(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自在継ぎ手を、駆動軸〜バネ〜転動体〜バネ〜中間要素〜バネ〜転動体〜バネ〜従動軸からなる連成振動系として、
自在継手の回転方向における平面運動のみを考慮したモデル化を行い、
このモデルに基づいて、転動体の運動方程式と、駆動軸および従動軸の運動方程式と、中間要素の運動方程式の運動方程式をそれぞれ導出して、
その回転方向の固有振動数を求めておき、
回転中の自在継ぎ手が発生する振動/または音響を検出して周波数解析を行って前記固有振動成分のピーク値の大小によって劣化状態を判断することを特徴とする自在継ぎ手の劣化診断方法。
【請求項２】
連成振動系のバネは非線形ばねであり、駆動軸・従動軸は剛体、転動体は質点であることを特徴とする請求項１記載の自在継ぎ手の劣化診断方法。
【請求項３】
回転継手が低速回転軸受けであり、低速回転中の振動および/または音響を検出することを特徴とする請求項１または２記載の自在継ぎ手の劣化診断方法。
【請求項４】
回転中の音響をマイクロフォンにより検出することを特徴とする請求項３記載の自在継ぎ手の劣化診断方法。
【請求項５】
回転中の振動を加速度計または振動計により検出することを特徴とする請求項３記載の自在継ぎ手の劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自在継ぎ手の劣化診断方法に関するものであり、特にロールの駆動軸側等に配置された自在継ぎ手に適した劣化診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
搬送ロール、圧延ロールは、通常、離れた位置に設置された駆動モータのモータ軸と自在継ぎ手により連結され、駆動されている。図５は熱延用のテーブルロールにおけるロールの駆動系を模式的に示すものであり、１１は駆動モータ、１２は自在継ぎ手、１３はロールである。
【０００３】
自在継ぎ手は、ボールジョイント・ギアカップリング・タイヤカップリング・ユニバーサルジョイントなど様々な種類があるが、例えばユニバーサルジョイントではケーシングの内部にコロやボール等から構成される摺動部やばね部を備えており、これらの摺動部やばね部が劣化すると回転不良を生じてトラブルの要因となるため、自在継ぎ手の劣化状態を定期的に診断することが望ましい。例えば、自在継ぎ手の劣化診断方法として、熟練した作業員が回転中の自在継ぎ手の音を聴き、異常の有無によって劣化状態を判断する聴音法が考えられるが、この方法は作業員による個人差が大きいため、劣化を見逃す危険性がある。このように、これまで自在継ぎ手の劣化状態を診断する技術は確立されておらず、自在継ぎ手の劣化に起因したトラブルを未然に回避することができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９２２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来の問題点を解決し、自在継ぎ手の劣化の程度を定量的に推定することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するためになされた本発明の自在継ぎ手の劣化診断方法は、自在継ぎ手を、駆動軸〜バネ〜転動体〜バネ〜中間要素〜バネ〜転動体〜バネ〜従動軸からなる連成振動系として、自在継手の回転方向における平面運動のみを考慮したモデル化を行い、このモデルに基づいて、転動体の運動方程式と、駆動軸および従動軸の運動方程式と、中間要素の運動方程式の運動方程式をそれぞれ導出して、その回転方向の固有振動数を求めておき、回転中の自在継ぎ手が発生する振動/または音響を周波数解析にて、前記固有振動成分のピーク値の大小によって劣化状態を判断することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の自在継ぎ手の劣化診断方法において、連成振動系のバネは非線形ばねであり、駆動軸・従動軸・中間要素は剛体、転動体は質点であることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の自在継ぎ手の劣化診断方法において、回転継手が低速回転軸受けであり、低速回転中の振動および/または音響を検出することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の自在継ぎ手の劣化診断方法において、回転中の音響をマイクロフォンにより検出することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項３記載の自在継ぎ手の劣化診断方法において、回転中の振動を加速度計または振動計により検出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の自在継ぎ手の劣化診断方法では、自在継ぎ手を、駆動軸〜バネ〜転動体〜バネ〜中間要素〜バネ〜転動体〜バネ〜従動軸からなる連成振動系として、自在継手の回転方向における平面運動のみを考慮したモデル化を行い、このモデルに基づいて、転動体の運動方程式と、駆動軸および従動軸の運動方程式と、中間要素の運動方程式の運動方程式をそれぞれ導出して、その回転方向の固有振動数を求めておき、回転中の自在継ぎ手が発生する振動/または音響を周波数解析にて、前記固有振動成分のピーク値の大小によって劣化状態を判断することにより、自在継ぎ手の劣化の程度を定量的に推定して、継ぎ手の劣化に起因した圧延トラブルを未然に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】自在継ぎ手を連成振動系としてモデル化した説明図である。
【図２】連成振動系の周波数特性を示すグラフである。
【図３】本発明の音響による劣化診断方法の模式図である。
【図４】本発明の振動による劣化診断方法の模式図である。
【図５】熱延用のテーブルロールの駆動系を模式的に示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。以下の各数式における記号の意味は下記表１に示すものとする。
【表１】
0005692129.tif 000002
【００１４】
本発明の診断対象となる自在継ぎ手は、駆動軸１と中間要素２と従動軸３との間に多数の転動体４を配置したものである。
【００１５】
本発明では先ず、診断対象となる自在継ぎ手を、図１に示すように、駆動軸〜バネ〜転動体〜バネ〜中間要素〜バネ〜転動体〜バネ〜従動軸からなる連成振動系としてモデル化し、転動体の運動方程式、軸の運動方程式、中間要素の運動方程式をそれぞれ導出したうえで、前記連成振動系としてモデル化された自在継ぎ手の固有振動周波数を求める。ここで、連成振動系のバネは、非線形ばねである。
【００１６】
振動運動と搖動運動を同時に行って３次元的な挙動を示す自在継手を正確に表す運動方程式は、非常に複雑なものとなり、数値的に実用的な時間で解くことが非常に困難である。これに対し本発明では、単純化させた平面運動（自在継手の回転方向における平面運動）のみを考えて自在継手の振動のモデル化を行うことにより、実用的な時間で数値計算をおこない固有振動数を求めることが可能としている。
【００１７】
転動体の質点運動を考慮した運動方程式は、下記（数１）で導出される。数１では、各インデックス（i, j, k, l）で表される各転動体に対して、中間要素から遠ざかる方向を＋とする座標系を取っている。
【数１】
0005692129.tif 000003
【００１８】
駆動軸および従動軸の剛体運動を考慮した運動方程式は、下記（数２）で導出される。数２では、駆動軸を１、従動軸を２として表している。
【数２】
0005692129.tif 000004
【００１９】
中間要素の運動方程式は、下記（数３）で導出される。
【数３】
0005692129.tif 000005
【００２０】
上記（数１）〜（数３）において、各記号は下記（数４）で定義される。
【数４】
0005692129.tif 000006
【００２１】
上記の運動方程式を数値シミュレーションにより解き周波数解析を実施すると、上記の連成振動系は図２のような周波数特性を示し、診断対象となる自在継ぎ手５の固有振動周波数を求めることができる。自在継ぎ手５に劣化（摺動部やばね部における劣化等）が生じると、この固有振動周波数成分が検出される。
【００２２】
本発明では、図３に示すように、診断対象となる自在継ぎ手５が回転中に発生する音響をマイクロフォン７により検出し、周波数解析装置８によって周波数解析を行う。そして予め求めた固有振動周波数成分のピークにより、劣化状態を判断する。この本発明の方法によれば、自在継ぎ手５の劣化の有無を非常に精度よく検出することができる。
【００２３】
上記のように自在継ぎ手５が回転中に発生する音響をマイクロフォン７により検出するほか、図４に示すように自在継ぎ手５が回転中に発生する振動を加速度計または振動計９により検出し、周波数解析装置８によって周波数解析を行う方法を取ることもできる。この実施形態では振動計９として地震計のような高感度振動計（高感度加速度計）を使用している。自在継ぎ手５が回転中に発生する振動のピーク周波数は、自在継ぎ手の連成振動系の固有振動数と一致するため、このピーク値の大小により、劣化状態を判断することができる。
【実施例１】
【００２４】
表２には、自在継ぎ手について、ハンマリング試験による固有振動解析を行った結果と、上記運動方程式による数値計算結果との比較を示している。
【００２５】
【表２】
0005692129.tif 000007
【実施例２】
【００２６】
自在継ぎ手（実施例１と同じ）について、実際の設備に組み込んで周波数解析を行った結果と、上記運動方程式による数値計算結果との比較を表３に示している。
【表３】
0005692129.tif 000008
【００２７】
表３から、本発明の振動モデルは、自在継ぎ手の固有振動を表していることが検証できた。
【００２８】
本発明の方法によって自在継ぎ手の固有振動数付近でのピークを傾向管理すれば、自在継ぎ手の劣化の有無を精度よく検出することができ、自在継ぎ手の劣化状態を正しく判断することができる。尚、実施例等は搬送ロールを想定して説明しているが、圧延ロールも搬送ロールと同様である。
【００２９】
尚、図１は代表的な事例としてユニバーサルジョイントにおける連成振動を模式化しているが、式１，２，３，４で表現しうる自在継ぎ手はこれに止まらない。例えば転動体をボルトとみなし、中間要素をゴムタイヤとみなせばタイヤカップリングを表すことができ、支持点数kを増やすことでボールジョイントやギヤカップリングを表すことができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  駆動軸
２  中間要素
３  従動軸
４  転動体
５  自在継ぎ手
６  バネ
７  マイクロフォン
８  周波数解析装置
９  振動計
１１  駆動モータ
１２  スピンドル
１３  ロール
１４、１５  自在継ぎ手
【図３】
0005692129.tif 000009
【図４】
0005692129.tif 000010
【図５】
0005692129.tif 000011
【図１】
0005692129.tif 000012
【図２】
0005692129.tif 000013