分かりやすい振動の基礎知識

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この章は、Balanset-1Aをただボタン操作するだけでなく、理解して使うために最低限必要な理論です。

振動とは何か、なぜ機械は揺れるのか

回転するロータ(粉砕機のドラム、送風機のインペラ、シャフトなど)は、理想的には質量中心が回転軸上に正確に位置します。しかし実際には、常にわずかな質量偏心が存在します — アンバランス。ロータが回転すると、この“重い箇所”が回転ごとに横方向に引っ張り、回転周波数で機械を揺らす遠心力を発生させます。

重要:アンバランスは振動原因の 1つ にすぎません。機械は次の要因でも振動します:

• 軸受のガタと摩耗、
• 軸のミスアライメント(カップリング、ベルト)、
• 亀裂と締結部品の緩み(ボルト、フレーム)、
• 曲がったシャフト、
• 構造共振、
• 空力・電磁力(送風機、可変周波数ドライブ)。

バランス調整で除去できるのはアンバランスのみです。それ以外はバランス調整ではなく修理が必要です。したがって黄金律は: 本装置は故障した機械を“バランス調整で直す”ことはできません.

振動の測定単位

The Balanset-1A measures 振動速度 — の実効値(RMS) mm/秒。これは作業周波数範囲における機械状態評価の標準的な指標です。

簡易評価の目安スケール(ISO 10816/20816に基づく。詳細は 第06章):

農業機械(粉砕機、モアー)では基準がやや緩やかです:4.8 mm/sまでは問題なく、軟支持の場合は7.1 mm/sまで許容され、稼働条件を考慮すると“8 mm/s未満であれば十分良好”とされます。

周波数、回転数、高調波

例えばロータが3000 rpmで回転しているとします。これは毎秒50回転、すなわち 50 Hzです。振動は周波数成分に分解されます — スペクトル(FFT)。スペクトルは“何が揺れの原因か”を示します:

• 1倍 (回転周波数)— 典型的な兆候である アンバランス。これはバランス調整によって低減される成分です。
• 2x、3x (2次、3次高調波)— 多くの場合 軸心不整合、締結部品の緩み、曲がったシャフトが原因です。2xが1xより大きい場合は、バランス調整はまだ早く、まずミスアライメントや緩みを確認してください。
• 高周波、“ノイズ” — 軸受やギアの噛み合い不良が原因です。
• 回転数に関係しない低周波 — 基礎・取付部の緩み、空力によるものです。
• 電源周波数の整数倍 (例:6 × 50 Hz = 300 Hz)— 可変周波数ドライブからの電磁干渉です。確認方法:惰性回転中にVFDを停止し、ピークが消えれば電気的要因、消えなければ機械的要因です。

サポートチームの実践的な目安:スペクトルのピークが 比例して移動する 場合は回転数を変えると — 回転高調波であり、 変化しない 場合は — 構造共振または外部要因です。

画面上での見え方:

位相 — “重い箇所がどこを向いているか”

振幅に加えて、本装置は 位相 を測定します — タコメータのパルス(レーザーを横切る反射マーク)と振動の最大値との間の角度です。位相はアンバランスの位置を示します。試し重りを取り付けた後の振幅と位相の変化から、装置は修正重りの質量と角度を計算します — これが 影響係数法.

実践上の注意点:

• 各測定間でタコマークを貼り直さないこと — 位相の“ゼロ点”がずれてしまいます。タコメータ自体も動かしたり向きを変えたりしないでください;
• 一連の測定では回転数を常に同じにすること;
• 測定ごとの位相は安定している必要があります(ばらつきは約10〜20°以内)。位相が安定しない場合 — 測定結果は信頼できません。機械的な原因または共振を確認してください。

共振 — バランス調整の最大の敵

あらゆる構造物(ロータ+支持+フレーム)には固有振動数があります。稼働回転数が固有振動数と一致すると、 共振 が発生します:振動が急増し、位相が乱れ、装置の計算が収束しなくなり、“装置がさらに重りを要求し続ける”状態になります。

共振の兆候:

• わずかな回転数の変化で振動が数倍に変化する;
• 計算された重りを取り付けた後、振動が減るどころか増加する;
• 条件を変えていないのに振幅と位相が不安定になる。

対処法:別の回転数でバランス調整を行うこと — 通常は 以下 共振を避けます。粉砕機での典型的な手順:600〜900 rpmで粗調整を行い、その後作業回転数に移行します。最近のソフトウェアには RunDown(コーストダウン)チャート — ロータを回転させ、駆動を切って惰性回転(コーストダウン)を記録します:ピークから共振周波数がわかり、その間の回転数をバランス調整用に選びます。

実例:あるお客様のロータは1600 rpmではバランスが取れませんでしたが、1000 rpmでは問題なく取れました。原因は1600 rpm付近の共振でした。

線形性、なぜ計算値の半分の質量を取り付けるのか

装置の計算は、系が リニアであることを前提としています:重りを2倍にすれば応答も2倍になる、という関係です。良好な基礎を持つ剛性の高い機械ではこれはほぼ成立します。しかしトラクター上の粉砕機、軟支持の機械、またはガタや亀裂のある構造物は 非線形に挙動します:重りに対する応答が比例しないことがよくあります。

そのため実践で証明された法則があります: 計算値の1/2(状態の悪い機械では1/3)の質量を取り付け 、確認運転を行います。その後、装置が残りを精密に計算します。これは目標を“超過”した大きな重りを再溶接するよりも速い方法です。

静的アンバランスと動的アンバランス

静的 — 重い箇所がロータの片側にあります。自由支持上で停止したロータは、重い側が自然に下を向きます。1つの面に1個の重りを取り付けることで修正できます。

動的 — 重い箇所がロータの異なる端の異なる側にあります。ロータは単に振動するだけでなく、回転中に“首振り”します。2つの面に重りが必要です。静止状態では検出できません:ロータを90°回転させると2つの重りが互いに打ち消し合っているように見えますが、回転中はそれぞれの重い箇所が別々の方向に引っ張ります。

1平面それとも2平面?

• 1 面 — 幅の狭いロータ(ディスク、プーリー、幅の狭いインペラ)。ISO 21940-11の目安:ロータの幅が直径の半分未満(比率約1:2、実務上サポートは1:3を推奨)であれば — 1面で十分です。
• 2機の飛行機 — 長いロータ(粉砕機ドラム、シャフト、コンバインのロータ、3000 rpm以上の送風機)。ロータ両端のアンバランスは互いに影響し合うため、装置は2チャンネル(センサーX1とX2)を同時に測定し、両方の重りを一度に計算します。

G バランス品質等級(ISO 1940 / ISO 21940-11)

残留アンバランスは g・mm でG等級により規定されます:

回転数が高いほど、またロータが小さいほど、要求される等級は厳しくなります。Balansetソフトウェアには許容値計算機能があります:ロータ質量、回転数、G等級を入力すると、1面あたりの許容残留アンバランスをg·mmで返します。実例:80 kgのロータ、3000 rpm、G6.3 → 許容値は1面あたり約802 g·mmです。

2つの評価体系を混同しないでください:

• mm/秒 (振動速度)— 設置された機械全体の状態を評価するもので、ISO 10816/20816に基づきます;
• g・mm (残留アンバランス)— ロータ単体を評価するもので、ISO 1940/21940に基づきます。バランシングマシンはg·mm単位で作動し、現場でのバランス調整では通常mm/sを確認します。

用語ミニ解説