007