関東学院大学 理工学部　准教授

堀田 智哉

2017/3　　　　　博士（工学）　東京理科大学
...もっと見る 2017/3　　　　　博士（工学）　東京理科大学
2017/4‐2020/3　 関東学院大学理工学部助教
2020/4-2023/3　 関東学院大学理工学部講師
2023/4　　　　　関東学院大学理工学部准教授
[専門分野]　転がり軸受工学、機械要素・機械設計、トライボロジー、材料工学

転がり軸受の振動監視

　簡易診断における異常程度の判別には、携帯式の振動測定器などで対象機械の振動を測定でおこないますが、判定の方法には相対値判定法と絶対値判定法があります。
　相対値判定法は、正常な場合の初期値 (基準値) を基準として、その値の何倍かで閾値を設定します。たとえば、ある機械の軸受の振動が図1のように変化したとします。事前に、基準値 (初期値) の2倍以上で「注意」、6倍以上で「異常」と定めます。またそれに合わせ、「注意」で精密診断と交換部品の発注を実施する、「異常」で機械停止・部品交換するなどの対処を決めておきます。そうすれば、機械が損傷することなく、機械の停止時間やコストを最小限にすることができます。

　一般的には、基準値の2～3倍以上で注意、4～9倍以上で異常と定めることが多いです。ただ、これら評価の閾値は、何かで規定されているものではありません。機械の用途や環境によっても異なりますので、これまでの実績などから決めます。機械によって閾値を小さく、あるいは大きく設定することもあります。
　一方で、絶対値判定法は比較すべき十分な基準データがない場合におこなわれます。これは、統計データによって検証された判定基準で判定をします。たとえば、AMD基準 (AMD : Asahi-kasei Machine Diagnosis) などが一般に公開されています。ただし、絶対値判定の閾値は一般的な統計から定められているものです。機械の振動は、その据付状態や負荷条件によって大きく変化しますので、絶対値判定法の閾値はあくまで目安として考えるのが良いでしょう。

転がり軸受の運転条件による振動の変化

　図2は、同じ呼びの軸受 (6204) で、回転速度や荷重を変化させたときの振動加速度を示しています。このように、回転速度や荷重によって振動加速度が大きく異なります。これらのほかに、たとえば、転動体の形式 (玉もしくはころ) 、接触角や内部すきま、荷重方向、潤滑状態なども振動に影響します。さらに、ハウジングや軸の剛性、センサの取付位置および方向によっても異なります。したがって、基準値は実際の機械での振動の傾向から判断することが望ましいです。そのためには、個々の機械において、新品時や整備直後の基準値データを蓄積させ、基準値の把握をすることが重要です。

振動監視システム

　現在、ベアリングメーカーのみならず、さまざまなメーカーから軸受の振動モニタリングおよび診断システムが発売されています。かつては、携帯式の振動モニタを現場に持ち込み、定期的に測定をするのみでした。しかし、IoT技術の発展によって、ワイヤレスでのオンラインモニタリングが可能となったことから、より多くの場面において、リアルタイムでの測定および診断が可能となりました。また、測定機器などの選択肢が増えたことから、大規模システムから小規模システムまで、規模に応じて必要な監視システムを構築することが可能です (たとえば、新川電機の回転機械状態監視システム) 。その一方で、システムが複雑化しており、最適なシステム構築のためには、より高度な専門知識が必要になっています。導入には決して安くない初期コストがかかりますので、無駄にならないよう、何を目的に振動計測振動監視をしたいのかを明確にしたうえで、計測メーカーなどとよく相談するのが良いでしょう。

振動監視以外の方法

　振動監視以外の転がり軸受の損傷検出方法としては、音響ノイズ分析、サーモグラフィ、フェログラフィ (摩耗粉分析) 、AE (アコースティックエミッション) などさまざまな方法があります。それぞれ特徴がありますので、最適なもの、あるいは組み合わせを選定する必要があります。

　次回は、軸受の振動の分類について解説します。