振動解析における高調波の理解

定義: 倍音とは何ですか?

振動解析では、 ハーモニック 基本周波数の整数倍の周波数です。基本周波数は通常、シャフトの回転速度など、システムの主要な駆動周波数です。この基本周波数は、第1高調波または 1倍後続の高調波は次のようになります。

• について 2次高調波（2倍） 基本周波数のちょうど 2 倍の周波数です。
• について 3次高調波（3倍） 基本周波数のちょうど 3 倍の周波数です。
• 以下同様に（4倍、5倍、6倍…）。

たとえば、モーターが 1,800 RPM (30 Hz) で動作している場合、その高調波は振動スペクトルに 60 Hz (2 倍)、90 Hz (3 倍)、120 Hz (4 倍) などで現れます。

なぜ高調波が生成されるのでしょうか?

純粋な正弦波の強制関数を持つ完全線形システム（完全にバランスの取れたローターなど）では、1倍の基本周波数のみが生成されます。しかし、現実世界の機械は完全に線形ではありません。部品の動きが歪んだり、非正弦波になったりすると、高調波が発生します。この歪みは、様々な機械的および電気的条件によって引き起こされる可能性があります。したがって、特定の高調波の存在と振幅は、強力な診断指標となります。

高調波の一般的な原因と診断価値

振動スペクトルの高調波パターンは、機械の故障の根本原因を突き止めるための貴重な手がかりとなります。

高い1倍の振幅（ファンダメンタル）

1倍の顕著なピークは、最も一般的には アンバランス偏心やシャフトの曲がりによっても、強い 1x 信号が生成されます。

高2倍振幅（第2高調波）

強い第2高調波は、振幅が1倍ピークに匹敵することが多く、 シャフトのずれミスアライメントにより、シャフトは1回転ごとに2回曲げられ、強い2倍の周波数成分が発生します。また、深刻な平行ミスアライメントでは、3倍や4倍の高調波も発生する可能性があります。

倍音の「ファミリー」（1倍、2倍、3倍、4倍、5倍…）

走行速度の倍音の連続を見ると、それは 機械的な緩み緩んだ部品（ハウジング内のベアリングの緩みや機械脚のボルトの緩みなど）によって生じる衝撃や非線形運動は、振動信号を歪ませ、豊富な高調波パターンを生成します。緩みが激しいほど、高調波の数は多くなります。

高調波のその他の原因

• オーバーハングローター: オーバーハング ローターを備えた機械 (垂直ポンプなど) の曲がったシャフトでは、強い 1 倍、2 倍、3 倍の高調波が発生する可能性があります。
• 往復運動機械: エンジンやコンプレッサー内のピストンとクランクシャフトの非正弦波運動により、豊かな高調波スペクトルが自然に生成されます。
• 電気の問題: AC モーターの問題により、ライン周波数の高調波 (例: 60 Hz システムで 120 Hz) が生成されることがあります。
• こする： 軽く部分的に擦ると、場合によっては 10 倍、20 倍、あるいはそれ以上の高次高調波が連続して発生することがあります。

分析の考慮事項

高調波を分析する際には、次の点を考慮することが重要です。

• どの倍音が支配的でしょうか? 答えは、さまざまな潜在的な欠陥を指摘しています。
• いくつの倍音がありますか? 数値が大きい場合は、緩みや大きな歪みがあることを示します。
• 振幅の傾向はどうですか? 時間の経過とともに高調波の振幅が増加すると、状態が悪化していることを示します。
• それらは放射状ですか、それとも軸方向ですか? たとえば、ミスアライメントでは軸方向の振動が大きくなることが多いのに対し、アンバランスでは主に半径方向の振動が見られます。

振動解析者は、基本周波数と高調波周波数の完全なパターンを調べることで、高い信頼性で機械の問題を診断できます。

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