非同期振動の理解
非同期振動 （非同期振動とも呼ばれる）は 振動 周波数が ない 正確な整数の倍数 — 次数 — 軸の回転速度。これとは異なり 同期振動 から アンバランス または ずれ （これは常に走行速度の1倍、2倍、3倍の速度で発生する）、非同期振動は、シャフト自体の回転ではなく、部品の形状、電磁気的要因、または外部要因によって決定される周波数で発生する。
同期コンテンツと非同期コンテンツを見分けることは、機械工学において最も基本的なスキルの一つである 診断学なぜなら、この分類によって原因の特定範囲が即座に絞り込まれるからです。同期成分は、回転質量やローターに関連する幾何学的な問題を指し示します。一方、非同期成分は、転動体の欠陥、電気的な不具合、あるいはローターの外部に起因する要因を示唆します。この分類を早い段階で正確に行うことで、分析担当者は、例えば、実際にはベアリングの故障が原因であるにもかかわらず、機械のバランス調整を行うといった無駄な作業を避けることができます。
1. 同期と非同期：その根本的な違い
境界は、完全に 次数 — 振動周波数と回転速度の周波数の比。整数倍の次数でピークが現れる場合は同期しており、シャフトの回転に同期している。分数倍の次数でピークが現れる場合は非同期であり、別のクロックに従っている。
- 同期（整数オーダー）： 1.00倍、2.00倍、3.00倍 — バランス不良、位置ずれ、 曲がった軸, 特定の 緩み のパターンがある。
- 非同期（整数以外の順序）： 2.47倍、3.57倍、0.45倍 — 軸受の欠陥、電力線、サブシンクロナス不安定、および外部要因。
便利なサブカテゴリとして、 サブハーモニック - エネルギー 以下 1×（例えば、著しい緩みや摩擦による0.5×のピークなど）。サブハーモニクスは非同期的な現象の一種であり、後述するサブシンクロナスな不安定性と同様の性質を持つ。
2. 非同期振動の一般的な原因
転がり軸受の欠陥（最も一般的なもの）
非同期振動の圧倒的な主な原因：
- 軸受欠陥周波数: BPFO, BPFI, BSF そして FTF これらは軸受の形状によって決まり、決して軸回転数の正確な倍数にはなりません。
- 例： 1800 RPMのモーター（30 Hz）では、107 HzでBPFOが発生する可能性があります。これは軸回転数の3.57倍であり、明らかに整数ではありません。
- 診断的価値： 周波数が非同期になると、すぐに軸受の不具合が疑われる。
- 検出： エンベロープ分析 これは、これらの成分を検出するための主要な手法であり、多くの場合、通常のスペクトルに現れるよりかなり前に検出される。
電気周波数
軸の回転速度とは無関係な電磁振動：
- 2倍の電源周波数： 60 Hz電源では120 Hz、50 Hz電源では100 Hzで動作し、モーターの回転数には依存しません。
- 例： 2極60Hzのモーターは、約3550RPM（59.2Hz）で回転するが、その線周波数の2倍に相当する振動数は120Hzとなる。これは、非同期モーターにおいて軸回転数の2.03倍に相当する。
- ポールパス周波数: 必ずしも正確な整数の倍数とは限らない。
- VFDの高調波： 駆動スイッチング周波数は、軸回転数とは無関係である。
外部情報源
- 隣接する機器： 近くの機械から床を介して伝わる振動。
- 建物または基礎： 構造共鳴 特定の周波数で。
- プロセスの脈動： 配管内を伝わる圧力波。
- 音響共鳴： ダクトや密閉空間における定在波。
サブシンクロナス不安定
- オイルワール: 通常、軸回転数の0.42～0.48倍（正確には半分ではない）。
- オイルホイップ： ローターの 固有振動数……スピードを犠牲にするためではない。
- シール不安定性： 多くの場合、流体力学によって決定される周波数で発生する。これらは典型的な例である。 ローターの不安定性.
ランダム振動
3. スペクトルによる同定
スペクトル特性
- 固定周波数： 速度の変化に関係なく同じHz値で表示されます
- 次数シフト： 回転数が変動すると、非同期周波数の次数が変化します（次数は周波数÷軸回転数で算出されるため）。
- 滝のプロット： 非同期コンポーネントは次のように表示されます 垂直 行、同期コンポーネントとして 斜め 線――これこそが、両者を区別する最も直感的な方法です。
- 次数スペクトル： 非同期ピークは、整数倍ではない次数（2.47倍、3.57倍など）に現れる。
診断手順
- 走行速度を特定する 1×ピークから、あるいはより確実な方法として、 タコメーター.
- 次数を計算する 各ピーク周波数を走行速度の周波数で割ることで。
- 整数オーダー (1.00倍、2.00倍、3.00倍)は同期しています。
- 整数でない次数 (2.47倍、3.57倍)は非同期です。
- 障害の種類に一致する 算出された周波数を、ベアリングの振動周波数や送電線などの周波数と比較することで。
無段変速式の機械では、この分離は以下の条件下でより明確になります 次数分析これにより、周波数軸が走行速度の倍数に再基準化され、同期ピークは静止したまま、非同期ピークは移動するようになる。
4. 診断上の意義
ベアリングの欠陥
- BPFO、BPFI、またはBSFにおける非同期ピークは、直ちに ベアリング問題.
- 理論上の軸受振動数を算出し、観測されたピークと比較する。
- ±5%程度の誤差の範囲内であれば、ベアリングの故障と断定できます。
- 倍音 そして サイドバンド 欠陥発生頻度のデータが、これをさらに裏付けている。
演算を省略するには、 ベアリング欠陥頻度計算機これにより、軸受の形状と軸の回転速度から直接、BPFO、BPFI、BSF、およびFTFが算出されます。
電磁気の問題
- 100/120 Hzの2倍の電源周波数のラインは、以下を指しています ステーター または エアギャップ 問題。
- 速度が変化しても、周波数は一定のままです。
- モーター電流の解析により、原因が電気的なものであることが確認された。
外部振動
- 機械の回転数やベアリングの周波数とは一致しないピーク。
- それらは、付近の機器の稼働速度と一致する場合があります。
- 原因の調査を行い、その後、隔離または是正措置を講じる必要があります。
5. 非同期振動の解析手法
エンベロープ分析
- 軸受の欠陥検出における主要な手法。
- 非同期コンテンツを生成する反復的な影響を強化します。
- 強い同期性の低周波成分を抑制します。
- 結果において、ベアリングの周波数を明確に示す エンベロープスペクトル.
高周波加速
- 非同期ベアリングの欠陥は、多くの場合、高周波数帯域（1 kHz以上）に現れます。
- 用途 加速度センサー Fmaxの設定値を高くして。
- これにより、低周波速度測定では捉えきれない衝撃や高周波の共振を捉えることができます。
ケプストラム分析
6. 実践例
ベアリングに不具合のあるモーター
- 回転速度： 1750回転/分（29.17 Hz）。
- 同期コンポーネント： 29.17 Hzで1×、58.34 Hzで2×。
- 非同期コンポーネント： 107 Hz（軸回転数の3.67倍）にピークが見られる。
- 診断： 107 Hzは、計算されたBPFOと一致する → 外輪の欠陥。
- 確認： この非同期的な動作は、ローターの問題ではなく、ベアリングの問題であることを示しています。
可変速VFDモーター
- モーターの回転数は1200～1800 RPMの範囲で変化します。
- 1×のピークは速度に合わせて移動する（同期）。
- 120 Hzのピークは変動しない（非同期、電源周波数の2倍）。
- 診断： 60 Hzの電源からの電磁成分。
現場では、この分離作業は携帯型分析装置の日常的な業務です。なぜなら、このような装置は、例えば バランセット-1A 振動スペクトルと同時に光学式タコメーターから回転速度を読み取ることで、特定のピークが同期性か非同期性かを即座に判別でき、ローターのバランス調整を行うべきか、あるいはベアリングを交換すべきかを技術者に即座に知らせる。 非整数次高調波、回転数変化にもかかわらず変化しない固定周波数、あるいはウォーターフォールプロット上の垂直な波形パターンといった非同期成分を認識することで、ベアリングの欠陥、電気的な問題、外部要因を正確に特定することが可能となり、適切な是正措置への道筋を示すことができます。
