ベアリングの故障解析の 5 つの主要な方法と診断のヒントについて何を知っていますか? 今日はそれを見に連れて行きましょう。
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回転異常音の解析・診断
異常回転音検知・解析は、軸受の作動状態を聴診により監視する解析手法です。 一般的に使用される工具は、木製のハンドルが付いた長いドライバー、または外径約 20 mm の硬質プラスチック チューブです。 比較的、電子聴診器を使用してモニタリングを行う方が、モニタリングの信頼性を向上させることができます。 ベアリングが正常に作動している状態では、停滞することなくスムーズかつキビキビと回転します。 生成されるサウンドは調和が取れており、ノイズがありません。 均一かつ継続的な「ブーン」という音、またはより低い「ブーン」という音が聞こえます。 異音の原因となるベアリングの故障は以下のとおりです。
(1) ベアリングから均一かつ連続的な「シュー」という音が発生します。 この音は内外輪の転動体が回転することによって発生する音で、速度に依存しない不規則な金属振動音が含まれます。 通常、ベアリング内のグリースは不足しているため、グリースを補充する必要があります。 特に冬の低温時に、装置が長時間停止すると、動作中にベアリングから「ジュージュー」という音が発生することがあります。これは、ベアリングのラジアルすきまが小さくなり、グリースの浸透が少なくなることが関係しています。 軸受すきまを適切に調整し、浸透力の大きい新しいグリースに交換してください。
(2) ベアリングからは連続した「シュッ」という音の中に均一な周期的な「シュッ」という音が発生します。 この音は、転動体や内外輪軌道面の傷、溝、錆などによって発生します。 音の周期はベアリングの回転速度に比例します。 ベアリングを交換する必要があります。
(3) ベアリングから「チャチャ」という不規則な不均一な音が発生します。 この音は、鉄粉、砂、その他の不純物がベアリング内に落ちることによって発生します。 音の強さは小さく、回転数とは関係ありません。 ベアリングを洗浄、再グリスアップ、またはオイル交換する必要があります。
(4) ベアリングから「カサカサ」という不規則な音が連続的に発生します。 この音は一般に、ベアリングの内輪とシャフトの間のすきまばめ、または外輪と軸受穴の間のすきまばめに関係しています。 音の強度が高い場合は、ベアリングの適合関係を確認し、問題があればすぐに修理する必要があります。
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振動信号の解析と診断
ベアリングの振動は、剥離、へこみ、錆、亀裂、摩耗などのベアリングの損傷に非常に敏感であり、ベアリングと振動の測定に反映されます。 そのため、専用の軸受振動測定器（周波数分析計など）を使用して振動の大きさを測定し、周波数分布から具体的な異常を推定することができます。 測定値は軸受の使用条件やセンサの取り付け位置により異なります。 そのため、事前に各機械の測定値を分析・比較し、判断基準を決める必要があります。
転がり軸受の故障の検出・診断技術には、振動信号検出、潤滑油の分析・検出、温度検出、アコースティックエミッション検出などがありますが、その中でも振動信号に基づく診断技術が最も広く使われています。 この技術は、簡易診断方法と精密診断方法の2種類に分けられます。
・簡易診断では、振幅、波高率、波高率、確率密度、尖度係数などの振動信号波形の各種パラメータと各種復調技術を用いて、軸受の仮判定を行い、軸受の有無を確認します。過失。
・精密診断では、最新の各種信号処理手法を用いて、簡易診断では故障と思われるベアリングの故障種類と原因を特定します。
2.1 簡易診断方法
振動を利用した転がり軸受の簡易診断では、通常、測定された振動値（ピーク値や実効値など）を、予め定められたある判定基準と比較し、測定された振動値が基準を超えているかどうかを判定する必要がある。 この制限は、ベアリングに欠陥があるかどうか、およびさらに正確な診断が必要かどうかを判断するために使用されます。
転がり軸受の簡易診断の判断基準は大きく分けて3種類あります。
(1) 絶対判定基準：振動測定値が限界値を超えているかどうかを判定するための絶対値です。
(2) 相対判定基準：軸受の同一箇所の振動を定期的に測定し、経時的に比較する。 軸受に異常がない場合の振動値を基準としています。 基準振動値に対する実測振動値の比率に基づきます。 診断を下すための基準。
(3) 類推判定基準：同一機種の複数の軸受を同一部位、同一条件で振動試験し、その振動値を比較して判定する基準です。
絶対判定基準は所定の検出方法に基づいて定められた基準であるため、適用周波数範囲に注意し、所定の方法に従って振動検出を行う必要があります。 すべてのベアリングに適用される絶対的な判断基準はありません。 したがって、正確で信頼性の高い診断結果を得るために、一般的には、絶対的判断基準、相対的判断基準、類推判断基準が用いられる。
簡易診断には主に以下の方法があります。
(1) 振幅値の診断方法
ここでいう振幅値とは、ピーク値XP、平均値を指します。
測定した振幅値と判定基準に定められた値を比較することで診断する、最も簡単で最もよく使われている診断方法です。
●ピーク値はある瞬間の最大振幅を反映するため、表面の孔食損傷など瞬間的な衝撃を伴う故障診断に適しています。
・平均値の診断効果はピーク値の診断効果と基本的に同じです。 検出値がピーク値よりも安定しているのが利点ですが、一般的には回転速度が高い場合（300r/min以上など）に使用されます。
・二乗平均平方根値が時間平均化されているため、摩耗など振幅値が時間とともに緩やかに変化する故障診断に適しています。
(2) 確率密度診断法
故障のない転がり軸受の振幅の確率密度曲線は、典型的な正規分布曲線です。 しかし、ひとたび障害が発生すると、確率密度曲線が歪んだり分散したりする可能性があります。
(3) 尖度係数の診断方法
振幅が正規分布則を満たす故障のない軸受の尖度値は約 3 です。故障の発生と進行に伴い、尖度値は波高率と同様の変化傾向を示します。 この方法の利点は、軸受の回転速度、サイズ、荷重に関係なく、主に孔食故障の診断に適していることです。
(4) フォームファクタの診断方法
クレストファクターは、ピークと平均の比 (XP/X) として定義されます。 この値は転がり軸受の簡易診断にも有効な指標の一つです。
(5) クレストファクターの診断方法
クレストファクターは、ピーク値と二乗平均平方根値の比 (XP/Xrms) として定義されます。 転がり軸受の簡単な診断におけるこの値の利点は、軸受のサイズ、速度、荷重の影響を受けず、センサーやアンプなどの一次および二次機器の感度の変化にも影響を受けないことです。 この値は孔食故障の診断に適しています。 XP/Xrms 値の変化傾向を経時的に監視することで、転がり軸受の故障を効果的に早期に予測し、故障の発生と変化の傾向を反映することができます。
·転がり軸受に異常がない場合、XP/Xrmsは小さく安定した値になります。
・ベアリングが損傷すると衝撃信号が発生し、振動のピーク値が大きく増加しますが、このとき二乗平均平方根値は大きく増加しないため、XP/Xrmsは増加します。
·故障が拡大し続け、ピーク値が徐々に限界値に達すると、二乗平均平方根値は増加し始め、XP/Xrmsは故障のないサイズに戻るまで徐々に減少します。
2.2 精密な診断方法
転がり軸受の振動周波数成分は、低周波成分と高周波成分の両方を含む非常に豊富であり、特定の故障はそれぞれ特定の周波数成分に対応します。 高精度診断のタスクは、適切な信号処理方法によって特定の周波数成分を分離し、特定の障害の存在を示すことです。 一般的に使用される高精度診断には次のようなものがあります。
(1) 低周波信号の解析方法
低周波信号とは、8kHz 未満の周波数の振動を指します。 一般に転がり軸受の振動を計測するには加速度センサが使用されますが、振動速度は低周波信号から解析されます。 そのため、加速度信号はチャージアンプを通った後、積分器で速度信号に変換され、さらに上限遮断周波数8kHzのローパスフィルターを通して高周波信号を除去する必要があります。 最後に、信号の固有周波数を見つけるために周波数成分を分析する必要があります。 診断。
(2) 中高周波信号の復調解析手法
中間周波信号の周波数範囲は 8 ～ 20kHz、高周波信号の周波数範囲は 20 ～ 80kHz です。 中高周波信号は加速度を直接解析できるため、センサー信号がチャージアンプを通過した後、低周波信号がハイパスフィルターで直接除去され、復調され、最後に周波数解析が行われます。信号の固有周波数を見つけます。
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軸受温度の分析と診断
軸受の温度は、一般に軸受室の外部の温度から推定できます。 油穴を利用して軸受外輪の温度を直接測定できればより適切です。 通常、軸受の温度は軸受の動作とともにゆっくりと上昇し始め、1～2時間で安定状態に達します。 軸受の常温は機械の熱容量、放熱性、回転数、負荷などにより異なります。 潤滑や取り付けが不適切な場合、軸受温度が急激に上昇し異常高温となります。 現時点では、運転を停止し、必要な予防措置を講じる必要があります。
高温は多くの場合、ベアリングが異常な状態にあることを示します。 高温もベアリングの潤滑剤に有害です。 ベアリングの過熱は、ベアリングの潤滑剤が原因である場合があります。 125度を超える温度で軸受を長時間連続回転させますと軸受の寿命が低下します。 軸受が高温になる原因としては、潤滑の不足または過剰、潤滑剤中の不純物、過負荷、軸受の損傷、クリアランス不足、オイルシールによる高摩擦などが挙げられます。
したがって、ベアリング自体を測定する場合でも、他の重要な部品を測定する場合でも、ベアリング温度を継続的に監視する必要があります。 動作条件が変わらない場合、温度変化があれば故障の可能性があります。 ベアリング温度の定期的な測定は、ベアリング温度を正確に測定し、度または華氏の単位で表示できる SKF デジタル温度計などの温度計を使用して行うことができます。 ベアリングの重要性は、ベアリングが損傷すると装置の停止につながることを意味します。 したがって、このようなベアリングには温度検出器を装備することが最善です。 通常の状況では、潤滑または再潤滑直後のベアリングの自然温度上昇は 1 ～ 2 日間続きます。
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潤滑油の分析と診断
潤滑油の分析手法にはフェログラフィー解析技術が用いられており、特に転がり疲労の特定と予測に適した手法です。
転がり軸受の潤滑油の一部を油サンプルとして抽出し、磁場中を流れる油サンプルに含まれる固形異物を高勾配磁場を用いてガラス板上に堆積させます。異物粒子の形状、大きさ、色、材質を観察することができます。 、摩耗の種類を明確に識別できるため、機械の動作状態を予測でき、隠れた危険を適時に発見できます。 フェログラフィー技術は、原則として鉄などの強力な磁石の識別が主な目的ですが、銅などの非鉄金属、砂、有機物、シールの破片などの異物の識別能力にも優れています。
直径 1 ～ 5 μm の鋼のような球状の粒子がオイルサンプル中に出現した場合、軸受に疲労微小亀裂が発生し始めていることが確実です。 長さと厚さの比が 10:1 の疲労剥離粒子がオイルサンプル中に現れ、その長さが 10 μm を超える場合、ベアリングの異常な疲労摩耗が始まっています。 長さが 100 μm を超える場合は、ベアリングが故障しています。
3 番目のタイプの疲労破片は、長さと厚さの比が 30:1、長さが 20 ～ 50 μm の疲労フレークで、多くの場合、フレークには空洞が含まれています。 疲労が始まると、このようなフレークの数が大幅に増加し、球状粒子とともに疲労の開始の兆候となる可能性があります。
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音響放射の検出
アコースティック・エミッション検出技術の原理は、外力や内力により材料が変形したり亀裂が入ったりした際に、ひずみエネルギーが弾性波として放出される現象をアコースティック・エミッションといいます。
機器を使用してアコースティック・エミッション信号を検出および分析し、アコースティック・エミッション信号を使用してアコースティック・エミッションの発生源を推定する技術をアコースティック・エミッション検出技術と呼びます。 材料内の粒子が相対運動によりひずみエネルギーを弾性波の形で放出する現象を利用して、材料を識別し理解します。 または構造体の内部状態。
音響放射信号にはバースト型と連続型があります。 バーストアコースティックエミッション信号は、バックグラウンドノイズとは異なるパルスで構成されており、時間内に分離できます。 連続音響放射信号の単一パルスは区別できません。 実際、連続的な音響放射信号も多数の小さなバースト信号で構成されていますが、密度が高すぎて区別できません。
転がり軸受が適切に動作していない場合、突然または継続的な音響放射信号が発生する可能性があります。 軸受構成部品（内輪、外輪、転動体、保持器）の接触面間の相対運動、摩擦によるヘルツ接触応力、故障や過負荷などによる表面の亀裂、摩耗、圧痕など。溝入れ、閉塞、潤滑不足による表面粗さ、潤滑剤の汚染粒子による表面の硬いエッジ、ベアリングを流れる電流による孔食などの故障はすべて、突然の音響放射信号を生成します。
継続的なアコースティック エミッション信号は主に、潤滑不良（潤滑油膜の破壊、グリース中の汚染物質の浸入など）、過度の温度、ベアリングの頻繁な局所的故障によって引き起こされるベアリング表面の酸化摩耗によって引き起こされる全体的な故障から発生します。 これらの要因により、短期間に多数の突然のアコースティック エミッション イベントが発生し、連続的なアコースティック エミッション信号が生成されます。
転がり軸受の動作中に、その故障 (表面損傷、亀裂、磨耗故障など) が発生すると、接触面に弾性衝撃が生じ、アコースティック エミッション信号が発生します。 この信号には豊富な摩擦情報が含まれているため、アコースティック エミッションを使用して転がり軸受を監視および診断できます。
