剛性の理解

1. 定義: 剛性とは何ですか?

硬直性 物体や構造物が加えられた力に対してどの程度変形やたわみに抵抗するかを表す基本的な物理的特性である。 振動解析剛性（多くの場合、文字「k」で表されます）は、質量（m）ととともに3つの重要な特性の1つです。 減衰 （c）あらゆる機械システムの振動挙動を支配する。

剛性の高い部品は、一定の荷重下でもほとんどたわみませんが、剛性の低い部品は大きくたわみます。例えば、太くて短い鉄棒は剛性が高く、細くて長いゴムバンドは剛性が非常に低くなります。

2. 振動における剛性の重要な役割

システムの剛性は、システムの性能を決定する主な要因である。 固有振動数固有振動数とは、系が外乱を受けてから自由に振動する場合に、その系が振動する周波数です。この関係は、以下の基本式で定義されます。

固有振動数（ωn）≈√（k / m）

ここで、「k」は剛性、「m」は質量です。この関係式から次のことがわかります。

• 剛性の増加 意思 増加 固有振動数。
• 硬直性の低下 意思 減少 固有振動数。
• 質量の増加 意思 減少 固有振動数。

3. 剛性と共鳴

この関係は、 共振共鳴は、強制周波数（例えば 走る速度 機械の振動（例えば、振動の振幅）がシステムの固有振動数のいずれかと一致します。この場合、振動振幅が劇的に増幅され、早期摩耗や壊滅的な故障につながることがよくあります。

したがって、共振の問題を診断して解決するには、剛性を理解することが不可欠です。

• 問題の診断: 機械が共振状態にある場合、解析者は強制周波数が固有周波数に近すぎることを認識します。
• ソリューション設計: この問題を解決するには、解析者はシステムの固有振動数を変更する必要があります。機械の質量や強制振動数（運転速度）を変更することは困難な場合が多いため、最も一般的な解決策は剛性を変更することです。ブレースやガセットを追加したり、機械の基礎を改良したりすることで、システムの剛性を高めることができます。これにより固有振動数が上昇し、強制振動数から離れ、共振条件が解消されます。 周波数応答関数（FRF） 測定は固有振動数の変化を確認するために使用されます。

4. 機械診断における剛性

剛性の変化は、障害が発生していることを示す直接的な指標となることもあります。

• ゆるみ: 機械のフレームや基礎に緩んだ取り付けボルトや亀裂が生じると、局所的な剛性が著しく低下します。これにより、機械の振動振幅が増加します。 FFTスペクトル機械的な緩みは、多くの場合、一連の 倍音 （1倍、2倍、3倍など）実行速度を増減します。
• ソフトフット: 機械の脚がベース上で平らに配置されていないこの状態では、歪んだ非線形の剛性プロファイルが生成され、大きな振動が発生し、位置合わせが困難になる可能性があります。
• ベアリングの摩耗: ベアリングが摩耗すると、転動体とレース間のクリアランスが増加します。これはローター支持システム全体の剛性の低下とみなされ、ローターの臨界速度が低下する可能性があります。

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