ローターの偏心を理解する
ローターの偏心 - とも呼ばれる。 偏心 あるいは幾何学的偏心とは、ある物体の幾何学的中心が ローター あるいは、ローターの構成要素が、支持軸受によって定義される回転軸と一致していない。このずれにより、質量が完全に均等に分布している場合でも、ローターの外表面は「中心からずれて」回転することになり、ローターが回転するにつれて重心が回転軸の周りを公転することになり、その結果、 振動 スペクトル上では、質量と全く同じように見える アンバランス偏心は、特に電気モーター（ローターとボアの位置ずれ）、ポンプやファン（インペラの取り付け位置ずれ）、および製造公差の積み重ねによって幾何学的振れが生じるあらゆる組立ローターにおいてよく見られる現象です。これは、高い同心度が不可欠な精密機械において、重大な懸念事項となります。
1. 定義と、なぜ不均衡を模倣するのか
「風変わりさ」の最大の特徴は、それが ジオメトリック 欠陥 ダイナミック 結果として。中心穴が外周からずれている完全にバランスが取れたディスクであっても、回転し始めればその質量中心は軌道を描き、その結果生じる1回転あたりの力は、単一のスペクトル線上では、真のアンバランスと見分けがつかない。これが、現場において偏心（エクセントリシティ）が頻繁に混乱の原因となる理由である。アンバランスの対策である「ウェイトの追加」は、根本的な形状が変化していないため、部分的な改善にしかならない。 この2つを正しく見分けることが、適切な修理方法を選択するための鍵となる。
2. ローターの偏心の種類
1. 静的偏心（平行オフセット）
- 説明 ローターの中心は回転軸からずれているが、回転軸とは平行なままである。
- ジオメトリ: ローターの長さ方向に沿った一定の半径方向オフセット。
- 効果： これにより、幾何学的中心が回転中心と一致しなくなるため、有効な質量不均衡が生じる。
- で共通： インペラーやプーリーなどの単一ディスク部品。
- 修正： 多くの場合、次のように修正可能です バランシング または再マウント。.
2. 動的偏心（角度のずれ）
- 説明 ロータの中心線は、回転軸に対してある角度をなしている。
- ジオメトリ: ローターの長さに沿って変化する振れ。
- 効果： 作成 カップルのアンバランス およびランアウトのばらつき。
- で共通： 複数の組立工程を経て組み立てられた長いローター。
- 修正： 再調整または専門的なバランス調整が必要です。
3. 複合偏心
- 平行オフセットと角度オフセットの組み合わせ。
- 実生活で最もよく見られる状況。
- 複雑な偏心パターンを生じさせる。
- これを、以下のような他の障害と区別するには、慎重な分析が必要である。 ベントシャフト.
3. 一般的な原因
製造公差
- ボアの振れ： 外径と同心でない軸受穴。
- シャフトの振れ： 軸の軸受面の加工誤差。
- スタックアップ: 複数の部品を組み立てた結果、公差が累積する。
- 鋳造のバリエーション： コアシフトにより、肉厚にムラが生じている。
組み立てエラー
- オフセンター取り付け： シャフトの中心からずれているインペラまたはロータの部品。
- コック式設置： 圧入時に傾いた部品。
- キー／キー溝に関する問題： キー溝が大きすぎる、またはキーが偏心して取り付けられている。
- 熱適合の問題： オフセットを生じさせる収縮嵌合または膨張嵌合による組み付け。
運用上の原因
- ベアリングの摩耗： 過大 クリアランス シャフトが中心からずれて回転するようにする。
- シャフトが曲がる： 永続的または サーマルボウ それによって有効偏心が生じる。
- 塑性変形： 過負荷により、シャフトや部品に恒久的な変形が生じる。
- ゆるみ: 部品が緩んで、位置がずれてしまった。
4. 影響と症状
振動による症状
- 1×同期振動： 主な症状であり、質量の不均衡と全く同じように現れる。
- 高い なくなる: 低速回転時であっても、測定可能なラジアル振れが生じる。
- 一定の位相： 他の欠点とは異なり、 段階 通常は安定している。
- 速度の二乗に比例する応答： 振動は、不均衡の場合とまったく同じように、速度の二乗に比例して増大する――これは 遠心力 対応を主導している。
電気的効果（モーターおよび発電機）
- エアギャップの変動： 偏心ローターは不均一な エアギャップ.
- 不均衡な磁力（UMP）： 非対称な磁気力、その原動力は 磁力.
- 電流変動： 抵抗値の変化は電流消費量に影響を与える。
- 過熱： エアギャップが最小となる位置での局所的な加熱。
- 電磁ノイズ： 電源周波数の2倍の振動および騒音。
機械的応力
- 不均衡に似た力による軸受への負荷の増加。
- シャフトにかかる繰返し曲げ応力。
- 最小クリアランス箇所でのクリアランスが縮小されています。
- リスク 擦り傷 クリアランスが最も狭い箇所。
5. 診断と鑑別
偏心と質量不均衡
| 特徴 | 質量アンバランス | 偏心 |
|---|---|---|
| 振動周波数 | 走行速度の1倍 | 走行速度の1倍 |
| スローロール・ランアウト | 最小限 | 高い（偏心率に比例） |
| バランス調整への対応 | 振動の低減 | 限定的な改善（補償するために質量のアンバランスを追加） |
| 電気的効果 | なし | エアギャップの変動、UMP（モーター／発電機） |
| 修正 | バランスウェイトを追加する | 部品を再取り付けし、製造上の欠陥がある場合は交換する |
最も有用な判別基準は、低速回転時の振れです。純粋な質量不均衡ではほとんど振れが生じませんが、偏心がある場合は、ごく低速でも大きな振れが見られます。そのため、1×の問題でバランス調整がうまくいかない場合は、まず慎重に振れをチェックすることが第一歩となります。
診断検査
振れ量の測定
- ダイヤルゲージまたは 近接プローブ.
- シャフトをゆっくりと回転させてください（100 RPM未満）。
- 振れが大きい場合（通常0.05 mm（約2ミル）以上）は、偏心またはシャフトの曲がりを示しています。
- シャフトがわずかに回転している状態でもランアウトが続く場合は、動的な問題ではなく、幾何学的な問題であることが確認されます。
平衡反応試験
- バランスをとる試み 試用重量.
- 偏心率は、実現可能なバランス品質を制限する。
- 許容範囲内の振動値に達することは可能ですが、そのためには通常よりもはるかに大きな補正ウェイトが必要となります。
- これらの重りは、実際の質量分布を補正するのではなく、幾何学的オフセットを「追いかける」ため、高い 残留アンバランス 仕組みが整っている。
6. 修正方法
機械的補正
- コンポーネントを取り付け直してください： 取り外し、同心度を改善して再取り付けしてください。
- 表面を加工する： 振れを改善するために、ベアリングの嵌合部を再加工するか、シャフトを再加工する
- コンポーネントを交換してください： 製造上の欠陥が原因である場合、交換が唯一の選択肢となる可能性があります。
- シム調整： 組み立てた部品をシムを使って位置を調整する。
報酬のバランス
- バランスウェイトを追加して不均衡を打ち消す
- これにより振動は軽減されますが、形状の問題は解決されません。
- 偏心量が許容範囲内であり、かつ振動が十分に低減されている場合は、許容される。
- 精密な用途においては、その制限事項を正式に文書化すべきである。
電動機および発電機用
- エアギャップの変動を最小限に抑えるよう、ローターの位置を調整してください。
- 深刻な場合は、固定子の再ボーリング加工、あるいは完全な交換が必要となります。
- 高度な駆動制御システムを用いれば、電磁補償が可能となる場合がある。
現場では、実用的な観点から、たいてい「これを相殺できるか、それとも幾何学的な要因か」という点が問題になります。例えば、 バランセット-1A これを効率的に解決します。試験用ウェイトの前後における1×振幅と位相を測定することで、ローターが追加された質量に実際にどのように反応するかを明らかにします。また、同じ設定により、大きな「追従型」補正ウェイトが必要かどうかを確認できます。これは、単純な不均衡ではなく、偏心こそが根本原因であることを示す決定的な兆候です。スローロールによる振れ検査と併用することで、エンジニアはバランス補正と機械的修正のどちらを選択すべきかを確信を持って判断できるようになります。 オフセットが真の幾何学的 ずれ 組み立て済みのローターの場合、ウェイトではなく再調整が解決策となります。
ローターの偏心は、質量不均衡とよく似た動的な影響をもたらす幾何学的欠陥ですが、それには特有の診断的特徴があります。具体的には、持続的な低速回転時の振れ、安定した位相、そして機械においてはエアギャップへの影響などが挙げられます。振れ測定を通じてこれを認識し、バランス調整だけでは完全に解消できない理由を理解することで、適切な対応策を見出すことができます。具体的には、可能な場合は機械的な修正を行い、幾何学的修正が現実的でない場合は、バランス補正を施した上でその状態を文書化して許容するということです。
