轴承装置振动分析方法、轴承装置振动分析装置和滚动轴承状态监视装置的制造方法

文档序号:8909029阅读:365来源:国知局
轴承装置振动分析方法、轴承装置振动分析装置和滚动轴承状态监视装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种轴承装置振动分析方法、轴承装置振动分析仪W及滚动轴承状态 监视系统,尤其设及一种通过计算机分析包括滚动轴承及其壳体的轴承装置的振动的技 术,并设及使用该分析结果的滚动轴承状态监视系统。
【背景技术】
[0002] 日本特开No. 2006-234785 (专利文献1)披露了一种用于滚动轴承的异常诊断装 置。通过该种异常诊断装置,对来自振动传感器的电信号执行频率分析,基于从频率分析获 得的频谱计算基准值。大于基准值的频谱峰值被采样。然后将峰值之间的频率与基于回转 速度计算出的、并作为轴承损坏起因的频率分量相互比较和对照。基于对照结果,判断滚动 轴承是否存在异常W及异常出现在哪里(参见专利文献1)。
[0003] 引用列表
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 ;日本专利特许公开No. 2006-234785 [000引发明概述
[0007] 技术问题
[0008]当振动波形的峰值大小超出预定阔值时,前述异常诊断装置确定轴承有异常。同 时,为了选择用于异常诊断的该阔值,需要事先识别当轴承有异常时的振动状态。识别当轴 承有异常时的振动状态的技术例如可W是如下技术;有意地将损坏的轴承纳入到实际机器 中或使实际机器保持运作直到轴承损坏为止,由此采集关于轴承有异常时表现出的振动的 数据。
[0009] 然而,该种技术难W应用在设备具有大尺寸或长使用寿命或者是昂贵的状态下。 特别是,风力发电设施满足该种条件,并难W选择阔值,该阔值被用于通过状态监视系统作 出关于轴承异常的判断,所述状态监视系统监视风力发电设施的状态。因此,对于诸如风力 发电设施的大尺寸设施,用于作出关于异常的判断的阔值是通过统计地处理所采集的实际 数据而无视例如结构细节的差别和机器类型的差别地而确定的。
[0010] 因此希望当轴承发生异常时所表现出的振动状态可事先通过计算机被分析。如果 轴承设备的振动状态能通过计算机借助分析而被预测,则能够容易地设定用于作出关于大 尺寸设施(例如风力发电设施)的异常的判断的阔值。此外,在同样要重定位用于检测轴 承装置的振动的传感器的情形下,可设定作出关于异常的判断的阔值而不需要用实际机器 新采集数据。
[0011] 作出本发明W解决上述问题,并且本发明的目的是提供一种振动分析方法和振动 分析仪,用于通过计算机分析包括滚动轴承和其壳体的轴承装置的振动。
[0012] 本发明的另一目的是提供一种滚动轴承状态监视系统,其使用根据该振动分析方 法的分析结果。
[0013] 问题的解决手段
[0014] 根据本发明,轴承装置振动分析方法是通过计算机分析包括滚动轴承和滚动轴承 的壳体的轴承装置的振动的轴承装置振动分析方法。该方法包括下列步骤;输入关于给予 接触部分的损坏的形状的数据,在该接触部分,滚动轴承的滚动元件和滚道表面彼此接触; 通过动力分析程序计算激励力的历史W执行滚动轴承的动力分析,发生在滚动轴承上的激 励力的历史是由当滚动轴承的回转轴转动时的损坏造成的;通过模式分析程序计算振动特 性模型W分析轴承装置的振动模式,该振动特性模型代表轴承装置的振动特性;W及通过 将计算激励力的历史的步骤中所计算出的激励力的历史应用到振动特性模型而计算轴承 装置上预定位置处的振动波形。
[0015] 优选地,在计算振动波形的步骤中,激励力的历史被应用到振动特性模型中的滚 动轴承的旋转环的中轴线上的至少一个点。应当注意,为了将转矩的影响考虑在内,它可被 应用到旋转环(例如内环)的中轴线上的多个点。
[0016] 优选地,轴承装置振动分析方法还包括步骤;使用在计算振动波形的步骤中计算 出的振动波形确定振动大小的阔值W便确定滚动轴承是异常的。
[0017] 优选地,滚动轴承是球轴承。计算激励力的历史的步骤包括下列步骤:通过用于分 析滚动轴承的滚动元件和滚道表面之间的接触的接触分析程序计算由给定的损坏造成的 滚动元件和滚道表面之间的接近量的变动;并通过动力分析程序计算当滚动轴承的回转轴 转动时由于接近量的变动而发生在滚动轴承上的激励力的历史。
[0018] 优选地,滚动轴承是滚子轴承。对于动力分析程序,使用切分方法,藉此对于每个 微小宽度分段计算接触负载,所述微小宽度分段是通过对沿滚子的轴向在滚子和滚道表面 之间的接触部分作切分而获得的。轴承装置振动分析方法还包括步骤;对于每个切片,计算 由给定的损坏造成的滚子和滚道表面之间的接近量的变动。计算激励力的历史的步骤包括 步骤;通过对其使用切分方法的动力分析程序来计算激励力的历史。
[0019] 优选地,接近量是弹性接近量。
[0020] 优选地,在计算激励力的历史的步骤中,滚动轴承的固定环是模拟通过线性弹黃 沿轴承径向在负载施加区内的滚动元件的位置处被连接至壳体的。
[0021] 优选地,在计算振动波形的步骤中,激励力的历史被作用至负载施加区内的滚动 元件,该依赖于由负载施加区内每个滚动元件支承的力的份额。
[0022] 根据本发明,轴承装置振动分析方法是是通过计算机分析包括滚动轴承和滚动轴 承的壳体的轴承装置的振动的轴承装置振动分析方法。该方法包括下列步骤;输入关于给 予接触部分的损伤的形状的数据,在该接触部分,滚动轴承的滚动元件和滚道表面彼此接 触;W及通过动力分析程序计算振动波形,由于滚动轴承的转轴转动时的损伤,所述振动波 形出现在轴承装置上的预定位置,所述动力分析程序基于动力分析模型执行滚动轴承的动 力分析,借助能够将弹性变形考虑在内的技术向动力分析模型引入滚动轴承的转轴和壳体 的振动特性,该技术包括模式合成方法。
[0023] 根据本发明,轴承装置振动分析仪是用于分析包括滚动轴承和滚动轴承的壳体的 轴承装置的振动的轴承装置振动分析仪。该分析仪包括:输入单元,用于输入关于给予接触 部分的损伤的形状的数据,在该接触部分,滚动轴承的滚动元件和滚道表面彼此接触;激励 力计算单元,其通过动力分析程序计算激励力的历史,所述动力分析程序执行滚动轴承的 动力分析,由于滚动轴承的转轴转动时的损伤,所述激励力的历史出现在轴承装置上;振动 特性计算单元,其通过模式分析程序计算振动特性模型,所述模式分析程序分析轴承装置 的振动模式,所述振动特性模型代表轴承装置的振动特性;W及振动波形计算单元,其通过 将由激励力计算单元计算出的激励力的历史应用到由振动特性计算单元计算出的振动特 性模型而计算轴承装置上的预定位置处的振动波形。
[0024]根据本发明,滚动轴承状态监视系统包括振动传感器和判断单元。振动传感器测 量包括滚动轴承和滚动轴承的壳体的轴承装置的振动。判断单元被配置成当用振动传感器 测得的振动的大小超出预定阔值时判定滚动轴承是异常的。所述预定阔值是通过使用根据 振动分析方法计算出的振动波形而确定的,所述振动分析方法通过计算机分析轴承装置的 振动。振动分析方法包括下列步骤:输入关于给予接触部分的损伤的形状的数据,在该接触 部分,滚动轴承的滚动元件和滚道表面彼此接触;通过动力分析程序计算激励力的历史,所 述动力分析程序执行滚动轴承的动力分析,由于滚动轴承的转轴转动时的损伤,所述激励 力的历史出现在轴承装置上;通过模式分析程序计算振动特性模型,所述模式分析程序分 析轴承装置的振动模式,所述振动特性模型代表轴承装置的振动特性;W及通过将计算激 励力的历史的步骤中计算出的激励力的历史应用到振动特性模型而计算振动传感器在轴 承装置上的位置处的振动波形。
[00巧]发明的有益效果
[0026] 根据本发明,关于轴承的损伤的形状的数据被输入,并通过动力分析程序计算由 于滚动轴承的转轴转动时的损伤而发生在滚动轴承上的激励力的历史。然后,将激励力的 历史作用于通过模式分析程序计算出的轴承装置的振动特性模型,并计算轴承装置上的预 定位置(例如振动传感器所在的位置)处的振动波形。因此,在轴承中出现损坏的情形下 表现出的轴承装置的振动波形可由计算机作出预测。由此,根据本发明,可使用预测的结果 适当地确定由滚动轴承的状态监视系统使用的阔值W作出关于滚动轴承的异常的判断。
[0027] 附图简述
[0028] 图1是示出根据本发明的第一实施例通过振动分析方法分析的轴承装置的模型 的图。
[0029] 图2是示出根据第一实施例的振动分析仪的硬件配置中的主要组件的框图。
[0030] 图3是功能地示出图2所示的振动分析仪的配置的功能框图。
[0031] 图4是示出由图2所示的振动分析仪执行的振动分析方法的过程的流程图。
[0032]图5是示意地示出对其采用滚动轴承状态监视系统的风力发电设施的配置的图。
[0033] 图6是功能地示出图5所示的数据处理器的配置的功能框图。
[0034] 图7是示出当没有异常发生在轴承装置上时轴承装置的振动波形的图。
[0035] 图8是示出当表面粗趟或不充分的润滑发生在轴承装置的滚道上时表现出的轴 承装置的振动波形的图。
[0036] 图9是示出轴承装置的滚道出现剥落的最初阶段中的轴承装置的振动波形的图。
[0037] 图10是示出在剥落异常的结束阶段表现出的轴承装置的振动波形的图。
[0038] 图11是示出当剥落发生在轴承装置的滚道的一部分上并且剥落随后蔓延至整个 滚道区域时表现出的轴承装置的振动波形的均方根值和其包络波形的AC分量的均方根值 随时间的变化的图。
[0039] 图12是示出当表面粗趟或不充分的润滑发生在轴承装置的滚道上时表现出的轴 承装置的振动波形的均方根值和其包络波形的AC分量的均方根值随时间的变化的图。
[0040] 图13是功能地示出数据处理器的另一配置的功能框图。
[0041] 图14是示出根据一修正例通过振动分析仪执行的振动分析方法的过程的流程 图。
[0042] 图15是示出根据第二实施例通过振动分析仪执行的振动分析方法的过程的流程 图。
[0043] 图16是功能地示出根据第S实施例的振动分析仪的配置的功能框图。
[0044] 图17是示出根据第=实施例通过振动分析仪执行的振动分析方法的过程的流程 图。
[0045] 图18是功能地示出根据第四实施例的振动分析仪的配置的功能框图。
[0046] 图19是示出根据第四实施例由振动分析仪执行的振动分析方法的过程的流程 图。
【具体实施方式】
[0047] 下面将结合附图详细描述本发明的实施例。在附图中,相同或相应的部件由相同 附图标记表示,并且其描述不再予W重复。
[004引[第一实施例]
[0049] 图1是示出根据本发明的第一实施例通过振动分析方法分析的轴承装置10的模 型的图。参见图1,轴承装置10包括滚动轴承20和壳体30。所描述的第一实施例设及一 种情形,其中滚动轴承20是球轴承。滚动轴承20包括内环22、多个滚动元件24W及外环 26 〇
[0050] 内环22配合在转轴12上并与转轴12 -起转动。外环26是相对于内环22朝外 设置并配合在壳体30内的固定环。多个滚动元件24中的每一个是球形球并位于内环22 和外环26之间,在内环22和外环26之间具有通过笼状物(未示出)保持的间隙。壳体30 通过螺栓(未示出)固定至基座40。
[0051] 关于该种模型,作为固定环的外环26在滚动元件的位置处是模拟通过线性弹黃 kFl-kF3沿轴承径向被连接至壳体30的,所述滚动元件位于多个滚动元件24之间的负载施 加区。此外,至于壳体30和基座40彼此禪合的禪合部分,相应地在线性弹黃曲1、曲2上施 加质量ml、m2,就像用螺栓禪合那样。
[0052] 轴承装置10的振动分析方法的描述
[0053] 图2是示出根据第一实施例的振动分析仪的硬件配置中的主要组件的框图。参 见图2
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