故障検出のための振動解析における尖度

定義: 尖度とは何ですか?

尖度 確率分布の形状を表す統計パラメータです。振動解析では、時間波形信号に適用され、「尖度」または「衝撃性」を測定します。尖度の高い信号は鋭く明瞭なピークまたは衝撃を特徴とし、尖度の低い信号はより平坦または丸みを帯びた形状をしています。尖度は、振動信号全体のエネルギー（RMS値）に大きな変化がない場合でも、振動信号の根本的な特性の変化を示す単一の数値を提供します。

尖度の診断価値

状態監視における尖度の主な価値は、 初期段階の衝動的な欠陥多くの機械的欠陥は、微細な亀裂や剥離から始まります。これらの発達中の欠陥が接触すると、短時間の高周波衝撃が発生します。これらの衝撃は振動時間波形に鋭いピークを引き起こし、欠陥が機械全体のRMS振動レベルに影響を与えるほど大きくなるずっと前に、尖度値を劇的に増加させます。

したがって、尖度は次の場合に最適なツールです。

• ベアリング故障の早期検出: これは、ベアリングレースまたは転動体の剥離の最初の兆候を検出するための最も効果的な方法の 1 つです。
• ギア歯の欠陥検出: 歯車の歯が割れたり壊れたりした場合は、1 回転ごとに 1 回、はっきりとした衝撃が生じます。これは尖度値の上昇によって簡単に検出できます。
• 断続的な摩擦や衝撃の検出: この測定により、機械内部で発生する不均一な衝撃イベントをすべて特定できます。

尖度値の解釈

尖度は正規化された値です。健全な機械におけるランダムな背景振動の典型である完全なガウス（正規）分布の場合、尖度は**3.0**です。この値からの逸脱は診断上重要です。

• 尖度 ≈ 3.0: 振動がランダムかつガウス分布であることを示し、正常で健全な動作を示唆します。
• 尖度 > 3.0: 信号が通常よりも「ピーク」または衝動的になっていることを示します。尖度値の上昇は、衝撃の発生を明確に示す警告サインです。ベアリングやギアに重大な欠陥がある場合、尖度値が5、10、あるいはそれ以上になることがよくあります。
• 尖度 < 3.0: 信号が正規分布よりも平坦であることを示します。これは、特定の種類の摩擦や、信号が非常にきれいな正弦波振動に支配されている場合に発生することがあります。

ベアリング故障の尖度ライフサイクル

ベアリングの障害を発生から故障まで追跡する場合、尖度値は予測可能なパターンに従うことがよくあります。

1. 健康段階: 尖度は安定しており、3.0 に近くなります。
2. 初期故障段階: 微細な欠陥が形成されます。鋭く明瞭な衝撃が発生し、尖度が大幅に上昇します（例えば、5.0以上）。全体的なRMS振動はまだ低い場合があります。これは欠陥を検出するのに最適なタイミングです。
3. 発達断層段階: 欠陥が大きくなり広がるにつれて、衝撃はより頻繁になり、明瞭さが失われます。信号は再びランダムノイズに似たものになりますが、エネルギーレベルははるかに高くなります。その結果、尖度値は*低下*して3.0に近づく可能性がありますが、RMS振動レベルは急激に上昇し始めます。
4. 後期/失敗段階: ベアリングはひどく損傷しており、振動は大きく、しばしばランダムです。尖度は3.0付近を維持していますが、RMS値は警戒レベルに達しています。

このライフサイクルは、尖度がなぜそれほど重要なのかを浮き彫りにしています。検出の「スイートスポット」は、尖度が上昇する初期段階にあります。RMSのみに頼ると、障害が深刻化するまで検出されないことになります。

制限事項

尖度は強力な指標ですが、スペクトル分析や波形分析といった他の手法と併用する必要があります。機械に起因しないランダムなショックの影響を受けやすいため、トレンドを示す指標として使用するのが最適です。尖度が時間の経過とともに一貫して上昇することは、一度だけ高い値を示すよりもはるかに信頼性の高い指標です。

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