振動解析における加速度の理解

定義: 振動加速とは何ですか?

加速度 物体の速度の時間変化率です。振動解析の分野では、振動する部品の速度がどれだけ速く変化するかを定量化する基本的な計測値です。変位は部品の移動距離、速度は移動速度を測定しますが、加速度は部品に作用する力に焦点を当てているため、衝撃や急激な動きの変化といった高周波の事象に特に敏感です。

加速度の測定は、他の測定方法では見逃されやすい特定の種類の機械の故障を検出するのに優れているため、包括的な状態監視プログラムにとって非常に重要です。その重要性は、いくつかの重要な要素に起因します。

高周波障害検出: 加速度は本質的に高周波振動に敏感です。そのため、転がり軸受、ギア噛み合いの問題、ブレード通過周波数などの初期段階の故障を検出するには、これらの現象が典型的には高周波振動を発生させるため、加速度は理想的なパラメータとなります。
力との直接的な関係: ニュートンの第二法則（力 = 質量 × 加速度）によれば、加速度は機械内部に作用する動的な力に正比例します。加速度を測定することで、部品に応力や疲労を引き起こす力を直接的に把握することができます。
広いダイナミックレンジ: 加速度を測定するために使用されるセンサーである加速度計は、非常に広範囲の周波数と振幅をカバーできるため、さまざまな種類の機械の監視に使用できます。

振動加速度は通常、次の 2 つの単位のいずれかで表されます。

グラム: 地球の重力による加速度を表す無次元単位。1gは約9.81m/s²に相当します。「g」は振動の激しさを標準化された、関連性のある尺度となるため、一般的に使用されています。
m/s²（またはmm/s²）: 加速度の標準 SI 単位 (メートル/秒)。

加速度はほとんどの場合、 加速度計これは、振動の機械的力を比例した電気信号に変換するトランスデューサーです。圧電型加速度計は、その堅牢性、精度、そして広い周波数応答性から、産業用状態監視において最も一般的に使用されています。

診断では、加速データを使用して特定の問題を特定します。

ベアリングの故障: ベアリングレース、ローラー、またはボールの微細な欠陥によって発生する衝撃は、小さな高周波スパイクを発生させます。加速度測定は、特に以下のような技術と組み合わせることで、エンベロープ分析は、これらの障害を初期段階で検出するための主な方法です。
ギアボックス分析: ギアの歯のかみ合いによる高周波振動や、歯のひび割れや破損による衝撃は、加速度スペクトルで明確に確認できます。
高速機械： タービンや高速コンプレッサーなどの機器の場合、支配的な周波数が、最も敏感なパラメータとなる範囲に該当するため、全体的な振動測定には加速度が好まれることが多いです。

変位、速度、加速度は、積分と微分によって数学的に関連しています。単純な正弦波振動の場合：

これは、同じ振動エネルギーに対して、高周波数では加速度振幅が自然に大きくなり、低周波数では変位振幅が大きくなることを意味します。そのため、解析者は想定される断層の周波数範囲に最適な測定パラメータを選択します。